在相同的環境壓力下，不同的物種既可表現出趨同特征，也可能呈現獨特的適應策略。物種響應相同環境壓力的適應路徑與物種的進化曆史及其環境建群時間高度相關。青藏高原平均海拔4500米，低氧嚴寒，堪稱研究適應性進化的天然實驗室。本研究選取了在此長期定居的高海拔土著種雪雀（白腰雪雀以及棕頸雪雀），以及約2600年前伴隨人類農耕文明遷入青藏高原的樹麻雀高海拔群體和低海拔群體，係統比較它們的心髒形態、微觀結構和基因表達網絡，揭示了兩條截然不同的心血管適應策略及其調控機製。形態學分析發現，土著種雪雀的心髒並未出現肥大現象，但其心肌中密集發達的毛細血管網絡，使其心血管密度顯著地高於遷居種高海拔樹麻雀以及低海拔樹麻雀，從而顯著提升了組織對氧氣擴散效率。相反，遷居至高海拔的樹麻雀則具有增加的相對心肌重量以及心肌細胞橫截麵積，有利於提高心髒的泵血能力，且毛細血管密度僅小幅提升。係統發育主成分分析顯示土著雪雀與樹麻雀遷居種在表型的矢量空間內顯著分離，表明數百萬年的進化曆程對微觀結構的優化作用，而相對短期環境建群則更依賴器官層麵的“應急式”調整。

為探究其分子機製，研究團隊整合了跨物種心髒轉錄組學、加權基因共表達網絡（WGCNA）分析以及功能驗證實驗。通過與表型關聯分析鑒定出於表型相關的948個關鍵基因。這些基因顯著富集於與心髒功能相關的糖尿病心肌病以及胰島素信號通路中（IR/IGF1R-PI3K-AKT），該信號通路中包含8個與心髒生長相關的基因。重點關注的AKT1與IRS2在土著種中的表達量顯著低於遷居種，提示該通路的調控差異可能參與了調控心肌肥大的發生與否。在雞胚原代心肌細胞係中，我們利用血管緊張素 II（Ang II）誘導了心肌細胞肥大模型，並以siRNA敲低AKT1或IRS2表達，結果成功抑製心肌細胞的肥大反應，證實了IR/IGF1R-PI3K-AKT通路在調控鳥類心肌肥大過程中的保守作用,推測土著種雪雀可能通過下調該通路內基因的表達避免心肌細胞肥大。此外，群體基因組選擇掃描顯示，AKT1基因上遊2kb區域在遷居種高海拔樹麻雀群體中呈現強烈的選擇信號，同時IRS2基因在土著種雪雀中表現出顯著選擇信號，表明自然選擇可能通過基因調控區域的遺傳變異影響基因的表達，從而驅動不同心血管適應策略的形成。

該研究首次從進化曆史與環境建群時間兩個維度闡釋了鳥類的高海拔適應策略。土著雪雀曆經數百萬年的積累，形成了“毛細血管精細化"策略，而近期遷入樹麻雀則采用“心肌肥大應急式"調整。由於IR/IGF1R-PI3K-AKT通路在鳥類與哺乳動物間高度保守，並且在心肌肥大發生過程中發揮重要作用。這一發現不僅豐富了高原適應的分子圖譜，也為低氧相關心血管疾病研究提供了新思路。基於不同進化曆史的鳥類的心血管係統變化的趨同機製，將有助於揭示心血管係統在環境適應過程中的普適性規律。鳥類的低氧耐受機製也能為人類由缺氧導致的心血管疾病研究提供新的思路。

相關結果於近日發表於《Molecular Biology and Evolution》（She et al. 2025）。必威精装版app西汉姆联 屈延華研究員以及孟凡偉副研究員為通訊作者，佘惠晌博士為第一作者。論文合作者還包括加拿大麥克馬斯特大學Graham Scott 教授、必威在线网址 方昀高工以及趙慶碩科研助理。該研究得到了第三次新疆綜合科學考察以及國家自然科學基金等項目的資助。

文章鏈接：https://doi.org/10.1093/molbev/msaf103

研究采用多學科整合方法，整合表型數據，基因共表達網絡分析及功能實驗，係統解析了青藏高原（QTP）兩種土著種與近期遷居種的心血管適應機製。白腰雪雀（Onychostruthus taczanowskii，WR-snowfinch，深藍色）與棕頸雪雀（Pyrgilauda ruficollis，RN-snowfinch，淺藍色）為高原土著物種；而低海拔樹麻雀（Passer montanus，L-tree sparrow，灰色）則伴隨人類農耕文明向青藏高原的推進於約2600年前遷入高原（H-tree sparrow，綠色）。研究發現，兩種土著種雪雀表現出高度相似的心血管表型與基因表達模式，與近期遷居種形成鮮明對比。功能實驗證實，與心髒功能相關的調控通路中關鍵基因（AKT1和IRS2）的表達差異介導了心肌細胞肥大，解析了土著物種與遷居種間主要表型差異的分子機製。

圖1. 土著種與遷居種心血管表型變化的比較研究框架