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昆明动物所等发现藏族人群高原低氧生理适应的新机制

昆明动物研究所 2018-03-26

  一氧化氮(NO)是重要的血管舒张因子,在心血管和呼吸等重要生理功能中发挥着重要作用。西方学者10年前的研究发现,高海拔藏族与低海拔人群相比其血液NO水平高出10倍以上。因此,长期以来国际生理学和高山医学界一直认为NO升高是藏族特有的高原适应生理特征。然而,由于以前的研究缺乏生活在高海拔的平原人群和生活在低海拔的藏族人群的NO数据,该假说存在很大的疑问,且NO在高原低氧适应中的具体机制也不清楚。

  中国科学院昆明动物研究所宿兵实验室通过与西藏大学医学院、青海省高原医学科学研究院以及西藏阜康医院等单位的合作,测定了2000多个长期生活在不同海拔地区(1,990m-5,018m)的藏族和汉族个体的血清NO水平。研究结果表明,相比于低海拔汉族,虽然高海拔藏族表现出更高的NO水平,但长期生活在高海拔的汉族表现出了比同海拔藏族更高的NO水平。因此,研究结果否定了西方学者提出的NO升高是藏族特有的生理适应特征的假说。根据研究结果,研究人员提出了新的假说,即“NO钝化调节”假说。该假说认为,藏族血液NO水平的调控类似于其血红蛋白的调控。世居高海拔的藏族与生活在平原地区的人群相比有较高的血红蛋白水平,这有利于在高原低氧环境下机体更有效的运输氧。但高原藏族血红蛋白的升高是有限度的,这源于机体对高原低氧的钝化反应,从而可以避免红细胞过度增殖导致的慢性高原病。宿兵实验室以前的研究表明,参与藏族血红蛋白钝化调节的主要是EPAS1和EGLN1两个重要的低氧代谢通路基因(Peng et al. 2011,2017; Xiang et al. 2013, Molecular Biology and Evolution)。同样的,藏族血液NO水平的“温和上升”有利于舒张血管从而促进氧的运输,但由于NO的钝化调节使得上升幅度得到控制,避免NO过度升高可能带来的负效应。宿兵研究团队进一步通过低氧细胞实验和低氧小鼠实验证实了藏族的NO钝化调节。同时,通过群体遗传和遗传相关性分析,发现了包括GCH1在内的一系列可能参与藏族NO钝化调节的基因。

  研究成果以Blunted Nitric Oxide Regulation in Tibetans under High Altitude Hypoxia为题,于3月26日以research article的形式在线发表于在我国首份英文版自然科学综述性学术期刊《国家科学评论》(National Science Review)上。昆明动物所博士生和耀喜、副研究员祁学斌(副研),西藏大学教授欧珠罗布,青海省高原医学科学研究院教授刘世明,西藏阜康医院妇产儿童分院院长李君为文章共同第一作者。昆明动物所研究员宿兵和西藏大学教授崔超英为文章共同通讯作者。

  该项目得到了中科院先导B类项目、科技部973计划项目、国家自然科学基金委重大研究计划项目以及西藏大学珠峰学者项目的支持。

  文章链接:https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwy037/4953696

  

  不同海拔藏族和汉族群体的血清NO水平(A)和eNOS(内皮型一氧化氮合酶)水平(B)比较;C,藏族NO钝化调节假说图解

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