近日，何舜平院士领导的科研团队在《Zoological Research》发表题为《Analysis of hypoxia-inducible factors in the deep-sea fish reveals genetic adaptation to hypoxic environments》论文、研究以马里亚纳海沟狮子鱼（Pseudoliparis swirei）、深海鳗鲡（Ilyophis sp.）和细纹狮子鱼（Liparis tanakai）为对象，系统解析了深海鱼类低氧诱导因子（HIF）及其调控机制。结果发现，Ilyophis sp. HIF-1α具有更强的转录活性，并能更有效地激活低氧响应基因；进一步的突变与功能实验表明，HIF-1α核输出信号（NES）附近的特异性缺失可能与其增强的低氧响应能力有关，同时Polo样激酶3（Plk3）可能作为HIF-1α的负调控因子参与这一过程。该研究揭示了不同深海鱼类低氧适应的差异化分子策略，为理解海洋低氧环境下鱼类的遗传适应机制提供了新的认识。

氧气对于动物生存至关重要，但海洋中的氧气并不是均匀分布的。在部分中深层海域，水体中的氧气含量很低。面对这样的环境，鱼类必须及时“感知”氧气变化，并调整自身的生理状态。HIF就是细胞感知氧气变化的关键蛋白之一。可以把它理解为细胞中的“氧气感应器”：当氧气充足时，HIF会被快速降解；当氧气减少时，HIF会逐渐积累，并启动一系列低氧响应基因，帮助细胞调节能量代谢和氧气利用。

研究团队比较了马里亚纳海沟7125米深处的马里亚纳海沟狮子鱼（Pseudoliparis swirei）、3425米深处的深海鳗鲡（Ilyophis sp.）以及浅海生活的细纹狮子鱼（Liparis tanakai）。结果发现，三种鱼类都保留了较为经典的HIF氧感知系统，但它们的HIF-1α“工作效率”并不相同。其中，Ilyophis sp. HIF-1α表现出更强的低氧响应能力。在细胞实验中，它能够更有效地激活低氧响应；进一步的斑马鱼实验也显示，表达Ilyophis sp. HIF-1α的斑马鱼在低氧环境下能够更强地启动相关基因，并表现出更低的死亡率。

那么，是什么让它变得不一样？

研究人员在比较HIF-1α蛋白序列时发现，Ilyophis sp. HIF-1α在一个重要调控区域附近缺少了约15个氨基酸。这一细微的结构变化可能影响HIF-1α的稳定性，使其在低氧条件下维持更强的活性。研究还发现，Polo样激酶3（Plk3）可能像一个“刹车”，对HIF-1α起负调控作用，而Ilyophis sp.的特殊结构变化可能改变了这一调控过程。这些结果表明，动物对极端环境的适应，并不一定需要产生全新的基因。有时，蛋白质序列中一小段结构的改变，就可能影响整个生理调控过程。

值得注意的是，深海并不意味着越深氧气越少。海洋中的氧气分布受到水团运动、温度和生物活动等多种因素影响。因此，不同鱼类的低氧适应能力也并不是简单地随着生活深度增加而增强，而更可能与它们长期经历的具体环境和进化历史有关。随着全球海洋持续去氧化，理解鱼类如何感知和适应低氧环境，对于认识海洋生物的环境适应机制以及预测未来海洋生态系统变化具有重要意义。

论文第一作者为中国科学院深海科学与工程研究所博士研究生艾耕，该研究得到国家重点研发计划（2022YFC2805400）、国家自然科学基金（32570512、32500445、42330405）、国家资助博士后研究人员计划（GZB20250218）以及中国科学院战略性先导科技专项（XDB42030000）等项目资助。

图1 3种深海鱼类样品的外部形态。左上为新鲜马里亚纳海沟狮子鱼的标本；右上为2条新鲜深海鳗鲡的样本；下图为新鲜细纹狮子鱼的样本。

图2 示意图展示了三种深海鱼类（Pseudoliparis swirei、Ilyophis sp.和 Liparis tanakai）中随水深相关变化的NES介导Plk3对HIF-1α调控差异。