不同年龄牦牛免疫系统发育特征及其对高原环境的适应机制

To adapt the environment of cold and hypoxia, mammals living in high altitude area have been evolved into their own unique anatomy, histology and physiology, especially their immune systems. The present study is aimed to study the development characteristics of the immune system and its adaptive mechanism to altitude environment in yaks. Conventional histological methods and electron microscopy techniques will be used to observe the histological structure and cell ultrastructure of the main immune organs to make certain their morphological characteristics. Immunohistochemistry and flow cytometry will be used to determine the developmental process of different immune cells and to analysis the relationship between the cells. The real-time PCR and Western-blot technique will also be used to detect the expression of main related immune molecules and cytokines in the different developmental stages of yak to clarify its unique molecular mechanism of immune system. Thereafter, the difference of immune organs, immune cells, immune molecules and altitude environment-related factors (HIF family and HSP family) in the yaks living in the different altitude will be determined to find out the relationship between immune system and altitude environment, and to reveal the possible adaptive mechanism to altitude environment in yaks.

高寒低氧作为一种应激因素，对人及动物机体的功能活动将产生不利影响；而世居高原的人和动物，在长期的进化过程中对高原环境产生了良好的适应，并形成了各自的适应机制，尤其是免疫系统。本项目拟以牦牛为研究对象，采用组织学技术和电子显微技术，观察其主要免疫器官的组织结构和超微结构，弄清免疫器官的发育特征；并采用免疫组织化学方法及流式细胞技术，观察其免疫细胞的发育过程，分析各免疫细胞的变化规律及相互关系；然后采用实时荧光定量PCR和Western-blot技术，检测其不同发育阶段主要免疫分子和相关细胞因子表达，揭示其特有的免疫分子机制。在此基础上，比较不同海拔高度牦牛免疫器官、免疫细胞、免疫分子及高寒低氧环境相关因子的差异性，以揭示牦牛免疫系统与高原环境的关联性及可能的适应性机制。本研究将为高原动物的免疫遗传学和免疫生物学等相关研究奠定基础，并为高原条件下疫病的防治提供依据。

本研究综合运用动物解剖学与组织学技术、分子生物学技术和免疫组织化学技术等，系统研究了不同年龄牦牛免疫系统中主要免疫器官的发育特征和形态学特点，不同阶段主要免疫细胞、免疫分子及相关细胞因子在免疫器官的表达动态，获得了如下结果：.（1）牦牛胸腺在出生后发育达到高峰，成年牦牛胸腺组织结构呈明显退化趋势；随着年龄增长，牦牛胸腺内CD4基因和蛋白的表达量下降，而CD8α基因和蛋白的表达量上升，且这两种因子在次级淋巴器官内随年龄增长的表达趋势始终同胸腺内其含量的增龄性变化趋势一致。（2）新生牦牛次级免疫器官（扁桃体、血结、脾脏和淋巴结）未发育完全，在半岁时才能发育完全。牦牛咽扁桃体和淋巴结的发育早于其它几个扁桃体、脾脏和血结。在新生牦牛血结和脾脏内并无淋巴小结形成，然而在咽扁桃体内却发现有淋巴小结。.（3）牦牛具有5种扁桃体。成年牦牛各扁桃体内IgA，IgG，SIRPα 和CD68的表达趋势与淋巴小结、隐窝数目的变化趋势呈正相关，IgG可能在牦牛咽扁桃体的粘膜免疫防御作用中处于主导地位。（4）牦牛血结作为独立的次级免疫器官，形态介于淋巴结和脾脏之间。其在免疫、储血、滤血等方面发挥作用。淋巴结位于淋巴循环通路，而血结和脾脏位于血液循环通路。(5)发现牦牛脾血窦有两种不同形态：窦壁型和非窦壁型。有红细胞穿过窦壁型的内皮细胞之间或者散布于网状细胞构成的非窦壁型的血窦内。SIRPα在新生牦牛脾脏内表达量很低，随着年龄的增长在成年牦牛脾脏内表达量剧增，表明牦牛脾脏对红细胞的清除作用随之加强。（6）阐明了免疫细胞在牦牛主要免疫器官的分布定位。（7）探究了IgG、IgA、SIRPα和CD3、CD8等免疫因子在牦牛外周淋巴器官内的表达特点，提示随外界抗原刺激增加，牦牛外周淋巴器官内抗原递呈细胞和抗体分泌细胞的活动加剧，这与牦牛淋巴系统的发育密切相关。