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甘肃鼢鼠隶属于啮齿目,鼹形鼠科,鼢鼠亚科,鼢鼠属,是一种典型的地下鼠,终生营地下洞穴生活,所生存环境为典型的低氧、高二氧化碳,为适应地下低氧环境,在进化过程中产生了一系列适应机制,是研究低氧适应的理想模式动物。低氧下,机体面临的挑战之一就是能量供应,甘肃鼢鼠在低氧洞道中不断地进行挖掘和寻觅食物等高耗能活动。因此,低氧下能量供应尤为重要。目前,对甘肃鼢鼠低氧适应的生理生化方面机制进行了研究,但对甘肃鼢鼠低氧下能量代谢机制的研究却很少。果糖作为一种单糖,在许多食物中存在,果糖驱动的糖酵解代谢途径不需要经过葡萄糖糖酵解中磷酸果糖激酶催化糖分解的主要限速步骤,因此,进入糖酵解的速度比葡萄糖快,可为机体快速高效供能。但长期摄入高浓度果糖易引发癌症、新陈代谢综合征和心脏衰竭等疾病。近期研究发现,地下鼠裸鼢鼠可以在几乎无氧的条件下以果糖为能源物质,在许多器官如心脏、脑和肝脏中出现了与果糖驱动的糖酵解相关基因的高表达。甘肃鼢鼠和裸鼢鼠同属地下鼠,在正常生活的低氧条件下,果糖驱动的糖酵解为机体提供能量的状态如何?果糖含量增多是否会引起机体出现由果糖代谢导致的代谢综合征?因而,对甘肃鼢鼠适应低氧的果糖驱动的糖酵解特征及其分子机制进行研究很有必要。本研究基于21%、10.5%和6.5%氧浓度条件下甘肃鼢鼠心、肝和脑的转录组数据,对不同氧浓度下,血清、心、肝和脑中果糖含量进行测定,利用实时定量技术对甘肃鼢鼠心、肝和脑中果糖驱动糖酵解途径中相关基因葡萄糖转运蛋白(GLUT5)、己酮糖激酶(KHK)和醛缩酶(ALDOC)mRNA的表达进行研究,选取果糖驱动糖酵解途径较为明显的肝脏组织,利用Western blot技术对果糖驱动糖酵解途径中相关蛋白表达进行研究,从基因和蛋白水平研究低氧下甘肃鼢鼠果糖驱动的糖酵解。最后,利用PCR技术,通过扩增得到果糖驱动糖酵解途径中相关基因GLUT5、KHK和ALDOC的CDS区序列,主要结果与结论如下:1.甘肃鼢鼠血清中,果糖含量在21%氧浓度下显著性高于SD大鼠,10.5%氧浓度下与SD大鼠无显著性差异,6.5%氧浓度下极显著高于SD大鼠。甘肃鼢鼠6.5%氧浓度下的果糖含量与21%和10.5%氧浓度下相比,存在显著性差异,有显著性上升,21%和10.5%氧浓度之间无显著性差异,说明6.5%氧浓度的急性氧环境下,甘肃鼢鼠利用果糖的能力增强。SD大鼠6.5%氧浓度下果糖含量与21%和10.5%氧浓度之间没有显著性差异,并出现下降趋势,说明在6.5%氧浓度的急性氧环境下,SD大鼠利用果糖的能力减弱。2.甘肃鼢鼠心脏组织中,果糖驱动的糖酵解途径中相关基因GLUT5、KHK和ALDOC mRNA表达随氧浓度的降低呈上升趋势,说明对果糖的转运能力和糖酵解能力增强,但果糖含量在21%、10.5%和6.5%氧浓度下无显著性差异,维持在一个稳定的水平,在10.5%和6.5%氧浓度下显著低于SD大鼠,在21%氧浓度下与SD大鼠无显著性差异。6.5%和10.5%氧浓度下SD大鼠心脏中果糖含量比21%氧浓度下显著升高,但果糖驱动的糖酵解途径中的相关基因GLUT5、KHK和ALDOC mRNA的表达并未出现一致性变化,GLUT5在10.5%氧浓度下显著高于21%和6.5%,21%和6.5%氧浓度之间无显著性差异。KHK在三个浓度之间均无显著性差异。10.5%和6.5%氧浓度下ALDOC的表达比21%氧浓度下显著升高。总体而言在10.5%氧浓度下的表达较高,说明SD大鼠心脏在慢性低氧环境中利用果糖的能力较强。3.甘肃鼢鼠肝脏组织中,果糖含量随氧浓度的降低呈上升趋势,且10.5%和6.5%氧浓度与21%相比存在显著性差异,果糖驱动的糖酵解途径中的相关基因GLUT5、KHK和ALDOC mRNA及蛋白的表达随氧浓度的降低呈上升趋势,尤其10.5%和6.5%氧浓度与21%氧浓度相比均存在显著性差异。说明甘肃鼢鼠肝脏组织在低氧条件下,可以利用果糖为底物,进行高效的果糖驱动的糖酵解过程,为组织提供能量。SD大鼠果糖含量随氧浓度降低呈下降趋势,果糖含量在6.5%氧浓度下显著性低于21%氧浓度。10.5%氧浓度下,与21%和6.5%氧浓度之间无显著性差异。随氧浓度降低,果糖驱动的糖酵解途径中相关基因的表达变化不一致,GLUT5在10.5%氧浓度下显著高于21%和6.5%氧浓度,21%和6.5%氧浓度之间无显著性差异。KHK和ALDOC在三个浓度之间无显著性差异。但果糖驱动的糖酵解途径中相关蛋白的表达随氧浓度的降低而增加,说明在低氧下SD大鼠肝脏组织也可能利用果糖,但是能力较弱。甘肃鼢鼠果糖含量在10.5%和6.5%氧浓度下极显著高于SD大鼠,21%氧浓度下与SD大鼠无显著性差异。甘肃鼢鼠果糖驱动的糖酵解途径中的相关基因GLUT5、KHK mRNA的表达在6.5%氧浓度下极显著高于SD大鼠,21%和10.5%氧浓度下无显著性差异。ALDOC的表达在21%和10.5%氧浓度下显著高于SD大鼠,6.5%氧浓度下极显著高于SD的大鼠。甘肃鼢鼠果糖驱动的糖酵解途径中的相关蛋白GLUT5、KHK的表达在三个浓度下均极显著高于SD大鼠。4.甘肃鼢鼠脑组织中,果糖驱动的糖酵解途径中的相关基因GLUT5、KHK和ALDOC mRNA的表达随氧浓度的降低总体呈上升趋势,说明对果糖的转运能力和糖酵解能力增强,但果糖含量随氧浓度降低出现显著性下降,可能因为大脑是调节机体功能的重要器官,在低氧环境下,大脑依然可以得到充足的氧气进行有氧呼吸。SD大鼠果糖含量在21%、10.5%和6.5%氧浓度下没有显著性差异,与10.5%氧浓度相比,6.5%氧浓度下果糖含量有所上升,但幅度不大,且果糖驱动的糖酵解途径中的相关基因GLUT5和ALDOC mRNA的表达很低,说明SD大鼠在低氧下利用果糖的能力有限。每个氧浓度下果糖含量在甘肃鼢鼠和SD大鼠之间均无显著性差异。5.基因 ID 为 c89203.graph_c0、c77226.graph_c0 和 c25582.graph_c0 的基因,其 nr 注释为 GLUT5、KHK 和 ALDOC 基因。利用 NCBI 上 ORF Finder GLUT5、KHK和ALDOC基因序列的CDS进行预测,得出甘肃鼢鼠GLUT5基因CDS编码499个氨基酸,KHK基因CDS编码213个氨基酸,ALDOC基因CDS编码364个氨基酸。利用PCR技术扩增得到GLUT5、KHK和ALDOC基因的CDS区全长,并将这3个基因的CDS区全长进行合成,随后与转录组测序所得的相应序列比对,同源性高达99%。在NCBI进行序列与氨基酸比对,结果显示与盲鼹鼠的同源性很高,最高可达98%。因此确定基因ID为c89203.graph_c0、c77226.graph_c0和c25582.graph_c0的基因为甘肃鼢鼠GLUT5、KHK和ALDOC基因。从上面的结果可以看出,甘肃鼢鼠心、肝、脑组织在低氧下均可以利用果糖为底物,进行果糖驱动的糖酵解为机体供能,且肝脏中果糖的酵解能力最强。