青藏高原世居牦牛与移居黄牛脑线粒体低氧适应机制的比较研究

Many researchers pay attention to yaks because that yaks have a uniqh ataptation mechanism to hypoxia.Most of researchers focused on the cardiovascular system, respiratory system to approach the characteristics of oxygen intake and transport in previus studies, but they didn't pay more attention to oxygen ulilization by mitochondria in tissue，especially in brain, the most sensitive organ in body.so we focous on the brain mitochondria in this research. The structures and functions of yaks lived natively in high altitude, cattles exposed rapidly to high altitude and cattles acclimated to high altitude will be investigated in this study. The morphous and distribution of mitochondria will be observed using transmission electron microscope, the size and numbers of mitochondria will be calculated using image analysis software in yak and cattle's brain. Physiological and biochemical methods will be used to detect the respiratory control ratio (RCR), enzyme complex activity, membrane potential, and adenylate pool contents of brain mitochondria in yak and cattle. Molecular biological methods will be used to measure the level of adenine nucleotide translocator (ANT) mRNA and protein in brain mitochondria of these animals. We will summarize the structural and functional characteristics of brain mitochondria in base of the results and reveal the adaptation mechanisms related to mitochondria of yak brain to hypoxia in order to provide more bisic references for plateau medical science and animal adaptaion mechanism to hypoxia.

高原世居动物牦牛以其低氧适应的独特性受到学者们的关注，但以往的研究多集中于心血管系统、呼吸系统，以探讨这种高原世居动物对氧摄取及运输的特点，但对进入组织内有限的氧是如何被线粒体所利用的，它的利用机制与其他非世居高原的动物有何不同，这方面的研究还不多见，尤其是对机体耗氧量大，对氧最敏感的脑组织内线粒体的结构和功能特点的研究更是未见有报道。因此，本研究以高原世居牦牛为研究对象，与急进高原黄牛及高原习服黄牛进行对比，利用电镜技术和图像分析软件，分析脑线粒体大小、形态、数量及分布等特点；利用生理生化手段检测脑线粒体呼吸控制率、酶复合体活性、膜电位及腺苷酸池含量；利用分子生物学手段检测脑线粒体腺苷酸转运体（ANT）mRNA及蛋白表达水平。阐明世居牦牛与移居黄牛脑线粒体结构与功能的特性，以期揭示牦牛脑适应高原低氧环境的线粒体机制，为高原医学及高原动物低氧适应的研究提供基础资料。

高原世居动物牦牛以其低氧适应的独特性受到学者们的关注，但以往的研究多集中于心血管系统、呼吸系统，以探讨这种高原世居动物对氧摄取及运输的特点，但对进入组织内有限的氧是如何被线粒体所利用的，它的利用机制与其他非世居高原的动物有何不同，这方面的研究还不多见，尤其是对机体耗氧量大，对氧最敏感的脑组织内线粒体的结构和功能特点的研究更是未见有报道。本研究以高原世居牦牛为研究对象，与急进高原黄牛及高原习服黄牛进行对比，利用电镜技术和图像分析软件，分析脑线粒体大小、形态、数量及分布等特点；利用生理生化手段检测脑线粒体呼吸控制率、酶复合体活性、膜电位及腺苷酸池含量；利用分子生物学手段检测脑线粒体腺苷酸转运体（ANT）基因表达与mRNA表达水平。结果如下：1）世居牦牛大脑皮层线粒体体密度、面数密度、数量均小于习服黄牛和急进高原黄牛，急进高原黄牛脑线粒体形态发生改变，出现嵴断裂现象；2）世居牦牛大脑皮层线粒体ST3，RCR，OPR均显著大于习服黄牛，急进高原黄牛最小，而ST4则是急进高原黄牛最大，世居牦牛居中，习服黄牛最小；3）脑皮层线粒体呼吸链复合酶CI、CII、CIII、CIV活性均表现为世居牦牛显著高于习服黄牛，习服黄牛又显著高于急进高原黄牛；F0-F1ATP酶合成ATP的速率表现为牦牛高于习服黄牛，急进高原黄牛最低，而F0-F1ATP酶分解ATP的速率则表现急进高原黄牛显著高于世居牦牛与习服黄牛，而世居牦牛与习服黄牛间无差异；4）世居牦牛大脑皮层线粒体膜电位显著低于习服黄牛，习急高原黄牛又显著低于世居牦牛；5）世居牦牛大脑皮层组织和线粒体内腺苷酸池及能荷远高于习服黄牛和急进黄牛；5）牦牛脑组织各部位SLC25A4、SLC25A5、SLC25A6 mRNA显著高于高原习服黄牛；以上结果显示世居牦牛大脑皮层线粒体对低氧环境的适应主要表现为提高线粒体呼吸氧化活性，提高其呼吸链酶活性，提高膜电位及ANT基因及转录水平的调控，而并非通过增加线粒体数量来实现线粒体对低氧的适应。