综述: 线粒体自噬在低氧适应中的作用

低氧是一种典型的应激环境,细胞在低氧条件下能量和氧化代谢发生改变,其中线粒体产生的大量活性氧严重威胁细胞的存活．线粒体自噬是近年来被发现的细胞适应低氧的一种适应性代谢反应．细胞在低氧条件下能通过上调低氧诱导因 子1(HIF-1),激活BNIP3/BNIP3L及Beclin-1介导的通路诱导线粒体自噬,最终减少ROS的产生,促进细胞的存活,使机体产生低氧适应．综述了线粒体自噬在低氧适应中的作用及其机制．     

哺乳动物低氧应激代谢成因的研究进展

氧气是哺乳动物机体代谢稳态维持的物质基础,若代谢过程中氧气供给不足,可造成低氧应激。目前,环境低氧、代谢性低氧和携氧细胞功能障碍是造成动物低氧应激的重要成因。目前,低氧对动物机体代谢和组织功能的影响研究主要集中于肺脏、肝脏、消化道、肌肉和乳腺等部位。若处于低氧状态的哺乳动物形成了适应低氧的代谢模式,则可维持其代谢稳态;相反,若动物无法维持低氧状态下的代谢稳态,则会导致机体氧化应激甚至病变。目前,低氧应激在家畜方面的研究主要集中于高原动物代谢适应机制;然而,泌乳期动物机体代谢速率、氧气消耗和自由基水平均较高,但氧在泌乳动物代谢应激形成中的作用及其对泌乳性能的影响,仍有待探索。综述了哺乳动物产生低氧应激的代谢成因与作用结果,旨在探讨哺乳动物低氧应激生物学基础,为进一步从低氧应激调控角度为泌乳动物的健康状况维持提供理论依据。     

低氧刺激影响PGC-1α表达研究进展

过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子-1α(peroxisome proliferator activated receptorγcoactivator-1α,PGC-1α)是参与调控机体线粒体发生、糖脂代谢、适应性产热、肌纤维类型转化等生理过程的关键转录共激活分子。而低氧刺激可通过代偿激活一系列细胞应答机制,促发机体不同组织PGC-1α表达及其介导的细胞信号调控通路重新调整,进而改变机体整个能量代谢体系。本文通过总结低氧浓度、低氧时长等多种刺激因素影响不同组织PGC-1α表达的相关研究,旨在进一步揭示不同组织PGC-1α对其低氧刺激产生代偿适应的分子机制,从而更好地解释低氧刺激下机体PGC-1α在调控全身能量代谢稳态中的重要作用。     

适度低氧对脑损伤的保护作用

低氧是一把双刃剑,剧烈持续的低氧能对机体造成损害,而温和短暂的低氧却能给机体带来有益的作用。适度低氧或间歇性低氧训练通过非损伤性刺激,激活机体产生保护作用。低氧预适应或低氧训练是国内外公认的抗低氧损伤干预的重要手段。近年来,越来越多研究显示适度低氧对脑缺血、神经退行性疾病及精神疾病都有预防和治疗作用。本文就适度低氧对脑相关疾病的保护作用及其调节机制进行总结,以期为临床脑相关疾病的治疗和预防提供一个新的手段和策略。     

鲸类低氧耐受的分子机制初探:基于HIF1α和TSC1基因的生物信息学分析

鲸类(Cetacea)具有超强潜水能力,长时间潜水造成的体内低氧是其适应完全水生生活面临的挑战之一.为了克服体内低氧环境,鲸类产生了一系列低氧耐受相关的解剖和生理等方面的适应特征,然而这一适应的分子机制仍不清楚.本研究选择在细胞感知和适应内环境氧分压变化的过程中发挥重要作用的低氧诱导因子(Hy-poxia-induci...     

间歇性低氧对心肌保护作用的研究

以往在低氧方面的工作着重于有关持续性低氧对机体的损伤及其机制的研究,目前间歇性低氧的研究成为低氧领域的一个热点,间歇性低氧就是给机体反复的中等程度的低氧刺激,使机体激过适应来提高对更高程度低氧的耐受性,间歇性低级研究的意义不仅在于了仍低氧环境下心脏的自我保护,同时为多种疾病提供治疗的基础．本文主要探讨间歇性低氧对心肌的保护作用、可能的机制以及它的应用价值．     

间歇性低氧适应的心脏保护

间歇性低氧（intermittent hypoxia,IH）是指一定时间间断地暴露于低氧环境,而其余时间处于常氧环境。IH是机体某种生理和病理状态下的低氧形式。研究表明：间歇性低氧适应（IHadaptation）,类似缺血预适应（ischemic preconditioning,IPC）和长期高原低氧适应（long-termhigh-altitude hypoxic adaptation,LHA）,具有明显的心脏保护作用,表现为增强心肌对缺血／再灌注损伤的耐受性、限制心肌梗死面积和形态学改变、抗细胞凋亡、促进缺血／再灌注心脏舒缩功能的恢复,以及抗心律失常。尽管IH对心脏的保护作用不容质疑,但其作用机制远未阐明。IH心脏保护作用可能涉及氧的运输、能量代谢、神经体液调节、抗氧化酶、应激蛋白、腺苷系统、ATP敏感钾通道、线粒体及其钙调控、一氧化氮和蛋白激酶等多方面机制,并受低氧处理方式、动物年龄和性别等因素影响。IH心脏保护持续时间明显长于IPC,而对机体的不良影响远小于LHA,具有潜在的应用价值。     

低氧预适应对离体星形胶质细胞低氧耐受性的影响

目的：研究低氧预适应对体外培养的星形胶质细胞低氧耐受性的影响。方法：体外培养的鼠脑星形胶质细胞,随机分为对照组（control,C组）,低氧损伤组（hypoxia,H组）,低氧预适应组（hypoxic preconditioning,HP组）,通过检测细胞MTT代谢变化、凋亡发生和形态学观察探讨低氧预适应对星型胶质细胞低氧损伤的保护作用;免疫细胞化学方法分析Bcl-2和Bax的表达差异。结果：与低氧组相比,HP48、HP72组MTT代谢活性较高。免疫细胞化学结果提示低氧预适应组Bcl-2表达高于低氧损伤组,低氧预适应组Bax表达低于低氧损伤组。结论：低氧预适应对大鼠星形胶质细胞低氧损伤有保护作用,可能与Bax表达受抑,维持Bcl-2表达有关,通过对抗凋亡程序的发展产生保护作用。     

模拟高原低氧对高原鼠兔和大鼠器官与血液若干指标的影响

急性与慢性高原低氧对机体的影响及机体对低氧适应的机制,是素受关注的研究课题。以实验动物为对象,研究低氧对整体、细胞以及亚细胞水平的作用报告颇多(Asc-henbrenner等,1971;Hultgren and Grover,1968;Moret等,1972;Stickney andLiere,1953)。高原地区原产动物与土著人对高原环境的适应性研究报道,更令学者重视。本文以体重、内脏器官重量变化以及血液学改变为指标,研究低压舱模拟拔海5,000米低氧对本地区原产的哺乳运物--高原鼠兔(Ochotona curzoniae Hodgson)和实验动物大白鼠的影响,并与2,300米海拔时诸指标进行比较,以探讨其适应性差异所在。     

5-Aza-CdR对低氧NG108-15细胞的影响机制研究

通过使用DNA甲基转移酶(DNA methyltransferases,DNMTs)抑制剂5-氮-2'脱氧胞苷(5-aza-2'deoxycytidine,5-Aza-Cd R)和低氧干预神经细胞系NG108-15,旨为揭示5-Aza-Cd R、低氧、低氧预适应对NG108-15细胞增殖和细胞周期影响的相关机制。利用5-Aza-Cd R(10.0μmol/L)孵育NG108-15细胞后进行低氧与低氧预适应处理;使用倒置显微镜观察细胞形态的变化;通过RTCA分析细胞增殖指数;收集细胞后使用流式细胞仪检测各组细胞周期和细胞凋亡的变化情况;利用Real-time PCR检测甲基转移酶DNMTs和细胞周期相关基因在m RNA水平的表达变化情况。结果表明,5-Aza-Cd R和低氧抑制NG108-15细胞增殖,促进细胞早期和晚期凋亡,低氧预适应促进细胞的增殖。然而,5-Aza-Cd R处理后再低氧与低氧预适应,DNMTs和细胞相关周期基因的m RNA转录增加(P0.05)。10.0μmol/L的5-Aza-Cd R联合低氧处理抑制细胞的增殖,低氧预适应对细胞的增殖有促进作用。     

慢性间歇性低氧降低急性缺氧对大鼠肺动脉平滑肌细胞膜上电压门控性钾通道的抑制

为了从离子通道水平上探讨机体低氧适应的离子机制,本实验将雄性 SD 大鼠随机分为常氧对照组和慢性间歇性低氧组[氧浓度(10 ± 0.5) %, 间断缺氧每天 8 h]。用酶解法急性分离单个大鼠肺内动脉平滑肌细胞(pulmonary artery smoothmuscle cells, PASMCs),以全细胞膜片钳技术记录 PASMCs 膜上的电压门控性钾通道 (voltage-gated potassium channel, KV) 电流,观察急性缺氧对慢性间歇性低氧大鼠 PASMCs 的 KV 的影响, 为机体适应低氧能力提供实验依据。结果显示:⑴常氧对照组在电流钳下,急性缺氧可使膜电位明显去极化(由-47.2 ±2.6 mV 去极到 -26.7 ±1.2 mV ); 在电压钳下, 急性缺氧可显著抑制 KV电流( 60 mV 时, KV电流密度从 153.4 ± 9.5 pA/pF降到 70.1 ± 10.6 pA/pF), 峰电流的抑制率为(57.6 ± 3.3) %, 电流-电压关系曲线向右下移。⑵慢性间歇性低氧组KV电流密度随低氧时间延长而逐渐减少(慢性低氧10 d后就有显著性意义),电流- 电压关系曲线逐渐右下移。⑶急性缺氧对慢性间歇性低氧大鼠PASMCs KV电流的抑制作用随慢性间歇性低氧时间延长而逐渐减弱。上述观察结果提示慢性间歇性低氧减弱急性缺氧对 KV 的抑制, 这可能是机体低氧适应的一种重要机制。     

血红蛋白与脊椎动物高海拔适应进化

高海拔环境是研究脊椎动物对极端环境适应进化过程的典型范例之一.血红蛋白在脊椎动物呼吸和氧化能量代谢中的核心作用决定了其无论在进化生物学还是高原医学研究领域都有着极其重要的意义.然而,如果不清楚研究对象的系统进化地位和机体本身的适应进化特点,就无法对各个水平的适应进化机制作出全面诠释.因此,对脊椎动物的低氧适应进化研究首先从机体生理需求的差异出发.此外,血红蛋白的功能适应性还表现在物种或种群间的空间分布差异导致不同程度的低氧需求.因此,本文从个体和系统发育水平评述了血红蛋白的分子进化及功能适应研究,深入比较了长期定居和短期移居物种间的适应机制区别,系统分析了鸟类及其他脊椎动物适应高海拔低氧环境的趋同和趋异进化特征.最后通过评价不同研究方法的优缺点,结合功能蛋白和物种进化相似的分子遗传规律,为未来高海拔低氧适应进化及高原医学研究提出一些新的思考.总之,本文支持功能验证在适应性进化相关基因研究中的必要性,强调整合分子、细胞和系统水平确定研究方案的重要性,以及系统发育背景和种群进化历史在研究对象选择中的重要意义.     

AMPK在机体骨骼肌运动代谢适应方面的研究进展

腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)作为机体细胞的"能量感受器",可通过激活其下游靶蛋白调节组织细胞糖、脂代谢过程。运动适应涉及机体多个系统和器官,其中骨骼肌在机体对运动产生的代谢适应方面的作用最为明显。运动作为对机体的一个刺激可活化组织细胞AMPK,本文将针对AMPK在机体组织对运动产生代谢适应方面的最新研究进展加以综述,以期为阐明运动防治代谢性疾病的机制提供理论依据。     

低氧预适应小鼠皮层Bcl-2和Caspase-3的表达变化

本文旨在探讨小鼠皮层Bcl-2和Caspase-3在低氧预适应脑保护中的作用.将Bib/c近交系小鼠随机分为对照组、低氧组和低氧预适应组,用免疫荧光和激光共聚焦显微镜等技术测定皮层顶叶Bcl-2和Caspase-3表达荧光强度和阳性细胞计数.结果显示,低氧组和低氧预适应组Bcl-2表达均显著高于对照组,低氧预适应组又显著高于低氧组.低氧组和低氧预适应组Caspase-3表达均显著高于对照组,但低氧预适应组显著低于低氧组.结果表明,低氧预适应过程中,小鼠皮层脑区通过Bcl-2高表达和Caspase-3低表达抵御皮层细胞凋亡,从而参与脑保护机制.     

慢性低氧对颈动脉体可塑性的影响和调节

颈动脉体是机体重要的化学感受器.它不仅可以瞬间感知机体氧浓度的变化,迅速做出反应,同时在慢性低氧环境中能自发的适应和调节,包括形态和功能的改变.颈动脉体慢性低氧调节机制的阐明对于多种临床疾病(如呼吸暂停综合征等)的研究具有重要意义.本文就近几年关于慢性低氧对颈动脉体可塑性影响的相关研究进展予以综述.     

外泌体对低氧/缺血损伤脑神经的保护作用

低氧/缺血会对神经系统产生损伤,减轻低氧/缺血状态对脑神经损伤的至关重要的一个方面就是抑制氧自由基和炎性因子的产生,这也是目前治疗的一个重要策略。低氧/缺血预适应可以通过抑制氧自由基和炎性因子来保护神经细胞。低氧/缺血预适应刺激的外泌体的转运可能是保护作用机制之一,本文通过对外泌体在低氧/缺血状态下发挥的神经保护作用和作用机制等方面进行综述,为低氧/缺血脑神经保护的治疗研究提供新思路。     

高原鼢鼠低氧适应研究进展

高原低氧是青藏高原主要的环境限制因子之一,高原鼢鼠(Myospalax baileyi)是青藏高原特有的地下啮齿类动物,受到高原低氧和洞穴低氧的双重压力。近年来,高原鼢鼠低氧适应主要生理特征及低氧适应关键基因越来越为人们所关注。这些研究结果对阐明高原鼢鼠低氧适应机制具有重要意义,并将对探索人类对低氧环境的适应能力以及人类高原病的防治产生巨大的影响。     

鸡磷酸甘油酸激酶(PGK)基因的差异表达与低氧适应性

通过测序检测了藏鸡、白莱航鸡和寿光鸡调节细胞葡萄糖代谢的糖酵解酶磷酸甘油酸激酶(PGK)编码基因的基因组序列, 发现了4个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)为藏鸡与其他两个品种之间的差异. 实验表明其中1个SNP即外显子10上第59位A→G突变(第379位氨基酸由M变为T)后具有低氧诱导因子(HIF-1)结合位点, 即含有低氧应答元件(HRE). 机体受低氧刺激时HRE与HIF-1的结合活性会相应增加. 低氧孵化可导致胚胎死亡率升高, 且发育正常胚胎A→G的突变率非常高, 具有低氧适应性. 研究指出, PGK基因的M→T突变是低氧适应有利突变, 在低氧刺激下, 低氧诱导因子-1将上调骨骼肌组织糖酵解酶PGK基因的表达, 利用糖酵解途径为机体提供能量, 满足机体活动需要, 进而适应外界环境.     

昆虫对环境低氧的适应:生理和分子机制研究进展

氧是机体进行新陈代谢和维持生存的必要因素。低氧环境在自然界普遍存在,也是许多重大疾病(如癌症)发生过程中基本的病理生理特征。生物包括昆虫在其生存和发育过程中经常面对低氧的挑战,它们发展出了各自的适应策略以求得生存和繁荣壮大。昆虫对于低氧环境适应包括在气管系统通气量、气体交换模式、体型大小和发育时间等生理机制上的改变。为揭示昆虫低氧适应机制,研究人员针对不同昆虫采用了来自人工选择或者自然选择的品系(种群),使用了基因芯片表达和转录组测序、基因组重测序技术和基因操作等技术。基于这些方法研究发现,在分子机制方面,昆虫可以通过抑制能量代谢、提高氧气利用率来适应低氧环境;还可以通过胰岛素通路、低氧诱导因子(HIF)信号通路等来调节自身代谢活动从而适应环境低氧;除此之外,昆虫的气管系统可以在基因调控下通过代偿性生理和形态变化来适应低氧环境。昆虫低氧适应机制的研究为探求昆虫数亿年进化过程中体形改变、物种形成、种群动态等提供提供新的视野,也增进对动物应对低氧或缺氧机理的深入理解,特别是为研究人类重大疾病的发生提供重要启示。     

选择性剪接在低氧应答中的调控作用

细胞为适应低氧环境,其相关基因的表达方式发生了改变,其中选择性剪接在低氧应答调控过程中起到了重要的作用。低氧诱导因子介导的低氧应答信号通路在机体适应低氧环境过程中起到了十分重要的作用,低氧诱导因子剪接体通过此通路调控红细胞生成、血管生成、糖酵解等过程。而抑制性PAS蛋白质、脯氨酸羟化酶、促血管生长因子、芳香羟受体核转运蛋白剪接体则通过其它通路进行调控。选择性剪接不仅在低氧应答中起重要作用,而且与阿尔茨海默病、动脉粥样硬化、癌症等常见人类疾病相关。