高原低氧模拟-应用案例
《Antioxidants》丨北京大学基础医学院徐国恒和张卫光团队揭示高原缺氧暴露与脂肪组织铁过载、铁死亡的关联及作用机制
发布时间：2026-02-09
2022年12月，北京大学基础医学院张卫光团队在Antioxidants杂志上发表了题为“High-Altitude Hypoxia Exposure Induces Iron Overload and Ferroptosis in Adipose Tissue”的研究论文。文章以高原缺氧小鼠模型为基础，探究高原缺氧暴露与脂肪组织铁过载、铁死亡的关联及作用机制。
研究以雄性C57BL/6小鼠为对象，对比分析高海拔低氧组与对照组小鼠脂肪组织中铁含量、铁代谢相关蛋白的表达水平、检测铁死亡特征性指标及分析脂肪组织的形态学变化等情况。结果显示，高海拔暴露可能导致血液学参数和脂质谱发生显著变化，并减少脂肪细胞肥大诱导铁含量增加（脂肪组织中的铁过载）。低氧特异性诱导脂肪组织发生铁死亡：高海拔低氧组脂质过氧化水平显著升高，铁死亡相关调控因子表达异常等。铁超载是低氧诱导脂肪组织铁死亡的关键环节，铁螯合剂可缓解铁超载，同时逆转铁死亡相关指标、减轻脂肪组织损伤。HIF-1α是上游核心调控通路，低氧下其活性明显增强，可直接调控铁代谢和铁死亡相关因子的表达。高海拔暴露期间的脂肪组织铁过载可能是引发高原病的潜在诱发因素，开发针对脂肪组织中铁稳态调节的可能成为高原损伤的新型预防和治疗策略。
文章建立高海拔低氧小鼠模型，将实验组置于模拟高原低氧环境（10.8% O2，等效海拔5000米）中，检测白色/棕色脂肪组织的铁代谢指标、铁死亡特征标志物，观察脂肪细胞形态，并通过铁螯合剂干预实验验证铁超载的介导作用，同时检测低氧核心调控因子HIF-1α 的表达，解析其上游调控作用。结果显示，高海拔低氧组小鼠脂肪组织中总铁、活性亚铁离子含量显著升高，铁代谢平衡被打破：铁摄取增加、铁外排能力下降，储存铁大量释放。高海拔低氧组脂肪组织脂质过氧化水平显著升高，抑铁死亡核心因子GPX4、SLC7A11表达显著下调，促铁死亡因子ACSL4、LOX家族表达上调。白色脂肪组织（尤其是内脏白色脂肪）比棕色脂肪组织更易发生铁超载和铁死亡，提示脂肪组织的功能特性影响其对低氧应激的耐受度。铁超载是低氧诱导脂肪组织铁死亡的关键介导因素：铁螯合剂干预后，小鼠脂肪组织的铁超载状态被显著缓解，同时脂质过氧化水平降低，铁死亡相关调控因子表达恢复正常，脂肪组织的损伤程度明显减轻。
该研究从铁代谢和铁死亡的角度，揭示了高海拔低氧诱导机体代谢紊乱的新机制，丰富了“低氧-铁代谢-程序性细胞死亡”的研究体系，也为理解高海拔环境对脂肪组织能量代谢、脂代谢的影响提供了新视角。为高海拔驻留人群（如高原官兵、牧民、登山者）的脂肪组织损伤、代谢性疾病（如高原性胰岛素抵抗、体重异常）的预防和干预提供了潜在靶点—如铁螯合剂、GPX4 激活剂、HIF-1α抑制剂均可作为候选干预药物。
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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