曹 芮 米瑪旺堆

（西藏大學(xué)理學(xué)院，西藏 拉薩 850000）

前言

低氧應(yīng)激能引起機(jī)體神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)和器官乃至組織細(xì)胞的供氧不足，引起全身性反應(yīng)，包括增加紅細(xì)胞、血紅蛋白、低氧應(yīng)答基因表達(dá)以及促進(jìn)毛細(xì)血管增生等。高海拔低氧促進(jìn)紅細(xì)胞生成是通過(guò)提高血漿促紅細(xì)胞生成素水平來(lái)實(shí)現(xiàn)的，以改善缺氧引起的不良反應(yīng)；紅細(xì)胞增多又可反饋性抑制促紅細(xì)胞生成素的生成，以使紅細(xì)胞量精確地適應(yīng)機(jī)體的需要?？傊?，高原鼠兔不僅通過(guò)器官結(jié)構(gòu)、功能的調(diào)整來(lái)適應(yīng)高原環(huán)境，還通過(guò)基因結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性變異及其表達(dá)水平的變化來(lái)適應(yīng)高原環(huán)境。因此，本文從高原鼠兔在高原低氧適應(yīng)過(guò)程中其生理特性、基因結(jié)構(gòu)適應(yīng)性變化及其功能表達(dá)水平的變化等方面來(lái)闡述。

1.高原鼠兔對(duì)低氧的應(yīng)激反應(yīng)

高原鼠兔一直以來(lái)被認(rèn)為是研究高原低氧適應(yīng)的理想動(dòng)物之一。在高原動(dòng)物耐低氧研究中，不少實(shí)驗(yàn)證明高原鼠兔在低氧狀況下，肺血管收縮反應(yīng)(HPV)鈍化，肺動(dòng)脈壓不高，無(wú)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(huán)阻力和減輕心臟負(fù)擔(dān)，提高血液運(yùn)輸氧的能力。

目前，研究低氧應(yīng)激的方法也有很多，通過(guò)血常規(guī)分析，血紅蛋白電泳等測(cè)定紅細(xì)胞數(shù)量；通過(guò)氰化高鐵血紅蛋白測(cè)定法，HICN法等測(cè)定血紅蛋白含量的測(cè)定，以及紅細(xì)胞壓積的測(cè)定等。還可以通過(guò)彈性纖維染色統(tǒng)計(jì)肺組織微血管彈性纖維層數(shù)變化說(shuō)明肺對(duì)低氧應(yīng)激反應(yīng)。通過(guò)檢測(cè)骨骼肌中VEGE表達(dá)水平，從而確定在低氧適應(yīng)中骨骼肌中HIF-1α對(duì)VEGF的影響，推測(cè)在骨骼肌中HIF-1 α調(diào)節(jié)VEGF表達(dá)的量化程度；還可以采用免疫組織化學(xué)法來(lái)檢測(cè)在低氧適應(yīng)中功能基因表達(dá)的變化。

2.高原鼠兔低氧適應(yīng)的主要生物分子

2.1 促紅細(xì)胞生成素(EPO)

2.1.1 EPO在腦缺血保護(hù)機(jī)制的作用。目前研究發(fā)現(xiàn)，造血因子EPO對(duì)損傷的神經(jīng)細(xì)胞有保護(hù)和修復(fù)作用。EPO發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用的主要機(jī)制是抗神經(jīng)細(xì)胞凋亡，其在活體內(nèi)主要通過(guò)三條獨(dú)立的信號(hào)通路實(shí)現(xiàn)，其他機(jī)制還包括抗炎、營(yíng)養(yǎng)神經(jīng)、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(dǎo)致的哺乳動(dòng)物腦損傷中發(fā)揮著重要的作用。在其腦缺氧缺血時(shí)，EPO會(huì)誘導(dǎo)腦細(xì)胞死亡且呈劑量依賴性。EPO可促進(jìn)紅細(xì)胞分化、增殖，維持外周血中紅細(xì)胞數(shù)量，并能通過(guò)多種途徑阻斷凋亡信號(hào)，保護(hù)組織免受缺氧缺血損傷。

在高原鼠兔低氧適應(yīng)過(guò)程中EPO起到了關(guān)鍵作用，它可以促進(jìn)血液中紅細(xì)胞的生成，通過(guò)增加紅細(xì)胞數(shù)量來(lái)提高氧的運(yùn)輸及氧的利用。此外，在其腦缺血缺氧時(shí)對(duì)其也會(huì)有一些輔助作用，還會(huì)通過(guò)維持外周血中的紅細(xì)胞數(shù)量保護(hù)組織免受其損傷。

2.2 低氧誘導(dǎo)因子-1(HIF-1)

低氧誘導(dǎo)因子-1(HIF-1)被確定為缺氧對(duì)EPO誘導(dǎo)的介質(zhì)，由HIF-1α和HIF-1β構(gòu)成是在缺氧條件下激活的轉(zhuǎn)錄因子，在低氧條件下HIF-lα和HIF-1β相互作用，形成穩(wěn)定的異質(zhì)二聚體，并轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核，增加EPO及EPO受體(EPOR)的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，以補(bǔ)償機(jī)體含氧量的減少。在HIF-l轉(zhuǎn)錄因子激活低氧腫瘤微環(huán)境(TME)這方面被國(guó)外學(xué)者廣泛研究，HIF-lα的表達(dá)主要受多種細(xì)胞因子的調(diào)節(jié)，包括多種生長(zhǎng)因子的級(jí)聯(lián)和致癌級(jí)聯(lián)。

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

2.2.2 低氧誘導(dǎo)因子-1的作用。HIF-1對(duì)多種低氧反應(yīng)性基因(HRG)的轉(zhuǎn)錄都有調(diào)控作用，并可能參與對(duì)低氧反應(yīng)的其他信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程。HIF-1α進(jìn)一步調(diào)控HIF-1的活性，僅在低氧細(xì)胞的核中存在；HIF-1β是HIF-1α與DNA呈高親和性結(jié)合所必需的。它在哺乳動(dòng)物體內(nèi)低氧誘導(dǎo)產(chǎn)生的特異應(yīng)答密切相關(guān)，在低氧誘導(dǎo)的基因調(diào)節(jié)中起著關(guān)鍵的作用。HIF-1是細(xì)胞在低氧條件下產(chǎn)生的蛋白性調(diào)節(jié)因子，它與靶基因結(jié)合，促進(jìn)其轉(zhuǎn)錄，產(chǎn)生低氧適應(yīng)反應(yīng)。

2.3 血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子(VEGF)

HIF在缺氧條件下被穩(wěn)定激活，誘導(dǎo)包括血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子(VEGF)在內(nèi)的基因產(chǎn)物表達(dá)，這是細(xì)胞在缺氧條件下生存所必需的；VEGF也可誘導(dǎo)下游信號(hào)通路，包括細(xì)胞內(nèi)鈣離子水平的升高。

2.3.1 血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子的組成。VEGF是一種由亞基內(nèi)及亞基間二硫鍵交聯(lián)形成的同源二聚體糖蛋白，是一種特異的、強(qiáng)烈的血管內(nèi)皮細(xì)胞促分裂因子和血管生成因子，是應(yīng)答低氧的關(guān)鍵血管源性因子。缺氧可上調(diào)血管內(nèi)皮細(xì)胞VEGF mRNA的表達(dá)和蛋白分泌，這種上調(diào)作用對(duì)提高機(jī)體適應(yīng)低氧環(huán)境有重要意義。

2.3.2 血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子對(duì)HIF-1的作用。VEGF是HIF-1介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄活化因子的一個(gè)靶點(diǎn)，其在低氧組織中的表達(dá)通過(guò)HIF-1α誘導(dǎo)。HIF-1α通過(guò)轉(zhuǎn)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(xì)胞低水平表達(dá)VEGF，起著維持一定血管密度和血管對(duì)運(yùn)輸營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)所必需的通透性的作用。機(jī)體處于低氧應(yīng)激狀態(tài)，可使自由基及脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)增強(qiáng)引起VEGF升高， VEGF與其血管內(nèi)皮細(xì)胞上特異性受體結(jié)合，發(fā)揮劑量依賴性舒張小冠狀動(dòng)脈作用，開放冠狀動(dòng)脈側(cè)支循環(huán)以改善心肌血液供應(yīng)，減少缺血面積，從而起到保護(hù)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(jìn)新生血管的生長(zhǎng)。

3.展望

低氧條件下，在高原鼠兔在海拔5300米處活動(dòng)這一現(xiàn)象的原因是什么，其遺傳機(jī)制HIF-1和 VEGF的變異及影響與全球變暖有何關(guān)聯(lián)還需進(jìn)一步研究，這對(duì)以后的高原鼠兔在分子生物學(xué)領(lǐng)域的研究具有重要意義。加之，在低氧環(huán)境下的高原鼠兔及其寄生蟲（體內(nèi)外）、捕食物種之間交互作用等生理、生態(tài)和進(jìn)化等交叉學(xué)科領(lǐng)域的研究也是必要的。