研究背景和目的:随着对外层空间探索活动的不断高涨,航天医学从无到有、迅速发展。太空资源的开发和利用亦是国家整体利益的延伸。虽然倡导和平利用空间资源,但已经出现的太空竞争将日趋激烈。我国“神舟”系列载人航天飞行的成功以及建立空间站、“嫦娥工程”等后续重大任务对航天医学提出了更高更紧迫的要求。我国航天医学研究起始于20世纪50年代末期。60年代中期探空生物火箭(cosmos biosatellite)的成功发射是中国空间科学探测迈开的第一步,也是我国航天医学的实际开端和载人航天的前奏。我国先后组建“宇宙医学研究室”(1958)、“航天医学工程研究所”(1968)、第四军医大学航空航天医学系(1999)和“中国航天员科研训练中心”(2005)。国内航天医学研究最初主要集中在失重心血管生理学方面,随着系统平台的构建,科学研究工作不断深入,进行了较为系统的涉及多系统的失重生理学研究,并从单纯观测失重对机体的影响上升到机理探讨和失重防护措施的研究,为我国航天医学发展奠定了良好的基础。在掌握载人航天飞行技术之后,我国航天工程将逐步进入到空间站时代,航天医学也将面临如何保障航天员在太空环境中长期生活的问题,研究重心将会更多集中于长期生命保障系统的研究和应用。相较美国和俄罗斯(前苏联),我国涉足外层空间所用时间短,发展步伐快。但是,虽有6名宇航员进入过太空,但生命系统在太空环境中的医学研究尚属空白,相关的研究工作基本为地面模拟失重状态下进行。对心血管系统、血液系统、肌肉骨骼系统、神经系统、免疫系统等做了较多的研究工作,而对消化系统失重生理病理学的研究十分局限,迄今国内尚未见有关失重和模拟失重环境下肝脏生理和病理研究的报道。本研究依据目前国内航天医学的现状而设立课题,进行模拟失重动物实验,观察微重力环境对肝脏应激反应及超微结构变化的影响。研究方法:(1)选用清洁级成年健康雄性Wistar大鼠,适应饲养1周后进行实验。依照陈杰等设计的尾悬吊法(tail-suspension)建立模拟失重大鼠模型。各时相点实验结束时,腹腔注射戊巴比妥钠(45 mg/kg)将实验及对照动物麻醉,无菌操作,剖腹取材。(2)实验一:Wistar大鼠48只,随机分为6组:模拟失重6 h组、模拟失重12 h组、模拟失重24 h组、模拟失重48 h组、模拟失重96 h组以及地面对照组(0 h)。应用RT-PCR和Western blot技术分别检测大鼠肝组织Hsp70 mRNA和Hsp70蛋白表达。(3)实验二:Wistar大鼠84只,随机分为模拟失重组和对照组,每组又分别设1 d、2 d、3 d、4 d、5 d、6 d及7 d共7个时相点,每时相点模拟失重和同步对照各6只大鼠。应用Western blot半定量检测悬吊大鼠肝脏NF-κB p65蛋白水平的变化,同时进行NF-κB p65的免疫组化PV-6001分析。(4)实验三:实验动物及分组同实验二。TUNEL法原位检测模拟失重大鼠肝组织中凋亡细胞,免疫组化检测大鼠肝组织p53表达,透射电镜观察肝组织超微结构。结果:(1) RT-PCR和Western blot分析显示大鼠肝脏在微重力环境中发生明显的应激反应;失重大鼠肝脏Hsp70和Hsp70mRNA表达水平较对照组明显升高,差异有统计学意义(P<0.05);Hsp70蛋白和基因在模拟失重6 h和12 h分别达高峰,而后其表达均下调。(2)肝组织中NF-κB的Western blot分析结果表明,各实验组及对照组大鼠肝脏组织中均可检测到70 kDa的NF-κB表达。与对照组比较,模拟失重1 d组大鼠肝脏组织中NF-κB蛋白水平显著升高,并形成高峰,差异有统计学意义(P<0.05)。NF-κB蛋白表达水平随悬吊时间延长而呈下降趋势。免疫组化结果显示NF-κB阳性产物主要见于实验大鼠的肝细胞内,亦见于炎细胞及Kupffer细胞内;可分为胞浆型、核型、核浆型等三个类型;肝细胞核型表达中,可见全核及局部碎点状阳性者,且主要位于核仁区。(3) TUNEL检测结果显示,各组悬尾大鼠肝组织中均可见阳性染色细胞,胞核呈黄棕色颗粒,少数胞浆淡染;2 d组最为明显,其后逐渐减少,6 d和7 d组凋亡细胞指数与对照组无显著差异。PV-6001染色结果显示,p53阳染颗粒均位于细胞核内,为颗粒状、弥漫性或混合型等多种表现,悬吊早期大鼠肝组织中p53表达阳性指数明显高于对照组(P<0.05),1 d组最为明显,悬吊后期和对照组标本中见少量阳性染色细胞。电镜下可见模拟失重大鼠肝细胞染色质浓缩边集,线粒体肿胀,嵴断裂或消失,内质网扩张,胞质内脂滴,出现凋亡小体等现象。上述超微结构改变在实验组大鼠悬吊早期阶段比较明显。结论:(1)失重和模拟失重是一种能诱导大鼠肝脏Hsp70和Hsp70mRNA快速表达的典型应激原。(2)模拟失重早期大鼠肝组织NF-κB高表达及其在核仁功能区形态特征说明失重导致NF-κB应激活化,对靶基因在失重应激及适应过程中的信息转录可能产生影响。(3)模拟失重导致大鼠肝脏超微结构改变,肝细胞凋亡增加,并伴有肝细胞坏死。p53在模拟失重早期即参与了肝细胞的凋亡过程,具体机制有待探讨。肝脏失重应激损伤的减轻和较快恢复说明机体在应激反应过程中迅速发挥了代偿和适应机能。(4)本研究初步揭示了模拟失重因素对肝脏造成的应激反应及可能的作用机制和特点,对进一步探讨失重特殊训练及航天飞行实践中航天员的应激适应和耐力提高机制以及拟定保健策略等方面均具有重要意义,并为后续研究奠定基础。