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脊椎动物中枢神经系统对低氧具有高度的敏感性,作为对低氧环境具有长期适应性的物种——牦牛(Bos grunniens),其中枢神经系统,特别是脑,也必然有其特殊的适应机制。脑红蛋白(Neuroglobin,Ngb)和缺氧诱导因子-1α(Hypoxia-inducible factor-1α,HIF-1α),是两种已被证实与机体高海拔缺氧适应相关的调节蛋白,主要在脊椎动物神经系统中高表达,并且,已有研究发现在缺血缺氧性脑损伤中,HIF-1α可促进Ngb生成。目前,对于高寒低氧环境下牦牛不同脑组织中Ngb和HIF-1α的表达与分布特征仍不清楚。因此,为深入探究牦牛不同脑组织在适应高寒低氧环境过程中Ngb和HIF-1α的表达及相互作用关系,本研究利用qRT-PCR、Western blot及免疫组织化学技术,对牦牛脑不同区域组织中Ngb和HIF-1α的表达与分布特征进行研究,同时与平原黄牛作比较。具体研究结果如下:1)在牦牛和黄牛端脑不同组织中,Ngb和HIF-1αmRNA和蛋白均有不同程度的阳性表达,且表达趋势基本一致,其中,顶叶皮质Ngb和HIF-1αmRNA和蛋白表达量最高(P<0.05)。相比较而言,牦牛端脑不同组织Ngb mRNA表达量均高于黄牛;HIF-1αmRNA的表达量除在顶叶皮质中牦牛表达量较黄牛高外,其余区域与黄牛基本一致。Ngb蛋白在牦牛端脑的表达量除梨状叶外其余区域均高于黄牛;HIF-1α蛋白在黄牛的表达量除扣带回外其余区域均高于牦牛。免疫组织化学结果显示,Ngb和HIF-1α在牦牛和黄牛端脑不同区域的分布特征相似,主要位于端脑大部分区域的神经元胞质或少部分神经胶质细胞中,阴性对照均无表达。2)在牦牛和黄牛间脑不同组织中,Ngb和HIF-1αmRNA与蛋白均有不同程度的阳性表达,且表达量趋势基本一致,其中,牦牛间脑Ngb和HIF-1αmRNA均在脑垂体和松果体中表达量最高(P<0.05);黄牛间脑Ngb和HIF-1αmRNA均在脑垂体中表达量最高(P<0.05)。相比较而言,Ngb与HIF-1αmRNA在牦牛脑垂体与松果体中的表达量较黄牛高,其余区域表达量基本一致。牦牛间脑Ngb蛋白在脑垂体和下丘脑表达量最高(P<0.05),HIF-1α蛋白仅在脑垂体表达量最高(P<0.05);黄牛脑垂体中Ngb和HIF-1α蛋白的表达量最高(P<0.05)。相比较而言,Ngb和HIF-1α蛋白在牦牛间脑各区域表达量均高于黄牛。免疫组织化学结果显示,Ngb和HIF-1α在牦牛和黄牛间脑不同区域的分布特征相似,主要位于间脑各区域的神经元胞质中,阴性对照均无表达。3)在牦牛和黄牛菱脑不同组织中,Ngb和HIF-1αmRNA和蛋白均有不同程度的阳性表达,且表达趋势基本一致,其中,牦牛菱脑Ngb和HIF-1αmRNA和蛋白均在蚓前叶表达量最高(P<0.05);黄牛菱脑Ngb mRNA和蛋白仅在蚓前叶表达量最高(P<0.05),而HIF-1αmRNA和蛋白在蚓前叶与小脑半球皮质表达量均为最高(P<0.05)。相比较而言,Ngb mRNA在牦牛小脑半球白质中的表达量较黄牛低,其余区域表达量基本一致;HIF-1αmRNA在牦牛小脑半球白质、蚓后叶和蚓小叶中的表达量较黄牛低,其余区域表达量基本一致。Ngb蛋白在牦牛小脑半球白质和蚓小叶中的表达量较黄牛低,其余区域表达量牦牛高于黄牛,HIF-1α蛋白在牦牛菱脑中的表达量均高于黄牛。免疫组织化学结果表明,Ngb和HIF-1α在牦牛和黄牛菱脑不同区域的分布特征相似,主要位于神经元胞质,阴性对照均无表达。4)牦牛端脑、间脑、菱脑大部分区域的Ngb和HIF-1α在基因及蛋白水平的表达趋势一致,呈正相关,但在个别区域,存在基因和蛋白表达不一致的现象;而黄牛端脑、间脑、菱脑各区域组织中Ngb和HIF-1α在基因和蛋白水平的表达趋势均一致。上述研究结果表明,牦牛和黄牛不同脑组织中,均有Ngb和HIF-1α基因与蛋白不同程度的阳性表达,说明了二者进化的保守性。其中,Ngb和HIF-1α基因和蛋白分别在牦牛与黄牛顶叶皮质、脑垂体、蚓前叶的表达量最高,说明三者对缺氧具有较高的敏感性和耐受性;牦牛与黄牛脑组织大部分区域中,Ngb和HIF-1α的表达与分布规律基本一致,提示HIF-1α可能对Ngb存在直接或间接的协同作用,以提高牦牛与黄牛脑对低氧环境的适应能力。相较于黄牛,牦牛脑组织某些特定区域存在Ngb和HIF-1α基因与蛋白水平表达差异的现象,分析其原因可能与牦牛脑组织相应区域Ngb和HIF-1α所执行功能的不同以及机体在长期适应高寒低氧环境过程中的优先选择性表达有关联,其具体机制尚有待进一步试验验证。