作者:叶满山 来源:中国科学报 发布时间:2024/1/15 12:32:02
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高原鼢鼠:耐低氧的奥秘与抗病潜能

 

在青藏高原,有一种小哺乳动物——鼢鼠,以其独特的生存策略和强大的适应能力,引起了科学家的广泛关注。这种生活在地下的小动物,虽体型小巧,却展现出令人惊叹的生存能力和适应力,不仅适应了低氧环境,还展现出抗肿瘤和长寿的特性,为人类对缺氧相关疾病的治疗提供了新的视角。兰州大学生态学院李克欣和刘建全课题组以及美国内布拉斯加大学Jay Storz教授合作的一项研究揭示了高原鼢鼠如何通过基因组结构变异来适应高海拔低氧环境,为人类对缺氧相关疾病的治疗提供了新的启示。相关论文发表于《自然生态与进化》。

  高原鼢鼠。兰州大学供图。

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  高原鼢鼠。兰州大学供图。

高原鼢鼠与耐低氧环境

鼢鼠是广泛分布在青藏高原的植食性小哺乳动物,它起源于低海拔地区,却在约360万年前部分群体随青藏高原隆升逐渐成为高海拔物种。

当鼢鼠种群密度过大时,可能对草地造成严重破坏,减少牧草产量。同时,鼢鼠也会破坏经济林和生态林,导致水土流失和沙尘暴等环境问题,影响当地牧民经济。在这个过程中,它们面临着高山低氧的严峻挑战。然而,正是这种极端环境促使它们在表型、生理、生化、遗传和表观方面都进化出低氧适应的性状。

“由于鼢鼠长期生活在地下低氧和高原低氧的环境中,因而进化出了耐低氧的特性,很多疾病如肿瘤、中风等跟低氧相关,因此它们是研究低氧适应、肿瘤等疾病的良好模型。”兰州大学生态学院李克欣教授告诉《中国科学报》。

为了适应低氧,鼢鼠在表型、生理、生化、遗传和表观方面都进化出低氧适应的性状。如增加的肺质量,肺表面活性物质的进化,通气量的增加,血管形成能力增强,自噬能力突出,线粒体代谢能力加强,低氧诱导通路基因的进化等都在鼢鼠适应低氧过程中起到重要作用。

那么,为什么高原鼢鼠的肺质量较大,红细胞数目和血红蛋白含量较高呢?

李克欣表示,答案在于提高氧气运输效率。高原鼢鼠的红细胞数目和血红蛋白含量较高,这有助于它们更有效地运输氧气。与此同时,它们增大的肺质量可能会增加肺泡数量和表面积,从而提高肺部与血液的气体交换效率。


 高原鼢鼠。兰州大学供图。

高原鼢鼠与抗病潜能

“在高原鼢鼠中,关键基因中的结构变异对低氧适应起到关键作用。因而它们可能作为潜在的药物靶点,通过增强或抑制这些位点的作用,达到治疗缺氧相关疾病的目的。”该项目的另一位通讯联系人刘建全教授说道,很多研究发现地下鼠确实能够抗肿瘤。

研究显示,在高原鼢鼠基因组中,一些与低氧适应相关的基因家族发生了扩张。这些基因与低氧诱导因子信号通路、免疫反应、自噬和神经系统发育等功能通路密切相关。而这些通路则在缺氧适应中起着关键作用,为高原鼢鼠提供了强大的生存优势。

除了在基因组结构上的适应性变化,高原鼢鼠还具有抗肿瘤和长寿的特征。

李克欣表示,耐低氧的动物可能都具有抗肿瘤特性。例如,裸鼹鼠和盲鼹鼠已被证实具有抗肿瘤的特性。由于高原鼢鼠长期生活在低氧和高原的环境中,它们的耐低氧能力可能更强,预期应该具有抗肿瘤的特性。此外,地下鼠通常表现出长寿的特征,如盲鼹鼠可以活21年,裸鼹鼠可以活30年,相当于人可以活600岁,这可能与低氧适应有关。

“通过增强或抑制这些位点的作用,我们可能能够治疗与缺氧相关的疾病,如肿瘤、中风等。”刘建全教授表示,关键基因的结构变异可能在缺氧适应中起到关键作用。这些变异可能作为调控因子如增强子等调控基因的表达。因此,它们可能成为治疗缺氧相关疾病的药物靶点。

高原鼢鼠作为一种独特的生物模型,为我们揭示了缺氧适应的基因奥秘和抗病潜能。通过深入研究这种小动物的生存策略和适应性变化,我们有望为人类对缺氧相关疾病的治疗提供新的视角和解决方案。

同时,通过研究鼢鼠对不同生境的适应性,探讨科学管理鼢鼠种群密度的方法,为保护生态环境、服务区域社会经济做出贡献。

相关论文链接:https://doi.org/10.1038/s41559-023-02275-7

 
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