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随着世界航天事业的快速发展,人类在外太空的活动周期越来越长,近年来研究显示,长期处于微重力环境下,会引起宇航员心血管系统局部异常,血管新生及重构,导致多种心血管疾病的发生。并且微重力可以通过调控细胞形态结构及功能进而影响心血管系统发育。近年来,越来越多的研究开始关注微重力对心血管系统发育的影响,相继报导了一些相关的信号调控途径,但是微重力究竟是通过改变哪些关键的分子信号,影响心血管发育?还不是很明确,需要更进一步阐述。本论文采用中科院力学研究所研制的MG-IIA型地基微重力模拟器,以绿色荧光标记血管内皮细胞的转基因斑马鱼胚胎(Flk1:GFP)作为地面模拟微重力效应的研究模型,通过对斑马鱼胚胎的旋转进行模拟微重力(simulated microgravity,SM)处理,在体实时的观察模拟微重力对斑马鱼血管发育的影响,并对其分子机制进行初步的探索。本论文研究的主要内容和结果如下:(1)模拟微重力对斑马鱼胚胎血管发育的影响。斑马鱼胚胎受精后12hpf(hour post-fertilization)时进行SM处理,分别处理至24hpf和36hpf,对照组在1G条件下正常培养,SM组在MG-IIA型地面微重力模拟器中培养。通过体式显微镜统计斑马鱼胚胎的存活率、心率的情况。荧光拍照、qPCR以及原位杂交实验观察对照组与SM组斑马鱼胚胎血管发育情况。实验结果表明,SM对斑马鱼的存活率没有影响,但是却显著降低斑马鱼心率,并且在微重力处理至36hpf时明显影响了斑马鱼胚胎的血管发育,导致局部血管发育异常,尾部静脉丛发育速率加快,促进血管新生及重构,血管网络复杂程度提高。说明SM会影响斑马鱼血管发育过程。(2)nos2b参与模拟微重力对斑马鱼胚胎血管发育过程。首先通过对SM处理后的36hpf斑马鱼胚胎总蛋白中NO含量的测定,结果表明,微重力处理过后斑马鱼胚胎总蛋白中NO的含量相对于对照组来说有明显的增加。初步判断NO信号参与到微重力对斑马鱼胚胎血管发育过程。之后再分别注射nos2b MO和注射nos2b MO与微重力共处理,至36hpf观察血管发育情况。实验结果显示,nos2b基因被敲降以后,微重力引起的斑马鱼血管新生会有一定的回救,说明nos2b参与到了微重力调节斑马鱼血管发育过程。(3)PI3K-nos2b信号通路参与模拟微重力调控斑马鱼胚胎血管发育过程。1)PI3K参与斑马鱼胚胎血管发育过程。在实验中我们采用PI3K的特异性抑制剂LY294002处理斑马鱼胚胎至36hpf,结果表明,与对照组相比,用抑制剂处理过后的斑马鱼胚胎血管发育情况明显受到抑制,节间血管发育紊乱、尾部静脉丛有破裂。2)PI3K参与模拟微重力调节斑马鱼胚胎血管发育过程。实验分为三组,分别为对照组,模拟微重力至36hpf、模拟微重力至36hpf和LY294002共处理,从表型、q PCR以及全胚原位杂交的结果中可以看出,用PI3K抑制剂处理过后,微重力引起血管异常新生作用会得到部分回救,证明PI3K确实参与到了模拟微重力对斑马鱼血管发育的过程。3)PI3K-nos2b信号通路参与模拟微重力调控斑马鱼血管发育的过程。分别注射nos2b mRNA和注射nos2b mRNA与PI3K的特异性抑制剂LY294002共处理,通过表型、q PCR以及全胚原位杂交的结果中可以看出,与对照组相比,用PI3K抑制剂处理过后的斑马鱼胚胎血管发育受到的抑制可以被注射nos2b mRNA所部分回救。综上所述,本研究表明,模拟微重力可以使斑马鱼血管重构,新生能力增强。并且PI3K-nos2b信号通路也参与到模拟微重力对斑马鱼血管发育过程中,本研究不仅初步阐明了模拟微重力调节血管发育的分子机制,而且该研究结论将为微重力引起的心血管疾病的防治提供新的治疗靶点。