高原低氧模拟-应用案例
《Redox Biology》丨复旦大学刘新华团队揭示低压低氧驱动的能量代谢紊乱促进血管内皮功能障碍的机制
发布时间：2026-02-09
2025年5月，复旦大学刘新华研究员团队在Redox Biology杂志上发表了题为“Hypobaric hypoxia-driven energy metabolism disturbance facilitates vascular endothelial dysfunction”的研究论文。文章以细胞实验、动物实验等为基础，探究高原低氧环境下能量代谢紊乱与内皮功能障碍的联系，并深入探究了分子机制。
研究通过体外培养大鼠胸主动脉内皮细胞（RAECs）及人脐静脉内皮细胞（HUVECs）等经典血管内皮细胞模型，采用低压缺氧舱模拟高原低压缺氧环境，设置不同缺氧时长、缺氧浓度梯度实验组及常氧对照组，对比不同指标结果来确定低压缺氧对细胞模型的影响。其次通过构建小鼠低压缺氧暴露模型，对比高原暴露后动物体内主动脉、肺动脉等血管组织的线粒体结构与功能、能量代谢酶活性，以及血管舒缩功能的变化，并通过代谢组学测序筛选差异代谢物。该研究发现低氧通过能量代谢失调诱导血管内皮功能障碍，阐明了低氧诱导血管损伤的新机制，且强调丙酮酸-乳酸轴是预防高原相关和病理性低氧血管疾病的潜在治疗靶点，为研究缺氧介导的内皮功能障碍提供了新思路。
文章基于细胞实验（当RAECs或HUVECs的融合度达到约80%时，更换无血清培养基，并在5%O2条件下孵育）及动物实验（低压低氧组的小鼠在高原模拟箱中饲养45天，海拔参数设定为6000米，氧气浓度为9%）开展了一系列精细的生理、代谢、基因表达及通路调控等方法，探究高原低氧环境下能量代谢紊乱与内皮功能障碍的联系。
结果显示：①低压缺氧可直接诱导血管内皮功能障碍：低压缺氧组内皮依赖性血管舒张功能显著下降、内皮细胞完整性受损、内皮源性舒血管因子生成减少、缩血管因子分泌增多、内皮细胞凋亡率升高及炎症因子释放增加等。②低压缺氧可导致血管内皮细胞能量代谢紊乱，以糖代谢重编程和能量生成不足为核心特征：具体表现为氧化磷酸化（线粒体呼吸链功能）受抑制、线粒体膜电位下降、ATP生成减少、糖酵解途径异常激活、糖酵解关键酶表达上调、能量代谢底物利用失衡及脂肪酸氧化等其他代谢途径受抑等。③体内实验进一步证实低压缺氧可通过诱导血管内皮能量代谢紊乱，引发整体血管内皮功能障碍及血管损伤。低压缺氧暴露动物模型中，主动脉等血管组织呈现内皮依赖性舒张功能下降、内皮损伤标志物表达升高；血管内皮细胞线粒体结构异常、糖酵解代谢增强；通过给予能量代谢调节剂干预后，动物血管内皮功能及血管整体稳态得到显著改善，与体外细胞实验结果一致，验证了核心机制的体内有效性。
该研究通过不同实验方法揭示了丙酮酸-乳酸轴通过调节内皮细胞能量代谢介导缺氧引起的血管内皮功能障碍，具有重要的临床意义，为维持血管功能稳定性、预防高原和病理性缺氧相关的血管疾病提供了新的思路。
低氧是高海拔低氧研究必不可少的核心因素——高原环境的核心特征即为低氧，动物的代谢模式转变、生存适应等关键生理过程均由低氧直接驱动，只有严格复刻低氧环境，才能真实复现高原相关的生理病理特征，为解析代谢稳态调控机制提供可靠的实验基础。在此类研究中，迈沃德动物低氧设备覆盖动物低氧实验全流程的完整设备体系，专注为客户提供定制化整体解决方案。核心设备及服务涵盖动物低氧工作站，可稳定调控并稳定维持模拟高原等低氧浓度，密闭结构搭配内置操作手套保障实验全程低氧环境不中断，适配长期培养与原位采样；动物低氧培养箱，具备高精度温湿度与气体平衡控制，避免氧浓度漂移，适配大规模动物模型培养；动物安乐死箱，实现低氧环境人道安乐死，尽可能降低动物应激与实验干扰；同时提供整合小动物行为学实验设备的定制方案，可按需集成观测、信号采集等模块，实现低氧环境下行为学分析与生理代谢指标检测同步开展。
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