随着“神舟七号”载人航天飞行的顺利完成,我国空间载人技术已发展到新的历史阶段,今后,我国航天员还会在太空进行长时间停留完成各项作业。微重力环境下,骨骼肌发生萎缩,肌纤维功能下降,对航天员各项操作活动产生不良影响。重返地面后,抗重力骨骼肌萎缩现象不能立刻缓解,严重影响地面活动功能。Calpain可能是导致肌纤维萎缩的关键分子。研究微重力环境下Calpain的变化规律对于防治肌纤维萎缩有重要的现实意义。同时,航天员重返地面后,不当的运动模式可能导致萎缩骨骼肌损伤,因此探讨强直收缩对Calpain的影响,对制定萎缩骨骼肌恢复期运动方案非常重要。本研究采用整体实验与比目鱼肌(SOL)离体实验相结合的方法,观察了萎缩SOL电子显微镜下的形态变化规律。通过Western Blot和Casein Zymography检测方法,探讨了不同条件下,Calpains的表达和活性的改变。同时,又通过离体肌条灌流技术从功能上进一步研究了不同条件下,肌条强直收缩功能的变化。此外,本实验还对萎缩肌纤维内Ca2+水平进行了初步的研究。主要实验结果如下:1.萎缩SOL超微结构的变化规律采用尾部悬吊大鼠模型模拟失重,研究不同时间点SOL超微结构的变化规律:悬吊2 wk后SOL肌原纤维排列规则,直径变细,Z线流明显;4 wk后萎缩更加显著,甚至出现肌纤维的少量溶解。悬吊4 wk后,大鼠强迫运动后,SOL超微结构破坏严重,肌原纤维排列错乱,Z线纵向排列不规则,甚至断裂消失。大鼠强迫运动同时给予Calpain抑制剂PD150606干预,超微结构可明显改善。2.萎缩SOL静息钙离子浓度增高激光共聚焦显微镜观察SOL单纤维静息钙荧光强度,发现萎缩组显著高于对照组,且萎缩组对Caffeine的敏感性更高,易造成肌纤维内Ca2+浓度的升高。3.重复疲劳性强直收缩导致SOL内Calpain 1活性增强SOL中Calpain 1与2表达量随悬吊时间的延长而逐渐增多,同时,Calpain 1活性也逐渐增高,共同导致肌萎缩的产生和加重。离体肌条重复强直收缩对Calpain 1与2的表达量未产生显著影响,但可增加Calpain 1活性;悬吊4 wk后,重复强直收缩使Calpain 1活性增高的更加明显,抑制剂PD150606显著降低Calpain 1活性。4.重复疲劳性强直收缩导致Desmin降解Western blot检测结果显示:悬吊组Desmin较对照组降解明显。重复强直收缩后,Desmin降解增加,悬吊组降解增加显著,抑制剂PD150606可降低Desmin的降解。5. Calpain对肌条功能的影响采用Caffeine和H2O2可使内源性的Ca2+浓度增高,Ca2+浓度增高导致Calpain 1活性增加,降解肌原纤维蛋白TnI,损伤肌纤维,导致静息张力升高,发展张力下降,疲劳性增加,恢复速率减慢,肌条收缩功能下降。6.肌纤维内影响Ca2+浓度的因素TR75延长比值可以作为判断肌纤维肌质网Ca2+摄取的间接测量指标。研究表明去负荷萎缩SOL肌纤维肌质网Ca2+摄取功能增强,可能是肌纤维内Ca2+浓度升高的结果。综上所述,悬吊大鼠SOL超微结构萎缩明显,PD150606干预可明显降低强迫运动引起的超微结构损伤。悬吊大鼠SOL肌纤维内Ca2+浓度升高,Calpain活性增高,表达增加。重复疲劳性间断强直收缩致使Calpain 1活性增高显著,PD150606干预可明显降低Calpain 1活性。说明Calpain是调节SOL萎缩的重要环节,而肌纤维Ca2+水平的上调是Calpain活性增高的主要原因。