低氧因素对牦牛肺脏HIMF表达调控的作用及低氧适应的机制研究

Yak, a typical representative of the indigenous animals in the Qinghai-Tibet Plateau, is a unique wild cattle species in the plateau region emerging upon long-term natural selection and self-adaptation. The lungs of yak have good adaptability to hypoxic stimulation, however, the mechanism is yet unclear. Hypoxia-induced mitogenic factors(HIMF) are recently discovered as a lung-tissue-specific protein. HIMF is highly lung-specific and plays a pivotal role in regulating lung development and function. HIMF is not only closely related to SP and HIF-2α but also apt to provide strong stimulation to VEGF in oxygen-deprived environments. HIMF is the essential component in hypoxia-induced pulmonary vascular remodeling. Our previous studies spotted the crucial role of key HIMF regulating factors such as HIF-2α and VEGF in the shaping of yak lung and adaptation to hypoxia-stimulation. Our hypothesis is that HIMF is critical in shaping yak lung development and adaptation to hypoxia-stimulation. This study aims to identify the regulatory functions of hypoxia on HIMF expression both via in vitro and in vivo respectively , using lung from yak; and to analyze the adaptation mechanism for yak in hypoxic plateau environment. The expected findings of this study may shed some light on the theoretical interpretation of adaptation of yak in plateau environments, which might be of some significance to science and potential application.

牦牛是青藏高原土著动物的一个典型代表，它是经过长期自然选择和自身适应形成的高原地区特有的牛种，牦牛肺脏对低氧刺激有良好的适应性，但其具体机制尚不清楚。缺氧诱导丝裂原因子 (HIMF) 是一种新近发现的肺组织特异性分泌蛋白，HIMF具有高度的肺组织特异性，在调控肺脏发育及功能方面具有重要作用，HIMF不仅与SP、HIF-2α联系紧密，还能在缺氧环境迅速并强烈刺激VEGF表达，在低氧诱导的肺血管重塑中起核心作用，我们前期发现HIF-2α、VEGF等HIMF调控作用的关键分子在牦牛肺脏构建及适应低氧刺激中起着重要作用，因此我们推测HIMF在牦牛肺脏发育构建及适应低氧刺激中起着关键作用。本课题拟以牦牛肺脏为研究对象，通过体内与体外两个层次，明确低氧因素对牦牛肺脏HIMF表达调控的作用;研究牦牛高原低氧的适应机制。本研究预期结果可为研究牦牛高原适应性提供理论依据，具有重要的科学意义及潜在的应用价值。

缺氧诱导有丝分裂因子(HIMF)在调控肺脏发育及低氧诱导肺血管重塑中起重要作用。本项目采用免疫组织化学法、细胞体外培养、实时荧光定量PCR、ELISA、Western blot、RNA干扰、转录组学和蛋白质组学分析等技术，对牦牛肺脏及其他器官（肾脏、肝脏和小肠等）的结构特征和HIMF及其相关低氧因子在低氧适应性中的调控作用进行了系统的研究。（1）阐明了牦牛、藏羊等动物主要器官中HIMF以及低氧相关因子在各主要器官中均有所表达，且表达量及表达位点有所不同。另外，增龄性研究表明，牦牛为适应恶劣自然环境，其机体的自身发育过程中表现出良好的适应能力，为进一步开展高原动物发育和组织学研究提供了形态学基础和科学依据。（2）揭示了低氧和常氧下牦牛肺动脉平滑肌细胞(PASMCs)转录组学及蛋白组学的差异，在低氧诱导因子1(HIF-1)信号通路、糖酵解/糖异生和胆固醇代谢等通路中鉴定出9个重叠基因，提示这些差异基因和蛋白质功能分类与缺氧适应途径有关，为进一步研究牦牛PASMCs低氧适应性提供了理论基础数据。（3）揭示了低氧相关因子对PASMCs的低氧适应性调控中丙酮酸脱氢酶激酶1(PDK1)的调控作用，其通过PI3K/AKT和TGF-β/SMAD信号通路中参与调控细胞迁移、细胞生长、分化、增殖和凋亡等过程，为牦牛PASMCs低氧适应性研究提供科学依据。（4）揭示了牦牛、犏牛和黑白花牛不同海拔牛种肾间质细胞（RIFs）中低氧相关因子（PDK1、Smad2和Caspase3等）的差异性表达及细胞增殖差异，探究了牦牛肾脏的高原低氧适应性特点，通过分析低氧诱导的RIFs细胞PDK1/TGF-β/Smad2通路调控作用，为牦牛肾脏RIFs的高原低氧适应性研究提供基础资料。