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1、模拟微重力对K 5 6 2 细胞增殖、细胞周期和分化的影响， 夏冰党磊 王虹 孙艳何静雯胡青华庄逢源易宗眷 北京航空航天大学生物工程系，北京，1 0 0 0 8 3 关犍词模拟微重力红系分化细胞骨架细胞增殖细胞周期 航天员在航天飞行条件下会出现“航天飞行性贫血”( s p a c ef l i g h ta n e I n i a ) 。这种贫血主要表现为红 细胞总量和疵红蛋白古量下降。其中，在航天飞行过程中航天员红细胞总量每天大约降低1 以上飞 行1 0 1 4 天后总计下降l o 1 5 ，而血红蛋白台量也降低1 2 3 3 。研究“航天飞行性贫血”的 细胞分子机制是如何预防“航天飞行性贫
2、血”发生的理论基础。K 5 6 2 细胞系是红白血病细胞系在许 多分化诱导荆如E P O 、丁酸盐、高铁血红素和二甲基鳜砜等存在下可向红系分化是公认的可诱导红系 分化的体外细胞系实验将使用N A S A 旋转式细胞培养系统( T h eR o t a r yC e UC u l t eS y s t e m ， R C C S ) 进行微莺力模拟拟观察模拟微重力环境对K 5 6 2 细胞的增殖、细胞周期分布、E p o 诱导的红系 分化，细胞膜上一些蛋白如转铁蛋白受体c 所1 和血型糖蛋白A ( G P A ) 的表达以及细胞骨架的影响从 而为认识航天飞行性贫血的细胞和分子机制提供线索 实验中
3、，将K 5 6 2 细胞置人R C C S 细胞培养装置内以2 0 r p m 旋转培养同时设地面对照细胞计数 分析细胞增殖情况碘化苯啶( P 1 ) 染色和漉式细胞术分析细胞周期分布情况；联苯胺染色法检测细胞血 红蛋白合成情况I 用F l T C 标记的抗体和漉式细胞术检测红细胞分化标志蛋白血型糖蛋白A 和转铰蛋 白受体( C D 7 1 ) 在细胞表面的表达情况；用荧光染料标记的鬼笔环肽显示纤维型肌动蛋白F a c t i n ，用 荧光染科标记的紫杉醇标记聚合型微管蛋白。流式细胞仪和荧光显徽镜检测并观察细胞骨架的变化 一、R C C s 培养模拟微重力抑制K 5 6 2 细胞增殖 首先观
4、察R C C S 培养模拟傲重力条件对K 5 6 2 细胞增殖的影响对数期K 5 6 2 细胞以3 1 0 4 m l 的密度分别于标准培养瓶和R C C S 系统中培养。结粜发现( 表1 ) 。旋转培养不同时问K 5 6 2 细胞的细胞 密度均明显低于相应时间点的地呵培养细胞的密度加入E p o ( 1 U m 1 ) 可明显促进地面培养细胞增 殖，如培养4 8 小时的细胞密度为( 3 4 2 2 士o 9 0 ) 1 0 4 m l ，而未加E p o 的对照细胞的细胞密度为 ( 1 9 3 3 士1 2 6 ) l O m l ；而旋转培养对E p o 的刺激增殖作用有显著抑制作用此时细
5、胞密度降为 ( 1 7 1 l 士1 _ 4 0 ) 1 0 m 1 胎盘蓝染色计数显示各组死亡细胞比饲均低于5 这些结果表明R a ：S 培养模拟微重力明显抑制K 5 6 2 细胞的增殖。但其作用机理有待进一步研究 寰l 模拟傲力对K 5 6 2 蛔胞增殖影响lxl O m L l - 本研究获得国家自然科学基金( 3 0 4 0 0 0 9 2 ) 和北意航空航天大学蓝天新星计划资助 3 5 二、R C C S 培养对飚6 2 细胞周期分布的影响 鉴于R C C S 培养影响细胞增殖，于是进一步用P I 对细胞进行染色用漉式细胞术做了R C C S 培养细 胞的细胞周期分布情况由表2 可见
6、，地面对照细胞各时问点在G l 、S 和G 2 M 期的分布比例变化不 大( 如培养1 2 h 的细胞的各时相分布分别为3 7 。o l 、4 6 3 0 蹦和1 6 6 9 ) ，而R C C S 培养1 2 h 的细胞在 G l 、S 和G 2 M 期的分布比例分别为2 5 9 1 、6 1 4 9 和1 2 6 0 。不过培养2 4 h 以后的细胞的细胞周 期分布恢复到和地面对照水平具体原因正在作进一步研究 采：接拟徽力培彝的K 靳2 蛔胞周期分布情况( l 三、模拟微重力抑制E p o 诱导的K 5 6 2 细胞血红蛋白合成 血红蛋白是红细胞分化的功能和标志性蛋白，而已有研究袅明E p
7、 o 也可诱导K 5 6 2 细胞向红系分 化将K 5 6 2 细胞加入E p o ( 1 U m 1 ) ，分别在地画对照和R a ：S 系统中堵莽作用4 8 小时后，取材进行 联苯胺染色和细胞记敷对于地面对照细胞E p o 可明显促进细胞血红蛋白的合成，联苯胺阳性细胞从 基础水平的5 9 增加到1 5 而旋转培养显著抑制E p o 诱导的分化联苯胺阳性细胞降为9 四、模拟微重力条件抑制K 5 6 2 细胞膜表面蛋白G P A 和C D 7 l 的表达 G P A 和C D 7 1 是定位于K 5 6 2 细胞旗表面与细胞红系分化和血红蛋白合成有关的蛋白质。血型糖 蛋白A ( G P A )
8、 是红细胞表面一种糖蛋白，反应细胞红系分化情况。C D 7 1 是一种转铁蛋白受体转铁蛋 白通过C D 7 l 为血红蛋白合成提供铁离子，膜上C D 7 1 的变化影响衄红蛋白的合成K 5 6 2 细胞在地面 和回转培养4 8 h 后，用F l T C 标记的抗体和流式细胞术检测红细胞分化标志G P A 和C D 7 l 在细胞表面 的表达情况结果发现( 表3 ) ，K 5 6 2 细胞G P A 的阳性宰由地面对照组的7 0 。2 6 降至转旋组的 5 3 2 8 ，平均荧光强度由3 1 9 6 降为2 0 2 3 ；地面对照细胞C D 7 l 的阳性率为8 6 4 6 平均荧光强度 为4
9、2 5 9 而旋转培养细胞的C D 7 l 阳性宰为8 0 8 5 ，平均荧光强度为3 0 7 1 表明R c c S 旋转培养对 细胞表面蛋白G P A 和C D 7 1 在K 5 6 2 细胞表面的表达有明显抑制作用 3 6 寰3 模拟徽重力条件下培养的K 靳2 细胞G p A 和c D 7 l 寰达情况 五、模拟微重力条件下K 5 6 2 细胞骨架变化 微管和微丝( F a c t i n ) 是细胞质骨架的主要成分，在蛋白质运输和定位过程中起关键作用因此t 实验进一步用O r e g o nG r n 4 8 8 标记标记的鬼笔环肽显示纤维型肌动蛋白F a c t i n t 用O r
10、 e g o n G r e e n 4 8 8 标记标记的紫杉醇标记聚合型微臂蛋白荧光显徼镜观察旋转培养K 5 6 2 细胞的细胞骨架 变化结果显示，旋转培养4 8 h 后，标记微管的细胞荧光强度与地面对照相比明显减弱处于聚合状态 的馓管蛋白减少也即表明旋转培养促进微管解聚I 而旋转培养和地面对照细胞之间的F a c t i n 荧光 标记的强度差别不大 总之实验应用公认的N A s A 旋转式细胞培养系统模拟空间微重力效应。使用对E p o 敏感的K 5 6 2 细胞检测微重力对红细胞生成、细胞增殖和细胞周期的影响结果显示拟徽重力环境能抑制细胞的增 殖、细胞周期分布和分化l 模拟微重力环境还导致细胞骨架微管发生解聚，血型糖蛋白A 和C D 7 l 在 K 5 6 2 细胞表面的表达下调。这些结果为进一步研究航天飞行性贫血的机制提供了一定实验线索 作者简介 易宗春，博士副教授北航生物工程系中国空问科学学会会员中国科协个人会员登记号。 s 0 9 0 8 0 0 2 9 7 M 。电话1 0 1 0 一8 2 3 3 9 4 2 2 1 0 0 9 IE - m a i l l y i z c b u a a e d u c n 3 7
