● 摘要
空间飞行最重要的环境特征就是“微重力”即“失重”，对人体的骨骼肌肉系统、心血管系统、感觉器官和神经系统等多个系统的生理功能都会产生影响。骨密度检测显示，在太空航天员每月平均有0.5%～2%的骨质丢失。然而，微重力导致骨质丢失的机制尚不清楚，也还没有相应有效的对抗措施。在骨重建的过程中，骨生成由成骨细胞完成。成骨细胞来源于骨髓间充质干细胞（MSCs）。因此微重力下MSCs分化的改变，将直接影响到骨重建。MSCs的分化发生变化并不仅仅发生在微重力条件下，在增龄的过程中骨髓中的脂肪细胞会逐渐增加，同时MSCs向成骨分化随之降低。有资料表明微重力会促进细胞调亡，并可加快果蝇的衰老。而微重力条件下MSCs的衰老程度的变化，以及这种变化对MSCs分化的影响尚未见文献报道。为了了解微重力条件下MSCs的分化情况，及深入认识MSCs的衰老在分化调控机制中的作用，本实验以大鼠骨髓间充质干细胞为研究对象，利用细胞旋转培养系统模拟微重力，通过倒置相差显微镜观察细胞形态的改变、用RT-PCR等技术研究微重力下MSCs在分化过程中关键蛋白的表达情况以及用TRAP法检测端粒酶活性，来探讨微重力条件下细胞衰老的程度和分化的变化。实验结果如下：1） 体外MSCs分离培养，诱导剂诱导MSCs的成骨分化和脂肪分化，利用MSCs的多分化潜能对MSCs进行了间接的鉴定；2） 模拟微重力条件下，无须添加诱导剂，即可观察到MSCs向脂肪的分化，出现油红O染色呈阳性反应的细胞明显多于对照组。同时在脂肪分化过程中起关键促进作用的过氧化物酶增殖物激活受体2（peroxisome proliferater-activated receptor gamma 2，PPARγ2）的mRNA表达水平明显升高，而在促进成骨分化中起关键作用的蛋白骨形成蛋白-2（bone morphogentic protein-2，BMP-2）的mRNA表达水平较对照组则明显下降。这些结果均提示，模拟微重力增加了MSCs向脂肪的分化, 而抑制了MSCs向成骨的分化；3） 模拟微重力培养MSCs 7d后，在1G条件下定向诱导MSCs向成骨分化，通过检测骨钙素浓度和碱性磷酸酶活性两项骨形成标志物，发现经过微重力培养后，MSCs的成骨能力较对照组有明显的下降，同时提示微重力对MSCs成骨分化潜能的影响，至少在短时间内不能恢复；4） TRAP法检测MSCs中的端粒酶活性发现，模拟微重力条件培养的MSCs的端粒酶活性较对照组有明显下降，提示微重力中MSCs向成骨分化潜能的减低可能部分是由于微重力下端粒酶活性的降低造成的。综上所述，本实验首次提出了MSCs在微重力下分化的变化可能是微重力加快了细胞衰老造成的，模拟微重力可能通过降低端粒酶的活性而影响MSCs分化方向。本研究不仅为阐明微重力导致的骨质丢失发生机制及寻找有效的对抗措施提供了一个新的思路，而且有助于深入研究老年型骨质疏松的发生和防治。