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小鼠骨骼肌力学特性检测平台的建立及其应用

作　者: 李莉
导　师: 范明; 陈晓萍
学　校: 中国人民解放军军事医学科学院
专　业: 病理学与病理生理学
关键词: 去负荷肌萎缩收缩特性肌疲劳度纤维转化
分类号: R318.01
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

在空间微重力环境中,机体各个重要的系统都经历了适应性的改变,特别是对行走、负重和站立起支撑作用的姿态控制肌肉(抗重力肌)发生了体积、质量的改变,出现不同程度的萎缩,而且腿部伸肌的萎缩大于屈肌,慢肌的萎缩大于快肌。随着肌肉质量逐渐丢失,骨骼肌收缩特性发生了很大的变化,肌力下降、肌肉的紧张度减低、工作能力下降,而且在飞行过程中和飞行后均发现肌肉工作时的协调性变差,肌肉的耐力和持久性下降,对抗疲劳的能力减弱。这些因素均会影响航天员在轨飞行期间的工作效率,以及返回地面后的健康恢复和再适应。因此,在载人航天基础医学研究领域,探讨失重性肌萎缩时骨骼肌机能特性的变化及其发生机制,有助于制定有效的对抗措施,保证航天员在轨飞行期间的健康和工作效率。目前以动物为模型而进行的失重性肌萎缩的机制研究主要针对大鼠后肢肌群进行的,关于小鼠失重性肌萎缩的研究相对较少,失重对小鼠不同类型肌纤维萎缩的影响以及相应的机能变化也需要深入细致的研究,而且随着转基因小鼠的广泛应用,利用小鼠进行研究更是显示出潜在的优势,因此,借鉴国外的方法,我们建立了去负荷小鼠失重性肌萎缩模型,来模拟空间失重状态对后肢抗重力肌群的影响,进行失重性肌萎缩的信号通路和分子机制的研究。为了验证该实验模型的可靠性,我们选取了去负荷14天和28天两个时间点,利用形态学、组织学与组织免疫荧光染色方法分析了不同去负荷时间小鼠肌肉质量、肌纤维横截面积的变化;通过Western-blot方法检测了不同去负荷时间点,肌萎缩特异因子MuRF1和Atrogin1的蛋白表达的差异;利用免疫组化、Western-blot和Real-time PCR等方法,检测了去负荷后肌肉内快慢肌纤维特异性蛋白的表达差异,以及MHC各亚型之间的转化。从以上角度证实了随着去负荷时间的延长,小鼠后肢背侧抗重力肌出现了肌肉质量的下降、肌纤维横截面积的减少、肌萎缩特异蛋白表达增加、MHC-I型的减少和IIb型纤维增多。这些结果和人体实验、大鼠实验的结果一致,从而验证了该实验模型的有效性和可靠性。为了从生理机能角度探讨后肢去负荷引起的小鼠肌肉萎缩后,骨骼肌收缩能力和疲劳度特性的变化,我们结合大鼠肌肉力学特性检测方法,经过方案优化,建立了小鼠骨骼肌力学特性的系统性检测平台,并且应用该平台进行了一系列应用性研究。在去负荷14天、28天小鼠后肢引起骨骼肌萎缩后,给予慢肌比目鱼肌和快肌跖肌、趾长伸肌不同的电刺激模式,观察慢肌和快肌单收缩、强直收缩能力和肌疲劳度等力学特性的改变,发现后肢快慢肌的单收缩和强直收缩力均出现进行性下降,在去负荷14天时,慢肌的单收缩和强直收缩能力出现显著性减小,而快肌跖肌在去负荷28天时才出现有统计学差异的减少,趾长伸肌的变化趋势也相似。离体肌肉灌流的肌疲劳度检测发现,虽然后肢快慢肌疲劳程度下降,但是仅去负荷28天时才观察到比目鱼肌的显著性改变。结果证实,去负荷肌萎缩后,小鼠后肢骨骼肌快肌和慢肌的单收缩力、强直收缩力均进行性降低,且慢肌尤为显著;而肌疲劳度的下降则选择性地在慢肌比目鱼肌中发生。我们还利用该力学测试平台检测了PGC-1α转基因小鼠和同窝野生小鼠的后肢骨骼肌肌力和疲劳度,发现在两组小鼠的单收缩力和强直收缩力都没有显著差异的情况下,转基因小鼠快慢肌的抗疲劳能力都显著提高,证实了PGC-1α促进了快肌纤维向慢肌纤维的转换,其直接的效应就是肌肉抗疲劳能力的提高。在施加去负荷因素的PGC-1α转基因和同窝野生小鼠的肌力检测中发现,转基因小鼠的单收缩力和强直收缩力均明显高于野生尾吊组,可能是PGC-1α通过促进能量代谢而增强了抗萎缩能力,其中的原因和机制还需要进一步的研究。另外,我们还利用这个平台检测了药物1010化合物对去负荷14天后小鼠后肢背侧比目鱼肌的单收缩力和强直收缩力的影响,表明该药物能明显减缓去负荷所致的比目鱼肌肌力和作功能力的衰退,证实了该平台在抗肌萎缩药物研究方面的适用性。所有基于蛋白、分子和基因层面进行的失重性肌萎缩的研究,其最终目的都是要能够提高航天员在轨飞行时的实际操控能力和作业能力。小鼠骨骼肌力学特性检测平台的建立对于验证失重性肌萎缩蛋白、分子和基因层面的发生机制和制定相应的干预措施都具有重要的作用。

全文目录

英文缩略词表  6-7
中文摘要  7-9
Abstract  9-11
前言  11-17
第一部分小鼠骨骼肌力学特性检测平台的建立  17-25
  1 实验材料  17
  2 实验方法的建立  17-20
  3 结果与讨论  20-25
第二部分去负荷小鼠失重性肌萎缩模型的建立  25-41
  1 实验材料  25-27
  2 实验方法  27-30
  3 结果  30-38
  4 讨论  38-41
第三部分去负荷小鼠骨骼肌力学特性的检测  41-51
  1 实验材料  41-42
  2 实验方法  42-43
  3 结果  43-47
  4 讨论  47-51
第四部分 PGC-1α转基因小鼠力学特性检测  51-61
  1 实验材料  51-52
  2 实验方法  52
  3 结果  52-58
  4 讨论  58-61
第五部分 PGC-1α对于去负荷小鼠肌肉功能影响的探讨  61-65
  1 实验材料  61-62
  2 实验方法  62
  3 结果与讨论  62-65
第六部分药物对去负荷小鼠肌肉力学特性的影响  65-69
  1 实验材料  65-66
  2 实验方法  66
  3 结果与讨论  66-69
结论  69-71
参考文献  71-79
附录I：主要试剂配制及实验中使用的抗体  79-81
附录II：引物序列  81-83
与学位论文密切相关的该研究领域文献综述（全文）  83-99
  参考文献  91-99
在学期间发表的论文（全文）  99-105
个人简历  105-109
致谢  109

小鼠骨骼肌力学特性检测平台的建立及其应用

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