研究發現糖的有效利用對克服低氧應激有重要作用

最新 12-05

生物和人類都可能面對低氧的脅迫。在高原或特殊環境生活的生物和人類都發展出一系列適應低氧環境的對策，比如提高氧氣的運輸效率或增強氧氣的利用效率。腫瘤細胞也會造成局部缺氧狀態。大量的研究證明低氧誘導因子（HIF）和壓力響應因子（NF-kB）均參與了生物低氧應激和適應過程。

昆蟲的氧氣輸送不依靠血液，而是通過發達的氣管系統直接將氧氣輸送到各組織和器官。它們除了使用與其他生物類似的機制適應低氧環境外，是否還存在獨特的適應機制呢？中國科學院動物研究所康樂研究組的研究發現，胰島素信號通路調節了飛蝗對低氧的適應過程。

飛蝗是世界上分布最廣的昆蟲，在青藏高原形成了一個特定的種群，在大約九萬年前與平原種群產生了分化。西藏飛蝗的體型明顯變小，在雅魯藏布江河谷形成穩定種群。全基因組重測序結果發現，一個抑制胰島素受體活性的磷酸酶（PTP1B）編碼基因PTPN1在高原種群中發生突變並顯示正向選擇效應。該酶通過對胰島素受體去磷酸化來抑制胰島素通路的生化過程。平原飛蝗低氧處理後該酶的活性增強，從而加強了對胰島素通路的抑制進而產生低氧應激反應。相反，西藏飛蝗體內該酶蛋白突變導致個體能保持相對穩定的胰島素通路活性，使糖代謝保持在正常水平，從而適應高原缺氧狀態。這啟發科研人員，應對低氧應激反應也可通過調整血糖的利用和代謝來克服高原反應。這項研究也對低氧相關的疾病，如肥胖導致的胰島素抵抗、Ⅱ型糖尿病的治療、腫瘤化療處理等提供了借鑒和參考。

該項工作以Genetic Variation in PTPN1 Contributes to Metabolic Adaptation to High-Altitude Hypoxia in Tibetan Migratory Locusts為題發表於《自然-通訊》（Nature Communications，DOI:10.1038/s41467-018-07529-8）。動物所博士生丁玎為第一作者，中科院院士康樂和副研究員陳兵為論文通訊作者。該研究得到國家自然科學基金委國際地區間合作項目（31661143048）和面上項目（31472048）的資助。