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近日，何舜平院士領導的科研團隊在《Zoological Research》發表題為《Analysis of hypoxia-inducible factors in the deep-sea fish reveals genetic adaptation to hypoxic environments》論文、研究以馬里亞納海溝獅子魚（Pseudoliparis swirei）、深海鰻鱺（Ilyophis sp.）和細紋獅子魚（Liparis tanakai）為對象，系統解析了深海魚類低氧誘導因子（HIF）及其調控機制。結果發現，Ilyophis sp. HIF-1α具有更強的轉錄活性，并能更有效地激活低氧響應基因；進一步的突變與功能實驗表明，HIF-1α核輸出信號（NES）附近的特異性缺失可能與其增強的低氧響應能力有關，同時Polo樣激酶3（Plk3）可能作為HIF-1α的負調控因子參與這一過程。該研究揭示了不同深海魚類低氧適應的差異化分子策略，為理解海洋低氧環境下魚類的遺傳適應機制提供了新的認識。

氧氣對于動物生存至關重要，但海洋中的氧氣并不是均勻分布的。在部分中深層海域，水體中的氧氣含量很低。面對這樣的環境，魚類必須及時“感知”氧氣變化，并調整自身的生理狀態。HIF就是細胞感知氧氣變化的關鍵蛋白之一。可以把它理解為細胞中的“氧氣感應器”：當氧氣充足時，HIF會被快速降解；當氧氣減少時，HIF會逐漸積累，并啟動一系列低氧響應基因，幫助細胞調節能量代謝和氧氣利用。

研究團隊比較了馬里亞納海溝7125米深處的馬里亞納海溝獅子魚（Pseudoliparis swirei）、3425米深處的深海鰻鱺（Ilyophis sp.）以及淺海生活的細紋獅子魚（Liparis tanakai）。結果發現，三種魚類都保留了較為經典的HIF氧感知系統，但它們的HIF-1α“工作效率”并不相同。其中，Ilyophis sp. HIF-1α表現出更強的低氧響應能力。在細胞實驗中，它能夠更有效地激活低氧響應；進一步的斑馬魚實驗也顯示，表達Ilyophis sp. HIF-1α的斑馬魚在低氧環境下能夠更強地啟動相關基因，并表現出更低的死亡率。

那么，是什么讓它變得不一樣？

研究人員在比較HIF-1α蛋白序列時發現，Ilyophis sp. HIF-1α在一個重要調控區域附近缺少了約15個氨基酸。這一細微的結構變化可能影響HIF-1α的穩定性，使其在低氧條件下維持更強的活性。研究還發現，Polo樣激酶3（Plk3）可能像一個“剎車”，對HIF-1α起負調控作用，而Ilyophis sp.的特殊結構變化可能改變了這一調控過程。這些結果表明，動物對極端環境的適應，并不一定需要產生全新的基因。有時，蛋白質序列中一小段結構的改變，就可能影響整個生理調控過程。

值得注意的是，深海并不意味著越深氧氣越少。海洋中的氧氣分布受到水團運動、溫度和生物活動等多種因素影響。因此，不同魚類的低氧適應能力也并不是簡單地隨著生活深度增加而增強，而更可能與它們長期經歷的具體環境和進化歷史有關。隨著全球海洋持續去氧化，理解魚類如何感知和適應低氧環境，對于認識海洋生物的環境適應機制以及預測未來海洋生態系統變化具有重要意義。

論文第一作者為中國科學院深海科學與工程研究所博士研究生艾耕，該研究得到國家重點研發計劃（2022YFC2805400）、國家自然科學基金（32570512、32500445、42330405）、國家資助博士后研究人員計劃（GZB20250218）以及中國科學院戰略性先導科技專項（XDB42030000）等項目資助。

圖1 3種深海魚類樣品的外部形態。左上為新鮮馬里亞納海溝獅子魚的標本；右上為2條新鮮深海鰻鱺的樣本；下圖為新鮮細紋獅子魚的樣本。

圖2 示意圖展示了三種深海魚類（Pseudoliparis swirei、Ilyophis sp.和 Liparis tanakai）中隨水深相關變化的NES介導Plk3對HIF-1α調控差異。