急性常压低氧对棕色田鼠的影响

5.1.1　急性常压低氧对棕色田鼠的影响

在急性常压低氧条件下，动物机体的心血管系统和下丘脑－垂体－肾上腺(hypothalamic－pituitary－adrenal，HPA)、下丘脑－垂体－性腺(hypothalamic－pituitary－gonadd，HPG)应激系统是应答低氧的关键因素。低氧诱导因子(hypoxia－induced factor－1α，H IF－1α)、促红细胞生成素(erythropoietin，EPO)和血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial cell growth factor，VEGF)是应答急性低氧的3个关键调控因子，血液是氧气运输的载体，血管密度决定了氧气的传输距离，对低氧的应答起主要作用。机体也能通过调节HPA和HPG轴的应激系统对低氧做出应答，减少低氧对自身的伤害。

5.1.1.1　对H IF－1α表达量的影响

急性低氧对棕色田鼠和昆明小鼠H IF－1α表达量的影响不同(图5.1)，鼠种与低氧处理间无明显的交互作用;棕色田鼠和昆明小鼠的HIF－1α表达量存在显著性差异;低氧处理对H IF－1α表达量无显著作用。随着氧气浓度的降低，棕色田鼠的H IF－1α表达量持续增长，而昆明小鼠则基本上不变化，但在常氧时棕色田鼠的H IF－1α表达量显著小于昆明小鼠;采用LSD多重比较分析发现，棕色田鼠在氧浓度为50%时的HIF－1α表达量与对照组差异显著，其他组之间无显著性差异(图5.1)。

图5.1　棕色田鼠()和昆明小鼠(□)在急性低氧条件下H IF－1α表达量的变化

5.1.1.2　对EPO的影响

急性低氧对棕色田鼠和昆明小鼠产生了不同的影响(图5.2)。双因素方差分析结果表明，棕色田鼠和昆明小鼠之间EPO表达量没有显著性差异;鼠种和低氧处理间无显著的交互作用，但低氧处理对两种鼠EPO表达量有显著影响。常氧状态下(20.9%)，棕色田鼠和昆明小鼠的EPO表达量无显著性差异，随着氧浓度的降低，两种鼠的EPO表达量逐渐减少，在氧气浓度为5%时又有上升的趋势，LSD多重比较分析显示，棕色田鼠EPO表达量在氧气浓度为15.0%时较对照组明显减少，其他组未表现出显著性变化(图5.2)。

图5.2　棕色田鼠()和昆明小鼠(□)在急性低氧条件下EPO表达量的变化

5.1.1.3　对血象的影响

根据血象指标的特点，将其分为红细胞类、血红蛋白类和白细胞血小板类共3类。红细胞类包括红细胞(red blood cell，RBC)，红细胞压积(hematocrit，HCT)和红细胞平均体积(mean corpuscular volume，MCV);血红蛋白类包括血红蛋白(hemoglobin，HGB)，平均血红蛋白量(mean corpuscular hemoglobin，MCH)和平均血红蛋白浓度(mean corpuscular hemoglobin concentration，MCHC);白细胞血小板类包括白细胞(white blood cell，WBC)和血小板(platelet，PLT)。

(1)红细胞类　棕色田鼠和昆明小鼠间红细胞数量、红细胞压积和红细胞平均体积差异极显著;急性低氧处理对两种鼠红细胞数量、红细胞压积和红细胞平均体积的作用都极显著;低氧处理与鼠种间交互作用不显著。LSD多重比较表明，低氧强度对两种鼠红细胞数量的作用不显著，未出现显著性变化(图5.3，A)。棕色田鼠的红细胞压积有随氧气浓度降低而减小的趋势，但均未达到显著水平;氧气浓度显著影响昆明小鼠的红细胞压积，与对照组相比，当氧气浓度为15%及10%时，昆明小鼠红细胞压积显著降低，而低至5%时则差异不显著(图5.3，B)。棕色田鼠红细胞平均体积随着氧浓度的降低而减小，与对照组相比，氧气浓度为10.0%和5.0%时差异达到显著水平;昆明小鼠红细胞平均体积随氧气浓度降低逐渐减小，各处理组与对照组相比均达到极显著水平(图5.3，C)。说明棕色田鼠和昆明小鼠均采用减小红细胞体积的方式应对急性低氧，棕色田鼠对低氧的耐受能力强于昆明小鼠。

图5.3　棕色田鼠()和昆明小鼠(□)在急性低氧条件下红细胞(A)、红细胞压积(B)、红细胞平均体积(C)的变化

(2)血红蛋白类　鼠种与低氧处理间的交互作用对平均血红蛋白含量作用显著;棕色田鼠和昆明小鼠间血红蛋白含量差异不显著，但平均血红蛋白量和平均血红蛋白浓度差异极显著;急性低氧处理对两种鼠血红蛋白含量和平均血红蛋白量作用不显著，但平均血红蛋白浓度作用极显著;进一步采用最小显著差(least significant difference，LSD)多重比较发现，急性低氧促使棕色田鼠和昆明小鼠的平均血红蛋白浓度显著增加，与常氧状态相比，棕色田鼠在氧气浓度为15.0%时达到显著性差异，在氧气浓度为5.0%时达到极显著性差异，而昆明小鼠在低氧3个氧气浓度下都达到极显著性差异，但3个浓度相差不大(图5.4，C)。说明急性低氧未改变两种鼠的血液中血红蛋白含量，平均血红蛋白量和平均血红蛋白浓度增加是由于红细胞体积减小导致的;鼠种与低氧处理的交互作用对平均血红蛋白量影响显著，表明棕色田鼠和昆明小鼠的平均血红蛋白量变化程度不同。

图5.4　棕色田鼠()和昆明小鼠(□)在急性低氧条件下血红蛋白(A)、平均血红蛋白量(B)、平均血红蛋白浓度(C)的变化

(3)白细胞和血小板　低氧处理和鼠种间具有极显著交互作用;两种鼠的白细胞数量和血小板数量差异极显著;低氧处理对白细胞数量和血小板数量有显著影响。采用LSD多重比较后发现，低氧处理可显著改变昆明小鼠白细胞数量，呈现出先升后降的模式(图5.5，A);棕色田鼠的血小板数量在氧浓度为15.0%时明显上升，随后随着氧浓度降低又有所降低，而昆明小鼠的血小板数量则在升高之后显著降低(图5.5，B)。棕色田鼠的白细胞数量和血小板数量显著少于昆明小鼠，说明其在机体损伤治愈、抗御病原的入侵和对疾病的免疫等方面弱于昆明小鼠;低氧处理使昆明小鼠白细胞数量升高是低氧应激的结果，后又呈下降趋势是因为低氧单一环境所致。棕色田鼠和昆明小鼠的血小板数量先上升也是低氧应激的结果，后又降，说明两种鼠均采用血小板数量调节其血液循环。

图5.5　棕色田鼠()和昆明小鼠(□)在急性低氧条件下白细胞(A)、血小板(B)的变化

5.1.1.4　对VEGF的影响

鼠种和低氧处理两因素间无显著的交互作用;两种因素也均未对EPO的表达量产生显著影响。LSD多重比较分析显示，各组之间没有显著性差异;在常氧状态下，棕色田鼠和昆明小鼠的VEGF表达量没有显著差异，但随着氧气浓度的降低，棕色田鼠VEGF表达量有上升的趋势，而昆明小鼠未表现出明显趋势(图5.6)。

图5.6　棕色田鼠()和昆明小鼠(□)在急性低氧条件下VEGF表达量的变化

5.1.1.5　对血管密度的影响

急性低氧处理和物种因素间没有明显的交互作用，但是，棕色田鼠和昆明小鼠之间血管密度存在极显著差异。LSD多重比较分析表明，在常氧条件下，棕色田鼠的血管密度显著高于昆明小鼠;低氧状态下，棕色田鼠的血管密度也显著高于昆明小鼠;昆明小鼠在氧气浓度为10.0%时的血管密度明显高于对照组，其他组未有显著性差异(图5.7)。

图5.7　棕色田鼠()和昆明小鼠(□)在急性低氧条件下血管密度随氧浓度的变化

5.1.1.6　对肾上腺、子宫和卵巢重量的影响

急性低氧处理和物种因素对肾上腺重量有显著的交互作用;棕色田鼠和昆明小鼠之间卵巢和子宫都有极显著差异;低氧处理则对两种鼠的肾上腺有显著影响。氧浓度从20.9%～10.0%，棕色田鼠的肾上腺重量显著增长，但在5%时则降低(图5.8 A)，而在昆明小鼠无显著变化(图5.8 A);急性低氧处理使昆明小鼠卵巢重量(图5.8 B)、棕色田鼠子宫重量(图5.8 C)有递增的趋势，其他组间的变化趋势不明显。

图5.8　棕色田鼠()和昆明小鼠(□)在急性低氧条件下肾上腺(A)、卵巢(B)和子宫(C)的变化

5.1.1.7　对CRH的影响

急性低氧处理以及两种鼠种因素间无显著交互作用;两种鼠之间促肾上皮质腺素激素释放激素(corticotropin releasing hormone，CRH)的表达量无显著差异，低氧处理对其也无显著作用。LSD多重比较分析未出现显著性差异;两种鼠在常氧条件下CRH表达量也无显著性差异(图5.9)。

图5.9　棕色田鼠()和昆明小鼠(□)在急性低氧条件下促肾上腺激素释放激素表达量随氧浓度的变化

5.1.1.8　对皮质醇和雌二醇的影响

急性低氧对棕色田鼠和昆明小鼠的影响(图5.10)。双因素方差分析结果显示，鼠种和低氧处理因素间无明显交互作用;棕色田鼠和昆明小鼠皮质醇和雌二醇表达量无显著差异;低氧处理对皮质醇表达量有极显著影响，对雌二醇影响不大。LSD多重比较分析表明，棕色田鼠的皮质醇表达量总体上呈增加趋势，在氧气浓度为5.0%时达到显著水平。在昆明小鼠，皮质醇表达量呈现持续增加，但差异未达显著性水平(图5.10 A);就雌二醇表达量随氧气浓度降低的变化来看，昆明小鼠呈递增趋势，并在5.0%氧气浓度时达到显著性差异，而棕色田鼠在10.0%氧气浓度时达到最高，5.0%时则有所降低，但均未达到显著性水平(图5.10 B)。

图5.10　棕色田鼠()和昆明小鼠(□)在急性低氧条件下粪便皮质醇(A)和雌二醇(B)表达量的变

心血管系统在动物机体内司O₂、CO₂等的运输，所以在低氧应答过程中起着非常重要的作用。心血管系统的低氧应答主要由H IF－1α，EPO和VEGF调控，并且三者在肾脏中均有表达。心血管系统的低氧应答主要包括红细胞祖系的生成和新血管的生成，而此二者分别由EPO和VEGF调控。地下鼠在血液特征的方面已有许多变化，如红细胞数量的增多、红细胞平均体积的减小、2，3－二磷酸甘油酸与血红蛋白比例的改变等，这些变化增加了氧气的携带和运输能力。而血管密度的增加可以减小氧气传播到线粒体的距离。低氧反应是由H IF－1α介导的，H IF－1α为H IF－1的一个亚基，当遭受低氧胁迫时，H IF－1α在转录和后转录阶段调控氧气平衡，并立即结合到低氧应答元件的启动子上，启动分子应答以减小低氧带来的潜在危害。HIF－1α结合到EPO基因的启动子上来启动其转录，EPO蛋白迅速与其受体结合，调控着血液循环中红细胞相关参数的变化以应答低氧，具体到血液方面即表现为血象的变化。同时，H IF－1α和VEGF等低氧反应元件(HRE)结合，介导低氧应答反应。HIF－1α蛋白结合到VEGF基因的启动子上，启动VEGF的转录，诱导新血管的生成，完成对低氧的应答。

H IF－1α在细胞应答低氧过程中的作用主要包括调节血液变化、血管再生、能量代谢和细胞凋亡等。在常氧状态下，H IF－1的α亚基被一些蛋白组迅速降解，但在低氧状态下能保持稳定。因为H IF－1αmRNA的半衰期很短，有关H IF－1αmRNA的低氧诱导表达还颇有争议。Wiener等认为，低氧诱导的H IF－1αmRNA表达仅发生于较短时间内，在持续低氧4 h后即恢复正常水平。在持续低氧3周后H IF－1αmRNA的表达量依然出现增加趋势。本研究对不同低氧浓度处理状态下H IF－1α蛋白的表达量测量表明其在蛋白水平上为稳定状态。棕色田鼠的HIF－1α表达量持续上升，随氧浓度的降低能够迅速积累，对低氧做出有效的应答。昆明小鼠的H IF－1α表达量未发生显著变化，是因为其H IF－1α蛋白的生成量与消耗量相持衡，低氧耐受力差的缘故。

HPA轴和HPG轴都在低氧应激引起的生理和行为反应中起重要作用。遭受低氧刺激后，下丘脑分泌CRH到垂体门脉，作用于垂体促进垂体释放促肾上腺皮质激素(adrenocorticotropic hormone，ACTH)，ACTH又促进肾上腺处糖皮质激素的合成，糖皮质激素进而调节新陈代谢反应。HPG轴与机体的能量储备密切相关，进而影响机体的生殖和生长发育，是机体重要的应激轴之一。栖息于不同生活环境的鼠类可能采取不同的低氧应答方式。