金属硫蛋白对牦牛脑细胞适应高原低氧环境作用的研究

青藏高原牦牛对低氧环境具有很强的适应性,这一特性必然有其特殊的遗传基础，与牦牛脑部组织结构相关联。研究表明,金属硫蛋白（MTs）具有保护缺血缺氧引起的脑损伤和促进血管再生的功能。我们的研究发现,牦牛MTs基因与其它哺乳动物高度同源,但是牦牛MT-III中一个保守的半胱氨酸突变为丝氨酸,这是否是牦牛脑细胞适应低氧环境的重要细胞因子值得研究。本项目采用mRNA定量分析、血管和微血管铸型扫描电镜观察，建立微血管内皮细胞和脑细胞低氧培养模型等方法，研究牦牛MTs表达量、脑部血管分布，以及MTs对血管内皮细胞生长和脑细胞低氧耐受性的作用。预期成果将揭示牦牛MTs表达及脑血管的分布特点，确立MTs对血管生长和脑细胞低氧耐受性的作用，阐明MTs对牦牛脑细胞适应高原低氧环境的作用。从而为研究大脑适应低氧环境的分子遗传学和解剖生理学机理提供依据，为牦牛高原适应性研究积累资料,为动物医学研究提供科学。

牦牛长期处于低氧环境，脑细胞仍然保持正常生理活性与功能，表明与低海拔地区的牛相比，牦牛可能具有更加发达的血管系统，且脑细胞对低氧具有更强的耐受力。初步研究表明金属硫蛋白可能对牦牛脑部血管的生成具有促进作用，推测其在脑部表达量的增加可能使脑细胞的低氧耐受性增强。. 研究以高原牦牛为主要试验对象，并以低海拔黄牛做对照，采用管道铸型技术和比较解剖学方法，从大体解剖学角度研究了牦牛脑动脉系统的形态学特征，并结合扫描电镜（SEM）技术比较了牦牛与黄牛大脑微动脉铸型表面微观结构特征的差异。另外，研究采用RT-PCR方法以及荧光定量PCR技术，研究了MTs mRNA在牦牛不同年龄、脑组织部位之间的表达量的差异。. 通过研究，首次获得了高原牦牛和低海拔黄牛脑动脉系统的整体铸型标本；建立了高原牦牛、藏羊等开展脑血管整体铸型的科学方法；牦牛和黄牛脑动脉系统解剖学观察比较显示，牦牛脑动脉环的前后径比黄牛的更短，后环的左右径比黄牛的更宽，走形更弯曲；牦牛脑部颈动脉的间距比黄牛的更近；牦牛大脑中动脉和后交通动脉管径显著小于黄牛，牦牛颅外主要动脉管径的递减比例小于黄牛，牦牛输入脑硬膜外异网的血液各分支血管的总截面占上颌动脉的比例高于黄牛；牦牛与黄牛脑硬膜外异网的形态特征、结构组成方面有显著的差别；牦牛的前异网比黄牛的更宽，面积更大，后联合更发达，前异网的吻合支数目显著多于黄牛，后异网的交通支明显比黄牛丰富。. 研究认为，牦牛脑动脉系统的解剖学特征有利于更多血液通过脑硬膜外异网输送到脑组织，并通过颅内脑动脉系更有效地向脑组织各部供血。牦牛脑硬膜外异网对于脑血量的贮存、脑血流的调节和脑血压的稳定具有更为显著的作用。牦牛大脑微动脉的平滑肌纤维比较细小，内皮细胞压痕明显，推测血流阻力较小，血液流速较快，有利于向脑部供血。牦牛脑动脉系统的解剖学特性为脑血量的贮存、脑血流的调节和脑血压的稳定提供了组织学保证，可视作牦牛适应高原环境的形态结构特征之一。初步研究结果显示，在牦牛大脑的不同部位，其MTs mRNA的表达量存在一定的差别，特别是颞叶表达量相对较高，其相对含量也较低海拔的黄牛为高，说明牦牛脑组织中较高含量的金属硫蛋白可能是其适应高海拔低氧环境的机制之一。