HIF-1活性调控机制的研究进展

低氧是癌症等多种疾病发生与发展的重要诱因,低氧诱导因子1则是低氧条件下最重要的转录调节因子,对其下游基因的转录与表达发挥关键作用,故阐明其活性的分子调节机制对探索新的抗癌方案,提高癌症诊疗水平有重要意义。低氧诱导因子1的活性受多水平、多机制的共同调节。本文从传统的氧依赖机制、蛋白水解依赖机制、最新的癌相关遗传因子及功能改变调节机制等角度出发,综述了迄今为止低氧诱导因子1活性调节研究领域的最新成果,以期为其更好应用于癌症诊疗提供参考。     

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。     

肾透明细胞癌低氧相关基因预后模型的建立与应用

[目的]低氧是肾透明细胞癌内肿瘤微环境的重要组成部分,在肿瘤的发生与发展中起着至关重要的作用.利用癌症基因组图谱(TCGA)数据库建立低氧相关基因模型.[方法]提取低氧相关基因的表达进行单因素和多因素Cox回归分析建立模型.分析模型与临床分期以及免疫细胞浸润的相关性.[结果]构建5个低氧相关基因模型(ISG20、PLI...     

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。     

低氧研究受到关注

近日,瑞典卡罗琳医学院将2019年诺贝尔生理学或医学奖授予了美国癌症学家William G. Kaelin Jr.、英国医学家Sir PeterJ.Ratcliffe和美国医学家GreggL.Semenza,以表彰他们在发现细胞如何感知和适应氧浓度变化研究中所做出的杰出贡献。本刊特邀请我国低氧研究领域的专家撰写此文,简述这三位科学家的卓越工作,回顾中国低氧生理学研究的发展历程,并特别介绍国内学者近年来在这一领域的重要突破。     

低氧对脂肪细胞发育及脂质代谢调控研究进展

脂肪细胞的生长、分化与增殖贯穿整个生命过程,脂肪细胞中脂质代谢紊乱影响脂肪组织免疫和全身能量代谢。脂质代谢参与调控机体多种疾病的发生与发展,如高脂血症、非酒精性脂肪肝病、糖尿病和癌症等,对人和动物健康具有重大威胁。低氧诱导因子（hypoxia inducible factor,HIF）是介导机体组织器官中氧感受器的主要转录因子,HIF可调控脂质合成、脂肪酸代谢和脂滴形成并诱导疾病发生。但由于低氧程度、时间和作用方式的不同,对机体脂肪细胞发育和脂质代谢产生有害或有益的影响还无从定论。本文总结了低氧介导转录因子的调控作用以及对脂肪细胞发育和脂质代谢调控的研究进展,旨在揭示低氧诱导脂肪细胞代谢途径变化的潜在机制。     

神经肽Y 对炎症及低氧环境下不同癌细胞活力的影响

目的:研究神经肽Y对炎症反应及其对在低氧培养条件下的不同癌细胞活力的影响,探讨应激影响癌症发展的机制.方法:不同浓度神经肽Y(0,10-12M,10-10M,10-8M)与100 ng/ml LPS共孵育巨噬细胞24h后检测NO的浓度及iNOS表达的变化;不同浓度神经肽Y(0,10-9M,10-8M)刺激低氧培养条件下的肝癌细胞株HepG2与乳腺癌细胞株MCF-7 36h,采用cck-8检测细胞活力变化;不同浓度神经肽Y(0,10-9M,10-8)与LPS共孵育巨噬细胞24 h后取上清液离心,采用上清液培养两种癌细胞,并置于低氧条件下36h,cck-8检测细胞活力.结果:实验结果显示,神经肽Y可以抑制巨噬细胞NO的释放(P＜0.05),并降低iNOS的表达(P＜0.05);单独的神经肽Y对低氧培养条件下两种癌细胞的活力没有明显影响(P＞0.05);但在低氧培养条件中,相比于LPS组的条件培养基,LPS加神经肽Y组的条件培养基可明显增强MCF-7的活力(P＜0.05,P＜0.01),而HepG 2的活力则没有统计学差异.结论:神经肽Y可能通过抑制炎症反应,从而增强乳腺癌细胞MCF-7在低氧环境下的活力.     

多巴胺对急性间歇性低氧诱导的大鼠颈动脉体低氧敏感性的影响

目的:观察急性间歇性低氧刺激后大鼠颈动脉体对低氧的敏感性以及多巴胺对颈动脉体低氧敏感性的影响。方法:将分离SD大鼠的颈动脉体-窦神经移入到孵育槽,然后把分离的窦神经吸入到记录的玻璃电极中行电信号记录。记录基线部分缓冲液充入气体为95%O2+5%CO2混合气,低氧应激给予5%O2+5%CO2+90%N2混合气,低氧刺激给予30 s,95%O2+5%CO2给予90 s,共10个循环,每组实验大鼠数量n大于等于5。结果:大鼠离体的颈动脉体,给予急性间歇性低氧应激,再给予低氧刺激,窦神经较之前低氧刺激放电活动增强。但加入多巴胺后,可以抑制窦神经对低氧的反应,急性间歇性低氧后,多巴胺对窦神经的低氧放电活动抑制作用加强。结论:大鼠颈动脉体给予急性间歇性低氧可增强窦神经对低氧的反应,多巴胺可抑制急性低氧诱导的颈动脉体对低氧敏感性的增强。     

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。     

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。     

成人急性低氧通气压抑中的内啡肽作用

本工作设想,内啡肽参与了成人急性低氧通气压抑机制。受试者均为健康成年男子。6名受试者吸入中度低氧混合气(12.8％O_2)30min;7名吸入重度低氧混合气(10.8％O_2)20min,其中6名并在重度低氧下吸入三口纯氮气。吸入低氧气前先由静脉注入生理盐水(对照)或纳洛酮(中度低氧5mg,重度低氧10mg)。观察低氧时的通气反应、终末潮气二氧化碳分压(P_(ETCO2)、动脉血氧饱和度和外周低氧通气敏感性以及纳洛酮对上述测定的影响。结果表明,纳洛酮使重度低氧下的通气压抑明显减弱,低氧第3～15分钟的通气水平明显高于对照实验;而P_(ETCO2)明显低于对照值。但纳洛酮对中度低氧下的通气压抑无明显作用。此外,纳洛酮显著增强外周低氧敏感性。结果提示,在重度低氧下,内啡肽参与了成人低氧通气压抑机制,并对外周低氧敏感性有抑制作用。     

间断低氧对大鼠下丘脑超微结构及前增食欲素水平的影响

目的探讨睡眠中间断低氧对大鼠下丘脑前增食欲素及受体水平的影响以及下丘脑超微结构的变化。方法大鼠分成对照组、间断低氧组和持续低氧组,分别给予吸入空气,持续低氧和间断低氧气体,并在实验开始后1d、3d、1w和4w应用RT-PCR方法测定大鼠下丘脑前增食欲素及受体水平,分析其间的变化关系,电镜观察下丘脑的超微结构变化。结果与对照组和持续低氧组比较,间断低氧4w后大鼠下丘脑前增食欲素mRNA水平明显降低,受体水平升高,但在持续低氧和对照组之间无明显差异。在低氧后1d、3d、7d后大鼠下丘脑前增食欲素mRNA降低,受体水平升高,在4w后,持续低氧组则接近正常。急性持续低氧大鼠超微结构变化更严重,而慢性间断低氧变化更持久。结论慢性间断低氧可以引起下丘脑前增食欲素下降及受体水平升高,急性持续低氧也可引起上述变化,而慢性持续低氧未引起增食欲素改变;慢性间断低氧大鼠下丘脑超微结构表现为严重而持久的变化。     

高原低氧胁迫对小鼠肝脏功能及基因表达的影响

低氧作为青藏高原最为特殊的环境因素之一,对高原动物的适应进化产生了深刻的影响。持续的低氧暴露会损伤肝脏功能,引起动物机体代谢紊乱,但连续低氧处理对子代肝脏的影响仍缺乏相关研究。本研究将成年小鼠转移至高原低氧环境(海拔3 220 m)饲养并繁殖,以常氧条件下饲养小鼠为对照,统计低氧处理小鼠(低氧第0代)及其子代(低氧第1～5代)生长数据,发现长期低氧暴露导致小鼠肝脏比重增加,肝细胞肿胀,肝索间红细胞浸润,并且子一代小鼠肝小叶出现脂肪变性。血液生化指标显示,相比于对照组(常氧第0代),低氧第0代和低氧第1代的谷丙转氨酶和谷草转氨酶水平显著上升(P <0.05);血清白蛋白、球蛋白、总胆红素和总胆固醇水平在低氧第0代中下降,低氧第1代中上升(P <0.05)。空腹注射葡萄糖和胰岛素后低氧组小鼠的葡萄糖耐受能力和胰岛素敏感性显著减弱(P <0.05)。常氧第0代、低氧第0代及低氧第1代肝脏RNA-seq分析发现,低氧第0代和低氧第1代共有的459个差异基因显著富集在MAPK、细胞凋亡、脂质代谢和内质网等信号通路。本研究发现低氧胁迫对子代小鼠肝脏具有重要影响,此结果对肝脏低氧生...     

急性低氧与间断低氧适应对家兔局部血流分布的影响

本实验目的在于探讨急性低氧和间断低氧适应对局部血流分布的影响。我们将26只家兔分为急性低氧,低氧适应和常氧对照三组。在麻醉状态下用放射性标记的蟾蜍红细胞分别测定左心室、双侧肾、双侧肾上腺的血流量;并分区测定了大脑皮质、海马、丘脑下部、脑干的局部脑血流。吸入10％低氧混合气1小时后,急性低氧组脑局部、左心室、肾上腺的血流显著高于对照。经2周间断低氧适应后,低氧适应组脑局部(脑干除外)、左心室、肾上腺的血流下降。两组动物低氧时的肾血流变化不明显。结果提示,2周间断低氧适应能改变局部血流分布,血流的再分布有利于改善机体的抗低氧能力。     

低氧及低氧预处理时心肌细胞HIF-1α与凋亡相关蛋白表达的变化

目的:观察低氧时心肌细胞HIF-1α表达变化与凋亡相关蛋白表达关系.方法:采用体外心肌细胞培养的方法,将原代培养4～6 d的大鼠乳鼠心肌细胞随机分为对照组、低氧组与低氧预处理组.低氧预处理组在低氧培养箱中通入1%O2、5%CO2、94%N2的低氧混合气体,每天低氧12 h,低氧5 d,第6 d与急性低氧组一同放入0%O2、5%CO2、95%N2的低氧培养箱中进行低氧暴露.低氧48 h后,通过Western blot方法分别检测心肌细胞中HIF-1α、Bcl-2、P53及Bax的表达变化.结果:常氧时细胞不表达HIF-1α,低氧可增加HIF-1的表达,低氧预处理后,能降低HIF-1α的表达.低氧时,Bax的表达变化大致与此相同.p53在低氧时的变化也与其相同,但低氧预处理后似乎没有明显的改变.Bcl-2在低氧时表达下降,低氧预处理后可增加其表达.结论:HIF-1α的表达可协同Bcl-2家族凋亡相关蛋白的表达,在低氧导致的心肌细胞凋亡中发挥重要作用.     

模型鼠低氧预适应适宜氧气浓度研究

目的:研究低氧预适应训练的适宜氧气浓度。方法:设计了短期和长期两种间歇性低氧暴露模式,研究了一系列不同浓度的低氧环境对模型鼠体重、血氧饱和度、游泳能力等方面的影响,进而探讨低氧预适应效应与氧气浓度之间的内在联系。结果:模型鼠长期暴露于低氧环境中,其体重增长率逐步下降;在15%～8%的低氧浓度区间,模型鼠血氧饱和度随氧气浓度降低呈现平台似缓慢下降趋势;低氧预适应训练后的模型鼠游泳能力显著提高,经在10%低氧环境中进行低氧预适应训练后的昆明小鼠游泳能力提高最为明显。结论:适当浓度的低氧预适应训练可以改善模型鼠低氧耐受能力,显著提高模型鼠运动能力。15%～10%氧气浓度区间可视为低氧预适应有益作用区间。10%氧气浓度为模型鼠低氧预适应训练的较适宜浓度。     

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。     

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．     

大鼠脑皮层细胞低氧反应候选基因的研究

机体对低氧的应激反应与适应主要是通过对有关低氧反应基因 (ｈｙｐｏｘｉａｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅｇｅｎｅｓ ,ＨＲＧ)的调控实现的 ,ＨＲＧ参与低氧的感受、低氧信号的传导及生理反应等。近年来对低氧反应基因的研究主要是关于己知基因的调控序列、调控环节及生物学功能的研究 ,尚未有新的、有明确生物学意义的低氧反应候选基因被发现。因此 ,我们采用ＤＤ ＰＣＲ技术 ,观察低氧大鼠脑皮层细胞在低氧时基因的差异表达 ,以期了解中枢神经系统在低氧过程中可能参与的相关基因。　Ｆｉｇ .13ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｌｙｅｘｐｒｅｓｓｅｄｈ…     

低氧信号传导途径与鱼类低氧适应

低氧信号传导途径是从线虫到哺乳动物都十分保守的一个细胞信号传导途径系统,它对于维持后生动物的氧稳态至关重要.低氧诱导因子是该信号传导系统中最为关键的因子.对低氧诱导因子的调控是对低氧信号途径网络进行有效调控的主要方式.由于鱼类生存的水环境溶氧量的变化很大,在长期进化过程中,鱼类演化出适应不同浓度溶氧水环境的物种,并发展出千差万别的低氧适应策略.对鱼类低氧适应策略及其低氧适应机制的研究,对于认识鱼类物种形成的动因和培育耐低氧鱼类新品种具有十分重要的意义.本文在总结低氧信号传导及其调控机制研究进展的基础上,综述了鱼类低氧信号途径、低氧适应策略、低氧信号途径网络调控等方面研究的慨况.