高原鼠兔對(duì)缺氧、寒冷極端高原環(huán)境適應(yīng)的分子機(jī)制研究.pdf

1、青藏高原平均海拔超過4500米，稱為“世界屋脊”，是世界上海拔最高，面積最大的高原，寒冷、干燥、空氣中的氧氣分壓低、強(qiáng)紫外線是青藏高原環(huán)境的特點(diǎn)。高原鼠兔是一種青藏高原土生的小型兔科生物，被認(rèn)為是完全適應(yīng)高原缺氧的典型物種的代表性生物。對(duì)于高原土生動(dòng)物高原適應(yīng)的機(jī)制研究，特別是對(duì)于高原鼠兔的高原適應(yīng)研究是這一領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，也是將其作為模式生物進(jìn)行高原適應(yīng)研究的重要基礎(chǔ)。大量的研究表明，高原鼠兔具有低氧下肺血管反應(yīng)鈍化(較低的肺動(dòng)脈壓)

2、，低氧通氣反應(yīng)減弱，骨骼肌、心肌線粒體含量高，組織微血管密度高及特殊的能量代謝方式等生理表型特點(diǎn)，并且其脂肪代謝主要通過瘦素減少外周組織脂肪堆積、增加棕色脂肪中線粒體的活性和解偶聯(lián)蛋白質(zhì)1含量，提高非震顫性產(chǎn)熱來抵抗高原寒冷環(huán)境。本研究論文在前期工作基礎(chǔ)之上，分別對(duì)低氧通氣適應(yīng)性的抗缺氧機(jī)制的研究和脂肪代謝改變與抗寒機(jī)制的研究，從而進(jìn)行兩個(gè)方面的聯(lián)合研究，探討其高原適應(yīng)的機(jī)制。
　　第一部分高原鼠兔低氧通氣反應(yīng)抗高原缺氧極端環(huán)境適

3、應(yīng)性機(jī)制的研究
　　目的：低氧通氣反應(yīng)是機(jī)體對(duì)抗缺氧環(huán)境的反射性防御反應(yīng)。而呼吸中樞對(duì)缺氧的感受是促使低氧通氣反應(yīng)的重要機(jī)制之一。于是我們研究延髓腦干處的呼吸中樞神經(jīng)核團(tuán)釋放的重要神經(jīng)遞質(zhì)，多巴胺類神經(jīng)遞質(zhì) NMDA因子受體NMDA-NR1和非 NMDA受體拮抗劑 DNQX，以及5羥色胺分子抑制劑fluoxetine，和氣體信號(hào)分子NO的拮抗劑L-NAME后，分別探討各類神經(jīng)遞質(zhì)對(duì)高原適應(yīng)動(dòng)物高原鼠兔和平原大鼠低氧下對(duì)呼吸的調(diào)控模

4、式。
　　方法：我們采用體外模擬低氧的plethysmographic法，檢測動(dòng)物給藥前、給藥后動(dòng)物清醒、安靜狀態(tài)下低壓氧艙模擬高原鼠兔捕捉點(diǎn)4100米和急性低氧6800米，監(jiān)測他們低氧通氣反應(yīng)的指標(biāo)變化。
　　結(jié)果：高原鼠兔給予低氧刺激后，潮氣量，呼吸頻率和每分通氣量都增高，而通氣時(shí)間、吸氣時(shí)向減小，吸氣時(shí)向占呼吸總時(shí)間的比例沒有改變。DNQX與Memantine給藥后高原鼠兔的 HVR沒有改變。然而模擬低氧6800米時(shí)，

5、注射L-name組的鼠兔吸氣向占總呼吸時(shí)向增加。注射fluoxetine后，模擬低氧后高原鼠兔的HVR受到了抑制，表現(xiàn)為Ve和Vt數(shù)值下降。
　　結(jié)論：高原適應(yīng)動(dòng)物高原鼠兔的通氣適應(yīng)性適應(yīng)不依賴于NMDA/NO和NMDA和多巴胺神經(jīng)元途徑。但是，AMPA受體刺激和5-羥色胺含量的增加似乎限制了急性缺氧下的通氣反應(yīng)的突觸形成，但是NMDA受體和NO的合成增加在高原鼠兔的缺氧適應(yīng)起到了一定的調(diào)節(jié)作用。
　　第二部分為高原鼠兔脂肪

6、代謝改變與抗高原寒冷極端環(huán)境的適應(yīng)性機(jī)制的研究
　　目的：長期生活在青藏高原的高原鼠兔進(jìn)化出極佳的耐寒、耐低氧的生理特點(diǎn)，從而使其適應(yīng)青海高原的極端自然環(huán)境。據(jù)目前的研究證實(shí)，哺乳動(dòng)物對(duì)寒冷的適應(yīng)機(jī)制之一是產(chǎn)熱性棕色脂肪組織的產(chǎn)熱作用。然而，我們對(duì)于鼠兔利用何種產(chǎn)熱機(jī)制，也更不明確鼠兔是否對(duì)高海拔寒冷刺激是否利用棕色脂肪的產(chǎn)熱機(jī)制。
　　方法：間歇冷暴露是在研究嚙齒類動(dòng)物冷適應(yīng)的簡便而可靠的冷暴露模型制備方法，為了探討高原鼠

7、兔在適應(yīng)寒冷氣溫中脂肪組織的作用，我們采用間歇冷暴露的模型方法，研究了高原鼠兔對(duì)于寒冷應(yīng)激的應(yīng)對(duì)措施。
　　結(jié)果：本研究中，我們發(fā)現(xiàn)了鼠兔在保持機(jī)體正常溫度方面有棕色脂肪的參與，而且其自身的白色脂肪組織也會(huì)發(fā)生“棕色改變”。這種，白色脂肪的棕色分化的生理表型，可以通過棕色脂肪標(biāo)志物基因的高表達(dá)來驗(yàn)證，尤其是解偶聯(lián)蛋白1的表達(dá)增加來明確棕色脂肪的發(fā)生。更有意義的結(jié)果在于，這種棕色化過程主要發(fā)生在內(nèi)臟部位的脂肪而不是表皮等皮下脂肪組織

8、。此外，間歇冷暴露增加了一些正常脂肪分化標(biāo)志物基因同時(shí)在mRNA和蛋白水平的高表達(dá)。然而，這些在脂肪分布的重大變化，并沒有伴隨鼠兔體重的變化或血液中葡萄糖和甘油三酯水平的變化，這表明適應(yīng)性變化存在著自身整體的協(xié)調(diào)和細(xì)胞自我補(bǔ)償機(jī)制。
　　結(jié)論：我們的研究結(jié)果證實(shí)了間歇冷暴露促進(jìn)并募集了鼠兔機(jī)體中棕色脂肪組織的含量，這與低海拔平原地區(qū)的小型哺乳動(dòng)物不同之處，在于鼠兔能激活內(nèi)臟白色脂肪組織來適應(yīng)冷應(yīng)激而沒有發(fā)生整體能量平衡的改變和紊亂