模擬太空環(huán)境應(yīng)激損傷及防護(hù)相關(guān)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展

王玲袁天晨吳麗瑤

(1.三峽公共檢驗(yàn)檢測(cè)中心,湖北 宜昌 443000;2.宜昌市中醫(yī)醫(yī)院, 湖北 宜昌 443000;3.南方醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院藥學(xué)部,廣州 510630)

執(zhí)行長(zhǎng)期太空任務(wù)時(shí),其復(fù)雜的空間環(huán)境會(huì)對(duì)航天員的身體機(jī)能產(chǎn)生威脅,失重是常見(jiàn)的影響形式,使體內(nèi)液體的分布及承重方式發(fā)生變化,目前研究發(fā)現(xiàn),失重會(huì)對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、骨骼肌肉系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等產(chǎn)生不利影響,甚至誘導(dǎo)重要器官重塑。此外,太空中的輻射也是潛在的風(fēng)險(xiǎn)因素之一,在輻射的影響下,會(huì)加重系統(tǒng)進(jìn)一步的損傷。通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)全方位模擬太空的空間環(huán)境的實(shí)驗(yàn)方法,使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具準(zhǔn)確性及客觀性。本文概括了近幾年關(guān)于太空環(huán)境對(duì)上述系統(tǒng)應(yīng)激損傷機(jī)制的研究進(jìn)展,并對(duì)太空環(huán)境引起的應(yīng)激防護(hù)研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié),期望能為探索空間環(huán)境引起的應(yīng)激損傷發(fā)生機(jī)制以及對(duì)抗防護(hù)提供參考。

1 模擬太空環(huán)境應(yīng)激損傷動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究

1.1 對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的應(yīng)激損傷

多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明,通過(guò)吊尾模擬失重,可使大鼠表現(xiàn)焦慮和抑郁行為,其行為主要表現(xiàn)在主動(dòng)避險(xiǎn)、探究和運(yùn)動(dòng)行為減少[1]。Gros等[2]最新研究表明,在模擬失重的大鼠中,其空間學(xué)習(xí)能力減弱,加入模擬輻射照射因素后,能夠增加抑郁樣行為。

有學(xué)者認(rèn)為大腦神經(jīng)遞質(zhì)及單胺功能受到了改變,這些改變可引起行為及情緒的變化。如單胺類神經(jīng)遞質(zhì)如去甲腎上腺素(norepinephrine,NE)、多巴胺(dopamine,DA)、5-羥色胺(serotonin,5-HT)等參與了行為和情緒的調(diào)節(jié),Gros等[2]研究證實(shí)在7 d的太空飛行后,大鼠大腦的兒茶酚胺和血清素發(fā)生了特定的、受限的變化,修改了一些屬于前庭/運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的大腦區(qū)域(下橄欖核、紅核、小腦、軀體感覺(jué)皮層、黑質(zhì)和伏隔核殼)NE、DA組織含量。DA和5-HT含量在前邊緣皮層有所降低,并且已經(jīng)重塑了大腦中單胺能系統(tǒng)的組織,這樣的改變并非致病性的,但可能會(huì)導(dǎo)致短暫的易感性發(fā)展為神經(jīng)精神疾病,尤其是情緒障礙。Raber等[3]的太空環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)表明學(xué)習(xí)能力減弱與中腦γ-氨基丁酸(γaminobutyric acid,GABA)含量有關(guān),在僅后肢卸載組以及僅輻射組,海馬體GABA及谷氨酸(glutamate acid,Glu)的表達(dá)量明顯降低,而在接受輻射及后肢卸載組中GABA含量在皮質(zhì)組織中低于對(duì)照組。Popova等[4]將小鼠置于空中飛行30 d后,觀察到控制DA合成的關(guān)鍵酶酪氨酸羥化酶(tyrosine hydroxylase,TH)表達(dá)下降,下丘腦及紋狀體中D1受體的表達(dá)下調(diào)。此外,武強(qiáng)強(qiáng)等[1]、Wang等[5]在地面進(jìn)行的尾吊模擬失重實(shí)驗(yàn)中也出現(xiàn)類似結(jié)果,尾吊模擬失重使大鼠NE、DA、5-HT、GABA等表達(dá)量下降,Glu表達(dá)增加,其血清中皮質(zhì)酮(corticosterone,CORT)和促腎上腺皮質(zhì)激素(adrenocorticotropic hormone,ACTH)等水平升高,大腦皮層中腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF)的表達(dá)下降,大腦皮層神經(jīng)元萎縮;小鼠海馬區(qū)Glu水平顯著降低,其受體N-甲基 D-天冬氨酸受體亞型 2A/2B(N-Methyl DAspartate receptor subtype 2A/2B,NR2A/2B)的亞基表達(dá)也降低。眾多研究均表明,在太空環(huán)境下,動(dòng)物腦部的興奮神經(jīng)遞質(zhì)表達(dá)降低,受體表達(dá)下調(diào),負(fù)責(zé)行為、情緒的腦部組織發(fā)生特定變化[6]。

另外腦部組織發(fā)生氧化應(yīng)激及炎癥反應(yīng),血腦屏障受損也有助于腦部神經(jīng)的損害。Zhang等[7]研究表明,超過(guò)14 d的后肢卸載模擬失重導(dǎo)致行為任務(wù)表現(xiàn)不佳,實(shí)驗(yàn)組大鼠的乙酰膽堿酯酶(acetylcholine esterase,AChE)活性、腦內(nèi)丙二醛(malondialdehyde,MDA)水 平、活 性 氧(reactive oxygen species,ROS)和8-羥 基-2-脫 氧 鳥 苷(8-hydroxy-2-deoxyguanosine,8-OHdG)濃度顯著增加。此外,腦中的膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶(choline acetyltransferase,ChAT)、超 氧 化 物 歧 化 酶(superoxide dismutase,SOD)和過(guò)氧化氫酶(catalase,CAT)活性顯著減弱。在吊尾模擬失重實(shí)驗(yàn)中,大鼠海馬組織中的錳超氧化物歧化酶(manganese superoxide dismutase,MnSOD)和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)的基因和蛋白表達(dá)被抑制,過(guò)氧化氫(hydrogen peroxide,H2O2)、MDA水平明顯升高。多數(shù)研究表明尾吊模擬失重使動(dòng)物腦內(nèi)氧自由基增多,SOD、GSH-Px、CAT等抗氧化酶的含量減少,導(dǎo)致脂質(zhì)和DNA損傷[1]。微重力的條件下也會(huì)導(dǎo)致血腦屏障(bloodbrain barrier,BBB)受損,Yan等[8]研究表明血腦屏障受損是由于大鼠腦中的緊密連接(tight junctions,TJs)和粘附連接(adherens junctions,AJs)蛋白表達(dá)下調(diào)所致,在進(jìn)一步的在人腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞(human brain microvascular endothelial cell,HBMECs)實(shí)驗(yàn)中,TJs與AJs表達(dá)下調(diào)是被證實(shí)與抑制Rac1/Wave2/Arp3通路有關(guān)。Mao等[9]另外一項(xiàng)太空飛行實(shí)驗(yàn)中,太空飛行會(huì)誘導(dǎo)大腦細(xì)胞凋亡,海馬細(xì)胞凋亡增加高達(dá)2.2倍,海馬中水通道蛋白4(aquaporin4,AQP4)、星形膠質(zhì)細(xì)胞生物標(biāo)志物GFAP、血小板內(nèi)皮細(xì)胞粘附分子-1(platelet endothelial cell adhesion molecule-1,PECAM-1)表達(dá)增加,BBB相關(guān)的緊密連接蛋白Zonula occludens-1(ZO-1)的表達(dá)減少。許多負(fù)責(zé)細(xì)胞功能、細(xì)胞凋亡、線粒體功能、神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育、蛋白質(zhì)/細(xì)胞器運(yùn)輸和新陳代謝的蛋白質(zhì)在太空飛行中發(fā)生了顯著改變,尤其是具有與腦細(xì)胞死亡相關(guān)功能的關(guān)鍵蛋白質(zhì)被顯著激活。太空飛行導(dǎo)致的氧化應(yīng)激、PECAM-1表達(dá)增加、細(xì)胞凋亡可能與多種氧化應(yīng)激相關(guān)的信號(hào)通路發(fā)生顯著改變有關(guān),包括Hippo信號(hào)通路、Rac信號(hào)通路和多巴胺信號(hào)通路。小鼠海馬中ZO-1的表達(dá)降低、PECAM-1表達(dá)增加可能會(huì)導(dǎo)致BBB處的緊密連接中斷,致使通透性增加并導(dǎo)致腦損傷。

腦部血管及頸部血管病變,也會(huì)對(duì)神經(jīng)功能產(chǎn)生影響。武強(qiáng)強(qiáng)等[1]研究中報(bào)道大鼠在模擬失重2周后腦動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞的L型鈣通道功能增強(qiáng),可能導(dǎo)致了大鼠模擬失重后腦動(dòng)脈血管收縮反應(yīng)增強(qiáng)。其頸總動(dòng)脈的血管僵硬度增加,血管壁發(fā)生纖維化改變,并且膠原蛋白(collagen,COL)的含量增多,COL構(gòu)成了膠原纖維,其含量增多使動(dòng)脈硬化,其頸總動(dòng)脈的管壁厚度較對(duì)照組增大26%。模擬失重導(dǎo)致大、小鼠頸總動(dòng)脈、腦血管壁增厚硬化,肌源性緊張度增高,管徑縮小,腦血流阻力增高,腦血流速度變慢進(jìn)而對(duì)大腦功能產(chǎn)生一定影響。

1.2 對(duì)心血管系統(tǒng)的應(yīng)激損傷

太空飛行將對(duì)航天員的心血管系統(tǒng)產(chǎn)生諸多影響,在執(zhí)行任務(wù)期間多名航天員曾報(bào)道出現(xiàn)心律失常[10],最近在長(zhǎng)期國(guó)際空間站(International Space Station,ISS)任務(wù)期間對(duì)機(jī)組人員進(jìn)行的體內(nèi)血管研究表明,太空飛行引起的頸動(dòng)脈和肱動(dòng)脈的結(jié)構(gòu)和功能變化,這樣的改變可能與氧化應(yīng)激及心血管炎癥生物標(biāo)記物的激活有關(guān)[11]。余志斌等[12]早期模擬失重實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)大鼠心肌收縮性能與鈣反應(yīng)降低,心內(nèi)膜亦可能受損。航天飛行大鼠中,可發(fā)現(xiàn)線粒體密度下降,眾多研究均在提示,長(zhǎng)期太空飛行的條件下,對(duì)心血管的影響不可忽視,也會(huì)造成相對(duì)較大的心血管疾病(cardiovascular diseases,CVD)的風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)心血管影響方面的機(jī)制研究尚不明確,Walls等[13]研究報(bào)道,將果蠅放在ISS上出生、發(fā)育并成年生活1 ~ 3周,微重力條件下,心腔大小和心臟收縮性和輸出量顯著降低。這些發(fā)現(xiàn)與觀察到的肌原纖維重塑、肌節(jié)計(jì)數(shù)減少和肌節(jié)基因的失調(diào)一致,果蠅的心臟功能障礙、心臟受限和肌原纖維紊亂等功能性改變與干擾原肌球蛋白結(jié)合的肌鈣蛋白突變有密切相關(guān)性。離體心臟中的RNA測(cè)序顯示肌節(jié)/細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)基因的表達(dá)降低,蛋白酶體基因表達(dá)顯著增加,表明蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)異常,心臟重塑和蛋白質(zhì)應(yīng)激可能是心肌對(duì)微重力的基本反應(yīng)。Liang等[14]尾吊法模擬失重實(shí)驗(yàn)中,觀察到懸尾時(shí)間依賴性地誘導(dǎo)鈣蛋白酶激活,從而促進(jìn)p38和ERK1/2的激活以及隨后響應(yīng)微重力的心肌細(xì)胞中p47phox上的Ser345磷酸化來(lái)介導(dǎo)NADPH氧化酶的激活,減少心肌細(xì)胞大小和心臟重量,并導(dǎo)致小鼠心肌功能障礙及心肌異常。另外一個(gè)可能機(jī)制與神經(jīng)壓力反射調(diào)節(jié)有關(guān),有研究證實(shí),長(zhǎng)期微重力暴露會(huì)減少人類迷走神經(jīng)心臟傳出神經(jīng)傳出和迷走神經(jīng)壓力反射增益[15-16],發(fā)生這一現(xiàn)象的原因與具體的機(jī)制目前還尚不明確。

太空飛行及失重環(huán)境所致的心血管系統(tǒng)的改變,可能是對(duì)環(huán)境的適應(yīng)過(guò)程,也可能是因壞境改變而引起的機(jī)體應(yīng)激反應(yīng),具體長(zhǎng)期飛行是否與心血管疾病的發(fā)生以及相關(guān)性研究還有待進(jìn)一步的證實(shí)。

1.3 對(duì)骨骼肌肉系統(tǒng)的應(yīng)激損傷

Juhl等[17]研究表明,長(zhǎng)期太空飛行會(huì)導(dǎo)致航天員骨量丟失,并且隨著飛行時(shí)長(zhǎng)的增加,骨量丟失越嚴(yán)重,丟失速率快于絕經(jīng)婦女,這一現(xiàn)象的發(fā)生與太空特殊的失重及電離輻射環(huán)境有相關(guān)性。此外,暴露于微重力的航天員在1個(gè)月內(nèi)平均骨骼肌質(zhì)量最多減少20%,平均骨骼肌強(qiáng)度在最多減少30%。這種骨骼肌質(zhì)量和功能的喪失可能會(huì)阻礙或阻止航天員執(zhí)行任務(wù),并增加他們?cè)诘厍蛏戏祷馗咧亓l件時(shí)受傷的風(fēng)險(xiǎn)。因此,借助動(dòng)物實(shí)驗(yàn)來(lái)研究微重力如何影響太空飛行期間的骨骼肌肉系統(tǒng)發(fā)育和功能,對(duì)于抵抗太空飛行導(dǎo)致的骨骼肌肉系統(tǒng)應(yīng)激損傷至關(guān)重要。

與骨質(zhì)流失相關(guān)細(xì)胞有3類:成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞、骨細(xì)胞,失重狀態(tài)下骨量丟失的關(guān)鍵在于骨平衡被打破,骨吸收速率大于骨形成,這一現(xiàn)象與上述:3種細(xì)胞在失重狀態(tài)下的信號(hào)響應(yīng)有關(guān)。Dufour等[18]在微重力大鼠模型中發(fā)現(xiàn)成骨細(xì)胞凋亡增加和成骨細(xì)胞總數(shù)減少,這與大鼠骨骼中α5β1-PI3KBcl-2 存活途徑的下調(diào)有關(guān)。Blaber等[19]將雌性小鼠在STS-131穿梭機(jī)上暴露于微重力15 d發(fā)現(xiàn)成骨細(xì)胞在微重力狀態(tài)下,其誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡因子細(xì)胞腫瘤抗原53(cell tumor antigen 53,Trp53/p53)及細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑1A(cyclin-dependent kinase inhibitor 1A,Cdkn1a/p21)基因表達(dá)均顯著下調(diào),破壞成骨細(xì)胞周期,可能是骨丟失的原因之一。在該研究中還發(fā)現(xiàn)破骨細(xì)胞覆蓋的骨表面顯著增加,這表明破骨細(xì)胞活性的增加部分是骨量減少的原因。此外,Chatani等[20]將TRAP-GFP/Osterix-DsRed雙轉(zhuǎn)基因青鳉魚飼養(yǎng)于ISS中,在飼養(yǎng)的第56天,發(fā)現(xiàn)破骨細(xì)胞被激活,與地面對(duì)照相比,其咽骨鈣化區(qū)域減少,上咽骨與牙齒的礦物密度顯著下降。這些研究均證實(shí)在失重狀態(tài)下的骨失衡,成骨細(xì)胞被抑制,破骨細(xì)胞被激活,在失重下維持骨平衡是航空飛行的一大預(yù)防熱點(diǎn)。

根據(jù)Juhl等[17]報(bào)道將骨骼成熟的小鼠和大鼠暴露于太空飛行中微重力會(huì)導(dǎo)致比目魚肌和腓腸肌在2周內(nèi)快速損失,并且這一現(xiàn)象在氧化慢肌(如比目魚肌)比糖酵解快肌(如指長(zhǎng)伸肌)中更為明顯,伴隨比目魚肌質(zhì)量下降的是慢?、裥屠w維的優(yōu)先損失和快肌IIB纖維的增加。而Gambara等[21]在太空飛行30 d小鼠骨骼肌的整體基因分析中也發(fā)現(xiàn),與地面對(duì)照相比,太空飛行小鼠比目魚中肌多達(dá)680個(gè)差異表達(dá)基因,而指長(zhǎng)伸肌中發(fā)現(xiàn)了只有72個(gè)差異表達(dá)基因(僅有24個(gè)共同基因)。在最新的研究中也提出,肌肉力量的丟失與Ca2+失調(diào)有關(guān)。Braun等[22]在太空飛行的小鼠比目魚肌中發(fā)現(xiàn)Ca2+攝取嚴(yán)重受損,這可能與比目魚肌中的肌(內(nèi))質(zhì)網(wǎng)Ca2+ATP酶泵功能障礙有關(guān),但是在脛前肌并未發(fā)現(xiàn)該改變,這說(shuō)明失重對(duì)糖酵解快肌與氧化慢肌功能影響的機(jī)制存在差異,還需進(jìn)一步證實(shí)。

1.4 對(duì)消化系統(tǒng)的應(yīng)激損傷

據(jù)報(bào)道,微重力下小鼠唾液蛋白的組成發(fā)生了變化,尤其是唾液淀粉酶和富含脯氨酸的蛋白,其含量均有所降低。進(jìn)一步的研究表明,這可能與cAMP信號(hào)通路有關(guān),唾液中特定的蛋白質(zhì)含量可以作為太空飛行中應(yīng)激事件發(fā)生的潛在生物學(xué)標(biāo)志物[23-24]。

Lu等[25]指出在失重環(huán)境中,胃部間質(zhì)細(xì)胞受到模擬失重的影響,可能導(dǎo)致胃起搏和慢波障礙,導(dǎo)致胃動(dòng)力障礙。胃黏膜屏障在早期可能遭受局部和全身性應(yīng)激損傷。具體表現(xiàn)為SOD、MDA和一氧化氮(nitric oxide,NO)的表達(dá)增加,導(dǎo)致某些胃黏膜腺細(xì)胞核收縮變形、線粒體腫脹和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴(kuò)張,進(jìn)一步研究認(rèn)為可能與胃黏膜細(xì)胞的核糖體受到顯著影響有關(guān),模擬微重力的第7天發(fā)現(xiàn)542種蛋白質(zhì)表達(dá)出現(xiàn)異常(286種上調(diào)和256種下調(diào)),氧化應(yīng)激更加明顯,同時(shí)細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)炎癥和連接減弱[26]。李彬彬等[24]研究報(bào)道經(jīng)歷太空飛行的小鼠可觀察到腸道杯狀細(xì)胞數(shù)量的減少,盲腸上皮絨毛排列紊亂且稀疏,小腸黏膜通透性增加等現(xiàn)象,這可能與腸道NF-κB表達(dá)上調(diào),小腸黏膜上皮細(xì)胞間緊密連接蛋白的表達(dá)顯著降低有關(guān)。

在失重環(huán)境下,肝細(xì)胞的增殖潛能降低,表明增殖標(biāo)志物Ki67、PCNA和PH3的表達(dá)受到顯著抑制,同時(shí)細(xì)胞周期調(diào)節(jié)分子(CCNA2、CCND1、CDK1和CDK2)在懸尾大鼠肝中下調(diào)。Ho等[26]張氏肝細(xì)胞(Chang Liver Cells,CCL-13)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也提示細(xì)胞周期相關(guān)蛋白的下調(diào),例如細(xì)胞周期蛋白A1和A2、細(xì)胞周期蛋白D1和細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶6(cyclin-dependent kinase 6,Cdk6),還表現(xiàn)出α-微管蛋白3和β-肌動(dòng)蛋白的下調(diào),從而誘導(dǎo)細(xì)胞骨架重組。這些結(jié)果表明,失重環(huán)境下肝細(xì)胞的抑制增殖可能與主要細(xì)胞周期調(diào)節(jié)分子和主要細(xì)胞骨架蛋白的減弱有關(guān)。

1.5 對(duì)免疫系統(tǒng)的應(yīng)激損傷

在太空飛行過(guò)程中,航天員會(huì)受到包括微重力在內(nèi)的各種身體壓力,這可能會(huì)導(dǎo)致免疫功能障礙,從而可能使航天員容易感染和生病,但是關(guān)于航天飛行免疫抑制的機(jī)制現(xiàn)在尚不明確。研究證實(shí),航天飛行環(huán)境會(huì)抑制單核/巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞等固有免疫細(xì)胞的數(shù)量、吞噬、分泌細(xì)胞因子等功能,降低機(jī)體免疫能力,這可能與單核細(xì)胞表面標(biāo)記物CD14、吞噬相關(guān)受體表達(dá)下降,巨噬細(xì)胞TNFα表達(dá)下調(diào),精氨酸酶I表達(dá)上調(diào),自然殺傷細(xì)胞細(xì)胞表面受體NKG2A及NKG2D表達(dá)下降,樹(shù)突狀細(xì)胞表面 MHCⅠ類分子、MHCⅡ類分子及CD86分子表達(dá)減少有關(guān)[27-28]。韓浩倫等[29]在模擬失重與飛船環(huán)境的豚鼠實(shí)驗(yàn)中,也觀察到T淋巴細(xì)胞增殖抑制。此外航天飛行的免疫功能障礙還可能與內(nèi)源微生物穩(wěn)態(tài)失衡有關(guān),Wang等[30]研究表明在模擬失重小鼠中,微重力抑制促炎細(xì)胞因子介導(dǎo)的對(duì)檸檬酸桿菌感染的腸道免疫并誘導(dǎo)腸道微生物群的紊亂,從而誘發(fā)腸道感染,失重環(huán)境會(huì)在感染期間通過(guò)抑制巨噬細(xì)胞p38和Erk/MAPK通路從而抑制先天免疫反應(yīng)。

2 模擬太空環(huán)境導(dǎo)致應(yīng)激損傷的防護(hù)措施在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中的研究進(jìn)展

2.1 化學(xué)藥物治療

某些抗生素也可以緩解失重引起的腦部應(yīng)激損傷,Lin等[31]發(fā)現(xiàn)四環(huán)素類抗生素米諾環(huán)素通過(guò)抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的激活,使海馬中神經(jīng)干細(xì)胞的數(shù)量恢復(fù)到正常水平,有可能成為改善微重力導(dǎo)致的學(xué)習(xí)和記憶損傷的新治療靶點(diǎn)。Zhai等[32]發(fā)現(xiàn)大環(huán)內(nèi)酯類抗生素雷帕霉素通過(guò)改變NR2A/2B的表達(dá),提高失重模擬小鼠海馬體總超氧化物歧化酶(total superoxide dismutase,T-SOD)活性并降低了MDA以及羧化蛋白的水平,進(jìn)一步提高海馬體神經(jīng)元自噬水平,可平息失重小鼠的焦慮情緒并增加其探索行為。

抗骨質(zhì)疏松治療相關(guān)藥物對(duì)失重引起的骨量丟失有一定對(duì)抗作用,如補(bǔ)充維生素D與鈣劑能夠有效防止骨量丟失;雙磷酸鹽可抑制骨吸收,減少骨折發(fā)生率,但其發(fā)熱、肌痛、急性腎衰等不良反應(yīng)仍是人們關(guān)注熱點(diǎn);雌激素及選擇性雌激素受體調(diào)節(jié)劑可以抑制破骨細(xì)胞激活,但其刺激骨生成能力卻有限;微量元素鋅及維生素K等對(duì)骨代謝起著重要作用,是太空重要營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充物質(zhì)[33]。

2.2 中醫(yī)藥療法

龍血是來(lái)自中國(guó)云南龍血樹(shù)的紅色樹(shù)脂,具有止血、改變血液流變學(xué)、抗氧自由基、抗炎鎮(zhèn)痛、促進(jìn)表皮修復(fù)等藥理作用[34]。Li等[35]研究證實(shí),龍血通過(guò)修復(fù)微絨毛和隱窩、抑制炎癥因子、降低通透性和上調(diào)微重力大鼠回腸中TJs和AJs的表達(dá)來(lái)防止腸上皮屏障破壞,而這一保護(hù)潛在機(jī)制可能是龍血促進(jìn)由Rac1/Wave2/Arp3途徑介導(dǎo)的粘著斑(focal adhesions,FAs)的形成,并助于腸上皮細(xì)胞遷移和上皮屏障修復(fù),這一修復(fù)功能可能與龍血中的龍血素C有關(guān)。

傳統(tǒng)中藥人參總皂苷(total ginsenosides,GST)具有保護(hù)海馬神經(jīng)元并恢復(fù)小鼠模擬失重造成的記憶損傷,還可恢復(fù)與學(xué)習(xí)記憶相關(guān)的物質(zhì)如酪氨酸、色氨酸、天冬酰胺、苯丙氨酸和膽堿等的含量。Wu等[36]曾報(bào)道GST的堿性水解產(chǎn)物達(dá)瑪烷皂苷(Dammarane sapogenins,DS)通過(guò)激活MAPK通路、抑制PI3K-Akt-mTOR 通路,從而調(diào)節(jié)腦神經(jīng)遞質(zhì)的水平,從而抑制了大鼠在長(zhǎng)時(shí)間模擬太空飛行環(huán)境下誘導(dǎo)的神經(jīng)損傷,增強(qiáng)了認(rèn)知功能。Wang等[37]最近關(guān)于DS改善模擬失重誘導(dǎo)的大鼠抑郁樣行為和認(rèn)知功能障礙又有了新進(jìn)展,DS 通過(guò)抑制大鼠海馬中AChE活性、激活ChAT、SOD活性可以改善抑郁樣行為和認(rèn)知障礙,DS可作為太空飛行任務(wù)下預(yù)防和治療抑郁樣行為和記憶喪失的潛在藥物。

尤金枝等[38]太空養(yǎng)心丸的研究發(fā)現(xiàn),通關(guān)觀察各個(gè)實(shí)驗(yàn)組大鼠的精神狀態(tài)及疾病相關(guān)指標(biāo),太空養(yǎng)心丸在一定程度上,可緩解微重力大鼠的應(yīng)激狀態(tài),改善心血管功能紊亂,增強(qiáng)心臟功能。另一項(xiàng)中藥制劑開(kāi)心散可逆轉(zhuǎn)血清中升高的ROS,提高抗氧化活性來(lái)改善模擬失重大鼠引起的記憶損傷[1]。

針灸是傳統(tǒng)中醫(yī)的重要組成部分,將其與電子技術(shù)相結(jié)合而成的穴位刺激療法在臨床得到廣泛應(yīng)用,孫喜慶等[39]研究表明,電刺激內(nèi)關(guān)穴可部分對(duì)抗尾懸吊模擬失重引起的大鼠左心功能降低,調(diào)節(jié)大鼠下丘腦中5-HT的含量,抑制丘腦-垂體-腎上腺軸的興奮狀態(tài)。還能明顯改善模擬失重后人體的心臟收縮功能,對(duì)失重引起的心血管功能失調(diào)有防護(hù)作用。

2.3 微生態(tài)制劑干預(yù)

長(zhǎng)期的太空飛行環(huán)境會(huì)導(dǎo)致機(jī)體胃腸道的微生物穩(wěn)態(tài)環(huán)境失衡,改變大小鼠腸道微生物,使有害菌的數(shù)量增加,益生菌的數(shù)量減少,Yim等[40]報(bào)道微重力會(huì)對(duì)益生菌Nissle 1917產(chǎn)生影響,使其在微重力下產(chǎn)生較低的抗酸性和粘附能力,這可能使其在通過(guò)胃的酸性條件并附著于腸細(xì)胞時(shí)更難以存活。Wang等[30]給動(dòng)物喂益生菌可以改善其腸道菌群失調(diào)的情況,能有效減輕微重力誘導(dǎo)的對(duì)病原菌感染的先天免疫反應(yīng)的抑制,VSL#3是一種由8種活的凍干細(xì)菌組成的高濃度益生菌制劑,含有某些免疫刺激物質(zhì),包括toll樣受體(toll-like receptor,TLR)配體(如脂磷壁酸、核酸和肽聚糖)和nod樣受體(nod-like receptor,NLR)配體(如胞壁酰二肽),這些成分可以同時(shí)作用于先天和后天免疫系統(tǒng),從而發(fā)揮作用。另外也有研究證實(shí),益生菌的喂養(yǎng)還可以上調(diào)海馬神經(jīng)退行性因子及神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的表達(dá),改善學(xué)習(xí)記憶和大腦功能損傷[1]。

2.4 物理治療

Xu等[41]發(fā)現(xiàn)重復(fù)性經(jīng)顱磁刺激(repetitive transcranial magnetic stimulation,rTMS)用于模擬失重小鼠可增加Glu和NR2B的低表達(dá)并降低GABA、谷 氨 酸 脫 羧 酶67(glutamic

acid decarboxylase67,GAD67)、海馬中的 A型γ-氨基丁酸a1亞基(GABA type A receptor subunit alpha1,GABAARα1)的高表達(dá),維持谷氨酸能和γ-氨基丁酸系統(tǒng)的平衡,緩解認(rèn)知和神經(jīng)震蕩障礙。此外,Yang等[42]證實(shí)rTMS通過(guò)增強(qiáng)神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)后肢肌肉的控制還可改善微重力下大鼠的步態(tài)障礙。

早期研究發(fā)現(xiàn),在微重力模型小鼠中進(jìn)行恒定頻率(120 Hz)的機(jī)械振動(dòng)干預(yù),可有效減緩肌肉萎縮進(jìn)程[43]。近期的研究也表明,5 ~ 90 Hz變頻振動(dòng)能夠在微重力環(huán)境下促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖,并對(duì)其分化具有一定的保護(hù)作用[33]。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)論,對(duì)機(jī)械振動(dòng)對(duì)于骨骼肌肉系統(tǒng)的對(duì)抗保護(hù)提供了一定的理論及實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

李文苑等[44]研究發(fā)現(xiàn)低頻電磁場(chǎng)對(duì)失重引起的骨量丟失有良好的抵抗作用,尤其是較50 Hz 0.6 mT低頻脈沖電磁場(chǎng)(PEMFs)可防止失重大鼠50%的骨密度(bone mineral density,BMD)降低,更好的提高失重大鼠骨量。

王峻等[45]認(rèn)為,在執(zhí)行飛行任務(wù)的過(guò)程中,由于失重、工作壓力、生理節(jié)律紊亂、狹小空間等應(yīng)激導(dǎo)致心理反應(yīng),有些反應(yīng)對(duì)任務(wù)執(zhí)行有著積極影響,但有些反應(yīng)也會(huì)引起任務(wù)失敗,因此心理訓(xùn)練對(duì)于航天員而言至關(guān)重要。除了模擬太空飛行的特殊環(huán)境進(jìn)行心理訓(xùn)練外,國(guó)際上還認(rèn)為應(yīng)該予以社會(huì)性及專業(yè)心理支持,社會(huì)性心理支持應(yīng)包括提供地面新聞、廣播、電視、親友視頻、樂(lè)器及刊物等,專業(yè)心理支持包括私密天地專業(yè)心理密話、心理宜居設(shè)計(jì)等。此外,運(yùn)動(dòng)也是有效保持良好心態(tài)的措施。

譚榮等[33]研究表明,運(yùn)動(dòng)鍛煉能有效提高骨密度并且增強(qiáng)有氧運(yùn)動(dòng)能力,航天員采取增強(qiáng)阻力運(yùn)動(dòng)后,骨量丟失從1%下降至0.3% ~ 0.5%,通過(guò)運(yùn)動(dòng)能夠有效緩解太空飛行引起的骨量丟失。另外,Graham等[46]研究表明,在微重力模擬條件下,適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)鍛煉能夠有效對(duì)抗肌肉萎縮。運(yùn)動(dòng)鍛煉的具體保護(hù)機(jī)制現(xiàn)在尚不完全明確,并且單一的運(yùn)動(dòng)鍛煉保護(hù)方式并不能完全抵抗骨量丟失與肌肉萎縮,還需與其他的抵抗方法聯(lián)合使用。

綜上所述,化學(xué)藥物治療,中醫(yī)藥療法、微生態(tài)制劑干預(yù)及物理療法的應(yīng)用,對(duì)失重模型大小鼠的中樞神經(jīng)應(yīng)激損傷、心血管功能障礙、免疫抑制、腸道損傷、骨骼肌肉系統(tǒng)障礙起到一定的改善作用,也得到相應(yīng)數(shù)據(jù)的支持,值得進(jìn)一步的探索研究。

3 結(jié)語(yǔ)

模擬太空環(huán)境引起的應(yīng)激損傷涉及中樞神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、骨骼肌肉系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等方面,其機(jī)制的探索也有初步成效,但尚不完全明確。在動(dòng)物模型中進(jìn)行環(huán)境模擬時(shí),如何優(yōu)化環(huán)境模擬措施,設(shè)計(jì)動(dòng)物實(shí)驗(yàn),對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物進(jìn)行條件篩選,得到穩(wěn)定且一致的實(shí)驗(yàn)結(jié)果至關(guān)重要。防護(hù)相關(guān)研究也取得了新的進(jìn)展,并補(bǔ)充了相應(yīng)的防護(hù)機(jī)制,但在藥物治療方面,對(duì)于藥物不良反應(yīng)在太空環(huán)境中是否與地面一致,是否有不良反應(yīng)對(duì)抗的方案也需要進(jìn)一步探索解決。未來(lái)可以從以上多方面著手,將重點(diǎn)放在尚未闡明應(yīng)激機(jī)制的系統(tǒng)領(lǐng)域,進(jìn)一步來(lái)探索太空飛行任務(wù)對(duì)航天員各個(gè)系統(tǒng)的影響機(jī)制以及對(duì)應(yīng)的防護(hù)措施,從而能夠全方位保障航天員的人身安全。