藏鸡高原低氧环境适应机制的研究进展

(青海大学生态环境工程学院，青海 西宁 810016)

0 引言

藏鸡(又名藏原鸡)是青藏高原地区特有的原始小型地方品种，该鸡体型偏小，性情活泼好斗，胸肌和羽翼发达，善于登高飞翔，常处于半野生状态，具有良好适应高原地带生长、繁殖的能力[1]。藏鸡多分布在青藏地区海拔2 200～4 100 m的半农半牧区，其分布区域主要有西藏的拉萨市、山南、昌都地区东南部，那曲地区东部、日喀则地区中东部和阿里地区西南部，以雅鲁藏布江中游流域的河谷区和西藏东三江中游流域的高山深谷区分布最多，另外，青海省玉树藏族自治洲东部和云南省西部迪庆藏族自治洲也有少量分布[2]。

藏鸡因长期面对低氧环境下氧分压降低的问题，其机体生理表型方面已获得较强的适应能力，在低氧环境下围绕缺氧建立起一系列复杂的代偿机制，且具备了稳定的遗传学基础[3-5]。目前，在高原地区引进优良低海拔鸡种后，很难适应缺氧环境。因此，对藏鸡低氧适应机制的研究迫在眉睫。文章综述了藏鸡适应高原低氧环境的部分生理机制，以期为未来的高原引种、杂交选育等提供参考。

1 藏鸡生理表型对低氧环境的适应

1.1 藏鸡供氧途径对低氧环境的适应

在高原低氧环境下，藏鸡供氧途径具备了良好的对于低氧环境的适应能力[6]。

1.1.1 藏鸡内脏器官系数

藏鸡胸腔较之低地鸡发达，腹腔较小，使得藏鸡呼吸次数增多且肺含量相对较大。且藏鸡肺部肺泡多、体积小，肺泡面积大，单位面积毛细血管多，肺泡间隔中弹性纤维含量较多。有利于肺动脉血液对肺地灌注，减缓肺动脉压力的增加，还增强肺吸气后肺部的弹性回缩，促进肺气体地排出[7]。同时发现藏鸡心脏占体重的百分比较之低地鸡种稍高，但不明显[8-9]，异于其他已具有稳定低氧适应遗传的动物(如小鼠)。这说明藏鸡的低氧环境适应性并没有通过增加心肺的相对重量来实现，可能主要通过提高无氧呼吸比率和提高心肌SDH活性来提高有氧呼吸代谢能力[10]。同时藏鸡的脾脏比率显著大于低地鸡种，可能因为脾脏具有造血功能，藏鸡则通过加强脾脏功能体现对低氧环境的适应性[11]。

1.1.2 藏鸡血液生理指标

红细胞是脊椎动物体内运送氧气最主要的媒介，在低氧环境中，藏鸡红细胞数目增加，体积减小，红细胞总表面积增加，利于增加氧气结合效率；同时，血浆粘滞度降低，加速血液流动[12]。随着海拔上升，藏鸡血液血红蛋白浓度(HGB)有所增加，机体最大摄氧量增强[13]，但增加程度较之其他低地鸡种小，但藏鸡较小的红细胞体积，导致红细胞平均血红蛋白浓度(MCHC)显著高于其他鸡种，从而提高了氧的运送效率,达到对低氧环境的适应[14]。

苟文钰等[15]，筛选同在高原低氧环境的藏鸡和寿光鸡胚胎血浆差异蛋白时，发现四种因低氧环境产生差异的蛋白，血浆转铁蛋白A链、载脂蛋白A-I、视黄醇类结合蛋白4、免疫球蛋白，可能与低氧适应有关。

在低氧环境下，藏鸡有在呼吸过程中防止过量散失二氧化碳的机制，较之同样在高原地区的低地鸡种pH最低，二氧化碳分压最高，抗低碳酸血症能力强[16]。藏鸡的血红蛋白分子的部分特性同样与低氧适应有关，藏鸡较同在低氧环境的其他鸡种静脉血氧分压更低，体现血液的氧亲和能力和在组织卸载氧的能力强。Xiao Guo等[17]发现藏鸡血红蛋白αD链突变，增加了其对氧的亲和力，同时藏鸡红细胞碳酸酐酶Ⅱ在低氧环境中的高表达[18]，使得血红蛋白在组织部位与氧的解离效率更加高效，确保氧气高效地卸载到更深的组织，保证藏鸡在低氧环境下的供氧。

1.2 藏鸡种蛋孵化对低氧环境的适应

种蛋的孵化率反映了该鸡种对其生存环境的适应能力强弱[19]，藏鸡由于长时间生存在高原环境中，所以藏鸡种蛋的特性一定程度体现了藏鸡的低氧适应性。藏鸡种蛋的蛋壳通透性、微量元素构成和卵黄量与低地鸡蛋有较大差别。

1.2.1 蛋壳通透性

蛋壳的通透性直接关系种蛋孵化过程中一些物质散失率的大小。魏泽辉等[20-21]分别在北京和林芝测定农大小型鸡和藏鸡种蛋的蛋壳特性，结果表明藏鸡种蛋蛋壳的有效气孔面积(有效气孔面积受蛋壳表面积、单位面积的蛋壳气孔密度、气孔大小与形状影响)较小，导致蛋壳传导力和通透性较之小型鸡小，使得水和二氧化碳的通透性也显著小于小型鸡。藏鸡蛋壳更小的通透性，意味着成雏时水和二氧化碳散失率的下降，减小雏鸡因为脱水和低碳酸血症死亡的几率，从而有效辅助提高藏鸡在高原环境下的孵化率。

1.2.2 种蛋营养物质构成

藏鸡种蛋中的微量元素构成也表现出了对低氧环境一定的适应性。巴桑等[22]分析测定藏鸡蛋与普通鸡蛋营养成分差别发现，藏鸡蛋虽相对普通鸡蛋钾、钠和含水量较低，而其中铜、铁、锌、磷含量均显著高于普通鸡蛋。微量元素可影响机体内的物质与能量代谢，铜元素能加强孵化过程中血液循环系统的发育，铁元素则可以提高机体血红蛋白和肌红蛋白的含量，提高循环系统的携氧能力。锌、磷含量的增加使得酶的活性得以加强，保证了孵化过程中正常的新陈代谢[23]。藏鸡蛋中这种营养构成，有利于雏鸡孵化过程中大大增强了其对低氧环境的耐受性。

卵黄作为能源来源，高含量使胚胎能够在缺氧环境中更好地生存。在种蛋对比中，藏鸡蛋体积小，蛋重较轻，但卵黄量干重比低地鸡种明显要重[24]。除此之外，藏鸡种蛋孵化过程中-无氧呼吸比重较之低地鸡种较强[24]。由此可见，藏鸡之所以能在高原低氧环境保持较高的孵化率，与之鸡蛋各种结构特点和物质组成密切相关。

2 藏鸡高原低氧适应的分子机制

在分子水平上，藏鸡的低氧适应能力得到了更为深入清楚的解释，下面从一氧化氮合酶、低氧诱导因子和基因适应性突变三个方面来探讨藏鸡的低氧适应能力。

2.1 一氧化氮合酶NOS活性

NO作为一种血管舒张因子，可扩张血管、调节血压、控制血管平滑肌的增殖。NO含量的增加，将引起机体呼吸量和血液氧含量的增加，防止因组织缺氧引起的肺动脉高压[25]。一氧化氮合酶(NOS)(催化L-精氨酸转化为NO的一种特殊酶类)共发现有三种亚型:神经元型NOS(nNOS)、内皮型NOS(eNOS)、诱导型NOS(iNOS)[26-27]。在低氧环境下，机体诱导NOS基因表达量与活性增加，NOS催化使NO含量增加，NO调节机体动脉摄氧能力增强，从而调控机体的低氧适应反应。

张浩等[28]运用测序和PCR-RFLP技术比对藏鸡与低海拔鸡种iNOS编码区基因，发现藏鸡群体在iNOS基因编码片段5′侧翼区一SNP位点(-870C→T)突变等位基因T频率较之低地鸡种有显著差异，藏鸡群体均在51.7%～70.0%，而低地鸡种均较低，频率在0～11.2%，预测其可能与藏鸡优良的低氧适应能力有关。藏鸡在低氧刺激下，iNOS基因表达量和iNOS酶活性与低地鸡种相比，优势较之常氧状态更加显著；同时另一种亚型eNOS也有同样表现[29-30]，可见藏鸡NOS调节通路的特异与藏鸡更强的低氧适应能力有关。

2.2 低氧诱导因子HIF

低氧诱导因子HIF，是在低氧环境刺激下诱导机体开启低氧调控通路的一种核蛋白，最早由L, Semenza G发现[31]。HIF是由α亚基和β亚基结合成的异二聚体，在常氧环境下，α亚基不断重复合成和降解过程，反之,低氧刺激时，α亚基蛋白降解受阻并与β亚基转录因子二聚化形成HLF作用于靶基因发挥调节作用。

HIF家族有多种亚型，现已证明HIF-1是调节机体低氧适应的核心因子。HIF-1在低氧环境下可以调节机体糖代谢有关蛋白酶基因表达，使得糖酵解途径中乳酸产量增加，使得通过无氧呼吸途径的葡萄糖量增加，降低藏鸡对氧的消耗[32]。同时有证据表明，HIF-1可能是NOS的诱导因子，可诱导NOS表达量和酶活增加，进而舒张血管，增强藏鸡的低氧适应能力。同时有胡巧和董传豪等研究发现[33-34]，在低氧环境下，HIF-2α与VEGF(血管内皮生长因子，能促进血管内皮细胞分裂增殖，其基因是HIF重要的靶基因[35])在鸡胚尿囊膜组织(CAM)中均出现高表达现象，且较之低地鸡优势明显，可以证明藏鸡通过高表达的HIF调控低氧适应相关基因表达达到低氧适应的目的。

2.3 基因适应性突变

作为藏鸡真正适应高原低氧环境的根本变化，藏鸡的基因也产生了相应的适应性突变。

神经珠蛋白有着和血红蛋白类似的极高的氧亲和力，可以推测其可能有储存、运输氧或作为氧感受器的功能。张立凡等[36]研究发现，在编码神经珠蛋白的基因中，检测到藏鸡种群特有的Lys-2224(E4)-Asn突变，且突变频率与海拔高度呈正相关，推测此突变可能是藏鸡的一个低氧功能突变。

机体受低氧刺激时，HIF会调控提高无氧呼吸比率，来满足机体能量需要，磷酸甘油酸激酶(PCK)作为糖酵解途径中的重要酶类，与低氧适应机制密切相关。通过测序对比藏鸡、白莱航鸡和寿光鸡PCK编码基因，发现藏鸡基因外显子10上第59位发生碱基A→G点突变，此突变使其具有了HIF-1结合位点(HRE)，从而可以接受HIF-1调控其转录活性，以达到适应低氧环境的目的[37]。

细胞色素氧化酶是机体能量代谢中的重要酶类，通过测定藏鸡和低地鸡种的线粒体细胞色素氧化酶Ⅲ基因(MT-CO3)序列，发现有四个低氧适应有利突变：m.10373G>A、m.10339A>G、m.10118G>A、m.10058C>T。该几种突变所造成的氨基酸变化已知对其蛋白质疏水性造成了影响,从而可能达到适应高原低氧环境的目的[38]。

在藏鸡线粒体ND5基因中发现一特殊基因突变：C1627A突变，已发现该突变与藏鸡胚胎脑细胞线粒体NADH脱氢酶、琥珀酸-CoQ还原酶和细胞色素C氧化酶活性有关，通过影响酶活性，提高线粒体呼吸控制率，减弱低氧对机体的伤害[39]。

GEM基因编码一种小分子量的Ras相关GTP结合蛋白,可能参与脂类代谢的信号转导过程。与原鸡相比，藏鸡GEM核苷酸序列具有5个错义碱基突变，可能会使藏鸡的GEM蛋白功能发生变化；同时GEM基因在藏鸡肺组织中表达量最大，则推测GEM基因可能增强了藏鸡适应高原的能力[40]。

3 展望

青藏高原地区虽然资源丰富，但因为其特殊的气候环境，使得一些产业的推行遭到重重困难。藏鸡，作为青藏地区的地方品种，胸腿肌肉发达，高蛋白低脂肪，肉质好，味道香，同时藏鸡蛋也有营养丰富、富含微量元素等特点[42]，在我国家禽品种中有着不可替代的优势。但藏鸡也有生长速度缓慢、集群式饲养困难、鸡蛋质量小、产蛋率低等缺点。面对此问题，引进优势低地鸡种成为解决的主要手段，但低氧环境却成为制约引进的主要阻力，因此，研究利用藏鸡的低氧适应能力尤为重要。

现今，利用藏鸡和其他优势鸡种进行杂交以期培育出既具有较强的高原适应能力和优秀经济价值的优良鸡种已略有成效[43-44]。本文针对现今对藏鸡高原低氧适应的生理表型、分子水平机制方面进行综述，以期为以后的适应机制研究和引种杂交选育提供借鉴与参考。