缺氧作为生命的一种基本病理生理过程,不同程度地存在于多种疾病中,如短暂性脑缺血、冠心病与心绞痛等心脑血管疾病,哮喘、肺气肿和慢性肺阻塞等肺疾患,癫痫、帕金森病和Alzheimer病等神经退行性疾患或精神障碍、癌症等,在航天航空、高原或深海作业等过程中也都伴有不同程度的缺氧发作和相应的组织细胞损伤,严重时可导致器官损伤或功能障碍。缺氧预适应则是不同种类需氧生物的一种生物进化上的内源性细胞保护机制,动物或细胞经过非致死量缺氧后,可对随后出现的严重缺氧产生耐受,从而减轻对动物或细胞的损伤,即产生缺氧预适应的保护作用。其机制可能与内源性保护机制的激活、抗缺氧活性物质的产生等因素有关。本研究在以前研究的基础上采用基于LC-MS的代谢组学技术和基因芯片技术研究小鼠缺氧预适应,筛选生物标志物、对标志物进行结构鉴定和表征、分析标志物的生物学意义。同时研究缺氧预适应引起的基因表达变化、分析差异基因的相关功能和信号传导途径,进一步揭示缺氧预适应的保护机制。　　 一、用基于LC-MS的代谢组学技术研究缺氧预适应小鼠的生物标志物　　 研究对象为缺氧预适应小鼠的脑和心脏组织,分别研究了脑组织和心脏组织的缺氧生物标志物。将对照组和缺氧6次组的实验原始数据进行预处理之后,用SIMCA-P软件进行PLS-DA分析,先后从脑组织水提取和80%甲醇提取的样品中分别获得46个和33个生物标志物,从心脏组织水提取和80%甲醇提取的样品中分别获得37个和41个生物标志物。　　 通过精确分子量、色谱保留时间和质谱裂解图谱鉴定生物标志物的结构,最终通过标准品确认,从脑组织中共鉴定了7种生物标志物,分别是肌酸、脯氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺和亚精胺。从心脏组织中共鉴定了6种生物标志物的结构,分别是甲硫氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺和尿嘧啶。　　 本研究分别测定了对照组、缺氧3次组和缺氧6次组中,已确定化学结构的生物标志物在组织中的含量变化。并且通过查阅数据库及相关文献对结构确定的生物标志物在缺氧预适应过程中的生物学意义进行了讨论。　　 二、用基因芯片技术研究缺氧预适应小鼠的差异基因　　 研究对象为对照组和缺氧6次组小鼠的脑组织,用Affymetrix基因芯片技术检测基因表达量,用适合小样本数据的经随机方差模型修正后的t-test工具(TwoClassDif)进行差异基因筛选,以p<0.05同时FDR<0.05为标准筛选得到差异基因。　　 对差异基因的显著性功能及参与的显著性信号通路进行了分析。基于GeneOntology数据库对两组之间的差异基因进行基因功能注释,得到基因参与的所有功能,而后利用Fisher精确检验和多重比较检验,筛选出差异基因所体现的显著性功能。同样,基于KEGG和Biocarta数据库对目标基因参与的信号通路进行显著性分析,得到显著性的信号通路。之后构建了显著性差异基因功能性网络结构和显著性信号通路间的相互作用网络。在KEGG-Pathway数据库的范围内筛选某个蛋白的上游或下游蛋白,建立基因间相互关系网,此外,本研究还建立了缺氧实验组和对照组的基因共表达网络,筛选出了对两组样本差异起关键调控作用的基因。　　 三、用实时荧光定量PCR验证基因芯片结果　　 基因芯片结果的可靠性,用实时荧光定量PCR(realtime RT-PCR)对候选基因进行差异表达分析。选择对样本差异起关键调控作用并且差异倍数在两倍以上的基因Cacna2dl、Grin2a、Npylr、Mef2c、Epha4、Rxfl)1、Chrm3、Pdela、Atp2b4、Glral、Idil、Fgfl、Grin2b和Cda进行RT-PCR验证。结果显示基因Cacna2dl、Grin2a、Npylr、Mef2c、Epha4、Rxfpl、Chrm3、Pdela、Atp2b4和Grin2b在缺氧6次组中表达水平降低,基因Glral、Idil、Fgfl和Cda在缺氧6次组中表达水平升高。和基因芯片的结果比较,所有被测基因的表达水平变化趋势均一致。　　 从总体上讲,本研究从基因和代谢组两个不同层面研究了缺氧预适应过程中的关键调节物,初步揭示了HPC的可能保护机制。本研究为寻找抗缺氧关键物质和预防缺氧损伤提供了理论依据,结果对于临床上缺氧相关疾病的干预保护措施的制定和寻找药物作用新靶点有着重要的指导意义。