高原动物低氧适应的表观遗传学机制研究

高原低氧环境是生物在高海拔地区所面临的主要生存挑战。动物高原适应性遗传基础复杂,相关研究主要聚焦在比较基因组、群体基因组和进化基因组,正选择基因集中体现在低氧诱导因子(HIF)调控通路。目前,动物高原适应的表观遗传学机制越来越受到关注。表观遗传学可以调节基因表达的可塑性和稳定性,影响细胞功能和生物体适应环境变化的能力。研究表明,高原生物经历了长期的低氧适应,表现出了与表观遗传学相关的适应性调节。DNA甲基化和组蛋白修饰是表观遗传学的重要修饰方式,与高原适应密切相关,通过调控基因表达水平影响细胞功能。HIF作为低氧环境中的关键转录因子复合物,其稳定性和活性受到表观遗传学的调控。DNA甲基化和组蛋白修饰直接影响HIF信号通路的功能,而非编码RNA和细胞色素P450(CYP450)酶等表观遗传机制同样也参与了HIF信号通路的调控。深入理解高原低氧环境适应与表观遗传学之间的关系以及HIF信号通路的表观遗传学作用机制,对于揭示适应性进化和相关疾病的发生机制具有重要意义。笔者总结了高原低氧环境适应与表观遗传学的关系,并重点探讨了HIF信号通路在表观遗传学调控中的作用机制。

西藏改良奶牛低氧适应的血液生理指标与生产性能分析

研究旨在测定西藏改良奶牛(荷斯坦奶牛♂×西藏牛♀)在低氧环境下的血液常规指标和凝血生理指标,通过定期检测生产性能测定指标(DHI)与泌乳量对西藏改良奶牛的改良效果进行评估。试验以高原低氧环境下(位于西藏山南市琼结县,海拔3 617 m)饲养的改良奶牛作为研究对象,选取从澳大利亚引进西藏的荷斯坦奶牛和西藏牛(西藏本地黄牛)作为对照,测定血液常规指标、凝血指标、DHI指标和头胎次泌乳产量。结果显示,经过长期的低氧环境适应后,西藏改良奶牛的血液生理指标和DHI指标等均发生了明显的变化,主要表现为血红蛋白浓度(HGB)、红细胞比容(HCT)、平均红细胞体积(MCV)显著高于引进荷斯坦奶牛和西藏牛(P<0.05),血小板计数(PLT)显著低于西藏牛(P<0.05)。西藏改良奶牛凝血酶原时间(PT)、部分凝血活酶时间(APTT)和凝血酶时间(TT)与西藏牛相比差异不显著(P>0.05),凝血功能较引进荷斯坦奶牛得到改善。与引进荷斯坦奶牛相比,西藏改良奶牛乳脂率、乳蛋白率、乳糖等指标显著升高(P<0.05),体细胞数显著降低(P<0.05)。研究表明,西藏改良奶牛已具备了一定的低氧适应能力,比引进荷斯坦奶牛更能适应低氧环境,相较西藏牛和引进荷斯坦奶牛,西藏改良奶牛的生产性能得到优化和改善。

鸡ADAM9基因表达及其低氧适应性

为研究解整合素-金属蛋白酶9(ADAM9)与藏鸡胚胎低氧适应性的关系,试验对藏鸡和茶花鸡在低氧(O_(2),13%)和常氧(O_(2),21%)孵化条件下胚胎尿囊绒毛膜(CAM)组织ADAM9基因mRNA和蛋白表达量进行检测,同时检测了在不同氧气浓度培养条件下鸡胚成纤维细胞(DF-1)中ADAM9基因的mRNA表达变化和ADAM9基因启动子区活性。结果显示:不论藏鸡还是茶花鸡,除第18天外,在低氧孵化下CAM组织中ADAM9的表达量显著高于常氧孵化同一时期(P<0.05),并且在低氧条件下培养的DF-1细胞中ADAM9基因mRNA表达量在36 h时显著高于常氧条件(P<0.05)。结果表明低氧能刺激藏鸡胚CAM组织中ADAM9基因的表达,从而使其胚胎能更好地适应低氧环境。

ceRNA在动物低氧适应性中的研究进展

氧气是机体进行新陈代谢和维持生存的必要因素。低氧适应是机体为了适应缺氧这一生理或病理现象,降低缺氧带来的影响而发生的一系列局部性和系统性的改变。竞争性内源RNA(ceRNA)是指具有同种miRNA反应元件(MREs)的RNA分子,竞争性结合miRNA在转录后水平调控基因的表达,进而影响细胞的生物学功能。ceRNA是一种复杂的网络调节机制,在细胞增殖与凋亡、炎症反应、能量代谢、肌肉发育、脂肪沉积、脂质代谢等方面发挥作用。文章总结了长链非编码RNA(lncRNA)、环状RNA(circRNA)和假基因的生物学功能和特点,阐述经过验证的ceRNA参与动物低氧适应的生物学功能,为哺乳动物低氧适应性研究提供参考。

基于肝脏转录组测序对不同海拔喜马拉雅旱獭的低氧适应性研究

为探究低、中、高3个不同海拔梯度下喜马拉雅旱獭(Marmota himalayana)基因表达是否存在差异,筛选该物种与高原低氧及强紫外辐射环境适应的相关候选基因,采用Illumina HiSeq 2500高通量测序平台对喜马拉雅旱獭肝脏组织进行无参转录组学分析,通过对质控后测序数据与参考基因组的比较分析,筛选差异表达基因后进行GO功能注释和KEGG富集分析。结果显示:乐都样品(低海拔组,LD)、玉树样品(高海拔组,YS)喜马拉雅旱獭肝脏组织中差异表达基因差异较大,刚察样品(中海拔组,GC)与其他两组间均具有较小的基因表达差异模式。上调表达基因在19个GO Terms和6个KEGG通路上有显著富集,氧化磷酸化相关基因(HiF-1α、MPKA3)、矿物质吸收及脂质代谢相关基因(PPARs)在高海拔组中呈现上调表达,推测这些基因可能直接或间接在喜马拉雅旱獭适应高海拔低氧等极端环境中,通过调整细胞代谢、提高氧化还原能力以及增强免疫反应来维持自身的生理功能和生存能力,为后续深入研究高原野生动物基因多样性以及喜马拉雅旱獭低氧适应性提供基因组学数据。

牦牛高原低氧适应研究进展

人们对不同海拔地区的动物进行解剖学比较并利用基因组学等现代生物技术进行系统分析,得到了低氧适应解剖学依据并挖掘出100多种与低氧适应相关的重要候选基因,初步揭示了一些高原动物低氧适应的遗传基础和分子机制。牦牛是生活在青藏高原上的特有物种,是研究高原适应极好的模式动物,具有重要的研究价值。本文从牦牛的组织解剖、生理生化、低氧适应基因等方面综合分析了牦牛对低氧环境适应的研究进展,为揭示牦牛低氧适应的分子机制和牦牛遗传育种研究提供理论依据和参考资料。

藏猪低氧适应的血液生理指标研究

藏猪作为青藏高原土著品种是很好的低氧适应研究模式动物。本研究选择藏猪(海拔3 700 m左右)、大河猪(海拔2 300 m左右)、明光小耳猪(海拔1 900 m左右)和滇南小耳猪(海拔550 m左右)等4个连续海拔分布猪种进行血液生理比较,共完成7项与氧气运输相关的血液生理指标检测。结果显示,藏猪红细胞数[RBC,(8.61±0.89)×1012/L]、血红蛋白浓度[HGB,(172.51±21.39)g/L]和红细胞压积[HCT,(53.02±6.39)%]3个指标远高于明光小耳猪(8.61±0.89,109.63±11.18,39.24±3.89)和滇南小耳猪(6.72±0.81,104.83±9.4,35.22±3.2)(P<0.01),平均红细胞体积[MCV,(61.65±3.52)fL]、平均红细胞血红蛋白含量[MCH,(19.99±1.24)Pg]和平均红细胞血红蛋白浓度[MCHC,(324.8±8.52)g/L]与后两者差异极显著(P<0.01),而2 300 m海拔大河猪各项指标均处于中间。结果表明,与氧气运输相关血液生理指标依海拔升高而升高;高的血红蛋白浓度是藏猪低氧适应的生理表征;而高的血红蛋白浓度主要来源于红细胞数增加。

基于骨骼肌线粒体超微结构研究生长期牦牛低氧适应性

为了探讨高原牦牛骨骼肌组织对低氧环境的适应机制,选取大通牦牛作为研究对象,以平原黄牛作对照,通过显微体视学技术比较骨骼肌线粒体的平均截面积(Ax)、平均体积(V)、面数密度(NA,单位面积中线粒体数目)、体积密度(VV,单位体积骨骼肌纤维中线粒体的体积密度)。结果表明,大通牦牛骨骼肌线粒体的平均截面积、平均体积随着年龄的增长,表现为"先降低、再升高"的特点,各年龄段差异显著(P<0.05);而面数密度表现为随着年龄增长呈现"由高到低"的变化特点,各年龄段差异显著(P<0.05);体密度表现为随着年龄的增长逐渐增加,各年龄段差异显著(P<0.05);大通牦牛线粒体与同日龄平原黄牛比,表现为"线粒体小、数量多"的特点,差异极显著(P<0.01)。结果提示,大通牦牛骨骼肌组织线粒体在出生时已获得良好的组织遗传学特性,表现出对高原低氧环境的良好适应性,表现为骨骼肌线粒体平均体积小、面数密度、体密度高的特点;而在个体生长发育过程中,大通牦牛骨骼肌在组织结构及形态学方面表现为多种适应性的变化过程,以满足机体生长发育的需要和对外界环境的适应,表现为骨骼肌线粒体平均体积先降低再升高、面数密度先升高再降低,体密度逐渐增加的特点。其中30日龄是犊牦牛适应外界环境的关键阶段。

藏鸡血管内皮生长因子基因表达与低氧适应

比较藏鸡在常氧(O2,21%)和低氧(O2,13%)浓度孵化环境中,胚胎尿囊绒毛膜(CAM)组织VEGF基因mRNA表达变化及其与低地矮小隐性白鸡的差别,分析VEGF表达与低氧适应的关系。结果发现低氧刺激使藏鸡和矮小隐性白鸡CAM组织VEGF表达均上调,矮小隐性白鸡上调程度明显大于藏鸡。结果说明在低氧环境中藏鸡CAM组织VEGF表达表现一定程度的增加,有利于血管形成,表现对低氧环境的适应;而低地鸡胚胎VEGF可能表现异常表达,不利于胚胎发育和存活。

高原民族和动物低氧适应血液生理特征及相关基因研究进展

高原环境主要的生态因子为低氧分压,高原民族和动物定居高原的时间和海拔不同,受到不同程度和不同时间的低氧选择。血液生理特征是机体适应低氧环境的一个重要表现,血液生理指标能直接反应机体对低氧环境的适应性。同时,低氧适应相关基因在机体低氧适应的调控过程中起着非常重要的作用。高原民族和动物低氧适应研究的热点集中于血液生理及其形成的分子机制领域,而随着分子生物学技术的发展,越来越多参与低氧适应调控通路的基因被发现,作者就低氧适应血液生理特征和相关基因的研究进展进行综述。

藏马低氧适应的血液生理指标研究

本研究以藏马为低氧适应的模式动物,选择迪庆藏马（海拔≥3 000 m）、丽江马（海拔＞2000～3 000 m）、昭通马（海拔＞1 000 ～2 000m）和德宏马（海拔≤1 000 m以下）4个连续海拔梯度上分布的成年母马,进行7项与氧气结合、运输相关的血液生理指标和血液黏稠度的检测及比较.结果显示：藏马的血红蛋白质量浓度[HGB,（140.03±18.49） g/L]、红细胞压积[HCT,（40.79±4.35）％]平均红细胞体积[MCV,（51.26±3.47） fL]、平均红细胞血红蛋白含量[MCH,（17.51 ±1.56） pg]、平均红细胞血红蛋白质量浓度[MCHC,（342.72 ±24.93） g/L]都极显著高于低海拔马（P＜0.01）;不同海拔的马,除红细胞聚集指数和红细胞聚集系外,其血液黏稠度各项指标均显示出极显著差异（P＜0.01）,且随着海拔的逐级升高而变化;红细胞内黏度随海拔升高显著增加,血液流阻在正常范围内,随着海拔的升高并没有增强阻力,全血高切相对指数和全血低切相对指数较低,说明在一定程度上红细胞的变形性增强,从而提高了在微细血管中的游动能力.

藏鸡诱导型一氧化氮合酶基因低氧适应功能分析

低氧刺激诱导型一氧化氮合酶(Inducible nitric-oxide synthase,iNOS)催化产生NO,增加血流,改善组织供氧。文章采用测序和PCR-RFLP技术检测藏鸡及低地鸡iNOS基因编码区、5′侧翼区(2.0kb片段)序列和3′侧翼序列SNP,并测定低氧和常氧孵化时鸡胚尿囊绒毛膜组织iNOS基因表达量和酶活力。结果在iNOS基因5′侧翼区发现一个与低氧适应相关的藏鸡高频率突变SNP位点(-870C→T),藏鸡该突变的等位基因T频率高于低地鸡种。藏鸡iNOS基因表达量和酶活力在低氧孵化环境中多高于矮小鸡。结果表明藏鸡群体iNOS基因的突变及其低氧表达量的增加是其适应低氧环境的重要基础。

甘肃鼢鼠血象及其与低氧适应的关系

甘肃鼢鼠(Myospalax cansus)是一种严格营地下生活的鼠类,其形态、行为及生理特征均与地面鼠不同。为探讨甘肃鼢鼠适应低氧环境的机理,本研究采用血象指标测定方法,对甘肃鼢鼠低氧适应前后的红细胞数、血红蛋白浓度、红细胞压积等各血象指标进行测定。结果显示,甘肃鼢鼠低氧适应后红细胞数、血红蛋白浓度和红细胞压积均显著升高,而平均红细胞体积、平均红细胞血红蛋白及平均红细胞血红蛋白浓度明显下降。与地面生活的啮齿动物低氧适应后血象相比,甘肃鼢鼠红细胞数量多,红细胞压积大,血红蛋白浓度高,红细胞膜表面积大,血红蛋白的利用率较高,可能是对低氧环境适应的一种途径。

藏鸡心脏高海拔低氧适应相关酶的研究

目的:研究藏鸡心脏对高海拔低氧适应性的生理特征。方法:本研究将藏鸡、矮小隐性白和寿光鸡分别饲养在低海拔和高海拔环境,测定10周龄时心脏重量、心肌乳酸(LA)和乳酸脱氢酶(LDH)、琥珀酸脱氢酶(SDH)活性。结果:结果显示藏鸡在高海拔环境中,心脏相对重量未明显增加,心肌LA低于对照鸡,LDH与对照鸡差异不显著,而SDH活性明显高于对照鸡。结论:结果说明了藏鸡对高海拔低氧环境的适应,不是通过增加心脏器官的重量,也不是通过提高无氧代谢的水平,较高的SDH活力对藏鸡心肌低氧适应有一定的意义。SDH是藏鸡适应低氧的一种标志酶。

HIF-1基因C1772T、G1790A多态性与藏族人群高原低氧适应关系的研究

采集西藏登山队和西藏登山运动学校藏族登山队员(共86人)以及广东汉族健康个体(共90人)的外周静脉血样,提取白细胞基因组DNA,利用限制性片段长度多态性-聚合酶链反应(PCR-RFLP)技术检测缺氧诱导因子-1α(Hypoxia inducible factor-1α,HIF-1α)基因(HIF-1α)外显子12的C1772T、G1790A的单核苷酸多态性等位基因频率及其组合基因型分布特征,以探讨其与高原低氧适应的相关性。结果显示,C1772T的CC、CT和TT基因型分布频率在藏族组与汉族对照组分别为13.95%和16.67%、38.37%和41.11%、47.68%和42.22%,各基因型频率在两组间比较无显著性差异;G1790A的GG、GA和AA基因型分布频率在藏族组与汉族对照组分别为60.47%和75.56%、36.05%和21.11%、3.48%和3.33%,藏族组的GG基因型频率较汉族对照组的低(P<0.05),而GA基因型频率较汉族对照组高(P<0.05)。表明G1790A的GA基因型可能与藏族人群适应高原低氧有关,值得进一步深入探讨。

动物低氧适应的生理与分子机制

氧的利用和调节是高等生命生存的基本条件,低氧是许多重大疾病发生发展中的基本病理生理改变,而高原低氧存在于中国约220万平方千米的高原地区,涉及到高原低氧习服和低氧适应的重要进化机制。国内外在对高原民族和高原动物低氧适应相关基因研究中已发现低氧诱导因子-1(HIF-1)、促红细胞生成素(EPO)、血管内皮细胞生长因子(VEGF)、血红蛋白(Hb)及能量代谢相关酶等相关基因,而随着基因芯片和深度测序等高通量检测技术的发展,低氧反应的分子调控网络也得到进一步的明晰。

低氧适应对糖代谢的影响及其机制

学术背景:低氧应激状态下糖作为首当其充的能源物质优先被动用,长期低氧应激机体糖代谢过程发生深刻影响,包括糖的摄取、利用、氧化等。因此研究低氧适应对糖代谢的影响及其机制尤为必要。目的:探讨低氧适应对糖代谢的影响及其可能机制,为低氧应用研究提供理论参考。检索策略:应用计算机检索PubMed数据库和中国期刊全文数据库1990-01/2007-07的有关文献,检索词为"低氧(缺氧),代谢酶,胰岛素,GLUT,HIF-1,AMPK",限定文章语言分别为英语和中文。共检索到338篇相关文献,其中中文文献215篇,英文文献123篇,对文献进行筛选,纳入标准:①选取针对性强,相关度高的文献。②对同一领域的文献选择近期发表或权威杂志的文献;排除重复研究和Meta分析类文章。最后40篇被选用。文献评价:选用40篇文献,其中8篇为综述、其余均为临床与实验研究。资料综合:伴随着低氧适应,机体糖磷酸化酶与糖原合成酶含量升高、活性增强,葡萄糖转运能力增强,可能是低氧诱导因子1上调了糖代谢有关的低氧基因表达;AMPK的激活通过一条未知的途径调节糖代谢过程。结论:糖代谢能力增强是低氧适应的重要标志之一;低氧适应糖代谢能力增强,在高原训练、预防和改善胰岛素抵抗方面有着广泛的应用前景。

高原鼠兔低氧适应分子机制的研究进展

高原鼠兔（Ochotona curzoniae）是生活在青藏高原海拔3000-5000m地区的特有物种，具有极强的低温、低氧耐受能力。近十几年来，许多国内外学者从整体水平及分子水平对高原鼠兔的低氧适应机制进行了大量研究，认为该动物是研究低氧适应的理想动物模型。本文对高原鼠兔的低氧适应机制从血液学特征、肺血管的结构和功能及分子生物学研究等方面作一系统阐述，旨在阐明高原土生动物在高寒缺氧环境中生存的适应机制，这对人类适应高原及高原疾病的防治有着重要的指导意义。

大通牦牛肺血管低氧适应的组织结构特点

为进一步研究大通牦牛肺组织对高原低氧适应的组织学特点,选取海拔高度3 700、3 200 m地区的成年大通牦牛作为研究对象,并分别选取海拔高度3 700 m的泽库地区成年牦牛、海拔高度3 200 m的海晏地区成年牦牛作为对照,利用组织学和电镜技术对肺组织的显微、超微结构进行观测与分析。结果显示:管径大于100μm的牦牛肺血管平滑肌含量随海拔的升高逐渐增加,差异显著(P<0.05);管径小于50μm的牦牛肺血管平滑肌含量随海拔的升高逐渐减少,差异显著(P<0.05);牦牛肺气血屏障随海拔的升高逐渐变薄,部分差异显著(P<0.05)。大通牦牛肺脏的结构特点是其能够适应高原低氧环境的组织学基础,也表现出其育种的遗传学特征。

低氧适应对缺氧性心功能损伤的保护作用及其机制探讨

缺氧对心脏功能的影响与缺氧的严重程度、发生速度及时程有关。本实检比较了急性缺氧与阶梯适应性缺氧对Ｗｉｓｔａｒ大鼠心脏功能及心肌收缩蛋白Ｃａ２＋，Ｍｇ２＋－ＡＴＰ酶的不同影响，结果表明，低氧适应组与急性缺氧组比较，左右心室的±ｄｐ／ｄｔｍａｘ、收缩指数等心功能指标均有显著的改善，心肌收缩蛋白Ｃａ２＋，Ｍｇ２＋－ＡＴＰ酶活性也显著高于急性缺氧组。从而说明，动物经低氧适应后，心脏的代偿功能得到充分发挥，从面减轻缺氧对心脏的损伤。心肌收缩蛋白Ｃａ２＋，Ｍｇ２＋－ＡＴＰ酶的改善可能是心脏代偿机制的生物化学基础之一。