本文關(guān)鍵詞：冬眠蝙蝠腦蛋白質(zhì)組學(xué)及抗氧化防御的研究　出處：《華東師范大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：蝙蝠隸屬于翼手目,物種繁多,是唯一能夠飛翔的一類哺乳動(dòng)物。根據(jù)傳統(tǒng)分類學(xué)的方法,將蝙蝠分為大蝙蝠亞目和小蝙蝠亞目。其中,大蝙蝠亞目中的蝙蝠主要以花蜜和水果等為食,它們不具有深入冬眠的能力；而小蝙蝠亞目中的蝙蝠主要以昆蟲為食,大部分小蝙蝠具有深入冬眠的能力。隨著新興的分子系統(tǒng)學(xué)的發(fā)展,又將蝙蝠分為了Yinpterochiroptera和Yangochiroptera亞目,具有冬眠能力的蝙蝠在這兩個(gè)亞目中均有分布。冬眠是一種生存策略,在冬季嚴(yán)寒來(lái)臨時(shí),動(dòng)物選擇進(jìn)入一種體溫下降、代謝率下降、血流減緩等的狀態(tài)來(lái)應(yīng)對(duì)惡劣的自然環(huán)境。冬眠期間,動(dòng)物的各項(xiàng)生理指標(biāo)發(fā)生了頻繁的波動(dòng),例如,體溫、心率、血流等。而對(duì)這些波動(dòng)的耐受正是其他非冬眠動(dòng)物所不能比擬的,因此冬眠動(dòng)物也成為了學(xué)者們研究的熱點(diǎn),例如,冬眠過(guò)程中的缺血再灌注過(guò)程、體溫和心率的迅速恢復(fù)過(guò)程等等。但在蝙蝠冬眠的研究領(lǐng)域中,仍然有許多尚未解決的問題值得我們進(jìn)一步研究。本論文由三部分組成,首先,由于腦在冬眠過(guò)程中發(fā)揮了重要的調(diào)控作用,但蝙蝠腦部在冬眠中到底發(fā)生了怎樣的適應(yīng)性變化卻知之甚少。因此我們通過(guò)蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù),對(duì)馬鐵菊頭蝠進(jìn)行研究,通過(guò)比較冬眠蟄伏期和活躍期的蝙蝠腦組織中蛋白質(zhì)的變化,從而更全面的了解蝙蝠在冬眠過(guò)程中的腦部變化和其潛在的保護(hù)機(jī)制。經(jīng)過(guò)我們的實(shí)驗(yàn)和分析,鑒定出36%(36個(gè))以上有顯著表達(dá)差異的蛋白質(zhì),均參與到突觸膜泡的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程及細(xì)胞骨架完整性的維持,這表明神經(jīng)細(xì)胞等結(jié)構(gòu)的完整性是神經(jīng)活動(dòng)的基礎(chǔ)。除此之外,其他差異表達(dá)的蛋白質(zhì)與神經(jīng)細(xì)胞中線粒體(13個(gè))的功能和能量代謝(24個(gè))有密切的關(guān)系。這部分蛋白質(zhì)的變化從某種程度上說(shuō)明了冬眠動(dòng)物在能量供給有限的情況下,腦部神經(jīng)活動(dòng)維持的適應(yīng)性。最后,我們還鑒定到許多與細(xì)胞穩(wěn)態(tài)維持相關(guān)的蛋白質(zhì),例如,轉(zhuǎn)錄和翻譯(6個(gè))、蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)(10個(gè))、以及氧化還原穩(wěn)態(tài)(9個(gè))。更進(jìn)一步說(shuō)明冬眠期蝙蝠腦部的適應(yīng)性調(diào)節(jié)過(guò)程,包含必不可少的三個(gè)方面,結(jié)構(gòu)的完整、能量代謝的調(diào)節(jié)、及細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的維持。除此之外,GNAO1(G蛋白α亞基01類型)可能保證了冬眠期間腦部的神經(jīng)活動(dòng)�；谏鲜龅鞍踪|(zhì)組的研究結(jié)果,我們發(fā)現(xiàn)抗氧化調(diào)控的方便呈現(xiàn)除了不一致性,又由于蝙蝠在冬眠過(guò)程經(jīng)歷了劇烈的生理特征變化,而這些變化是其余非冬眠蝙蝠所不能承受的,那么蝙蝠是如何應(yīng)對(duì)腦部耗氧量的劇烈變化所帶來(lái)的氧化應(yīng)激壓力,并保護(hù)自身免遭損傷的呢?目前,關(guān)于冬眠蝙蝠抗氧化系統(tǒng)而全面的研究仍不足,另外,冬眠過(guò)程中蝙蝠腦部是否存在氧自由基的累積也仍然是個(gè)謎,因此本論文的第二部分,首先通對(duì)冬眠蝙蝠和外群,腦部的氧自由基水平進(jìn)行測(cè)定,并對(duì)抗氧化物酶和小分子抗氧化劑在冬眠中各個(gè)時(shí)期的表達(dá)量進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果表明,在我們研究的兩種冬眠蝙蝠腦中,腦部的氧自由基均在蘇醒期得到了清除。并且,兩種冬眠蝙蝠(大足鼠耳蝠和馬鐵菊頭蝠)采取了不同的抗氧化策略來(lái)清除氧自由基,大足鼠耳蝠在蘇醒后上調(diào)多個(gè)抗氧化物酶的表達(dá)量；相反,馬鐵菊頭蝠的多個(gè)抗氧化酶在各個(gè)時(shí)期均保持較高的表達(dá)水平,而通過(guò)快速的調(diào)用小分子抗氧化劑(GSH)來(lái)實(shí)現(xiàn)氧化應(yīng)激壓力的緩解�；谝陨系难芯拷Y(jié)果,我們進(jìn)一步利用Ingenuity pathway analysis分析平臺(tái),對(duì)冬眠過(guò)程中可能發(fā)揮調(diào)控功能的轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)行了有效的預(yù)測(cè)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子Nrf2和FOXOs,在抗氧化調(diào)控過(guò)程中發(fā)揮了極其重要的作用。本研究首先解答了冬眠期是否存在氧自由基積累的問題,再對(duì)兩個(gè)亞目的冬眠蝙蝠進(jìn)行了抗氧化研究,從而為全面的了解氧自由基與抗氧化、及衰老提供新視角。結(jié)合本論文第二部分對(duì)蝙蝠抗氧化的全面研究,本文第三部分結(jié)合了蝙蝠的食性特征,進(jìn)一步探討抗氧化與食性的關(guān)系。由于食果蝙蝠攝入大量水果花蜜,其中含有豐富的小分子抗氧化劑；因此很可能對(duì)抗氧化酶的需求有所下降�？寡趸甘艿睫D(zhuǎn)錄因子Nrf2的調(diào)控,因此我們猜測(cè)Nrf2基因在果蝠中經(jīng)歷了松弛選擇。本研究利用分子克隆技術(shù)從11個(gè)蝙蝠物種中擴(kuò)增獲得Nrf2基因的編碼區(qū)域,并結(jié)合其余物種的Nrf2基因序列進(jìn)行分子進(jìn)化分析,最后利用生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)結(jié)果進(jìn)行佐證。本研究發(fā)現(xiàn),在舊大陸果蝠中,Mrf2基因很可能經(jīng)歷了松弛選擇,但我們不能排除正選擇的可能性。除此之外,在舊大陸果蝠中發(fā)現(xiàn)有七個(gè)區(qū)別于其他物種的氨基酸替代,而Nrf2進(jìn)化歷程中所積累的這些氨基酸突變可能會(huì)對(duì)舊大陸果蝠中Nrf2的功能造成影響。我們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)食果蝙蝠(舊大陸果蝠)中,Nrf2的表達(dá)量顯著的高于食蟲蝙蝠,但CAT的表達(dá)量卻十分低。因此我們認(rèn)為Nrf2進(jìn)化歷程中所積累的氨基酸突變可能造成Nrf2轉(zhuǎn)錄活性的減弱。本研究提供了食性是如何影響哺乳動(dòng)物抗氧化的相關(guān)證據(jù)。綜上所述,本研究對(duì)蝙蝠腦組織在冬眠期和活躍期的蛋白質(zhì)表達(dá)譜進(jìn)行了比較和研究,從突觸膜泡運(yùn)動(dòng)與細(xì)胞骨架、能量代謝、以及細(xì)胞穩(wěn)態(tài)維持三個(gè)方面進(jìn)行了總結(jié)和闡述。其次,對(duì)冬眠期蝙蝠腦部進(jìn)行了全面的抗氧化研究,發(fā)現(xiàn)了物種特異性的抗氧化策略。并結(jié)合蝙蝠食性的特殊性,從分子進(jìn)化的角度闡述了蝙蝠食性與抗氧化策略選擇的進(jìn)化歷程。以上的研究結(jié)果不僅為我們了解蝙蝠冬眠提供了豐富的視角,也為許多腦疾病的研究提供了醫(yī)學(xué)借鑒意義。
[Abstract]:According to the method of traditional taxonomy , the bats are divided into big bat suborder and small bat suborder . On the basis of the results of the above research , we found that the oxygen free radicals in the brain of the bats in hibernation have been eliminated . In addition , the second part of this paper deals with the effect of antioxidant enzymes and antioxidant enzymes on antioxidant activity . In this paper , a comprehensive anti - oxidation study of bat ' s brain was carried out and the evolution history of bat ' s appetite and anti - oxidation strategy was discussed from the point of view of molecular evolution .

【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：Q51
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本文編號(hào)：1374357