喜马拉雅旱獭高原低氧适应性的研究性进展.pdf
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1、齐鲁工业大学学报第 卷 第 期 年 月出版 .:./.【食品与生物工程】喜马拉雅旱獭高原低氧适应性的研究性进展赵坤钰李 优李耀东青海大学青海 西宁摘要:喜马拉雅旱獭是生活在青藏高原(海拔 )地区的特有野生动物物种其广泛分布在青海省高山草甸草原、高山草原山地环境中经过数千年的高原低氧适应所具有的生物学特性在生物医学领域得到了广泛的应用 随着分子生物技术的进步研究学者开始从整体水平逐渐向分子水平进行喜马拉雅旱獭的相关研究认识逐渐加深 因此喜马拉雅旱獭被视为研究高原低氧适应性物种的理想模型之一 旨在系统探讨喜马拉雅旱獭的低氧适应性机制包括血液学特征以及低氧适应相关基因 通过这样的研究可以提高对高原低
2、氧适应性动物的认知水平增深对高原低氧适应性发生机制的了解并为高原疾病的预防和治疗奠定基础关键词:喜马拉雅旱獭高原低氧适应性基因变异遗传线粒体基因中图分类号:文献标志码:文章编号:():().:青藏高原是世界上最大的高原被誉为“世界屋脊”经过千百年的演变青藏高原的自然环境和地理特征对全球产生了重要影响 青藏高原自然环境探秘一文中指出青藏高原具有独特的地理特征如低收稿日期:网络出版时间:基金项目:青海省自然科学基金()国家自然科学基金()作者简介:赵坤钰硕士生研究方向:高原低氧适应的分子机制研究通信作者:李耀东副教授研究方向:高原低氧适应的分子机制研究.年第 期赵坤钰等:喜马拉雅旱獭高原低氧适应性
3、的研究性进展温、低氧、干湿分明、氧含量低及强紫外辐射等特点马耀明等在青藏高原气候系统变化及其对东亚区域的影响与机制研究进展中指出青藏高原的气候特征受到青藏高原本身地形地影响其独特的高原地貌和大规模高原的性质对气候系统有重要影响 这导致高原上的气温较低氧气含量较低以及上文所述干湿季节交替明显的地理特点在这样缺氧的环境中高原动物通过改变自身的生理特征来适应这种环境用以确保种群的生存和繁衍 李兰晖的研究表明动植物机体在高原生活的过程中经历了不可逆且具有稳定遗传性的变化 这些适应性变化使得喜马拉雅旱獭等高原动物能够更好地获取氧气以及更高效的适应高原特有的气候条件的同时适应寡食的环境和极端气候条件青藏高
4、原独特的自然环境和地理特征对全球来说都形成了非同一般的影响 高原动物通过适应性变化来应对艰难的高原极端气候以及低氧多变的高原地形从而维持种群的生存和繁衍根据黄孝龙在中国动物学杂志 年发表的文章大型冬眠动物喜马拉雅旱獭的实验动物化研究的研究喜马拉雅旱獭属于啮齿目()、松鼠科()和旱獭属()在中国发现的 种旱獭物种中喜马拉雅旱獭种属数量最多分布最广 主要分布于青海省、西藏自治区、甘肃省和云南省等地根据杨建国等 年在青海畜牧兽医杂志发表的文章 年青海省鼠疫流行病学分析喜马拉雅旱獭是青藏高原鼠疫疾病的主要宿主 除喜马拉雅旱獭外还有高原鼢鼠、高原鼠兔、藏猪、藏羚羊、藏羊和牦牛等高原土著动物被用作研究高原
5、低氧模型 其中以牦牛和高原鼠兔最为常见这可以在已查阅的实验性文章中找到大量相关研究根据刘海清等在中国比较医学杂志上发表的名为喜马拉雅旱獭实验动物化的研究进展一文中的研究总结对后续喜马拉雅旱獭的实验研究及理论基础的发展具有极大的推动性作用 有助于推动后续关于喜马拉雅旱獭的实验研究及理论基础的发展本文将会从血液学特征、组织学特征以及低氧适应相关基因的角度出发讨论喜马拉雅旱獭适应高海拔低氧环境的适应机制喜马拉雅旱獭在高原环境下展现出适应低氧的血液学特征为了满足体内氧和能量平衡需求更高效的适应高原低氧环境喜马拉雅旱獭展示了一系列应性反应包括增加血红蛋白含量及红细胞数量、提高血氧亲和力、形成新血管调节血
6、管功能以及改变细胞能量代谢模式等 血小板是机体止血的必需成分之一主要起到形成血栓、参与凝血以达到止血的作用 血液的生理学特征可以作为判断机体是否适应高原低氧环境的关键指标也是机体适应高原低氧环境的可视表现红细胞和白细胞在高原动物长期适应高原低氧条件时的变化具有共同之处但是由于高原土著动物的物种和生存条件存在一定的差异红白细胞的主要变化也有一些区别 高原低氧环境会引发一系列生理适应反应其中血小板在生理性止血和病理性血栓形成中扮演着关键角色 在高原低氧条件下血小板的数量和功能都会适应性地发生相应的改变 在高原低氧条件下短期内血小板数量呈增加趋势然而在长期适应高原低氧条件时血小板的数量则呈现下降的趋
7、势尤其是长期下降更为常见10 研究表明在低氧条件下会增加低氧诱导因子()对于促进红细胞生成素()的生成的调节作用11 在寒冷、饥饿等情况下交感神经系统被激活导致下丘脑分泌促肾上腺皮质激素()进而刺激肾上腺皮质分泌肾上腺皮质激素 这些肾上腺皮质激素可以抑制骨髓释放嗜酸性粒细胞并加速嗜酸性粒细胞向组织浸润的速度从而减少外周血中嗜酸性粒细胞的数量 值得注意的是在冬季期间喜马拉雅旱獭的血小板和嗜酸性粒细胞数量均会下降12 喜马拉雅旱獭的红细胞数量(.)/、血红蛋白浓度(.)/以及红细胞压积(.)/与平原大鼠相比并没有明显的差异13 随着分子生物学技术的进步喜马拉雅旱獭相关研究在几个方面取得了里程碑式的
8、成果 其中鼠疫耶尔森菌等病毒的研究是其中具有重要意义的一部分14 此外还初步确定了喜马拉雅旱獭作为实验动物的基本技术和方法15 以上这些研究进展为喜马拉雅旱獭相关研究领域打下了坚实的基础 在喜马拉雅旱獭相关研究中已经基本建立了人类乙肝病毒动物模型16并成功实现了人工条件下的养殖繁育和管理17研究者提出了喜马拉雅旱獭可以作齐鲁工业大学学报 年第 期为替代美洲旱獭的实验动物模型用于人类疾病研究例如艾滋病和乙肝等 目前相关研究主要集中在人类乙肝动物模型和抗核苷酸药物对线粒体的毒性评价上18 这些研究成果为后期实验深入了解和治疗人类乙肝等疾病提供了重要的实验平台和研究方法喜马拉雅旱獭线粒体高原低氧适应
9、性的相关基因研究表明喜马拉雅旱獭种群具有遗传稳定性19 目前一些学者已经开始研究喜马拉雅旱獭作为青藏高原土著动物在维持高原低氧适应性方面的线粒体基因机制 线粒体是细胞内的细胞器存在于广泛的真核细胞中是机体代谢的能量中心 在机体运动过程中组织和细胞消耗的热能的 来自于线粒体的氧化磷酸化作用和三羧酸循环20 线粒体在低氧适应中的变化和机制也引起了研究者的关注 在高原环境下的低氧条件中线粒体作为氧代谢的主要细胞器在机体处于高原低氧情况下产生的适应性改变以及习服过程中都扮演了不可或缺的角色 线粒体基因组是一种特有的可以在基因组学上系统研究的分子水平标记物21因此被认为是研究种群遗传结构的理想材料尤其适
10、用于研究高原生物适应性与进化的过程22 通过对线粒体基因组的研究我们可以更好地理解高原低氧适应性的机制并揭示相关物种的遗传结构和进化过程 线粒体基因组的检测不仅是研究物种遗传标记的常规手段还可以作为验证高原低氧适应性的强有力证据 从以往的研究中可以得出急性缺氧会对线粒体功能造成损害抑制线粒体 的转录和翻译而慢性缺氧过程中线粒体功能会逐渐恢复这种情况为高原低氧适应性的机制提供了合理的理论基础 线粒体功能的改变与线粒体基因表达、线粒体基因组序列以及数量的改变等因素密切相关 因此通过研究线粒体基因组可以进一步揭示高原低氧适应性的机制和相关因素23 区组是线粒体基因组中的高变区其突变的可能性最大 区组
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