高原鼠兔(Ochotona curzoniae)的低氧適應機制研究進展

曹 芮 米瑪旺堆

（西藏大學理學院，西藏 拉薩 850000）

前言

低氧應激能引起機體神經系統、心血管系統和器官乃至組織細胞的供氧不足，引起全身性反應，包括增加紅細胞、血紅蛋白、低氧應答基因表達以及促進毛細血管增生等。高海拔低氧促進紅細胞生成是通過提高血漿促紅細胞生成素水平來實現的，以改善缺氧引起的不良反應；紅細胞增多又可反饋性抑制促紅細胞生成素的生成，以使紅細胞量精確地適應機體的需要。總之，高原鼠兔不僅通過器官結構、功能的調整來適應高原環境，還通過基因結構的適應性變異及其表達水平的變化來適應高原環境。因此，本文從高原鼠兔在高原低氧適應過程中其生理特性、基因結構適應性變化及其功能表達水平的變化等方面來闡述。

1.高原鼠兔對低氧的應激反應

高原鼠兔一直以來被認為是研究高原低氧適應的理想動物之一。在高原動物耐低氧研究中，不少實驗證明高原鼠兔在低氧狀況下，肺血管收縮反應(HPV)鈍化，肺動脈壓不高，無右心室肥大；血液高HCT和低MCV，有利于降低血液黏度、減小血液循環阻力和減輕心臟負擔，提高血液運輸氧的能力。

目前，研究低氧應激的方法也有很多，通過血常規分析，血紅蛋白電泳等測定紅細胞數量；通過氰化高鐵血紅蛋白測定法，HICN法等測定血紅蛋白含量的測定，以及紅細胞壓積的測定等。還可以通過彈性纖維染色統計肺組織微血管彈性纖維層數變化說明肺對低氧應激反應。通過檢測骨骼肌中VEGE表達水平，從而確定在低氧適應中骨骼肌中HIF-1α對VEGF的影響，推測在骨骼肌中HIF-1 α調節VEGF表達的量化程度；還可以采用免疫組織化學法來檢測在低氧適應中功能基因表達的變化。

2.高原鼠兔低氧適應的主要生物分子

2.1 促紅細胞生成素(EPO)

2.1.1 EPO在腦缺血保護機制的作用。目前研究發現，造血因子EPO對損傷的神經細胞有保護和修復作用。EPO發揮神經保護作用的主要機制是抗神經細胞凋亡，其在活體內主要通過三條獨立的信號通路實現，其他機制還包括抗炎、營養神經、生血管、抗氧化及抗驚厥等。

2.1.2 EPO在缺血缺氧下的作用。EPO在由缺氧缺血所導致的哺乳動物腦損傷中發揮著重要的作用。在其腦缺氧缺血時，EPO會誘導腦細胞死亡且呈劑量依賴性。EPO可促進紅細胞分化、增殖，維持外周血中紅細胞數量，并能通過多種途徑阻斷凋亡信號，保護組織免受缺氧缺血損傷。

在高原鼠兔低氧適應過程中EPO起到了關鍵作用，它可以促進血液中紅細胞的生成，通過增加紅細胞數量來提高氧的運輸及氧的利用。此外，在其腦缺血缺氧時對其也會有一些輔助作用，還會通過維持外周血中的紅細胞數量保護組織免受其損傷。

2.2 低氧誘導因子-1(HIF-1)

低氧誘導因子-1(HIF-1)被確定為缺氧對EPO誘導的介質，由HIF-1α和HIF-1β構成是在缺氧條件下激活的轉錄因子，在低氧條件下HIF-lα和HIF-1β相互作用，形成穩定的異質二聚體，并轉移至細胞核，增加EPO及EPO受體(EPOR)的轉錄和表達，以補償機體含氧量的減少。在HIF-l轉錄因子激活低氧腫瘤微環境(TME)這方面被國外學者廣泛研究，HIF-lα的表達主要受多種細胞因子的調節，包括多種生長因子的級聯和致癌級聯。

2.2.1 低氧誘導因子-1的組成。低氧誘導因子-1由HIF-lα和HIF-1β二個亞基組成，其中β亞基在細胞中構建性表達，而α亞基受低氧誘導，屬功能性亞基。趙同標等在關于高原鼠兔的HIF-lα基因研究表明，高原鼠兔HIF-lα mRNA在各個器官組織中均有表達，尤其是在腦和腎中，呈明顯的組織特異性，并且組織表達特異性不受個體、性別和分布海拔的影響。

2.2.2 低氧誘導因子-1的作用。HIF-1對多種低氧反應性基因(HRG)的轉錄都有調控作用，并可能參與對低氧反應的其他信號轉導過程。HIF-1α進一步調控HIF-1的活性，僅在低氧細胞的核中存在；HIF-1β是HIF-1α與DNA呈高親和性結合所必需的。它在哺乳動物體內低氧誘導產生的特異應答密切相關，在低氧誘導的基因調節中起著關鍵的作用。HIF-1是細胞在低氧條件下產生的蛋白性調節因子，它與靶基因結合，促進其轉錄，產生低氧適應反應。

2.3 血管內皮細胞生長因子(VEGF)

HIF在缺氧條件下被穩定激活，誘導包括血管內皮細胞生長因子(VEGF)在內的基因產物表達，這是細胞在缺氧條件下生存所必需的；VEGF也可誘導下游信號通路，包括細胞內鈣離子水平的升高。

2.3.1 血管內皮細胞生長因子的組成。VEGF是一種由亞基內及亞基間二硫鍵交聯形成的同源二聚體糖蛋白，是一種特異的、強烈的血管內皮細胞促分裂因子和血管生成因子，是應答低氧的關鍵血管源性因子。缺氧可上調血管內皮細胞VEGF mRNA的表達和蛋白分泌，這種上調作用對提高機體適應低氧環境有重要意義。

2.3.2 血管內皮細胞生長因子對HIF-1的作用。VEGF是HIF-1介導的轉錄活化因子的一個靶點，其在低氧組織中的表達通過HIF-1α誘導。HIF-1α通過轉錄編碼VEGF基因而刺激血管新生。心臟的心房、心室和瓣膜中都有VEGF mRNA的分布，正常情況下，心肌細胞低水平表達VEGF，起著維持一定血管密度和血管對運輸營養物質所必需的通透性的作用。機體處于低氧應激狀態，可使自由基及脂質過氧化反應增強引起VEGF升高， VEGF與其血管內皮細胞上特異性受體結合，發揮劑量依賴性舒張小冠狀動脈作用，開放冠狀動脈側支循環以改善心肌血液供應，減少缺血面積，從而起到保護心肌的作用。而外滲的纖維蛋白原凝固成纖維蛋白而沉積，促進新生血管的生長。

3.展望

低氧條件下，在高原鼠兔在海拔5300米處活動這一現象的原因是什么，其遺傳機制HIF-1和 VEGF的變異及影響與全球變暖有何關聯還需進一步研究，這對以后的高原鼠兔在分子生物學領域的研究具有重要意義。加之，在低氧環境下的高原鼠兔及其寄生蟲（體內外）、捕食物種之間交互作用等生理、生態和進化等交叉學科領域的研究也是必要的。