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        鈣負(fù)荷誘導(dǎo)骨骼肌細(xì)胞收縮的實(shí)驗(yàn)?zāi)P徒?/h1>
        2016-05-30 07:53:17曾瑋娓劉紅星唐暉
        西江文藝 2016年6期
        關(guān)鍵詞:模型

        曾瑋娓 劉紅星 唐暉

        【摘要】:目的:建立骨骼肌細(xì)胞收縮模型。方法:以C2C12細(xì)胞株為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,以不同濃度鈣負(fù)荷(0uM、10uM、25uM、50uM、75uM、100uM)為刺激條件,通過(guò)電鏡觀察和檢測(cè)培養(yǎng)液葡萄糖濃度來(lái)確定骨骼肌細(xì)胞收縮。結(jié)果: 不同濃度鈣負(fù)荷誘導(dǎo)骨骼肌細(xì)胞收縮的程度不同。與A組(0uM,不加鈣)相比,B(10uM)組的葡萄糖濃度沒(méi)有顯著性差異(P>0.05),C(25uM)、D(50uM)、E(75uM)、F(100uM)組均顯著降低(P<0.05),顯微鏡觀察也發(fā)現(xiàn)B組出現(xiàn)輕度收縮反應(yīng),C組出現(xiàn)較明顯收縮反應(yīng),D、E組出現(xiàn)明顯收縮反應(yīng),F(xiàn)組出現(xiàn)較強(qiáng)收縮反應(yīng)。結(jié)論:100uM鈣符負(fù)荷可引起明顯的骨骼肌收縮反應(yīng),因此可以此濃度建立鈣負(fù)荷誘導(dǎo)骨骼肌細(xì)胞收縮模型。

        【關(guān)鍵詞】:鈣負(fù)荷;骨骼肌細(xì)胞;收縮;模型

        骨骼肌收縮是運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)和前提。然而,運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)工作者在研究人體對(duì)運(yùn)動(dòng)的反應(yīng)和適應(yīng)規(guī)律時(shí),絕大部分都是處于在體狀態(tài)。人們很難從根本上研究骨骼肌在收縮時(shí)的機(jī)能變化情況。因此,建立骨骼肌細(xì)胞收縮模型就成為運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)亟待解決的問(wèn)題之一。

        自從1997年Thelen[1]等人首先報(bào)到采用低頻電刺激誘導(dǎo)培養(yǎng)的肌管收縮以來(lái),國(guó)內(nèi)外已有較多的文獻(xiàn)也利用此方式進(jìn)行各自的研究[2-5]。然而,這種刺激方式并不太符合肌肉收縮的規(guī)律。眾所周知,人體的骨骼肌收縮是神經(jīng)興奮傳到神經(jīng)肌肉接頭,通過(guò)化學(xué)遞質(zhì)將興奮傳到肌細(xì)胞,引起肌漿網(wǎng)鈣離子釋放,最終導(dǎo)致肌肉收縮。并且,較多的研究表明,細(xì)胞內(nèi)外的鈣例子穩(wěn)態(tài)對(duì)于肌細(xì)胞的機(jī)能具有重要的影響[6-8]。因此,本課題組擬建立外源性鈣負(fù)荷導(dǎo)致骨骼肌細(xì)胞收縮的模型,從另一個(gè)角度誘導(dǎo)肌細(xì)胞收縮,為人們能夠更加深刻地認(rèn)識(shí)骨骼肌收縮的機(jī)能變化奠定基礎(chǔ)。

        1 材料與方法

        C2C12小鼠成肌細(xì)胞系購(gòu)自湖南遠(yuǎn)泰生物技術(shù)有限公司。培養(yǎng)基為DMEM高糖培養(yǎng)基(Invitrogen,Carlsbad,CA),并加入10%胎牛血清(Sigma-Aldrich, St.louis, MO)和抗生素(100U/ml青霉素和0.1mg/ml鏈霉素)。37℃下置于5%CO2培養(yǎng)箱中。待細(xì)胞融合至80%時(shí),用0.25%胰酶消化傳代后接種(細(xì)胞密度5 ×l04)于培養(yǎng)瓶或孔板,待細(xì)胞融合至約70%后用于正式實(shí)驗(yàn)。

        1.2 實(shí)驗(yàn)分組

        根據(jù)各組細(xì)胞培養(yǎng)液中的鈣離子濃度不同(氯化鈣溶液),分為對(duì)照組,A組(0uM,不加鈣)和實(shí)驗(yàn)組B組(10uM)、C組(25uM)、D組(50uM)、E組(75uM)和F組(100uM)。每組十個(gè)培養(yǎng)瓶。

        1.1 細(xì)胞培養(yǎng)

        項(xiàng)目資助:由湖南省教育廳青年項(xiàng)目(編號(hào):13B025)資助。

        1.3 培養(yǎng)液中葡萄糖濃度測(cè)定

        采用葡萄糖氧化酶-過(guò)氧化物酶法。24h前后測(cè)定培養(yǎng)液葡萄糖濃度。

        1.4 顯微鏡觀察

        加入外源性鈣,細(xì)胞收縮反應(yīng)很快,照相時(shí)間如下:加鈣之前拍照,固定該細(xì)胞視野不變,加鈣后約5秒左右拍照,此時(shí)即可看到細(xì)胞收縮反應(yīng)出現(xiàn),實(shí)驗(yàn)組加入不同濃度鈣,對(duì)照組加入的是蒸餾水,也是參照加鈣的拍照時(shí)間,加入蒸餾水5秒后拍照即可,每組均采集1套圖片。

        1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

        采用Sigmaplot12.3軟件進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。組間差異采用單因素方差分析。顯著性水平為0.05。

        2.結(jié)果與分析

        2.1 各組細(xì)胞培養(yǎng)液葡萄糖濃度(mmol/L)

        2.2 顯微鏡觀察

        通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出:A組沒(méi)有出現(xiàn)收縮反應(yīng),B組出現(xiàn)輕度收縮反應(yīng),C組出現(xiàn)較明顯收縮反應(yīng),D、E組出現(xiàn)明顯收縮反應(yīng),F(xiàn)組出現(xiàn)較強(qiáng)收縮反應(yīng)。

        3.討論

        運(yùn)動(dòng)生理學(xué)的主要任務(wù)是探討急性運(yùn)動(dòng)對(duì)人體的適應(yīng)和慢性運(yùn)動(dòng)(訓(xùn)練)對(duì)人體的適應(yīng)規(guī)律。作為運(yùn)動(dòng)器官,骨骼肌在運(yùn)動(dòng)時(shí)的機(jī)能變化就成為首先要解決的問(wèn)題之一。但是在整體狀況下,機(jī)能功能的改變很難分清是骨骼肌的影響,還是其他器官的作用。因此,骨骼肌細(xì)胞的收縮模型的建立就成為運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)亟待解決的問(wèn)題之一。

        目前,采用低頻電刺激誘導(dǎo)培養(yǎng)的骨骼肌細(xì)胞收縮是最主要的方式[1-5]。本文根據(jù)肌肉收縮觸發(fā)的關(guān)鍵因素是鈣離子和肌鈣蛋白結(jié)合的原理,考慮從鈣負(fù)荷的角度來(lái)誘導(dǎo)骨骼肌收縮。下面首先闡述建立該模型的理論考慮和依據(jù)。

        Ca2+是細(xì)胞內(nèi)最普通而且重要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)成分之一。靜息狀態(tài)下,細(xì)胞內(nèi)游離的Ca2+約為細(xì)胞外的1/200000。細(xì)胞在激動(dòng)時(shí),細(xì)胞內(nèi)游離的Ca2+呈雙相升高,其來(lái)源為內(nèi)儲(chǔ)的Ca2+釋放和胞外Ca2+內(nèi)流[9]。在體狀態(tài)下,骨骼肌收縮的激發(fā)主要是由于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+的釋放,而心肌細(xì)胞的收縮則在很大程度上依賴于胞外Ca2+的內(nèi)流。本課題組采用的外源性鈣負(fù)荷誘導(dǎo)骨骼肌細(xì)胞收縮雖然和在體狀態(tài)時(shí)不太一樣,但是當(dāng)Ca2+和肌鈣蛋白結(jié)合后,后面的機(jī)能變化應(yīng)該不會(huì)有什么差異。而之所以這么考慮,是因?yàn)橥庠葱遭}負(fù)荷比較簡(jiǎn)單,而要觸發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+釋放則比較麻煩,其控制性也較差。

        在肌細(xì)胞中,胞外Ca2+內(nèi)流主要依賴電壓依賴性鈣離子通道(Voltage dependent calcium channel, VDCC),目前鈣通道分為6型,骨骼肌細(xì)胞中主要的是L型,其特點(diǎn)是激活后,開放時(shí)間長(zhǎng),失活慢。VDCC的激活由諸如環(huán)核苷酸、脂類衍生物或Ca2+本身等介質(zhì)所調(diào)節(jié),這些介質(zhì)或者使Ca2+通道由靜息狀態(tài)轉(zhuǎn)化為活化狀態(tài),或者在接受興奮性電刺激后調(diào)整Ca2+通道的活性[10-11]。除了VDCC以外,鈣池耗竭依賴性鈣離子內(nèi)流(store-depletion dependent calcium channel, SDDCC)也是胞外鈣離子內(nèi)流的途徑之一,通常所說(shuō)的受體介導(dǎo)鈣離子內(nèi)流屬于這種類型。該通道引起的鈣離子內(nèi)流是通過(guò)鈣池耗竭而誘發(fā)的,在質(zhì)膜Ca2+內(nèi)流通道與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)耗竭的鈣池間有某種信號(hào)聯(lián)系起來(lái)。

        因此,從理論上來(lái)說(shuō),外源性鈣負(fù)荷很有可能通過(guò)Ca2+本身而觸發(fā)VDCC,從而誘發(fā)培養(yǎng)的骨骼肌細(xì)胞收縮。當(dāng)然,這僅是理論上的假設(shè)。本課題組對(duì)建立外源性鈣負(fù)荷誘導(dǎo)骨骼肌細(xì)胞收縮模型的后續(xù)工作之一就是探討外源性鈣負(fù)荷時(shí)骨骼肌細(xì)胞的Ca2+信號(hào)通道。

        本文的研究結(jié)果表明,100uM鈣負(fù)荷時(shí),培養(yǎng)肌細(xì)胞出現(xiàn)較強(qiáng)的收縮反應(yīng),同時(shí),與對(duì)照組相比,24h后,培養(yǎng)液葡萄糖濃度顯著降低。這又從另一個(gè)方面證明100uM鈣負(fù)荷確實(shí)導(dǎo)致培養(yǎng)的骨骼肌細(xì)胞收縮了。因?yàn)楣趋兰∈湛s比安靜時(shí)需要更多的能量。因此,綜合顯微鏡觀察和葡萄糖濃度檢測(cè)的結(jié)果,本課題組可以確定該模型的建立。遺憾的是,本文沒(méi)有檢測(cè)此時(shí)的鈣離子信號(hào)通道的變化情況,這需要下一步的實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證。

        4 結(jié)論

        100uM鈣負(fù)荷可以誘導(dǎo)骨骼肌細(xì)胞出現(xiàn)較強(qiáng)的收縮反應(yīng)。通過(guò)顯微鏡觀察和葡萄糖濃度檢測(cè)結(jié)果表明,本文通過(guò)外源性鈣負(fù)荷誘導(dǎo)骨骼肌收縮模型的建立是成功的。

        參考文獻(xiàn):

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        [4]邱國(guó)榮, 徐曉陽(yáng), 謝敏豪. 電刺激引起C2C12肌管IL-6蛋白及IL-6 GLUT4基因表達(dá)的變化[J]. 中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志, 2012, 31(9): 806-810.

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