课题申报书-高原世居藏族和移居汉族线粒体蛋白质组的比较研究.doc

报告正文 （一）立项依据与研究内容： 项目的立项依据 1)研究意义 我国是一个高原较多的国家，海拔3000m以上的高原、高山地区占国土总面积的1/6，主要分布在西藏、青海和新疆一带。随着国家西部大开发策略的逐步实施，这些高原地区无疑将成为今后开发的热点。因此，如何使平原人进入高原地区后迅速习服高原低氧环境，提高其生活质量和劳动能力，减少高原病的发生率，就成为目前亟待解决的重要课题。 高原低氧适应机制的研究对于认识高原低氧适应的规律有重要的理论意义，对于降低因习服不良而导致高原病的发生机率具有积极意义。同时，高原低氧适应机制的研究有助于扩展人类活动空间，对于人类更好地征服和利用高原有重要的实践意义，对于我国高原地区的经济和军事建设有巨大的推动作用。 2)国内外研究现状 高原低氧适应是指机体对高原低氧环境产生良好的整体功能的全面适应，而且作为生物学特性固定下来，通过遗传机制传给子孙后代。环境因素和遗传因素对人体的高原低氧适应能力均具有重要的影响。以往的研究多侧重于考察环境因素的作用，对遗传因素的影响研究很少。近年来这一问题引起了国内外学者的高度重视，国外个别实验室已开始着手进行这方面的工作，他们研究的对象主要是北美及南美的高原人群。世居高原藏族人群与其它高原世居人群相比，具有居住高原年代最长和较为封闭的特点，其对高原的适应能力亦明显高于南、北美高原世居人群，是研究人类高原低氧适应机制的极好的遗传学对象。目前有关世居高原藏族人群之高原低氧适应遗传机制的研究寥寥无几，国内研究几近空白，故亟待加强这方面的研究工作，以利于全面认识人类高原低氧适应的机理，为寻求促进移居者习服的措施提供新的线索。 世居高原藏族与移居高原汉族相比，具有更完善的氧运输和氧利用的能力[1,2]。其低氧通气反应能力较强、肺容量大、肌红蛋白浓度高、组织摄氧能力及最大运动能力强、胎儿在宫内发育迟缓少、婴儿出生体重较重、新生儿氧合效率高、肺动脉压和血红蛋白水平非常接近平原人群。藏族和汉族通婚的后代静息通气与藏族相似，而低氧通气反应则下降，提示遗传因素在藏族高原低氧适应机制中可能起重要作用。尽管已经认识到遗传因素涉及氧运输及利用过程的许多环节，但目前尚未能证实并定位待定位基因或基因复合物。 线粒体是机体氧利用的一个关键环节。机体通过呼吸系统和循环系统摄入氧并转运至细胞，最终在线粒体内通过氧化磷酸化作用生成ATP，以供给机体生命活动所需要的能量。机体耗能的90%以上来自于线粒体氧化磷酸化作用，因而线粒体被誉为细胞的“动力工厂”[3]。近年来，大量的研究表明，线粒体还具有多种重要的生理功能[4-7]，包括产生超氧阴离子等活性氧、调节氧化还原电势和细胞氧化还原信号转导、调控细胞凋亡和基因表达等，并在生物的生长、发育、衰老、疾病、死亡及生物进化等研究中都有重要意义，从而构成当前生命科学中的一个新生长点。 线粒体是一个由核DNA(nuclear DNA, nDNA)和线粒体DNA(mitochondrial DNA, mtDNA)共同编码的细胞器[8]。人类mtDNA编码了13个氧化磷酸化相关的多肽(复合体Ｉ的 7个NADH脱氢酶复合体亚基 ND1、ND2、ND3、ND4Ｌ、ND4、ND5和ND6，复合体Ⅲ的 细胞色素ｂ亚基cytb，2]。急性缺氧可以抑制mtDNA转录和翻译，损害线粒体的结构和功能，而慢性缺氧时线粒体损伤得到一定程度的恢复，细胞内线粒体数量增加，使长期暴露于低氧环境中的动物逐渐取得低氧习服。青藏高原世居藏族在高原低氧环境下已经生活了50万年之久[13]，且由于历史上青藏高原地理环境的封闭性和藏族婚俗的对外隔离性，其遗传学特性可以很好地保存下来。我们推测，世居高原藏族线粒体对于低氧环境的适应性改变可能通过自然选择的作用固定下来，并由此获得了较其他高原世居人群和移居人群更好的对高原低氧环境的适应能力。不过，对于线粒体的研究多在实验动物上进行，而关于高原世居者线粒体结构和功能的研究更显匮乏。虽然藏族mtDNA没有表现出与其他种族相异的特性[14]，但我们知道，mtDNA仅仅编码了线粒体氧化磷酸化酶复合物的20%，其余80%的氧化磷酸化酶复合物、大量的结构蛋白、离子通道、信号蛋白和活性因子等均由nDNA编码，关于这些nDNA编码蛋白在世居高原藏族低氧适应机制中的作用以及mtDNA和nDNA编码蛋白之间的协调作用亟待研究。以前的研究多从已知蛋白着手，观察其在低氧适应过程中的变化。但是，由nDNA编码的线粒体蛋白约有1000~2000种[15]，并且不断有新的蛋白被发现。这些nDNA编码蛋白通过跨膜转运机制进入线粒体，通过多种反应途径参与低氧反应，若用逐一比较的研究方法来筛选低氧适应反应中的关键蛋白无疑犹如大海捞针，事倍功半。因此，我们尝试对世居高原藏族和移居高原汉族线粒体蛋