【摘要】：隨著以社會、心理和生物及信息化、數字化為一體的醫學模式發展,將醫學研究領域引進了大數據時代,系統生物學、高通量組學等研究方法為深入研究復雜的生命活動提供了條件及支撐。利用基因富集方法分析高通量的全基因組芯片,判斷預先定義的基因集合其代表的生物學功能的變化,為臨床醫學研究提供了一個新的思路、啟示。航天飛行對于航天員帶來最大的挑戰就是失重環境對健康造成的巨大影響,隨著航天醫學的發展,在軌飛行時間的增加,對于航天員牙周組織的健康、牙列的完整性,牙齒穩固性提出了更高的要求。既往研究已經證實,失重對于牙周組織會造成不同程度的影響,例如牙槽骨的改建、牙周膜細胞的增殖和分化、細胞骨架的改變以及牙周膜前體細胞生物學性狀的變化等,提示失重環境對于航天員牙周組織造成損傷。牙周膜決定牙周組織代謝和改建的重要功能,牙周膜的主要成分是牙周膜成纖維細胞,它具有成纖維細胞和成骨細胞的雙重特性,具有一定的分化潛能,對于力學因素的刺激響應顯著,研究人牙周膜細胞在微重力環境中變化,對于明確失重環境對于牙周組織損傷的分子生物學機制奠定了一定的基礎。細胞的增殖、分化、遷移等生命活動,是內因和外因共同作用的結果,二者協同作用,引起細胞一系列的生命活動。內因是細胞信號分子,外因是細胞所處的微環境,主要由為細胞外基質組成。目前的航天醫學多注重于失重環境下細胞信號分子的變化及調控機制,但是模擬微重力環境中細胞外基質的變化并未見有文獻報道。本研究以人牙周膜成纖維細胞(human periodontal ligamentfibroblasts,hPDLFs)為研究對象,建立模擬微重力下人牙周膜成纖維細胞體外培養模型,結合課題組前期積累的小鼠牙囊發育的芯片數據,通過生物信息學的方法篩選成骨相關功能的信號分子,并觀察在在模擬微重力環境下的變化,豐富微重力敏感的候選功能基因集,為制定未來中長期航天飛行口腔健康防護措施提供實驗室依據。本研究建立人牙周膜成纖維細胞模擬微重力環境培養模型,利用骨向誘導劑誘導hPDLFs,觀察堿性磷酸酶及骨鈣素的變化。對小鼠下頜第一磨牙牙囊組織發育兩期基因芯片數據進行基因富集分析比較,篩選變化顯著的差異表達基因,并探尋其與hPDLFs和失重的關聯,確定研究目的基因;通過RT-PCR和western-blot等半定量檢測方法,檢測模擬微重力下已篩選出的成骨目的基因在hPDLFs中表達的變化,結果如下:1.采用改良的酶消化組織塊法分離成功培養hPDLFs,并采用免疫組化方法對其進行鑒定;建立了模擬微重力下hPDLFs體外培養模型,hPDLFs在模擬微重力培養模型中生長良好,確定研究時間點為24h、48h和72h;2.建立藥物誘導hPDLFs成骨向分化的模型,并觀察模擬微重力對hPDLFs中ALP和OC表達的影響。骨向誘導劑在正常重力環境和模擬微重力環境中均可誘導hPDLFs的骨向分化,并且模擬微重力組中ALP和OC的表達下降,骨向誘導劑可以拮抗這一下降趨勢;3.對課題組前期獲得的芯片數據進行基因富集分析,確定基因金屬蛋白酶8(Matrix metalloproteinases 8, MMP8)和基質 Gla 蛋白(Matrix Gla protein,mgp)為研究的目的基因;觀察模擬微重力下MMP8和mgp的變化:在模擬微重力組中,hPDLFs中MMP8的mRNA和蛋白的表達均較正常重力組增加,以第三天差異最明顯,具有統計學意義,并且MMP8的表達在骨向誘導組較非誘導組增加;在非骨向誘導組中,模擬微重力組中mgp的mRNA和蛋白的表達較正常重力組表達增加,以第三天差異最明顯具有統計學意義。但在骨向誘導組中,mgp的mRNA和蛋白的表達未發生明顯的變化。本研究結果表明:1、成功的建立了模擬微重力下hPDLFs的培養模型2、模擬微重力效應會降低hPDLFs中ALP和OC的分泌,但骨誘導劑可以減弱降低的趨勢;3、確定MMP8和mgp為研究的目的基因,模擬微重力模型中,MMP8和mgp的表達較正常重力組增加,說明MMP8和mgp基因參與調節模擬微重力環境對hPDLFs的成骨向分化的影響;4、研究結果提示,失重環境下牙周膜代謝活動的增加,從而可能進一步導致牙槽骨密度的減低、牙齒松動度的增加以及牙周炎的進展加速,提示在長期的空間飛行會造成航天員口頜系統的損傷,該研究結果為未來制定航天員口頜系統健康防護措施,進行針對性的口頜系統的訓練及重力適應性防護措施、加強空間飛行任務的衛勤保障提供了實驗室依據。
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【學位授予單位】：中國人民解放軍醫學院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：R856.78

【參考文獻】

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本文編號：2426621