《Cell Death Discovery》：Mitochondrial retrograde signaling initiates HIF-1α/BNIP3/NIX-mediated mitophagy in Tibetan high-altitude adaptation
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本研究针对藏族人群高原低氧适应的分子机制，通过构建藏系特异性M9a单倍型与EPAS1低表达组合的细胞模型，揭示线粒体逆行信号通过ROS-HIF-1α-BNIP3/NIX通路激活线粒体自噬，显著改善缺氧条件下的线粒体功能、抑制细胞凋亡与mtDNA介导的炎症反应。该研究为高原疾病的靶向治疗提供了新策略，发表于《Cell Death Discovery》。
在海拔超过4000米的青藏高原，氧气浓度仅为海平面的40%，但世居于此的藏族人群却展现出卓越的低氧适应能力，如较低的血红蛋白浓度、更低的炎症水平和更高的能量代谢效率。这种适应性背后隐藏着怎样的分子奥秘？长期以来，基因组研究已发现核基因EPAS1（编码HIF-2α）和线粒体M9a单倍型与藏族高原适应密切相关，但二者如何协同作用仍不明确。尤其令人困惑的是，线粒体作为细胞的能量工厂，如何通过与其“上级”细胞核的对话，在极端缺氧环境中维持机体稳态？这一问题不仅关乎人类演化生物学，也对理解高原疾病（如急性高原病）的发病机制具有重要启示。
为揭示这一机制，复旦大学王久存教授和李金教授团队在《Cell Death Discovery》发表了最新研究。他们创新性地构建了模拟藏族人群遗传特征的细胞模型——将藏族富集的M9a线粒体单倍型与低表达EPAS1的核基因组合（M9a+shEPAS1），并通过RNA测序、蛋白质印迹、线粒体功能测定等多技术手段展开分析。研究首次阐明，线粒体通过产生活性氧（ROS）向细胞核发送“逆行信号”，激活HIF-1α-BNIP3/NIX介导的线粒体自噬（mitophagy）通路，从而清除受损线粒体、减少mtDNA泄漏引发的炎症，最终实现缺氧耐受。
研究的关键技术方法
研究采用跨线粒体细胞技术，以143B（TK-）p0细胞（去线粒体DNA）为载体，分别植入藏族高原人群（拉萨样本）与平原人群的线粒体，构建M9a与M7/8单倍型细胞系；通过慢病毒转染建立EPAS1稳定低表达模型；利用高通量RNA测序分析差异基因；通过蓝 native PAGE评估线粒体复合物组装；采用氧消耗速率仪（Oxygraph-2k）检测线粒体呼吸功能；借助免疫荧光和透射电镜观察线粒体自噬与超微结构；使用抑制剂（NAC、PX-478、Mdivi-1）进行功能验证。
藏族特异性M9a单倍型增强缺氧下线粒体功能
在缺氧条件下，M9a单倍型细胞表现出更高的线粒体复合物I和超复合物组装水平，基础氧消耗速率（OCR）和ATP耦合OCR分别提升37%与120%，线粒体膜电位（MMP）与ATP产量显著增加（图1）。这表明M9a单倍型本身可通过优化电子传递链效率增强缺氧耐受。
M9a与EPAS1低表达协同优化细胞功能
当M9a单倍型与EPAS1低表达组合时（M9a+shEPAS1），细胞在缺氧下的ATP合成效率进一步提升（ATP-linked OCR增加150%），线粒体嵴结构更完整，细胞存活率提高109%，凋亡标志物（C-Caspase-3、BAX）显著下降（图2）。值得注意的是，该组合同时引起ROS水平上升，提示ROS可能作为关键信号分子。
线粒体自噬抑制炎症是核心适应机制
RNA测序显示，M9a+shEPAS1细胞中与线粒体自噬、凋亡和炎症相关的通路显著富集（图3）。进一步实验证实，该细胞中HIF-1α蛋白表达上调3.5倍，下游BNIP3/NIX介导的线粒体自噬增强，表现为LC3B-II/p62比值升高、自噬体增多（图4）。与此同时，胞浆游离mtDNA减少，NLRP3炎症小体和cGAS-STING通路被抑制，炎症因子（IL-6、IL-1β、TNF-α）水平下降（图4）。
ROS-HIF-1α-线粒体自噬轴的功能验证
通过抑制剂干预，研究团队明确了该通路的因果关系：抗氧化剂NAC中和ROS后，HIF-1α稳定性被破坏，线粒体自噬减弱，细胞凋亡和炎症加剧（图5）；HIF-1α抑制剂PX-478或线粒体自噬抑制剂Mdivi-1处理均重现类似表型（图6、7），证实ROS-HIF-1α-BNIP3/NIX通路是藏族缺氧适应的核心枢纽。
结论与意义
本研究首次揭示了线粒体与核基因在藏族高原适应中的协同机制：M9a单倍型通过提升线粒体效率产生适度ROS，而EPAS1低表达通过“让位”于HIF-1α，激活BNIP3/NIX介导的线粒体自噬，从而清除缺氧损伤的线粒体、抑制mtDNA泄漏引发的炎症。这一发现不仅解释了藏族人群低炎症、高能量代谢的生理特征，也为高原疾病（如高原肺水肿）提供了潜在治疗靶点——调控HIF-1α或线粒体自噬通路可能成为改善缺氧组织损伤的新策略。此外，研究强调ROS在生理环境中的“信使”角色，警示盲目抗氧化可能干扰天然适应机制，为高原医学和缺氧相关疾病研究提供了新视角。
