牦牛肺组织细胞黏附分子表达特征及其对高原环境适应机制的探秘

《Scientific Reports》：Characteristics of cell adhesion molecules expression and environmental adaptation in yak lung tissue

为探究牦牛肺组织中细胞黏附分子（CAMs）表达特征与高原环境适应的关系，研究人员对比了同海拔牦牛和牛的肺组织。结果发现牦牛肺组织细胞黏附能力更强，相关基因和蛋白表达更高。该研究为揭示牦牛适应高原机制提供理论依据。

　　

青藏高原，这片神秘而广袤的高原，以其低氧分压、低温和强烈的紫外线辐射，成为了生命的独特舞台。在这里，生活着许多适应了极端环境的生物，牦牛便是其中的典型代表。牦牛作为青藏高原特有的牛种，长期在这样的环境中生存繁衍，其身体必然有着独特的适应机制。而肺作为哺乳动物与外界环境进行气体交换的关键器官，在高原低氧环境下，其组织的变化对动物的生存至关重要。

目前，虽然已知细胞黏附分子（CAMs）在调节免疫反应和修复缺氧损伤中发挥着关键作用，但牦牛肺组织中 CAMs 的表达特征及其与高原环境适应的关系仍不明确。为了深入探究这一问题，青海大学的研究人员开展了相关研究。他们的研究成果发表在《Scientific Reports》上，为我们理解牦牛适应高原环境的机制提供了重要线索。

研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。首先，选取了来自青海循化县海拔 2600 米处的 3 头健康成年雄性高原型牦牛和 3 头健康成年雄性牛作为实验对象，采集其左肺膈叶组织样本。然后，通过细胞消化实验，利用胰蛋白酶或 I 型胶原酶对肺组织进行消化，观察细胞分离情况。同时，采用 RNA 测序（RNA-seq）技术对样本进行分析，筛选出差异表达基因（DEGs），并进行功能注释和富集分析。此外，运用定量实时荧光定量 PCR（qRT-PCR）技术对细胞黏附相关基因的表达水平进行定量检测，通过免疫组织化学染色观察相关蛋白的表达情况，还利用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测定了与细胞黏附相关的钙（Ca²⁺）、镁（Mg²⁺）离子浓度。

研究结果如下：

• 细胞消化实验结果：无论使用胰蛋白酶还是 I 型胶原酶消化肺组织，在 1 小时、2 小时和 3 小时时，从牦牛肺组织中分离出的细胞数量均显著低于牛肺组织。这表明牦牛肺组织细胞间的连接更为紧密，细胞黏附能力更强。
• DEGs 的 GO 和 KEGG 富集分析：通过 RNA-seq 数据分析，共鉴定出 2296 个差异表达基因，其中 1460 个上调，836 个下调。这些基因显著富集在生物黏附、细胞黏附、细胞外周等 GO 术语，以及补体和凝血级联、金黄色葡萄球菌感染、造血细胞谱系、细胞外基质 - 受体相互作用、细胞因子 - 细胞因子受体相互作用等 KEGG 通路中，尤其是与细胞黏附过程相关的钙信号通路。这说明牦牛肺组织在细胞黏附相关的生物过程和信号通路方面存在显著变化。
• 细胞黏附相关离子浓度测定：测定结果显示，牦牛肺组织中 Ca²⁺浓度为 48.0343μg，显著高于牛肺组织的 44.9467μg，而 Mg²⁺浓度无显著变化。Ca²⁺能够增强细胞间和细胞与细胞外基质（ECM）的相互作用，进而促进细胞黏附，这有助于牦牛在低氧条件下减少组织损伤和促进组织修复。
• 细胞黏附相关基因定量分析：qRT-PCR 分析表明，在牦牛肺组织中，钙粘蛋白家族（CDH1、CDH2、CDH11、PCDH12、CD34）、整合素家族（ITGA3、ITGA5、ITGAV）、免疫球蛋白超家族（VCAM1、SIGLEC1、CEACAM1）以及其他细胞黏附相关基因（CD44、ESAM、JAM3）的相对表达水平显著高于牛肺组织；而选择素家族相关基因（SELL、SELPLG）的表达水平则显著低于牛肺组织。这表明牦牛肺组织中多种细胞黏附相关基因的表达发生了显著变化，这些变化可能与牦牛对高原环境的适应有关。
• CAMs 蛋白表达分析：免疫组织化学染色结果显示，牦牛肺组织中 CAM 相关蛋白 CDH1、CDH11、ITGB6、SELP 和 CD44 的平均光密度值显著高于牛肺组织。这一结果与 qRT-PCR 结果基本一致，进一步证明了牦牛肺组织中细胞黏附相关蛋白的表达增加，增强了细胞黏附能力。

研究结论和讨论部分指出，该研究表明牦牛肺组织的细胞黏附能力、细胞黏附相关基因和蛋白的表达均显著高于牛肺组织。这种增强的细胞黏附能力可能通过强化免疫反应、提高肺组织修复能力、维持气血交换屏障的结构完整性以及促进肺内血管生成等方式，帮助牦牛更好地适应高原缺氧环境。然而，该研究也存在一定的局限性，样本量较小限制了研究结果的普遍性和统计学意义，且缺乏进一步的功能实验验证。未来的研究可以增加样本量，全面分析不同条件下肺组织中 CAMs 表达的差异，并通过功能实验进一步阐明 CAMs 与高原环境适应之间的关系。

总的来说，这项研究揭示了牦牛肺组织中细胞黏附分子的表达特征及其对高原环境的适应机制，为深入了解高原动物的适应性进化提供了重要依据，也为保护其他高原动物以及开发治疗高原相关疾病的药物提供了潜在的靶点和思路 。