在青藏高原，有一種小哺乳動物——鼢鼠，以其獨特的生存策略和強大的適應能力，引起了科學家的廣泛關注。這種生活在地下的小動物，雖體型小巧，卻展現出令人驚嘆的生存能力和適應力，不僅適應了低氧環(huán)境，還展現出抗腫瘤和長壽的特性，為人類對缺氧相關疾病的治療提供了新的視角。蘭州大學生態(tài)學院李克欣和劉建全課題組以及美國內布拉斯加大學Jay Storz教授合作的一項研究揭示了高原鼢鼠如何通過基因組結構變異來適應高海拔低氧環(huán)境，為人類對缺氧相關疾病的治療提供了新的啟示。相關論文發(fā)表于《自然生態(tài)與進化》。
高原鼢鼠。蘭州大學供圖。
高原鼢鼠。蘭州大學供圖。
高原鼢鼠與耐低氧環(huán)境
鼢鼠是廣泛分布在青藏高原的植食性小哺乳動物，它起源于低海拔地區(qū)，卻在約360萬年前部分群體隨青藏高原隆升逐漸成為高海拔物種。
當鼢鼠種群密度過大時，可能對草地造成嚴重破壞，減少牧草產量。同時，鼢鼠也會破壞經濟林和生態(tài)林，導致水土流失和沙塵暴等環(huán)境問題，影響當地牧民經濟。在這個過程中，它們面臨著高山低氧的嚴峻挑戰(zhàn)。然而，正是這種極端環(huán)境促使它們在表型、生理、生化、遺傳和表觀方面都進化出低氧適應的性狀。
“由于鼢鼠長期生活在地下低氧和高原低氧的環(huán)境中，因而進化出了耐低氧的特性，很多疾病如腫瘤、中風等跟低氧相關，因此它們是研究低氧適應、腫瘤等疾病的良好模型。”蘭州大學生態(tài)學院李克欣教授告訴《中國科學報》。
為了適應低氧，鼢鼠在表型、生理、生化、遺傳和表觀方面都進化出低氧適應的性狀。如增加的肺質量，肺表面活性物質的進化，通氣量的增加，血管形成能力增強，自噬能力突出，線粒體代謝能力加強，低氧誘導通路基因的進化等都在鼢鼠適應低氧過程中起到重要作用。
那么，為什么高原鼢鼠的肺質量較大，紅細胞數目和血紅蛋白含量較高呢？
李克欣表示，答案在于提高氧氣運輸效率。高原鼢鼠的紅細胞數目和血紅蛋白含量較高，這有助于它們更有效地運輸氧氣。與此同時，它們增大的肺質量可能會增加肺泡數量和表面積，從而提高肺部與血液的氣體交換效率。
高原鼢鼠。蘭州大學供圖。
高原鼢鼠與抗病潛能
“在高原鼢鼠中，關鍵基因中的結構變異對低氧適應起到關鍵作用。因而它們可能作為潛在的藥物靶點，通過增強或抑制這些位點的作用，達到治療缺氧相關疾病的目的。”該項目的另一位通訊聯系人劉建全教授說道，很多研究發(fā)現地下鼠確實能夠抗腫瘤。
研究顯示，在高原鼢鼠基因組中，一些與低氧適應相關的基因家族發(fā)生了擴張。這些基因與低氧誘導因子信號通路、免疫反應、自噬和神經系統(tǒng)發(fā)育等功能通路密切相關。而這些通路則在缺氧適應中起著關鍵作用，為高原鼢鼠提供了強大的生存優(yōu)勢。
除了在基因組結構上的適應性變化，高原鼢鼠還具有抗腫瘤和長壽的特征。
李克欣表示，耐低氧的動物可能都具有抗腫瘤特性。例如，裸鼴鼠和盲鼴鼠已被證實具有抗腫瘤的特性。由于高原鼢鼠長期生活在低氧和高原的環(huán)境中，它們的耐低氧能力可能更強，預期應該具有抗腫瘤的特性。此外，地下鼠通常表現出長壽的特征，如盲鼴鼠可以活21年，裸鼴鼠可以活30年，相當于人可以活600歲，這可能與低氧適應有關。
“通過增強或抑制這些位點的作用，我們可能能夠治療與缺氧相關的疾病，如腫瘤、中風等。”劉建全教授表示，關鍵基因的結構變異可能在缺氧適應中起到關鍵作用。這些變異可能作為調控因子如增強子等調控基因的表達。因此，它們可能成為治療缺氧相關疾病的藥物靶點。
高原鼢鼠作為一種獨特的生物模型，為我們揭示了缺氧適應的基因奧秘和抗病潛能。通過深入研究這種小動物的生存策略和適應性變化，我們有望為人類對缺氧相關疾病的治療提供新的視角和解決方案。
同時，通過研究鼢鼠對不同生境的適應性，探討科學管理鼢鼠種群密度的方法，為保護生態(tài)環(huán)境、服務區(qū)域社會經濟做出貢獻。
相關論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41559-023-02275-7
本文鏈接：高原鼢鼠：耐低氧的奧秘與抗病潛能http://m.lensthegame.com/show-11-2268-0.html
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