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摘要航天事业发展的一个基本事实是人和其他地球生物必须面对和适应太空环境。地球表面为1G重力环境，而太空重力值通常为地面重力值的万分之一称为微重力。微重力对人类的正常生理如骨骼代谢、肌肉、免疫均有明显负面影响。目前对细胞的作用还没有系统研究，尤其对于细胞基因组作用效应的研究还处于起步阶段。太空放射性辐射远强于地表，空间站的辐射剂量是地面的200倍。已知放射性辐射可以损伤DNA，引起基因突变。本论文集中研究模拟微重力及模拟微重力-辐射双重作用对细胞基因组的损伤效应和变化规律，以及可能的机理。<br>　　遗传信息的准确传递对于细胞、机体乃至整个种系的生存和延续是至关重要的。在生物漫长的进化过程中，细胞逐渐形成了一整套有效的机制以保证遗传信息稳定而真实地代代相传。有大量报道表明辐射能够诱导各种DNA损伤，但微重力对基因组稳定性的影响则很少研究。此外，微重力对细胞的生物学效应，往往针对不同细胞，有不同的效应。本研究中，为了排除微重力对特定细胞的特定效应，我们同时采用小鼠胚胎干细胞(MES)与小鼠成纤维细胞（MEF）这两种细胞研究模拟微重力对哺乳动物细胞DNA损伤的影响和机理。Rad9与Mdc1是重要的DNA损伤响应基因，为了更好地评估微重力的损伤效应，我们也加入了Rad9-/-MES和Mdc1-/-MEF细胞。我们发现在Rad9-/-MES和Mdc1-/-MEF细胞中微重力能够显著诱导DNA双链断裂，而在它们相应的野生型细胞中则没有看到类似的现象。同时在Rad9-/-MES细胞中也发现了DNA单链断裂/碱基修饰等其他损伤。当延长微重力暴露时间后，Rad9-/-MES细胞对微重力诱导的DNA损伤有一个明显的适应，模拟微重力处理5天后与1G对照比较，DNA损伤已经没有明显差别。我们进一步研究发现在Rad9-/-MES细胞中产生的DNA损伤是由微重力诱导的活性氧自由基引起的，而Rad9-/-MES细胞对自由基的变化也体现出一种适应。然而，Mdc1-/-MEF细胞仅仅能部分适应微重力，表现为DNA损伤随着培养时间延长而下降，但并没有达到对照组1G的水平。与此同时细胞内部的自由基水平已经与对照组没有差别，这说明升高的自由基不是导致Mdc1-/-MEF细胞内部DNA损伤升高的唯一因素。我们进一步发现，NADPH氧化酶亚型Nox2参与了Rad9-/-MES细胞自由基水平的升高，而它并不参与Mdc1-/-MEF细胞中自由基含量的升高。这说明，微重力诱导细胞内部自由基升高的机制很可能在MES细胞与MEF细胞中是不同的。以上结果表明，微重力在DNA损伤响应缺陷型细胞中能够诱导DNA损伤，而自由基是微重力诱导DNA损伤的重要因子。<br>　　在太空环境中，伴随微重力存在的还有强辐射环境。我们研究了模拟微重力与辐射对细胞DNA损伤的复合效应。一种情况是模拟微重力前处理，即MES细胞暴露在微重力环境下23小时，再施加辐射，对比在正常重力下生长23小时然后辐射，然后都经过1G条件下1小时DNA修复，模拟微重力前处理过的细胞产生的DNA损伤显著更少。这显示模拟微重力上调了DNA损伤应答机制，而对接下来的辐射损伤产生一定的抗性。然而，我们并没有在Rad9-/-MES细胞中看到相似的现象，说明这一应急机制需要Rad9的存在。另一种情况是模拟微重力后处理，即生长在1G条件下23小时的细胞辐射过后，暴露在模拟微重力中1小时，对比辐射后生长在1G条件下1小时的细胞，能显著增加DNA损伤。无论Rad9+/+ MES细胞和Rad9-/-MES细胞均是如此，这说明模拟微重力能够影响辐射后的DNA修复，是DNA损伤修复负面影响因子。<br>　　综上所述，模拟微重力能够加剧DNA损伤反应缺陷型细胞的DNA损伤，自由基是导致损伤的重要因子。NADPH氧化酶Nox2参与了Rad9-/-MES细胞自由基变化而与Mdc1-/-MEF细胞中自由基变化无关，微重力能够干扰辐射造成的DNA损伤后的修复。这些结果对评估太空微重力环境对宇航员基因组稳定性的影响提供了重要依据，同时对当前微重力环境对哺乳动物细胞DNA损伤作用的相关研究作了进一步拓展与补充。