西藏芜菁抗缺氧功能成分及其作用机制研究

Turnip ( Brassica rapa var. rapa L.) is traditionally used to alleviate fatigue and relieve hypoxia as folk medicine, diet and feed for a long time in Tibet. The aim of this study is to make clear the most effective functional fractions and representative functional ingredients in turnips to improve the anti-hypoxic ability and compensatory ability of the body against acute hypoxia. We emphasize on its effect on oxygen-sensitive potassium channel of excitable cells, its protective effect on hypoxic neuron and its regulatory mechanism on expression of hypoxia-inducible factor 1 (HIF-1) gene and other downstream genes. This research intends to systematically study the anti-hypoxia functional components and its mechanism on the cell level, the gene level and the whole animal level, respectively, and finally lay the theoretical foundation for development of functional food made of turnips. As a consequence, it is an original research based on Tibetan plant resource and plateau geographic feature, the achievement of which can not only help people going to Tibet get used to plateau, help prevent and cure chronic mountain sickness, but also benefit researches in areas of space and aviation science, voyage science, polar medical science, sport science and plateau military science.

芜菁是我国高原地区特有的具有滋补增氧作用的食、药、饲三用作物。本课题拟以细胞低氧诱导模型为体外评价体系，探明芜菁中提高机体急性缺氧代偿能力和低氧耐受性的最佳有效活性部位及其特征性成分，重点研究其对可兴奋细胞的氧敏感钾离子通道的作用、对缺氧神经元细胞的保护作用和对HIF-1基因及下游基因表达的调控机制，从基因水平、细胞水平和整体动物水平上系统研究芜菁抗缺氧的功效成分及其作用机制，为相关功能食品的研究开发提供理论依据。这是一项具有我国西部地域特征和藏区资源特色的原创性课题，其研究成果不仅有助于进藏人群的高原习服和慢性高原病的防治，还可服务于航天、航空、航海、极地医学、运动医学、高原军事医学等相关领域。

芜菁是十字花科芸薹属植物，广泛分布在世界各地。其中，西藏芜菁是一种适应了青藏高原极端环境的食、药、饲三用传统作物，藏民传统上将其用于缓解缺氧和抵抗疲劳。本项目首先采用人体试食试验对西藏芜菁微粉及其制品的抗缺氧功效进行验证。接着，以dPC12细胞在缺氧条件下的细胞活力为依据，建立物理缺氧和化学缺氧模型，通过体外评价明确西藏芜菁中具有缺氧神经损伤防护功效的部位，并对该部位进行有效化合物的分离、制备、纯化和结构解析。然后，分别从细胞水平和整体动物水平对代表性化合物的抗缺氧功效及其作用机制进行研究。最后，在这些研究的基础上，从动物水平对代表性化合物预防高原肺水肿的功效及机制、抗疲劳的功效及机制进行研究。. 人体试食试验结果表明，西藏芜菁微粉及其制品能够有效提升普通健康人群的低氧耐受能力、明显改善心肺功能。细胞试验结果表明，芜菁正丁醇相及对香豆酸葡萄糖苷分别是其发挥抗缺氧作用的活性部位和代表性化合物，其可通过抑制缺氧条件下细胞线粒体膜电位的坍塌和细胞色素C的释放，提升细胞中抗凋亡蛋白（Bcl-2/Bax和Bcl-XL）的表达，降低促凋亡蛋白（Caspase-3和Caspase-9）的活力，进而防护细胞缺氧损伤。动物试验结果表明，正丁醇相和对香豆酸均能显著降低模型小鼠的肺含水量，显示出具有防治高原肺水肿（High altitude pulmonary edema ，HAPE）的潜力，其机制可能与增加肺组织Na+-K+-ATP酶活力及抗氧化能力、降低炎症因子，改善肺组织气血屏障完整性、促进NO释放、抑制ET-1的释放等因素相关。此外，本研究还发现芜菁多糖是一种富含葡萄糖醛酸（D-GalA）的酸性多糖，具有良好的抗疲劳活性。. 本研究为西藏芜菁作为一种极地功能性食材的研发提供了理论依据和实践指导，研究成果不仅有助于进藏人群的高原习服与肺水肿防护，还可服务于航天、航空、航海、极地医学、运动医学、高原军事医学等相关领域。