北京基因組所(國家生物信息中心)合作研究揭示高原人群克服低氧環境成功生育的胎盤轉錄組特征
青藏高原作為世界高原之最,低氧是人類居住的主要壓力。世居于世界屋脊之上的高原藏族,成為所有高原人群中低氧適應能力最強的一個民族。藏族不僅在血氧運輸中表現出較大的優勢,在嬰兒出生體重和成活率上也優于同海拔其他人群。前期基因組研究發現EPAS1、EGLN1及PPARA為代表的低氧通路相關基因在藏族人群中受到強烈選擇,然而這些相關選擇位點目前尚難以直接解釋藏族人群包括生育能力在內的諸多低氧適應性表型。
為探索藏族人群在生殖發育方面的適應機制,北京基因組所(國家生物信息中心)曾長青研究組比較分析了藏族、平原漢族和高原移民漢族的胎盤轉錄組特征,研究成果于6月1日以“How Placenta Promotes the Successful Reproduction in High-Altitude Populations: A Transcriptome Comparison between Adaptation and Acclimatization”為題在Molecular Biology and Evolution 期刊在線發表。
研究發現,盡管藏族和高原移民漢族都有應對高原低氧的血管生成活性和抗自由基的顯著增加,但兩個高原人群所涉及的分子通路與調控機制卻有很大不同。高原移民的胎盤顯示出高度活躍(hyperactive)的基因表達模式,其激活增強主要顯示為低氧應激反應,類似于低海拔個體的臍帶血細胞經歷低氧條件處理后顯示的轉錄組狀態,包括炎癥反應和糖酵解通路等的增強。這種以應激反應為主的表達模式與在高原居住的世代時間相關,在近代高原移居人群中表現更為明顯。而藏族胎盤的特點是胎盤特異性基因顯著激活,從而引起一系列例如血管生成、血糖含量升高等有利于胎兒生長的功能提升。此外,藏族胎盤還具有兩個重要特征,其一是增加三羧酸循環活性來實現低氧環境下能量的穩定供給;其二是增強自噬活性和合成反應活性以實現在低氧環境下的能量節約與物質充分再利用。
研究還發現,藏族胎盤特異表達基因的上調以及功能的激活在一定程度上受到藏族人群特殊遺傳背景的調控。此外,針對著名的體現藏族高原適應的EPAS1基因,研究還發現了一種新的藏族特異性EPAS1亞型,外顯子6部分缺失,產生縮短型基因產物,并可能通過胎盤中以EPAS1為中心的基因調控網絡參與低氧適應。
該研究由中科院北京基因組所、北京大學第三附屬醫院、西藏第二人民醫院、青海紅十字醫院、中科院動物所等機構合作完成。北京基因組所曾長青研究員和課題組成員現北京航空航天大學陳偉副研究員為共同通訊作者。曾長青課題組吳鄧、劉蘊奡為并列第一作者。研究得到北京大學第三附屬醫院喬杰教授、西藏疾控中心平措扎西教授、青海紅十字醫院張建青教授、中科院動物所王紅梅研究員的合作及支持。該研究得到中國科學院和國家自然科學基金委等項目資助。
研究揭示的兩組高原人群胎盤的信號通路模式,顯示藏族和移居漢族共同和各自特異的調控途徑