青藏科考
当前位置:首页>科学传播

携鼠上高原:肠道菌群和高原反应之间的无声战争

文章来源 :
2021-12-07 09:31

奇骏的山峰、广袤的草原、遍地的牦牛、繁星闪烁的夜空是青藏高原的魅力所在。当我们沉静在青藏高原宜人的美景中时,我们的身体也正在经受高原极端条件的伤害。

低压低氧是青藏高原地区最主要的特点之一,而这一环境特征可能造成人的心、肝、脾、肺、肾、肠道等组织不同程度的损伤,其严重程度随海拔升高而增加。进而引起高原短居和长居居民出现头痛、腹泻等熟知的高原反应,并可能引起肺水肿和心脑血管疾病等严重的并发症。但你可能想不到的是,此时此刻你的肠道菌群正在默默无声地与高原反应症状激战着,与我们共度难关。



   图片15.jpg        图片16.jpg


图  科考途中美景

一、渺小的肠道菌群蕴藏着巨大的力量

2020年国际顶级期刊《Science》上发表的一项研究表明,当小鼠面临致死量的辐射时,提前定植了毛螺菌科菌株的小鼠存活率显著高于对照组。这个惊人的结果显示肠道菌群竟然在决定宿主的生死。实际上,肠道菌群和我们的健康密切相关,肥胖、代谢紊乱、各类肠道疾病(小到肠炎、大道癌症)甚至诸如抑郁症的精神类疾病都曾被报道和肠道菌群相关,而且动物模型实验也验证上述结论。

目前普遍认为高原世居哺乳动物能更好的适应高原环境是和物种本身的基因改变密切相关的。但是也有学者逐渐的认识到宿主肠道菌群在高原适应中的重要作用。比较不同海拔居民的肠道菌群结构时发现不仅高原藏族居民与低海拔汉族居民的肠道菌群不同,甚至高海拔汉族居民与低海拔汉族居民的肠道菌群组成也是不一样的。且肠道菌群可能在汉族居民入藏的很短时间内就发生了显著的变化,并随着时间的迁移最终趋于稳定。肠道菌群的这种变化在人体健康的维持中发挥着怎样的作用,也正是我们在第二次科考中想要弄明白的事情。



   图片7.png        图片8.png


图 实验鼠(左)和大鼠组织样品现场预处理(右)

二、携鼠上高原,探索肠道菌群与高原适应的关系

我们通过对近年来已发表的肠道菌群与高原适应性的文献综述,提出了肠道菌群和宿主高原适应的“共进化/共物种形成”的概念。为进一步深入揭示肠道微生物与宿主互作的机理,我们选择使用SD大鼠作为动物模型进行实验,一方面是因为老鼠是模拟人类生理活动的一个重要的实验材料,另一方面是由于大鼠比小鼠适应性更强,在高原更容易存活。在今年8月我们带着一批实验大鼠前往海拔4500米的那曲进行实验动物模型构建工作。出发前我们为实验大鼠提前定植了可能与高原适应相关的肠道菌群及其代谢物。我们观察了不同处理大鼠的高反情况,同时采集大鼠小肠、大肠、肝脏和肺等组织样品运输回北京进行后续分析。目前的结果显示,高原环境对大鼠小肠、大肠以及肺组织均可造成比较严重的损伤,而提前定植肠道菌群及其代谢物会缓解这一损伤。


图片9.png

图2青藏高原地区宿主基因组及其肠道微生物对极端环境的适应机理分析(Liu et al.J Evol Biol. 2021;00:1-17)

三、科考旅途

我们没有像其他科考队伍那样长途跋涉深入危险地带采集样品,寥寥几百字便概括了我们1个月的基本工作,但我们在整个科考过程中也同样面临诸多考验。譬如在实验开始之前,我们可以选择使用低压低氧舱模拟高原环境这样相比更方便的技术手段来完成我们的研究。但是为了真实、客观地反应哺乳动物在高原攀升过程中的真实细节情况,我们选择了携带大鼠亲自来一趟青藏高原之旅。为了尽快把大鼠安全送至那曲,我们连夜驱车1700公里。当途径唐古拉山山脉时,由于海拔突升,氧含量骤降,科考队员们纷纷出现了不同程度的高原反应,司机师傅一边让我们吸氧,一边还打趣说到你们现在可能比你的老鼠更适合拿来做研究。到达目的地后,那曲生态环境综合观测研究站上的工作人员听说有远方来客,都纷纷前来接待,却发现主角是大鼠。为了获得必须的实验试剂和耗材,我们凌晨6点出发,从那曲到拉萨,晚上12点安全归来后又连续两个日夜奋战取样,只为减少实验误差。在实验闲暇,我们也会在高原来一场篮球赛,虽然常常是身体吃不消,但我们比赛的斗志却如对待科研那般越挫越勇。放眼这片净土,我们有幸欣赏过暴风雨后的彩虹,广阔草原之上的晚霞,还有凌晨4点高原之上的辽阔星空。



   图片10.jpg        图片11.jpg


图4暴风雨后的彩虹和那曲晚霞

四、结语

这一个月的科考工作使我们深刻感受到了高原地区工作的不易。不仅要面临身体上明显的急性高原反应,还要面临实验中各种突发状况的考验。而就是在这片中华大地的西南边陲上,生活着上千万默默奉献的我们的各族同胞们。他们有些甚至将自己的生命奉献给这片美丽的高原。习近平总书记指出:人类健康是社会文明进步的基础,是民族昌盛和国家富强的重要标志。我们也希望结合自身所学,从肠道菌群这样一个视角,去了解肠道菌群和高原适应性之间的联系,为解决高原人体健康问题出谋划策,把论文写在祖国的大地上。

(任务六:赵宏文,斯确多吉,杨金水)