Nature子刊:糖的有效利用对克服低氧应激有重要的作用

【字体: 时间:2018年12月14日 来源:生物通

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  生物和人类都可能面对低氧的胁迫。在高原或特殊环境生活的生物和人类都发展出一系列适应低氧环境的对策,比如提高氧气的运输效率或增强氧气的利用效率。肿瘤细胞也会造成局部缺氧状态。大量的研究证明低氧诱导因子(HIF)和压力响应因子(NF-kB)均参与了生物低氧应激和适应过程。

  

生物和人类都可能面对低氧的胁迫。在高原或特殊环境生活的生物和人类都发展出一系列适应低氧环境的对策,比如提高氧气的运输效率或增强氧气的利用效率。肿瘤细胞也会造成局部缺氧状态。大量的研究证明低氧诱导因子(HIF)和压力响应因子(NF-kB)均参与了生物低氧应激和适应过程。

昆虫的氧气输送不依靠血液,而是通过发达的气管系统直接将氧气输送到各组织和器官。它们除了使用与其他生物类似的机制适应低氧环境外,是否还存在独特的适应机制呢?中国科学院动物研究所康乐研究组的研究发现,胰岛素信号通路调节了飞蝗对低氧的适应过程。

飞蝗是世界上分布最广的昆虫,在青藏高原形成了一个特定的种群,在大约九万年前与平原种群产生了分化。西藏飞蝗的体型明显变小,在雅鲁藏布江河谷形成稳定种群。


作为胰岛素受体的去磷酸化抑制剂,PTP1B突变后维持西藏飞蝗低氧下的糖代谢稳态

 

全基因组重测序结果发现,一个抑制胰岛素受体活性的磷酸酶(PTP1B)编码基因PTPN1在高原种群中发生突变并显示正向选择效应。该酶通过对胰岛素受体去磷酸化来抑制胰岛素通路的生化过程。平原飞蝗低氧处理后该酶的活性增强,从而加强了对胰岛素通路的抑制进而产生低氧应激反应。

相反,西藏飞蝗体内该酶蛋白突变导致个体能保持相对稳定的胰岛素通路活性,使糖代谢保持在正常水平,从而适应高原缺氧状态。这启发我们应对低氧应激反应也可通过调整血糖的利用和代谢来克服高原反应。这项研究也对低氧相关的疾病,如肥胖导致的胰岛素抵抗、Ⅱ型糖尿病的治疗、肿瘤化疗处理等提供了借鉴和参考。

这一研究成果 以题为“Genetic Variation in PTPN1 Contributes to Metabolic Adaptation to High-Altitude Hypoxia in Tibetan Migratory Locusts”研究性论文形式发表于Nature Communications 。动物研究所博士生丁玎为第一作者,康乐院士和陈兵副研究员为论文通讯作者。

原文标题:

Genetic Variation in PTPN1 Contributes to Metabolic Adaptation to High-Altitude Hypoxia in Tibetan Migratory Locusts

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