本文關(guān)鍵詞：模擬航天復(fù)合環(huán)境對大鼠精神行為相關(guān)的蛋白質(zhì)組學(xué)研究

  更多相關(guān)文章： 模擬微重力 模擬航天復(fù)合環(huán)境 海馬 比較蛋白質(zhì)組學(xué) 線粒體 膜蛋白

【摘要】：隨著載人航天發(fā)展及空間站相關(guān)任務(wù)的持續(xù)推進,要求航天員在軌駐留的時間越來越長。在長期的太空飛行中,航天員由于所處的特殊環(huán)境,包括微重力、噪聲、生物節(jié)律改變和狹小空間等,都會對航天員的心理、生理等身心健康產(chǎn)生一定的影響,從而影響其工作能力的發(fā)揮。因此,為確保航天員在長期空間飛行中健康、安全和高效的工作而開展的相關(guān)研究已成為航天醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點和難點。目前,航天復(fù)合環(huán)境對航天員機體和腦功能影響的研究相對滯后。針對上述問題以及未來航天發(fā)展的需求,從航天復(fù)合環(huán)境對精神行為影響的角度出發(fā),建立航天復(fù)合環(huán)境下大鼠模型,采用精神行為學(xué)實驗指標、定量蛋白質(zhì)組學(xué)和質(zhì)譜多反應(yīng)監(jiān)測技術(shù),從蛋白整體水平研究并闡明航天復(fù)合環(huán)境對航天員腦功能的影響具有十分重要的意義。本研究通過模擬微重力環(huán)境和航天復(fù)合環(huán)境兩個層次的太空飛行環(huán)境,從行為學(xué)、海馬線粒體蛋白、海馬細胞膜蛋白和神經(jīng)遞質(zhì)等四個方面,對兩種環(huán)境下對大鼠海馬的影響進行評價,為探討太空復(fù)合環(huán)境對航天員的精神健康影響提供科學(xué)數(shù)據(jù)。本論文主要研究內(nèi)容分為二個層面。一方面,建立單獨模擬微重力效應(yīng)的大鼠模型,監(jiān)測大鼠腦內(nèi)生理生化指標的變化情況,并結(jié)合18O標記的定量蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù),鑒定模型組和對照組大鼠海馬細胞膜及線粒體的差異蛋白,探討模擬微重力效應(yīng)對大鼠精神行為影響的作用機制。另一方面,建立模擬航天復(fù)合環(huán)境(模擬微重力,噪聲,生物節(jié)律改變,狹小空間)多重因素影響的大鼠模型,探索該模型對大鼠精神行為的影響,利用18O標記和非標的“SWATH定量”蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù),從蛋白水平揭示航天復(fù)合環(huán)境對大鼠海馬腦區(qū)的影響。綜合兩個層次的工作,本研究取得了以下幾個成果:1成功建立了中長期模擬微重力效應(yīng)的大鼠模型并進行了模型評價。采用大鼠吊尾21天模型模擬中長期微重力效應(yīng),通過對動物進行日均攝食、體重和行為學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)模擬中長期微重力下模型組大鼠的日均攝食和體重較正常組分別變化0.51%和0.75%,可以真實地模擬微重力效應(yīng),提示模型構(gòu)建成功。在糖水實驗中模擬微重力組糖水偏愛率與對照組無顯著性差異(p0.05),強迫游泳靜止飄浮時間無顯著性差異(p0.05),而模擬跨格次數(shù)和直立次數(shù)顯著低于對照組(p0.05)。中央格停留時間明顯減少(p0.05),自我修飾和糞便顆粒明顯增多(p0.05),表明模擬微重力21天使大鼠產(chǎn)生一定程度的焦慮。吊尾21天大鼠海馬的脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物丙二醛(malondialdehyde,mda)和過氧化氫(h2o2)含量與正常組相比明顯升高,而超氧化物歧化酶(superoxidedismutase,sod)的含量與正常組相比明顯降低(p0.05),表明中長期模擬微重力效應(yīng)下大鼠海馬出現(xiàn)了氧化應(yīng)激。因此,可以大鼠的平均日攝食、體重和氧化應(yīng)激的指標變化進行中長期模擬微重力的模型評價。2從蛋白層面上進一步確證了中長期模擬微重力效應(yīng)產(chǎn)生氧化應(yīng)激的損傷并使能量代謝發(fā)生紊亂。采用18o標記的定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析大鼠海馬線粒體蛋白的變化,當肽段假陽性率fdr1%,肽段得分spi=15時,共鑒定到679個蛋白,其中差異蛋白42個,上調(diào)21個,下調(diào)21個。這些差異蛋白主要富集在(1)氧化磷酸化過程受損(線粒體復(fù)合體i、iii和iv的蛋白表達下調(diào));(2)三羧酸循環(huán)(tca)催化過程受損(異檸檬酸脫氫酶和蘋果酸脫氫酶表達下調(diào));(3)脂肪酸的氧化紊亂(長鏈脂肪酸輔酶a連接蛋白亞基6表達上調(diào)、極長鏈乙酰輔酶a脫氫酶、乙酰輔酶a合成酶家族蛋白2和脂肪酸酰胺水解酶表達下調(diào))。部分蛋白在已有的微重力研究中未被報道過。同時抗氧化蛋白dj-1和過氧化物氧化還原酶6表達上調(diào),可能與細胞內(nèi)的代償效應(yīng)相關(guān)。westernblot驗證了dj-1和cox5a的表達,與質(zhì)譜結(jié)果一致。3模擬微重力影響了大鼠海馬神經(jīng)遞質(zhì)的釋放和清除,興奮性遞質(zhì)谷氨酸濃度過度升高,抑制性遞質(zhì)r-氨基丁酸合成減弱,可能對神經(jīng)元產(chǎn)生一定的毒性損傷。采用18o標記的定量蛋白質(zhì)組分析了大鼠海馬細胞膜蛋白的變化,當肽段fdr1%,spi=15時,共鑒定到863個蛋白,其中差異蛋白53個,上調(diào)31個,下調(diào)22個。這些差異蛋白主要富集在(1)snare復(fù)合體形成受到干擾(囊泡相關(guān)膜蛋白3和突觸融合蛋白-1a表達下調(diào));(2)突觸囊泡回收受到影響(突觸融合蛋白-結(jié)合蛋白5和小g蛋白rab3a表達下調(diào),效應(yīng)分子rim2表達上調(diào));(3)突觸間隙的谷氨酸清除受到影響(神經(jīng)膠質(zhì)細胞的谷氨酸的轉(zhuǎn)運體1表達下調(diào),囊泡谷氨酸轉(zhuǎn)運蛋白1和2表達上調(diào));(4)氨基丁酸合成受到影響(谷氨酸脫羧酶1和谷氨酸脫羧酶2表達下調(diào))。蛋白質(zhì)組學(xué)結(jié)果提示谷氨酸的清除和r-氨基丁酸的合成受到影響。而興奮性谷氨酸過度增加和抑制性r-氨基丁酸過度減弱均會給神經(jīng)元造成損傷。同時,以質(zhì)譜多反應(yīng)監(jiān)測(multiplereactionmonitoring,mrm)的方法分析了腦內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)的含量,結(jié)果發(fā)現(xiàn)中長期微重力組大鼠海馬興奮性神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸濃度101.60μg/mg較正常組85.29μg/mg明顯升高(p0.05),而抑制性神經(jīng)遞質(zhì)r-氨基丁酸27.69μg/mg與正常組37.64μg/mg相比明顯下降(p0.05),這一結(jié)果和谷氨酸轉(zhuǎn)運體和谷氨酸脫羧酶的變化趨勢一致,進一步證實模擬微重力影響了大鼠海馬神經(jīng)遞質(zhì)的釋放和清除過程。westernblot驗證了psd-95的表達,與質(zhì)譜結(jié)果一致。4成功建立了模擬航天復(fù)合環(huán)境的大鼠模型并進行了模型評價。在21天吊尾模型的基礎(chǔ)上復(fù)合噪聲(65db),生物節(jié)律改變(1.5h)及狹小空間三個因素模擬航天員長期航天飛行中所處的復(fù)雜艙室環(huán)境,對動物進行日均攝食、體重和行為學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)模擬航天復(fù)合環(huán)境下模型組大鼠的日均攝食量與對照組相比減少4.2%,體重與對照組相比減少5.9%。模擬航天復(fù)合環(huán)境下模型組大鼠在糖水實驗中其糖水偏愛率與對照組相比明顯降低(p0.05),強迫游泳靜止飄浮時間顯著減少(p0.05),模型組動物在曠場實驗中跨格次數(shù)與直立次數(shù)也明顯減少(p0.05),中央停留的時間也明顯低于對照組(p0.05),而自我修飾和糞便顆粒數(shù)明顯高于對照組(p0.05),表明模擬航天復(fù)合環(huán)境下大鼠情緒出現(xiàn)了抑郁樣改變。5模擬航天復(fù)合環(huán)境下大鼠海馬線粒體能量代謝出現(xiàn)紊亂。采用18o標記的差異蛋白質(zhì)組學(xué),對模擬航天復(fù)合環(huán)境模型大鼠海馬線粒體進行差異蛋白質(zhì)組學(xué)分析,結(jié)果顯示當肽段fdr1%,spi=15時,共鑒定到515個蛋白,其中差異蛋白89個,12個蛋白表達上調(diào),77個蛋白表達下調(diào)。發(fā)現(xiàn)這些差異蛋白主要富集在氧化磷酸化(線粒體復(fù)合體i、iii和v的蛋白均表達下調(diào))和三羧酸循環(huán)(丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的亞基和烏頭酸水合酶表達下調(diào))的生物學(xué)過程。6模擬航天復(fù)合環(huán)境影響了大鼠海馬的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白加工、突觸的囊泡轉(zhuǎn)運和神經(jīng)突觸傳遞過程,興奮性遞質(zhì)谷氨酸濃度增加,抑制性遞質(zhì)r-氨基丁酸減少,可能對神經(jīng)元產(chǎn)生一定的毒性損傷。采用非標的swath定量蛋白質(zhì)組學(xué)方法,對模擬航天復(fù)合環(huán)境大鼠模型中海馬細胞膜蛋白進行差異蛋白質(zhì)組學(xué)分析。當肽段1%fdr時,共鑒定到4520個定量蛋白。其中差異蛋白1112個蛋白,812個蛋白表達上調(diào),300個蛋白表達下調(diào)。發(fā)現(xiàn)模擬航天復(fù)合環(huán)境影響了與sec61、sec62等蛋白相關(guān)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白加工過程,與ap180、ap2激酶、dynamin-1、clathrin-lightchain等蛋白相關(guān)的突觸的囊泡轉(zhuǎn)運和與psd-95、neurexin2、neuroligin-1等蛋白相關(guān)的神經(jīng)突觸傳遞過程。通過質(zhì)譜mrm方法發(fā)現(xiàn)模擬航天環(huán)境組大鼠海馬興奮性神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸濃度154.38μg/mg較正常組85.68μg/mg明顯升高(p0.05),而抑制性神經(jīng)遞質(zhì)r-氨基丁酸15.42μg/mg與正常組36.44μg/mg相比明顯下降(p0.05)。這些變化均提示模擬航天復(fù)合環(huán)境可能會對大鼠海馬神經(jīng)元產(chǎn)生一定的損傷。westernblot驗證了gsk-3的表達,與質(zhì)譜結(jié)果一致。7模擬航天復(fù)合環(huán)境對大鼠腦神經(jīng)的影響較單獨模擬微重力的環(huán)境相比,影響更為嚴重。從行為學(xué)、海馬線粒體蛋白、海馬細胞膜蛋白和神經(jīng)遞質(zhì)等四個方面對以上兩種環(huán)境下大鼠的精神行為進行評價,發(fā)現(xiàn)航天復(fù)合環(huán)境對大鼠海馬的影響更為嚴重。綜上所述,本研究針對載人航天發(fā)展的未來需求,以提升航天員的適應(yīng)能力、決策能力為目標,通過模擬兩個層次的太空飛行環(huán)境,即單獨模擬微重力環(huán)境和航天復(fù)合環(huán)境,建立了模擬航天復(fù)合環(huán)境對精神行為復(fù)合因素影響的動物模型,并結(jié)合蛋白質(zhì)組學(xué)相關(guān)技術(shù),探尋航天復(fù)合環(huán)境對人的精神行為影響的重要分子機制,為未來航天復(fù)合環(huán)境設(shè)計,改善航天員保護措施提供基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)。這項研究同時也對地球上精神類疾病發(fā)病機制的探討具有重要意義。
【關(guān)鍵詞】：模擬微重力 模擬航天復(fù)合環(huán)境 海馬 比較蛋白質(zhì)組學(xué) 線粒體 膜蛋白
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R85
【目錄】：

• 摘要4-8
• Abstract8-13
• 縮略詞表13-19
• 第1章 緒論19-33
• 1.1 空間站環(huán)境概述19-20
• 1.2 空間環(huán)境因素對精神行為的影響20-22
• 1.2.1 噪聲和焦慮抑郁密切相關(guān)20
• 1.2.2 狹小空間和焦慮抑郁密閉相關(guān)20-21
• 1.2.3 生物節(jié)律改變和抑郁密切相關(guān)21
• 1.2.4 微重力和焦慮密切相關(guān)21-22
• 1.3 微重力的生物效應(yīng)學(xué)研究現(xiàn)狀22-26
• 1.3.1 研究微重力的模型22-23
• 1.3.2 微重力對生物機體的影響及作用機制的探討23-26
• 1.4 蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展及其在空間環(huán)境研究中的應(yīng)用26-31
• 1.4.1 蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)發(fā)展26-29
• 1.4.2 蛋白質(zhì)組學(xué)在空間環(huán)境研究中的應(yīng)用29-31
• 1.5 課題研究基礎(chǔ)與思路31-33
• 1.5.1 研究基礎(chǔ)31
• 1.5.2 課題思路31-33
• 第2章 實驗部分33-53
• 2.1 實驗儀器33
• 2.2 實驗材料33-38
• 2.2.1 實驗動物33-34
• 2.2.2 實驗試劑34-36
• 2.2.3 溶液配制36-38
• 2.2.4 一抗38
• 2.3 動物模型的建立38-40
• 2.3.1 模擬微重力模型38-39
• 2.3.2 模擬航天復(fù)合環(huán)境大鼠模型39
• 2.3.3 模擬航天復(fù)合模型箱39-40
• 2.4 行為學(xué)檢測40-42
• 2.4.1 攝食和體重40
• 2.4.2 糖水偏愛實驗40-41
• 2.4.3 曠場實驗41
• 2.4.4 強迫游泳實驗41
• 2.4.5 鼠腦的取材41-42
• 2.4.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計42
• 2.5 氧化應(yīng)激水平的測定42-44
• 2.5.1 蛋白濃度測定42
• 2.5.2 丙二醛（MDA）含量測定42-43
• 2.5.3 過氧化氫（H_2O_2）含量測定43
• 2.5.4 超氧化物歧化酶SOD含量測定43-44
• 2.6 神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸和r-氨基丁酸的含量測定44-45
• 2.6.1 谷氨酸 (Glu)，r-氨基丁酸（GABA）標準品的配制44
• 2.6.2 大鼠海馬樣品的制備44
• 2.6.3 液相色譜條件44
• 2.6.4 質(zhì)譜條件44-45
• 2.6.5 數(shù)據(jù)處理45
• 2.6.6 含量測定45
• 2.7 ~(18)O差異蛋白質(zhì)組學(xué)45-49
• 2.7.1 大鼠海馬線粒體蛋白的提取45
• 2.7.2 大鼠海馬細胞膜蛋白的提取45-46
• 2.7.3 大鼠海馬線粒體蛋白的免疫印跡（western blot）驗證46-47
• 2.7.4 大鼠海馬蛋白酶解47
• 2.7.5 大鼠海馬蛋白~(18)O標記47
• 2.7.6 固相萃取（SPE）脫鹽47-48
• 2.7.7 強陽離子交換色譜（SCX）分離48
• 2.7.8 納升級反相液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜分析48-49
• 2.7.9 數(shù)據(jù)分析49
• 2.7.10 Western blot驗證49
• 2.8 基于非標的全景式數(shù)據(jù)采集的質(zhì)譜SWATH定量49-53
• 2.8.1 大鼠海馬細胞膜蛋白的提取49
• 2.8.2 基于超濾輔助樣品酶解49-50
• 2.8.3 一維的高pH反相液相色譜分離50
• 2.8.4 SWATH定量50-52
• 2.8.5 數(shù)據(jù)分析52
• 2.8.6 Western blot驗證52-53
• 第3章 結(jié)果與討論53-120
• 3.1 模擬微重力下大鼠模型的評價53-58
• 3.1.1 模擬微重力下大鼠的攝食和體重評價53-54
• 3.1.2 模擬微重力效應(yīng)下大鼠行為學(xué)評價54-56
• 3.1.4 中長期模擬微重力效應(yīng)對海馬氧化應(yīng)激水平的影響56-58
• 3.2 模擬微重力下對大鼠海馬線粒體蛋白的影響58-79
• 3.2.1 7天模擬微重力對大鼠海馬線粒體的蛋白質(zhì)組學(xué)研究58-64
• 3.2.2 21天模擬微重力對大鼠海馬線粒體的蛋白質(zhì)組學(xué)研究64-69
• 3.2.3 7天和21天模擬微重力下大鼠海馬線粒體蛋白的比較69-79
• 3.3 模擬微重力對大鼠海馬膜蛋白影響79-89
• 3.3.1 21天模擬微重力下大鼠海馬膜蛋白組學(xué)研究79-87
• 3.3.2 21天模擬微重力對大鼠海馬谷氨酸及r-氨基丁酸的影響87-89
• 3.4 模擬航天復(fù)合環(huán)境下大鼠模型的評價89-94
• 3.4.1 模擬航天復(fù)合環(huán)境下對大鼠平均攝食和體重的影響90
• 3.4.2 模擬航天復(fù)合環(huán)境下大鼠行為學(xué)評價90-94
• 3.5 模擬航天復(fù)合環(huán)境下大鼠海馬線粒體蛋白質(zhì)的影響94-101
• 3.6 模擬航天復(fù)合環(huán)境下大鼠海馬細胞膜蛋白的影響101-117
• 3.7 模擬航天復(fù)合環(huán)境與模擬微重力對大鼠海馬蛋白的比較117-120
• 3.7.1 兩種環(huán)境對行為學(xué)的影響117
• 3.7.2 兩種環(huán)境對神經(jīng)遞質(zhì)的影響117-118
• 3.7.3 兩種環(huán)境對海馬線粒體蛋白的影響118
• 3.7.4 兩種環(huán)境對海馬細胞膜蛋白的影響118-120
• 結(jié)論120-123
• 參考文獻123-133
• 附錄133-149
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單149-151
• 致謝151-152

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 袁志剛;韓世泉;劉一兵;許文革;;大鼠白蛋白酶聯(lián)免疫分析試劑盒的研制[J];中國原子能科學(xué)研究院年報;2006年00期

2 張建新;尹協(xié)瑜;冀紹偉;王懷珍;;原吸法測大鼠肺、腎、肝、類中鎳[J];輻射防護通訊;1988年02期

3 韋應(yīng)波,孫喜慶,曹新生,姚永杰;推拉動作對大鼠記憶功能和行為的影響[J];第四軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報;2002年16期

4 袁志剛;韓世泉;劉一兵;許文革;;大鼠白蛋白放射免疫分析試劑盒的研制[J];中國原子能科學(xué)研究院年報;2006年00期

5 王鶴濱;大鼠血漿蛋白組成部分比值與輻射感受性的關(guān)系——Ⅰ正常大鼠與“恢復(fù)大鼠”[J];核防護;1977年Z2期

6 王鶴濱;大鼠血漿蛋白組成部分比值與輻射感受性的關(guān)系——Ⅱ不同品種、性別、年齡的大鼠[J];核防護;1977年Z2期

7 尹金玲;滿其航;崔玉芳;杜麗;馬瓊;;微波輻照誘發(fā)Wistar大鼠外周血淋巴細胞亞群變化[J];輻射防護通訊;2011年04期

8 古桂雄,朱壽彭,王六一,楊淑琴,朱玲俐;濃縮鈾對新生大鼠發(fā)育腦損傷的影響[J];中國核科技報告;2000年00期

9 丁建松;聶繼華;童建;;蜂膠對氡及其子體吸入致大鼠損傷的防護作用研究[J];輻射研究與輻射工藝學(xué)報;2006年05期

10 劉廣興;崔猛;劉振國;牛銀波;王婷梅;梅其炳;;無創(chuàng)尾吊大鼠心血管功能監(jiān)測新方法[J];第四軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報;2009年22期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 尹音;孫振宇;胡敏;李冬霞;;持續(xù)性高正加速度對大鼠顳頜關(guān)節(jié)損傷的作用[A];第八屆全國顳下頜關(guān)節(jié)病學(xué)及（牙合）學(xué)大會論文匯編[C];2011年

2 祝~=驤;iJ梊霞;洃克琴;崔素英;文允摪;，

本文編號：597210