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第一部分、大鼠常氧与急性高原低氧基因表达差异研究
高原环境对机体最关键的影响因素是低氧。大气压随着海拔升高而降低,氧分压也随之降低,引起机体缺氧。从平原地区初抵高原时,机体各系统会产生一系列反应,涉及诸多生物学过程,包括从基因到蛋白质水平的调节,以适应低氧环境。目前,在细胞和分子水平上,对高原低氧反应的分子生物学机制还有很多环节没有得到全面透彻的研究。
为了探讨在常氧与真实低氧环境下,心脑肺等主要组织基因差异表达情况,本研究以Wistar大鼠为实验对象,从表现型入手,在3650m与5100m开展了急性高原现场低氧动物试验,并结合新一代Solexa测序技术,开展了基于NlaⅢ标签序列测序的基因表达研究,在分子水平上对大鼠常氧与急性高原低氧环境下的基因差异表达进行了探讨。动物学试验显示,急性高原低氧会引起肺动脉压和脉率升高,及血氧饱和度降低;大鼠血浆血管紧张素Ⅱ(ANGⅡ)含量随着海拔的升高而升高,血浆内皮素-1(ET-1)含量有升高的趋势,一氧化氮(NO)在初入高原时含量增加。常氧与高原低氧基因表达差异分析结果显示,心、脑、肺三个组织中的基因差异表达模式各有特点,可能与组织的结构与功能有关。急性低氧反应是多环节、多层次、多基因的综合调控。线粒体氧化磷酸化、能量代谢、细胞骨架与细胞连接、各种神经体液因子、信号转导通路、活性氧和自由基代谢等诸多基因的表达均受到低氧的调节,同时涉及结构和功能改变。低氧一方面可以通过影响生物学通路中的关键酶和关键步骤;也可以通过影响生物通路中众多基因,通过协调作用共同参与机体对低氧的反应。整体来看,急性低氧反应包括低氧损伤以及低氧适应性与代偿性反应,系统的主动性调节机制可能有助于机体在高原低氧条件下达到新的稳态,程度可能与低氧的程度与持续时间有关系。
本研究获得了大鼠在急性真实高原低氧条件下,具有代表性的生液中主要血管收缩因子的变化规律。同时建了心、肺、脑等主要脏器感基因的表达图谱,鉴定出大量常氧与急性高原低氧条件下的差异表达基因,通过对差异表达基因的功能分析,对高原低氧反应的分子机制进行了初步探讨,第一次从基因转录层面上对大鼠在高原现场急性低氧下,心、脑、肺等主要组织基因表达情况有了比较全面的了解。我们的工作不仅在新测序技术在基因表达研究应用上作了有益的尝试,更为今后进一步深入研究特定基因在高原低氧反应中的作用提供了依据。
第二部分、2型人乳头瘤病毒新变异株的鉴定与全基因组序列分析
乳头瘤病毒(papillomaviruses,PVs)是一类具有种属特异性的嗜上皮病毒,人和动物中分布广泛。其中,人乳头瘤病毒(Human papillomaviruses,HPVs)主要感染人上皮细胞。2型人乳头瘤病毒(HPV-2)通常与寻常疣发病有关,与皮角病变的关系尚无文献报导。本研究采用PV型特异性PCR筛查策略,对两例罕见多发性皮角病例的活检组织样本进行筛查,鉴定出致病病原体均为HPV-2。两个病例中均未发现双重或多重感染。这是在皮角病变中首次鉴定出HPV-2病毒。采用PCR-by-PCR的策略对上述两株HPV-2进行全基因组测序,将序列信息与HPV-2原型病毒株以及A4超组的近缘毒株的参照序列进行比对分析,鉴定出这两组病毒分别是HPV-2的两个新变异株,分别命名为HPV-2-C1与HPV-2-C2。这两株HPV-2变异株基因组在基因编码区域和非编码区域中,都发现了新的突变位点。核苷酸突变分布在编码区域,包括E1、E2、E6和E7 ORF,以及非编码的ELR(early-late-regions)与LCR(longcontrol region)区域。氨基酸水平上的突变主要发生在E1和E7开放读码框(ORF)中:HPV-2-C1 E1蛋白中有三个氨基酸替代突变,包括56(Val突变为Ala)、185(Ala突变为Thr)和190(Thr突变为Asn);HPV-2a原型E7读码框的第39和40位氨基酸之间,插入三个连续的核苷酸导致了一个组氨酸的插入突变。HPV-2-C2中,1367(G突变为A)的突变导致了E1读码框的第185位丙氨酸突变为苏氨酸,E7蛋白未发现氨基酸的改变。HPV-2-C1与C2变异株基因组也存在若干共有的突变。研究结果提示,HPV-2感染在皮角病变的发生与发展中有一定的关系,一些有重要生物功能的病毒蛋白发生了氨基酸的突变,这些突变可能导致这些蛋白产生不同的致病风险,在HPV-2的致病机制中可能有一定作用。