基于颈动脉体结构功能探讨牦牛低氧适应性的机制

In the project we take the native animal Yak in Qinghai-Tibetan Plateau as the research object, using physiological, morphological and molecular biological methods to compare the hypoxic ventilatory response characteristics, stereology and microvessel density index of carotid body at the light and electron microscopic levels, expression characteristics of HIF-1α and VEGF between the Yak and the Caidamu yellow cattle at same altitude in Qinghai-Tibetan plateau, cell level and gene level. The hypothesis of our research is that the Qinghai-Tibet plateau hypoxic environment leads to the upregulates expression of HIF-1α and VEGF in CB of the yak, and correlates with physiological phenotype. Through above research to reveal the role of carotid body in adaptation to the hypoxic environment in the Yak,and to explain the molecular biological mechanism of the hypoxic adaptation on the Yak in Qinghai-Tibetan Plateau, with a view to provide references for exploring the mechanism of other plateau animal and human adaptating to hypoxic environment, which has important significance in medical, aviation, sports, diving, and mountain tourism at the same time.

本项目以青藏高原土著动物牦牛为研究对象，采用生理学、形态学及分子生物学方法，从整体水平、细胞水平及基因水平，比较青藏高原同一海拔地区牦牛和柴达木黄牛的低氧通气反应特征、颈动脉体(carotid body, CB)在光镜和电镜层面的体视学及微血管密度检测指标、低氧诱导因子-1α（HIF-1α）与血管内皮生长因子（VEGF）的表达特征。检验的假设为青藏高原低氧环境导致牦牛CB中HIF-1α、VEGF的表达上调，且与生理表型之间存在相关性。通过以上研究以期揭示颈动脉体在牦牛低氧适应中的作用，阐明牦牛在青藏高原低氧环境中适应的分子生物学机制，对探讨其他世居高原动物和人类适应缺氧环境的机制提供参考资料，同时对于医学、航空、潜水、体育、高山旅游等方面均有重要理论意义。

颈动脉体(carotid body，CB)是机体重要的外周化学感受器，能感受血氧分压的变化，通过改变呼吸频率来维持动脉血中化学成分的稳定。有关CB的研究较多，但主要集中在人、大鼠、 小鼠等动物上，而对生活在青藏高原高寒低氧生态环境下牦牛CB的研究未见有报道。为此，我们进行本项目的研究。.本研究以青藏高原土著动物牦牛为研究对象，采用生理学、形态学及分子生物学方法，从整体水平、细胞水平及基因水平，比较青藏高原海拔3 200 m地区牦牛和柴达木黄牛的低氧通气反应（Hypoxic ventilatory Response，HVR）特征、CB在光镜和电镜层面的体视学及微血管密度检测指标、一氧化氮（nitric oxide，NO）与一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）含量、低氧诱导因子-1α(hypoxia inducible factor 1α，HIF-1α)与血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的表达特征。主要研究结果如下：.1、长期慢性低氧刺激并不能引起牦牛CB 体积增大；.2、牦牛CB中I型细胞数量比柴达木黄牛的多，但小球之间的结缔组织及内含的间质细胞比柴达木黄牛明显少，血管管腔比柴达木黄牛的大而且数量多。牦牛CB形成了固有的组织细胞成分和血管网形态特征以增强对高原低氧环境的适应能力。.3、牦牛HVR钝化，急性低氧时牦牛CB内产生大量的NO可抑制对低氧的化学感受。.4、牦牛I型细胞内线粒体数量明显少于柴达木黄牛，并且随着海拔升高线粒体的大小、数量均无明显变化，使牦牛对环境低氧的感知比迟钝柴达木黄牛，与牦牛HVR钝化有关。.5、牦牛I型细胞内电子致密核心囊泡(electron dense-cored vesicles，EDCV)数量与柴达木黄牛的差异不明显，并且随着海拔升高EDCV的大小和数量无明显变化，牦牛世代生活在高原低氧环境中，机体受到低氧的持续刺激后，EDCV的数量、大小等均处在相对稳定的范围之内。.6、HIF-1α在牦牛CB对低氧反应的建立过程中起着至关重要的作用，牦牛是通过HIF-1α调控其下游靶基因 VEGF的表达，参与低氧所致的CB结构和功能的改变从而增强对高原低氧环境的适应能力。