青藏高原平均海拔4500米,是世界上最高的高原,因其具有低氧、低压、强紫外、高寒的严峻环境,对生活在其中的生物的分布、遗传、分化、群体结构、生存状况和进化模式等产生了深远的影响。低氧是制约青藏高原动物生存的最重要因素。高原鼠兔作为高原特有的土著哺乳动物,已经表现出对高原缺氧环境极高的耐受度,被认为是高原低氧适应研究的良好动物模型。丙酮酸激酶基因（PKLR）编码肝脏型（PKL）和红细胞型（PKR）两种丙酮酸激酶（Pyruvate Kinase,PK）。在糖代谢过程中,丙酮酸激酶是糖酵解途径中3个关键酶之一,催化糖酵解的最后一个反应,即催化磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）和二磷酸腺苷（ADP）转变成丙酮酸并产生三磷酸腺苷（ATP）。前期研究发现包括高原鼠兔在内的许多高原哺乳动物的丙酮酸激酶基因PKLR第303个氨基酸位点上都发生了由组氨酸（H）到谷氨酰胺（Q）的趋同突变,而且PKLR在多个高原土著哺乳动物中受到了正选择作用,提示着PKLR基因可能对高原哺乳动物适应高原环境起到重要作用,但除生化功能外,PKLR在低氧适应中的生物学功能和生理生化表型还不清楚。本研究首次构建了PKLR编码区突变型PKLR-M1（303Q-谷氨酰胺）敲入小鼠模型,对PKLR-M1敲入小鼠的纯合型HO（Q/Q）以及野生型WT（-/-）小鼠进行10%和8%氧气条件下的低氧诱导实验,观察长期慢性低氧条件下,小鼠在右心室肥大程度、血氧饱和度、脾脏体积、红细胞表型、空腹血糖、血清中促红细胞生成素、甲状腺激素T4含量,肺部、脾脏HE染色切片等方面的生理表型以及肝脏丙酮酸激酶活性、肝脏糖代谢中厌氧糖酵解、有氧氧化和糖异生、糖原合成关键酶和底物含量方面的生化表型的变化,此外,为了揭示小鼠中观察到的生理生化变化的分子机制,对8%氧气条件下两种基因型小鼠的八种类型的组织（左心室和隔膜、右心室、肝、脾、肺、肾、脑、肾上腺）进行转录组分析。结果发现:（1）低氧下两种基因型小鼠出现同等程度的体重降低、右心室肥大和肺血管壁加厚现象。从常氧到低氧,HO小鼠有着高于WT的血红蛋白浓度（P=0.0135,P=0.0281,P＞0.05）和平均红细胞血红蛋白含量（P＜0.0001,P=0.0253,P=0.0001）,在8%低氧下HO小鼠有着高于WT的血氧饱和度（P＜0.0001）,其他氧气条件下虽然不显著,但也观察到两基因型小鼠间的相似差异,说明HO小鼠红细胞携氧能力增强,使得机体获得更多的氧。随氧气浓度降低,两种基因型小鼠的脾脏逐渐增大并伴随着脾脏中的B淋巴细胞大量增生,小鼠脾脏低氧下增大可能是促红细胞生成素、红细胞数量增多后,脾脏的非特异性免疫应答增多,B淋巴细胞增生导致的,脾脏体积增大不是甲状腺激素T4升高造成的。（2）在常氧和8%低氧条件下HO小鼠的PK活性显著低于WT（P=0.0007,P=0.0033）;低氧下HO和WT小鼠的PK活性显著高于常氧（P=0.0166,P=0.0052）。低氧条件下,HO小鼠肝脏的无氧糖酵解和有氧氧化水平低于WT小鼠;低氧下两种基因型小鼠的无氧糖酵解和有氧氧化通路均增强。我们推测HO小鼠很可能通过较低的丙酮酸激酶活性,使其糖酵解作用受到一定抑制,但在高浓度糖异生基质存在时,与WT相比,HO小鼠能快速提高肝脏糖异生水平将乳酸,丙酮酸等非糖物质转化为葡萄糖和糖原并调节血糖平衡。（3）转录组分析中,差异表达分析显示HO小鼠和WT小鼠脾脏和肝脏的差异表达基因数明显高于其他组织,HO小鼠肝中差异高表达基因主要富集在葡萄糖代谢和脂类代谢相关通路上,显示了敲入基因PKLR-M1对肝脏代谢起发挥了重要作用。另外,HO肝中差异高表达基因还富集到与胰岛素相关的通路上,提示我们脂代谢和胰岛素信号通路与HO小鼠的糖代谢密切相关。脾中差异高表达基因主要富集在与细胞分裂和DNA修复有关的通路,这与低氧下脾脏的非特异性免疫应答增多,B淋巴细胞增生有关。本研究揭示了PKLR在高原哺乳动物适应性进化中可能具有的生物学功能和发挥的作用,我们发现低氧下HO小鼠与WT在红细胞表型上有较大差异,这些差异引起红细胞携氧能力及脾脏增大程度的差异。HO小鼠肝脏丙酮酸激酶活性较低也可能是对低氧环境的一种适应,HO小鼠可能通过较低的丙酮酸激酶活性,使糖酵解受到一定抑制,但在高浓度糖异生基质存在时,与WT相比,HO小鼠能快速提高肝脏糖异生水平。转录组分析发现敲入基因PKLR-M1对肝脏代谢的调控发挥了重要作用,同时提示我们脂代谢和胰岛素信号通路与HO小鼠的糖代谢密切相关,为有助于我们更全面的理解生物体糖代谢调节的复杂机制。