研究背景和目的： 随着空间技术的发展，人们越来越关注空间飞行给生物体带来的影响。在空间环境下，机体处于微重力环境(10-6～10-2g)里，微重力所引起的流体静压消失和运动负荷的减轻将引起血液系统发生一系列变化。载人航天早期，美苏的航天医学家发现航天员在飞行后出现了一种类似于“贫血症”的血液学变化，主要表现为飞行后航天员血液中血浆容量减少，红细胞数量和质量减少，网织红细胞和血红蛋白减少。其他系统的改变还有肌肉萎缩和骨质疏松，及激素分泌失调等。目前认为血液系统的改变是机体对微重力环境的适应性反应，短期内的改变在回到地面后会逐渐恢复到飞行前的状态。但以往研究表明，微重力血液学改变随飞行时间延长而加重，且这些改变影响航天员的健康及航天任务的完成，阻碍空间科学发展和探索。而且，随着人类在太空停留时间的延长，这种适应性反应是否会转变为病理状态、造血机能改变是否仍是可逆?除了上述适应性机制外，失重对骨髓造血细胞、骨髓微环境及各阶段的红细胞的影响又是怎样?其对机体返回1g环境后的再适应过程是怎样的影响?这些问题提示需对微重力环境下造血系统的改变做更深入的研究。 红细胞数量和质量的减少是空间血液学研究的核心问题。红系造血生成是指红系造血前体细胞向终末细胞逐渐转化，最终导致成熟红细胞生成的复杂生理过程。多能造血干细胞在刺激因子的作用下，首先分化为红系造血祖细胞BFU-E和CFU-E，再进一步分化为形态可识别的原红细胞和下一级幼稚红细胞，然后经过网织红细胞阶段变为成熟红细胞。在人类，上述过程需要1周。在此过程中涉及多种基因尤其是红系造血生长因子及转录因子的调控，其中转录因子GATA-1为红系造血的关键因子。GATA-1是具有锌指结构的转录因子，在红系基因的表达起着中心调节作用，在几乎所有红系特异性基因的启动子或增殖子序列中均能找到GATA-1识别和结合的基序。 以往关于微重力对造血系统的影响的研究主要集中对航天员血液指标和造血调节系统的检测，及对微重力和模拟微重力环境下的造血细胞生物学特性及细胞结构改变的考察，而其影响造血细胞改变的机制尚未见报道。本实验以观察模拟微重力影响CD34+细胞分化改变的规律及探讨其影响分化改变的机制为主要目的，具体为： (1)广泛复习国内外相关研究文献，利用模拟微重力装置(RCCS)建立模拟微重力培养CD34+细胞地面模型，通过流式细胞仪检测分析，观察模拟微重力影响CD34+细胞分化的规律。 (2)在建立模拟微重力培养CD34+细胞的地面模型基础之上，检测红系细胞分化中重要转录因子GATA-1基因表达量，以期寻找模拟微重力影响造血细胞分化改变的机制。 方法： (1)CD34+细胞的获得及培养： 采用Ficoll分离液和免疫磁珠分离纯化脐血中CD34+细胞。CD34+细胞的培养有：第一类培养，CD34+细胞分为模拟微重力(RCCS)组、1-g液态对照组及1-g半固体对照组三组进行完全分化培养；第二类培养，CD34+细胞分为微重力(RCCS)组和1-g液态培养组，经过短期培养后，流式细胞仪分选出未分化的CD34+细胞。 (2)模拟微重力影响CD34+细胞分化的分析： 采用流式细胞仪检测第一类培养后各组细胞的系特异性抗原比例，考察模拟微重力影响CD34+细胞分化的改变。并同时进行PI细胞凋亡染色检测，考察模拟微重力对细胞凋亡的影响。 (3)模拟微重力影响CD34+细胞分化改变机制分析： 采用实时荧光定量PCR检测第二类培养中流式分选出的CD34+细胞中的转录因子GATA-1mRNA的表达。实时荧光定量PCR.采用非特异的SYBR()GreenI荧光染料、相对定量的比较Ct法进行分析。 结果： (1)通过统计收集的15份脐血，免疫磁珠分选前MNC中CD34+细胞的含量为：(1.14±0.71)％，免疫磁珠分选后CD34+细胞的纯度为：(91.55±4.11)％。 (2)流式细胞仪检测表明各组的CD34+细胞含量均少于0.2％。GIyA+在RCCS组中的表达明显低于1-g液态对照组，表达量分别是22.21％±3.02％和60.05％±3.08％(P<0.05)，而CD33+表达在RCCS组高于1-g液态对照组，分别为52.120％±1.92％和18.87％±1.41％(P<0.05)。1-g液态对照组的分化比例和1-g甲纤组(GlyA+％=54.39％±2.86％，CD33+％=21.09％±3.19％)比较相似，两者之间没有统计学差异。各组凋亡比例均在1％以下。 (3)实时荧光定量PCR检测结果显示，GATA-1mRNA的在实验组中相对表达量0.17，在对照组(1-g组)中的相对表达量为1，RCCS组约是对照组表达量的1／5。 结论： (1)采用Ficoll分离液和免疫磁珠分离纯化CD34+细胞的方法可以得到高纯度CD34+细胞，这种分离纯化方法是一种简单快速高效的CD34+细胞获取方法，为后面的细胞培养做好了基础。 (2)利用RCCS建立地面模拟微重力培养CD34+细胞的模型，为模拟微重力影响CD34+细胞分化及机制的研究提供了方法学保障。 (3)模拟微重力抑制CD34+细胞向各系血细胞的分化，尤其抑制其向红系细胞的分化。 (4)模拟微重力下调CD34+细胞中转录因子GATA-1基因表达量，且转录因子GATA-1与CD34+细胞向红系细胞分化及红系细胞的分化成熟有关。因此，微重力可能通过此机制影响红系分化，是造成“航天贫血”的原因之一。 创新点： (1)利用RCCS成功构建了模拟微重力培养CD34+细胞的地面模型，为模拟微重力影响CD34+细胞相关研究的开展奠定了基础。 (2)总结了模拟微重力影响CD34+细胞分化的规律，为航天飞行时微重力影响机体造血细胞的研究提供一定的贡献。 (3)模拟微重力下调CD34+细胞转录因子GATA-1基因表达量，初步对模拟微重力影响CD34+细胞的分化调控机制进行了研究，目前国内外尚未见报道。