研究背景与目的微重力是宇宙环境中影响宇航员健康水平的重要因素之一。微重力或模拟微重力可引起免疫稳态失调,增加宇航员感染性疾病的发生风险。虽然有研究涉及微重力或模拟微重力下感染免疫过程,但微重力或模拟微重力下宿主对病原体抵抗能力下降的机制尚未阐明。本研究目的是探索模拟微重力下巨噬细胞对革兰氏阴性细菌肠致病性大肠杆菌(enteropathogenic E.coli,EPEC)感染免疫应答的影响,为揭示模拟微重力下的宿主感染免疫机制及宇航员返回地面后制定感染性疾病的防治策略提供实验依据。研究方法(1)应用旋转细胞培养系统(Rotary cell culture system,RCCS)模拟微重力环境,用EPEC感染巨噬细胞(U937),建立模拟微重力下感染模型。应用实时荧光定量PCR检测模拟微重力环境下巨噬细胞感染后炎性细胞因子的表达水平。(2)对地面正常重力和模拟微重力下巨噬细胞感染后进行转录组测序,分析比较2组感染模型的差异表达基因和信号通路富集情况。根据InnateDB数据库在富集的信号通路中筛选与免疫相关的差异表达基因。(3)应用实时荧光定量PCR验证筛选出的差异表达基因的表达水平,应用蛋白质免疫印迹检测富集出的信号通路的活化情况。研究结果(1)与地面正常重力相比,模拟微重力显著降低EPEC感染后巨噬细胞白细胞介素 6(Interleukin 6,IL-6)和肿瘤坏死因子(Tumour necrosis factor,TNF)的表达水平,提示模拟微重力抑制巨噬细胞对EPEC的免疫应答。(2)与地面正常重力相比,模拟微重力下感染后细胞中共有542个基因上调(P<0.05),720个基因下调(P<0.05)。细胞因子及其受体相互作用和丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase,MAPK)信号通路的相关基因在模拟微重力下感染后的巨噬细胞内差异表达(P<0.05),在这2个信号通路中,与免疫相关的差异基因分别有14个(7个上调,7个下调)和36个(11个上调,25个下调)。在细胞因子及其受体相互作用通路中,除Il33(P>0.05)外,差异基因的验证结果与转录组测序结果是一致的;在MAPK信号通路中,Il1β、Cd14、Hspa1a、Pdgfrb、Il1a、Fgf7、Igf1r和Pak1共8个基因的验证结果与转录组测序结果不一致,其中Il 1β、Cd14、Hspa1a和Pdgfrb的转录水平不受模拟微重力的影响(P>0.05);Il1a和Fgf7的转录水平下调,而Igf1r和Pak1的转录水平上调。其余差异表达基因的验证结果与转录组测序结果一致。(3)与地面正常重力相比,模拟微重力可降低p38和细胞外信号调节激酶(Extracellular signal regulated kinase,ERK)信号通路的磷酸化活性,但不影响c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)信号通路的磷酸化活性,提示模拟微重力主要通过MAPK信号通路中的p38和ERK通路的活化来影响巨噬细胞对EPEC的免疫应答能力。结论与正常重力下巨噬细胞对EPEC的免疫应答过程比较,模拟微重力主要通过调控p38和ERK信号通路,抑制巨噬细胞感染后IL-6和TNF的表达水平,影响巨噬细胞对EPEC的免疫应答。