模拟微重力效应对大鼠心肌细胞线粒体功能的影响
摘要
失重飞行后和地面模拟失重的动物心肌发生萎缩,超微结构出现线粒体受损、脊断裂、基质密度下降和肌丝位置异常等变化。失重对于心电造成明显影响,主要表现为心律失常和心电传导发生改变。失重飞行对于心脏收缩功能有影响包括:心率增快,心脏每博量减少,左室舒张末期容积缩小。模拟微重力效应可抑制心肌细胞功能,导致心肌细胞收缩力减弱,搏动频率减慢,搏动节律异常。失重引起的这些生物学效应的机理尚不明了。线粒体是细胞进行生物氧化和能量转换的主要结构,线粒体结构和功能的完好对于保持心肌细胞的正常功能具有重要作用。本研究以大鼠心肌细胞系H9c2(2-1)和原代大鼠心肌细胞为材料,研究了模拟微重力效应对线粒体膜电位的影响。 本研究采用海藻酸钠微囊包裹大鼠心肌细胞系H9c2(2-1)和原代大鼠心肌细胞,进行三维立体培养,选用NASA旋转细胞培养系统(rotating cell culture system,RCCS)以15rpm/min模拟微重力效应,分别在24、48和72h后,将细胞固定,并将细胞从微球中释放出来,采用罗丹明123染色,流式细胞仪检测线粒体膜电位。采用MTT法测定线粒体琥珀酸脱氢酶活性,对于原代心肌细胞还研究了模拟微重力对于心肌细胞搏动影响。研究发现,心肌细胞系H9c2(2-1)能够在微球内形成三维细胞团,而原代心肌细胞能够形成具有搏动的细胞团。心肌细胞系H9c2细胞在海藻酸钠3D-模拟微重力效应培养系统中培养24、48和72h后,线粒体膜电位下降,线粒体琥珀酸脱氢酶活性下降,证明H9c2细胞在3D-模拟微重力效应培养系统中培养,细胞线粒体功能受损;模拟微重力效应培养原代乳鼠心肌细胞24、48和72h,观察到在微重力状态下培养24h,与地面三维对照相比,心肌搏动团块减少,搏动强度减弱,搏动频率不均一,地面三维对照平均在15次/min。继续在重力状态下培养48h,心肌细胞团停止搏动,而地面三维对照仍有大量搏动细胞团,与之对照的线粒体膜电位也在48h出现显著降低,说明模拟微重力效应影响心肌细胞搏动功能,心肌搏动能力减弱,或停搏。研究表明,采用微球包覆三维培养心肌细胞是研究模拟微重力效应对细胞的生物学影响是良好的模型;心肌线粒体功能受损可能是模拟微重力影响心肌细胞搏动的原因之一,该研究为进一步研究微重力效应影响心肌细胞功能的生物学机制提出了新的方向。