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1.1农业经济增长内生性影响因素的理论分析下面从理论角度分析内生性影响因素对农业经济发展的影响机制:
(1)物质资本和土地。资本常指在生产过程中涉及到的各种生产资料,包括生产场所、劳动工具等,对于农业经济发展,农业资本指为进行农业生产所投入的各种生产资料的总和,包括用种量、农药和化肥等。显然,农药化肥和其他各类农资产品的使用对农业生产至关重要。作为一种特殊的物质资本形式,土地在农业生产过程中的作用尤为显著。一般而言,随着农业机械化的发展和农业基础设施的改善,劳动力拥有的农业机器设备越多,土地面积越广阔,劳动生产率提高得越快。
(2)人力资本。人力资本对农业经济增长具有非常重要的作用。人力资本理论认为,劳动投入应当是“劳动力数量”与“劳动力素质”的综合反映。劳动力素质往往与劳动力接受的教育程度和与职业相关的培训程度有关。劳动的不断积累会使得劳动本身产生递增收益;劳动质量的提高会使得劳动以外的因素如资本等产生递增收益,提高生产效率,增加其他生产要素的边际产出,同时会使得它们的单位成本下降。
(3)技术进步。科学技术是第一生产力,科技的发展对农业经济增长起着推动作用。技术进步从三个方面影响农业经济增长:第一,技术进步有利于促进农业经济发展从传统的“粗放式”转变为现代的“集约式”;第二,在市场竞争中,技术可以帮助企业实现集约化经营,提高竞争力;第三,技术进步对经济增长具有乘数效应,技术进步能够促使产业内部生产要素优化配置,促使生产要素在不同产业之间不断流动,从而实现跨产业的技术要素融合,改变产业结构。
1.2数据来源与变量选择本文实证分析的数据来源于1996-2013年的《湖北统计年鉴》和《中国农村统计年鉴》。具体地,每个变量采用的指标及个别变量的近似替代详述如下:
(1)农业经济总产出(Y):用“农林牧渔业总产值(单位:亿元,当年价格)”指标来衡量;
(2)物质资本变量(K):现有文献对于“物质资本”的度量主要有两种方法:一种是以“物质费用”近似替代,另一种是用“固定资产”近似替代。本文认为以“物质费用”近似替代农业资本更符合生产的实际情况,所以本文釆用“农业物质费用”这一指标衡量农业物质资本投入,选取“农林牧渔业中间消耗(单位:亿元)”指标表示。根据现有文献的研究结果及生产实际,预计物质资本投入与农业经济增长正相关;
(3)土地变量(M):用“当年农作物总播种面积(单位:万亩)”指标来衡量。随着湖北省城镇化建设进程的不断加快,农业用地势必会受到一定程度的影响;同时,农用土地几乎没有大幅增加的可能,所以土地对农业经济增长的影响有待通过进一步的定量分析来解决;
(4)劳动变量(L):人力资本理论认为,劳动投入应当是“劳动力数量”与“劳动力素质”的综合反映。本文釆用“教育存量法”对人力资本存量加以计量,由于无法获取农业部门劳动力受教育程度数据,所以本文采取近似替代的处理方法。根据乡村从业总人数(单位:万人,来源《湖北统计年鉴》)及平均每百个劳动力文化状况比(来源《中国农村统计年鉴》),加权加总得出人力资本总存量。其中“,平均每百个劳动力文化状况比”将文化程度区分为文盲或半文盲、小学程度、初中程度、高中程度、中专程度、大专以上,本文根据每种受教育情况对应的实际受教育年限,对其分别赋值为0、6、9、12、12、16。综合国内外研究现状发现,农业经济增长中存在着“人力资本陷阱”,结合湖北农村劳动力实际状况,因此人力资本变量对农业经济增长的影响有待进一步证实。
(5)技术进步变量(T):本文用序数变量来反映技术进步的变化趋势,即1995年T值为1,按年份依次递增,2012年T值为18。农业经济会随着农业技术水平的提高而逐渐增长。
2扩展的Cobb-Douglas函数
Cobb-Douglas生产函数常用于分析经济生产系统中投入与产出的数量关系,是一种应用较为广泛的生产函数形式,近年来被大量应用于农业经济研究领域。Cobb-Douglas函数的基本形式为,其中,Y表示产出量;A表示技术水平;K表示资本投入量;L表示劳动投入量;分别表示资本、劳动投入的生产弹性值。结合湖北省农业经济的实际发展特点,本文设定农业经济增长方程为扩展的Cobb-Douglas函数,即(1)其中,Y表示农业总产出,A表示技术水平,K表示物质资本因素,M表示土地因素,L表示人力资本因素,T表示技术变化趋势,为随机扰动项。为了将农业经济增长方程作线性化处理,对模型(1)两边取对数得分别度量各种影响因素对农业总产出的影响大小,下面通过实证分析估计参数并给出合适的经济学解释。
3实证结果与分析
根据第二部分选取的变量指标与收集的数据以及第三部分对模型的设定,利用Stata/MP13.1软件对模型进行测算。绘制各变量的趋势变化如图1所示,可见,随着年份的推移,lnM、lnL变动幅度很小,呈现相对稳定的趋势;lnY、lnK都随着时间的增长而逐渐上升,并呈现“一致增长”的趋势。画出各解释变量lnK、lnM、lnL相对于lnY的散点图如图2-图4所示。图2中,lnY与lnK高度正相关,lnY随lnK几乎呈“直线趋势”变动;图3中,lnY随lnM变动的波动幅度较大,但从整体变化趋势仍可以看出,lnY随lnM的逐渐增加而增长,呈现正相关关系;图4中,lnY随lnL变动的波动幅度较大,变化率随着时间的推移逐渐递增。做出各变量的1阶差分趋势图如图5所示,2阶差分趋势图。由图可知,各变量的1阶差分序列呈现不平稳序列趋势,但它们的2阶差分序列都表现为平稳序列趋势。各变量的ADF检验结果见表1所示,由表1可知,变量lnY、lnK、lnM、lnL的水平序列与一阶差分序列都非平稳,二阶差分序列是平稳的。因此,该序列是2阶单整序列。用OLS法对模型进行协整回归,得农业经济增长方程为:根据协整回归的结果发现,各变量的系数符号基本与预期相符,lnK的系数在0.1%的水平上显著,lnL的系数在1%的水平上显著;,模型具有良好的拟合优度,并且,说明各解释变量的变化能很好地解释农业经济增长的变化。作出该回归的残差图,从残差图中可以看出残差值较为平稳,模型的拟合的效果较好。
为进一步验证水平序列lnY、lnK、lnM、lnL之间是否存在着确定的协整关系,对残差序列进行ADF检验。残差项的DF统计量值为-6.717<-2.66(01%显著性水平下的临界值),故可以在1%的水平上拒绝“残差项存在单位根”的原假设,所以,残差序列为平稳序列,即回归变量之间存在着唯一的协整关系。根据回归结果可知,lnK的系数为1.012且显著,对农业经济增长作用明显,说明物质资本每增加1%,农业总产出会随之增加1.012%,随着农业生产中物质消耗的增多,农业经济增长较快,且增长幅度更大,这比较符合传统的农业经济发展模式,表明湖北的农业发展还处于传统农业阶段;lnM的系数为0.104但不显著,说明研究期间农作物总播种面积对农业经济的变化没有显著影响,可能是因为农业经济发展从土地要素获得的动力已经十分微弱,与传统的农业发展模式相比,现代农业经济增长更多地依赖于农业技术的应用;lnL的系数为-1.168且显著,对农业经济增长作用明显,说明人力资本每增加1%,农业总产出会随之减少1.168%;说明随着农村人力资本存量的增加,农业经济不增反降。这很可能与湖北省的农村地区劳动力过剩或由于农业技术培训不足等导致的农民素质过低有关,过剩的劳动力不能及时有序地从农业转移到二、三产业,这反而给农业经济增长造成了负担,农业经济发展效率低下,从而产生抑制效应;T(技术变化趋势)的系数为0.00578但不显著,系数符号符合理论分析的预期,不过,由于本文限于数据的可得性,对于技术变化趋势的处理不太精确,其显著性有待进一步验证。
4结论与对策建议
本文基于湖北省农业经济发展的实际情况,通过构建农业经济增长模型——扩展的Cobb-Douglas函数实证研究了农业经济内生性因素投入对总产出的影响。实证分析基于1996-2013年的《湖北统计年鉴》和《中国农村统计年鉴》的年度数据,测算了物质资本、土地面积、劳动力投入、技术进步四个内生性因素对农业经济总产出的效应。具体结论如下:
(1)物质资本投入对农业经济增长具有显著的正效应,随着农业生产中物质消耗的增多,农业经济增长较快,且增长幅度更大,这比较符合传统的农业经济发展模式,表明湖北的农业发展还处于传统农业阶段;
关键词:手绘动画 新媒体 艺术语言
当前,新媒体技术正在改变着社会,改变着现代人的生活观念、生活方式以及生活节奏,人们的生活正在随着网络、计算机的普及应用发生着翻天覆地的变化。而由于新媒体技术本身的特质,这种改变不再是如工业革命一样是单一方向的,而是多元的,互动的改变,各种审美趣味――娱乐的、低俗的、有品位的、富有情感的都交融在一起,产生了历史性的交汇。詹明信教授在《晚期资本主义的文化逻辑》一书中指出:电影、电视、摄影等媒介的机械性复制以及商品化的大规模生产,这一切都构筑了“仿像社会”。 也就是“虚拟世界”,人与人之间的交流互动、人对世界的感知都通过这个被模拟的虚拟世界。于是大量的娱乐性的、注重瞬间体验的信息应运而生,而三维动画正是凭借其空间感强、视觉效果强烈、成本相对较低、制作周期短等特质在这个虚拟的世界中被广泛使用。然而在广泛使用的同时,我们也不难发现三维动画这种工业化的动画产品在表现上越来越模式化、机械化,这不得不使人们对这一现象进行反思。
在新媒体时代是以比特来传播信息的,比特没有重量,没有时空障碍,能够轻易地被复制和被传播,并且可以被无限的人使用,衡量比特的价值正是由使用人数的多少来决定。比特的复制技术带来了艺术的民主化,这种民主化表现在动画领域有以下几点表现:
1、生产方式和技术复制化。动画的制作由个人化走向集体化,三维动画的创作从来都是集体合作的结果。并且这种技术复制的快速对画面质量没有损失。手绘动画的制作中重视的是突破,是超越,认为重复、模拟无法展现其艺术生命力。但在新媒体时代,三维动画像其他的工业产品一样是批量生产出来的,技术湮灭了美感,在审美上用霸道的技术逻辑覆盖了其艺术风格和个性,但这种技术又使原来一小部分人把玩的艺术变成了大众与艺术的联系,真正可以实现“人人都是艺术家”。
2、审美个人化。新媒体时代是真正个人的时代,个人有丰富的选择,个人与各种环境之间如机器也能和谐自然的配合,信息的传递使艺术融入人们日常生活中,过去泾渭分明的各种艺术之间的鸿沟逐渐被高速传递的“比特”填平,艺术不但向商业消费转移,也变成视觉符号转移到商业艺术中间,如广告、影视、平面设计、网络界面、服装美容等等。一方面人的眼睛无时无刻不受到视觉冲击,无需再为审美而跑博物馆、美术观这些高雅艺术的聚集地;另一方面,眼睛又无不很快厌倦而需要新的、更强烈的视觉冲击。比特的易传播易复制的技术特性正好符合了这种大量而浅表的视觉需要。
作为社会变革的力量,新媒体技术的发展是历史的潮流,不可抵挡。新媒体技术是一门综合性的学科,其促使了技术和人文科学、科学与艺术之间的差距日益缩小。其改变了人们的时空观念,形成了虚拟时空的概念。其次,在后现代语境下的社会处处充斥着市场的逻辑,所有的文化都成为符合市场机制、可供消费的商品这造成“日常生活审美化”现象,艺术也需要融入生活也成为消费品。但这项先进的技术应该更合理的使用,赋予美感和情感才是动画艺术的最终目的,而手绘动画的艺术语言有着包容性很强的艺术生命力,是随着技术和各种艺术思潮的发展而向前的。正如美国动画导演杰弗瑞・卡赞伯格所说,科技再成熟,鼠标也永远取代不了人类手中的铅笔,有一种神韵,是需要传统的绘画表现的。
进入数字化时代后,新媒体技术成为社会生产的主流,《数字化生存》中指出:“多媒体即是本质上互动的媒体,随着比特数字通用的出现而产生,同时,它与计算机成本降低、威力增大和呈爆炸式增长的局面息息相关。”新媒体是指高技术化的多种媒体的融合,集图、文、影像、声音和互动性为一体,新媒体的运行又依赖于多种专业的软件,如:平面软件Adobo Photoshop、三维动画软件3Dmax,MAYA,特效视频软件Flash、AE,其既包含计算机、信息等工程技术,又包含美术、音乐、舞蹈、雕塑、建筑等艺术元素,又包含影视、网络等传播媒介,“生产力决定生产关系”, 随着多媒体技术的飞速发展,计算机图形CG(Computer Graphic)的概念被引入到动画领域,计算机软硬件虚构的三维空间被广泛的应用,三维动画是整合了多媒体技术并且完全依靠多媒体而出现的一种新的动画形式,三维动画与手绘动画相比有以下优势:一、能够完成实拍不能完成的镜头。二、可修改性强,节省成本。三、无法重现的镜头可通过三维动画来模拟完成。四、不受帧数的限制,渲染程序可以自动产生足够的画面。三维动画不但大幅提高了动画的制作效率并且产生了新的影像美学。但由于强势的技术覆盖了美感,三维动画的发展状态倾向于模拟现实,过分追求视觉上的刺激和新奇,作品被内涵被炫目的技术掩盖,缺少了情感,这也就背离观众观看的初衷,很多作品都只是一种技术游戏。
就目前整个动画领域而言,基本形成了三大类动画的表现形式:三维动画、手绘动画(2D手绘动画)、定格动画。本论文认为在三维动画出现之前,并没有手绘动画的观念,手绘动画是相对于三维动画而言的。三维动画的出现使传统的动画成为了手绘动画,指在平面中绘制的动画。
一方面多媒体技术自身在不断更新技术,多媒体的发展也给手绘动画带来使用媒介上的拓展,目前有专门的软件如Adobo Photoshop、Painter模拟油画、水彩等绘画效果,而电子笔也可以对屏幕进行手写式的输入,这些硬件设施的开发趋势实际上是为手绘动画实现无纸化奠定条件,在多媒体技术与手绘动画结合后,手绘动画有了更多的选择,比如画一幅画面,可以单纯用眼睛和手直接绘画出来,也用像素来绘制,还可以将拍摄的影像通过软件模拟成为具有手绘形式的画面。韩国电影《青涩恋爱》中片头与片尾就是真人拍摄与手绘风格相结合的方式进行实验,此片表现的是现代男女纯真的爱情生活,影片基调清晰朴实,尤其是片头与片尾的动画对烘托影片气氛起到了关键的作用,动画采用的是真人实拍与CG技术结合的方式,呈现出的却是流动的、光影斑驳的水彩质感。此动画运用了图像处理、三维动画等技术手段,画面既有饱满的水彩质感和纸张的粗糙感,又有三维的景深和镜头语言。由此可见,多媒体技术也在改变对技术运用的观念,将技术的生硬质感蜕化成灵活多变的艺术风格。
另一方面手绘动画家也在探索手绘动画的美感与多媒体技术结合的方式。在宫崎峻的《千与千寻》中,他就使用了CG技术制作飞溅的千寻的泪花。日本的动画电影现在使用线条勾勒,背景则使用CG技术来表现,再经过电脑校色,使得背景空间感强,看起来十分逼真。
本论文认为这些都还是CG与二维动画结合的浅表尝试,希望保持手绘动画的画面质感又增加画面的维度空间,但依然将手绘动画的制作工艺看成是手绘动画的精髓,用CG只是作为进行辅助手段。
相对来说,中国对于手绘动画这一新的发展方向的探索更加彻底和深入, 2007年,中国中央电视台播放了一部探索纪录片《大唐西游记》(见图),这是中国动画的一次突破,非常成功的实现了手绘与CG的互动结合。这部影片全部由手绘后经由CG处理的画面构成。没有一个实地拍摄的镜头,这在全球的纪录片的历史上还是第一次。人物造型以中国传统彩塑的造型为表现形式。《大唐西游记》从破解中国神话故事《西游记》中的人物来历开始,讲述公元7世纪唐朝僧人玄奘一生的传奇经历。在叙事画面的表现上采用了的唐卡表现形式,唐卡是一种历史悠久的藏传佛教中的绘画艺术,从公元七世纪发展至今。以唐卡为造型符号又暗合了印度佛教在中国的传播过程这一主题,选用彩塑和唐卡的结合,既是两种艺术形式的结合,也是艺术和技术的结合。
《大唐西游记》创作的实践意义在于:首先从技术的角度看, 《大唐西游记》没有对CG技术无节制地滥用,而认识到艺术风格才是传播主题的最核心信息,它突破了二维和三维空间的界限,产生了一种虚拟的时空感,并且产生了一种新的美学影像。《大唐西游记》是中国人第一次将手绘、CG、纪录片‘三位一体’的影像试验。是一次科技和艺术的成功结合。在如何正确利用先进的技术,如何使人类悠久的历史文化和艺术在新的时代焕发生命力这一命题上给当代动画人以启迪。
综上所述,我们可以看到:手绘动画还没有到成熟的阶段,手绘动画的艺术语言以及表现形式还在不断的充实丰富。手绘动画与新媒体技术之间并不对立与矛盾,而是可以相辅相成的。三维动画与手绘动画最大的矛盾在于思考的方式上的差异,三维动画师需要具备物体三维形状的能力,会先“画”出真正存在的东西,理解所画出东西的立体构象并且要灌注设计的理念,视作品为产品。而手绘动画师是以平面二维空间的概念进行构思,一方面有万千种材料、表现手段、风格进行选择作为媒介,倾向于反理性和反智性的思维。另一方面,这些媒介的选择最终是以体现动画师的个性与世界观为原则的。手绘动画的艺术语言探索还远没有到尽头,关于手绘动画与新媒体技术的互动性开发还有待开发,也许有一天,我们打开电脑就会有一幅水墨画打开,触碰画轴就会有朵朵的墨花绽放。手绘动画在整个动化领域将以其独特的艺术语言绽放出奇异的光彩。
参考文献
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论文摘要:由于自然语言的语义存在不确定性,形式化很困难,因此语义处理成为自然语言处理的瓶颈所在。基于大规模标注语料库的语义处理已经成为发展趋势,语料标注本质上就是语言知识(包括语义)形式化。现有句法标注模型主要包括基于短语结构语法(PSG)和基于依存语法(DG)的句法标注模型,还存在一些局限性。文章在现有句法标注模型的基础上结合认知语法(CG)的有关理论提出改进思路,以探索新的句法标注模型。
人类社会发展的基本轨迹是:原始社会—农业社会—工业社会—信息社会。人工智能的目标是用计算机模拟人的智能,以最大限度地解放和延伸人的智能,无疑是信息社会的制高点。语言是人思维的物质外壳,人不可能离开语言而具备真正属于人的高级智能。因此,模拟人类语言智能的自然语言处理无疑是人工智能的重要研究方向。然而,迄今为止的研究表明,在可以预见的将来,语义处理将是自然语言处理的瓶颈所在。原因是语义十分复杂,而基于现有计算机软硬件的自然语言处理要求语义形式化。解决这一问题的根本之道是:探索新的句法标注模型,进行大规模的语义标注,基于语料库进行语义知识获取和自然语言处理。
一、句法标注模型
语言的复杂性在于语言与认识的关系。语言具有意义,而意义是入对主客观世界的认识结果。主客观世界的复杂性决定了意义的复杂性,进一步决定了语言的复杂性。语言本身又可以视为人的主客观世界中的一部分,因此语言研究是一种特殊的认识活动,是人对语言的认识。由此可见,语言离不开认识。人对主客观世界的认识可以如此描述:认识主体借助认识工具按照认识方法处理认识对象获得认识结果。认识是由多种认识因素(主体、工具、方法、对象)共同作用的活动,认识结果是这一活动的产物,被多种认识因素共同决定,任何一种认识因素的改变必然导致认识结果出现或大或小的差异。显然,认识结果与认识对象不能等同,是认识主体对认识对象的选择性反映,认识具有主观能动性。从这个意义上讲。认识不可能也不应该去被动地还原认识对象,而是从符合主体目的性出发,力求简单有效地描述和预测认识对象。借用模型的概念,认识结果就是认识对象的模型(model),认识就是建立认识对象的模型,简称建模(modeling)。这是一种实用主义认识观。
模型一般分为心理模型(psychological model)、数学模型(mathematical model)和物理模型(physical model)。心理模型是认识对象在人认识中的定性关系,是数学模型的基础;数学模型是认识对象在人认识中的定量关系,是物理模型的基础;物理模型是人借助特定材料和工具按照认识对象的数学模型实现的物质结构。传统意义上的建模主要指建立数学模型和物理模型,一般意义上的建模还包括建立心理模型。人的认识能力是有限的,表现在:人不能建立任意认识对象的心理模型,也不能建立任意心理模型的数学模型,也不能建立任意数学模型的物理模型。由于具有明确的实用主义特点,建模在理工科领域大行其道,在文科领域也逐渐受到青睐。人类将二进制数学模型成功实现为晶体管物理模型,并开发出越来越复杂和先进的计算机软件和硬件,从而进入信息时代。20世纪以来一些主要或次要的语言理论都或多或少应用了数学模型,特别是一些面向语言计算的语言理论。随着计算机技术的飞速发展,人们对计算机自动或辅助处理语言信息的需求越来越大。但计算机的根本缺陷在于,凡是不能建立数学模型的信息都无法处理。传统语言理论往往只在心理模型层面定性研究,无法满足这一需要。因此有必要引入数学模型研究语言,称为语言数学模型,简称语言模型(1anguage model)。统计语言模型(sta-tistical language model)就是一个成功的例子。但统计语言模型的性能取决于训练语料的规模和质量。目前,由于语料的不断积累和计算机技术的不断进步,语料规模已不成问题,语料中包含语言知识的数量和质量才是关键。
计算机的语言知识主要来源于人。将语料中包含的语言知识标注出来,有助于计算机获得更丰富、更有价值的语言知识,从而提高语言处理水平,这就是语料标注(corpus tagging)。一般认为主要包括词汇标注(1exical tagging,分词、词结构标注、词性标注、词义标注等)、句法标注(syntax tagging,语法树标注、语义树标注等)、语篇标注(discourse tagging,语体标注、领域标注等)等内容。经过标注的语料还可以用于语言学研究、语言教学、语言测试、词典编撰等诸多理论研究和实践应用领域,越来越受到人们重视,并形成一门新兴学科——语料库语言学(corpus linguistics)。目前,相对句法标注,词汇标注有更成熟的规范、准确率更高的技术和更大的标注规模。句法标注的主要困难在于,没有一个真正成熟的语法或语义标注模型。句法结构尤其是语义结构很难统一描述,现有的句法理论还不完善,难以制定统一规范,标注主观性很大,自动标注准确率比较低。因此,句法标注成了语料标注的瓶颈问题。由于句法知识在语言知识中的重要地位,有理由相信:如果有了大规模、高质量的句法标注语料库,围绕语料库的各种研究和应用有可能在现有基础上产生质的飞跃。因此,研究句法标注模型应是当务之急。语料库语言学属于交叉学科,句法标注模型是语料库语言学的基础理论,又与语言学的句法理论密切相关。一方面可以借鉴现有句法理论,另一方面,也可以从语料库语言学的角度研究句法,提出新的句法标注模型。
二、现有句法标注模型
句法标注(Syntax Tagging,ST)以句子的语法知识和语义知识为标注对象,是语料标注的重点、难点所在,要以一定的语法理论为基础。根据语法理论制定的句法标注规则、过程和结果,称为句法标注模型(Syntax Tagging Model,STM)。短语结构语法(PhraseStructure Grammar,PSG)和依存语法(DependencyGrammar,DG)是现有句法标注的两种基础语法理论,彼此却有很大的不同。基于PSG的句法标注模型称为短语结构句法标注模型(PSG—based Tagging Mod—el,PSGTM),基于DG的句法标注模型称为依存句法标注模型(DG—based Tagging Model,DGTM)。根据现有语料标注的实践结果来看,PSGTM与DGTM都存在一定缺陷。
美国语言学家乔姆斯基(Noam Chomsky)于1957年出版专著《句法结构》,从而奠定了短语结构语法(PSG)的理论基础。其后发展起来的许多语法理论可以直接或间接归到这一流派,如中心词驱动的短语结构语法(HPSG)、广义短语结构语法(GPSG)等。到目前为止,PSG仍然是最重要的句法标注基础理论,为世界上众多语料库项目所采用和发展。法国语言学家特思尼耶尔(Lucien Tesnire)于1959年出版专著《结构句法基础》,从而奠定了依存语法(DG)的理论基础。其后发展起来的许多语法理论可以直接或间接归到这一流派,如词汇依存语法(WD)、概念依存理论(cD)、核心依存理论(KD)等。相对PSG而言,DG偏重于语义,在CD、KD上表现得十分明显。另外,DG更简洁、直观、经济,适应性更强,因此反而有后来居上之势,目前已经成为世界上较为通用的句法标注基础理论。不过,在具体的句法标注实践中DGTM还是暴露出一些问题,“对一些没有明确依存关系的成分,标注起来则有些力不从心”,存在“依存失败”现象,最突出的是难以标注缺省结构。缺省结构一直是句法标注中经常出现而且很难解决的问题。
人类的自然语言符合经济性原则,而缺省结构恰恰体现了这一原则。借助句子的前后上下文省略一些成分,人们仍然能够理解,但对计算机来说却是一种挑战。句法标注的根本目的是让计算机能够正确提取句子的语法和语义知识。缺省结构在真实语料中大量出现,常常使得原本正常的句法结构变得异常,难以按已有规则进行标注。这是任何句法标模型都必须面对的问题,目前PSGTM和DGTM都还没能够很好地解决。以DGTM为例,在很多情况下,DGTM不但不能正确标注缺省结构,反而在一些语言规则的强制限定下给出违背真实语法或语义结构的标注结果,形成干扰信息。请看以下4个句子:
句1:我看一下下书
句2:(真是好书啊?)我看一下
句3:我看一本书
句4:(好多书啊!)我看一本
句2是句1的宾语省略句,句4是句3的宾语省略句。(为简便起见,把“一下”、“一本”作为一个词处理)。
问题出在句4。句1和句3的依存结构是不同的,然而句2和句4却有了相同的依存结构。因为句4省略了“书”,根据DG理论,“一本”必须依存于独立谓语成分“看”。于是“看一本”和“看一下”依存结构相同,实际上违反了句3的正确结构。当然,我们可以采取补救措施,为d1标注一个特殊的依存关系属性Cerror(即依存失败),但这不是好办法。
三、改进DGTM
美国认知语言学家兰盖克(Ronald w.Langach.er)分别于1987年、1991年出版专著《认知语法基础》一、二卷,开创了认知语法(CG)理论,关于语法结构有如下观点:如果一个构件A使另一构件B的一部分抽象变为具体,那么构件A就叫做概念自主(coneep.tually autonomos)的构件,构件B就叫做概念依存(conceptually dependent)的构件。
举例来说:独立地看,“一本”隐含一个抽象的、可数的、可用“本”量化的事物,可表示为“一本(x)”。“书”使“x”变得具体,因此“书”是概念自主的,“一本”是概念依存的。从信息表达的角度来看,“书”表达了相对完整而具体的信息,因此是概念自主的;“一本”表达了不完整不具体的信息,因此是概念依存的。从数学表达式的角度来看,“一本”类似函数,“书”类似参数,函数的地位显然是第一位的,决定了对参数的处理过程和返回参数。例如,“旧书”与“一本书”的区别不在“书”,而在“旧”和“一本”。再从阅读认知过程来看,当人们读到“一本”时,实际上已经在期待“一本”后面那个具体事物跟着出现。为什么我们觉得“我看一本”是缺省句?因为“看”和“一本”相对“书”都是概念依存的,因此人们会判定,“我看一本”的缺省成分可能是“书”。而读到“我看书”时,人们不会认为这是一个省略句,因为“书”表达的信息已经自足了。
由此有足够的理由认为:在句法结构中,“一本”应是“书”的父结点,而不是按传统的补足中心原则,中心成分总是限定成分的父结点。依存成分是自主成分的父结点,这一原则可以称为依存中心原则(Dependency Head Principle,DHP)。采取这种原则的DGTM必然会有不同的标注结果。
深入研究发现,仅仅采用DHP是不够的,DGTM的其他参数也需要改变。例如,“看(x)”和“一本(x)”这两个表达式在与其他词语组合时是有区别的。“看(x)”与“我”组合时由“看”与“我”产生联系。“看”与“一本(x)”组合时却是“x”(书)与“看”发生联系。代表表达式与其他词语组合的成分称为返回参数,不同表达式的返回参数是不同的。例如。“一本(x)”返回参数为“x”,“看(x)”返回参数为“看”。正因为如此,表达式“看(一本(书))”成立,“一本(看(书))”不成立。另外,表达式“(x)一下”的返回参数为“x”,即“看”;表达式“(x)看”的返回参数为“看”。根据这些定义,句1、2、3、4的改进DGTM。
根据函数、输入参数、返回参数的关系,各句结构的逆构造过程如下:
句1:我看一下书:(((我)看(x))一下)(书)=((看(x))一下)(书)=看(x)(书)=看(x=书)
句2:我看一下:((我)看(x))一下=(看(x))一下=看(x)
句3:我看一本书:((我)看(x))(一本(书))=看(x)(书)=看(x=书)
句4:我看一本:(我)看(一本(x))=看(x)
句1和句3的x有明确取值,为完整句。句2和句4则是缺省句。基于看(x)和一本(x)的知识,可以预测并判定缺省结构及其成分。
直观看来,改进DGTM与原DGTM的标注结果有了很大的差异由于不采用补足中心原则,因此改进DGTM标注结果并不符合在补足中心原则影响下人们长期以来形成的语感。但更符合人们阅读认知经验,而且可以按函数标准给出形式化地解释,其解释结果符合句子本身的语法和语义结构,没有错误和干扰信息。因此,改进DGTM更适合计算机处理,更符合句法标注的本来目的。
四、结语
PSGTM的语法理论基础是PSG,DGTM的语法理论基础是DG,改进DGTM的DHP受CG的启发,其语法理论基础应该是CG。但CG只是从理论上提出了“概念自主”和“概念依存”的概念,并没有严格定义和证明依存成分与自主成分之间的主从关系。在CG的实际应用中,存在有时自主成分为短语中心语,有时依存成分为短语中心语的情况。
关键词:猪流产嗜性衣原体;主要外膜蛋白(MOMP);重组表达
中图分类号:S852.67 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2013)04-0949-04
Cloning and Expression of Major Outer Membrane Protein of Chlamydophila Clinical Strain HB1043 from Swine
YAN Shao-xia1,2,TIAN Yong-xiang1,LIU Ze-wen1,YUAN Fang-yan1,GUO Rui1,DUAN Zheng-ying1,
YANG Ke-li1,MENG li1,ZHOU Dan-na1,LI Shao-wen2
(1. Institute of Animal Husbandry and Veterinary, Hubei Academy of Agricultural Sciences, Wuhan 430064,China; 2. College of Animal Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070,China)
Abstract: Chlamydophila was an obligate intracecullar parasites and could infect human and multiple animals. According to the published complete nucleotide sequence of Chlamydophila major outer membrane protein (MOMP) in the GenBank and the whole genome of Chlamydophila isolated from clinical samples, the whole genome sequence of MOMP gene were obtained by PCR. The PCR product was sequenced and blasted with the committed MOMP sequence (EU531729) from strain CG1 of swine Chiamydophila abortus. The results showed that it had one base different from the CG1 strain. The extinction enzymes sites BamHⅠand SalⅠwere selected for cloning the MOMP sequence to the pET-28a. The restructuring plasmid pET-28α-MOMP were then transfered into E. coli BL21 and expressed. The target protein rMOMP was purified by the Ni Sepharose 6 Fast Flow and proved with immunocompetence by Western-blot.
Key words: Chlamydophila; major outer membrane protein; recombined expression
衣原体是一类细胞内专性寄生的、大小介于细菌和病毒之间的革兰氏阴性微生物。衣原体感染在世界范围内均有流行,是一种能够引起人和动物患病的人畜共患病原体。依据衣原体核糖体rRNA的序列比对以及多态性限制性酶切位点的分析,将衣原体科分为衣原体属和嗜性衣原体属。
嗜性衣原体属包含鹦鹉热嗜性衣原体、流产嗜性衣原体、肺炎嗜性衣原体、家畜嗜性衣原体、猫嗜性衣原体以及豚鼠嗜性衣原体[1]。其中,危害最大的病原体主要是流产嗜性衣原体和鹦鹉热嗜性衣原体。流产嗜性衣原体是从鹦鹉热嗜性衣原体中衍生出来的一个新成员,这两种病原体都可以感染猪、绵羊、山羊、牛等哺乳动物,同时作为一种人畜共患的病原体,经常与感染动物接触的人可经呼吸道传播的途径发生感染。人类感染后主要表现为类似流感的病症,严重时可引起心内膜炎、脑炎、肺炎、流产甚至死亡[2]。
近些年来,研究者对衣原体的基因组学以及蛋白质组学进行了深入的研究,但是针对衣原体病的诊断目前尚没有十分成功的试剂盒得以推广应用。根据以往的研究报道,作为研究热点的诊断抗原蛋白有主要外膜蛋白(MOMP)、多型性外膜蛋白(POMPs)、热休克蛋白(HSP)以及脂多糖(LPS)等。其中40 ku的衣原体MOMP占衣原体外膜蛋白的60%以上,具有血清型、亚种、种和属特异性抗原决定簇,是衣原体病诊断的主要研究抗原[3]。有研究者对流产嗜性衣原体的CP/12株的MOMP、E型沙眼衣原体的MOMP以及鸡源鹦鹉热衣原体的MOMP全长基因进行了克隆表达[4-6]。
本试验所用的病原为临床分离病原,是经特异性引物进行PCR鉴定后的衣原体。经鸡胚攻毒试验证明其具有很强的致死性,致死的鸡胚病理变化与以往研究报道相符。同时,实验室对该病原体的16 S/23 S/16-23 S rRNA进行扩增并经分析鉴定其属于嗜性衣原体属。在系统进化树中,其与鹦鹉热嗜性衣原体和流产嗜性衣原体亲缘关系较近,共用一个节点,但不与鹦鹉热嗜性衣原体和流产嗜性衣原体共枝[7]。鉴于该株嗜性衣原体具有很强的致病致死性,本试验对其主要外膜蛋白进行选择性原核表达,并验证其免疫学活性,以期为下一步开发猪的衣原体病诊断试剂盒打下理论基础。
1 材料与方法
1.1 试验材料
猪源衣原体HB1043株表达载体pET-28a、感受态细胞Escherichia coli DH5α、E. coli BL21由湖北省农业科学院畜牧兽医研究所兽医室保存;限制性内切酶BamHⅠ和SalⅠ、T4 DNA连接酶、DNA Marker以及PCR反应试剂等均购自宝生物工程(大连)有限公司;HRP标记的羊抗猪购自SoutherBiotech;猪衣原体阳性血清为本室衣原体IHA试剂盒(购自湖北省畜牧兽医局)检测呈阳性的猪血清;AxyPrep凝胶回收试剂盒购自杭州爱思进生物技术有限公司。
1.2 试验方法
1.2.1 引物设计 根据GenBank中MOMP全基因序列设计特异性引物上游P1:TTAGGATCCATGAA
AAAACTCTTGAAATCG,前加酶切位点BamHⅠ;下游P2:GCGGTCGACTTAGAATCTGAATTGAGC,前加酶切位点SalⅠ。引物由生工生物工程(上海)技术服务有限公司合成。
1.2.2 目的基因扩增 使用Biospin细菌基因组DNA提取试剂盒(Bioer Technology co. Ltd,BSC12S1)提取衣原体基因组。取适量临床分离株接毒致死的鸡胚卵黄囊液于1.5 mL离心管中,3 000 r/min离心10 min,取上清液,再15 000 r/min离心30 min,弃上清液,按照试剂盒操作步骤提取基因组。以提取的衣原体全基因组DNA为模板,特异性的引物P1、P2为引物进行PCR反应,反应程序为94 ℃预变性2 min;94 ℃变性15 s,58 ℃退火30 s,72 ℃延伸1 min,30个循环;72 ℃ 10 min,4 ℃保存。PCR产物经1%琼脂糖凝胶电泳鉴定。采用AxyPrep凝胶回收试剂盒(杭州爱思进生物技术有限公司,AP-GX-50)对PCR产物进行回收,测序。
1.2.3 MOMP基因序列及蛋白特性分析 使用DNAStar、SignalP 3.0 Server等软件对测序结果进行分析,并与GenBank中衣原体的MOMP序列进行同源性分析。
1.2.4 构建重组质粒pET-28a-MOMP 根据分析结果,选用BamHⅠ和SalⅠ对PCR产物及质粒pET-28a进行双酶切。经1%琼脂糖凝胶电泳鉴定后,采用DNA Fragment Purification Kit ver.2.0(宝生物工程(大连)有限公司,DV807A)对酶切产物进行回收。
将带有黏性末端的酶切产物使用T4 DNA连接酶反应体系连接。连接产物转化感受态细胞E.coli DH5α,转化方法按常规转化步骤进行。筛选出阳性克隆后小量摇菌,使用E.Z.N.A.Plasmid Midi Kit Ⅰ(Omega Bio-Tek,D6944-01)试剂盒提取质粒。提取的质粒经PCR及酶切鉴定,以确定目的片段正确克隆入载体,重组载体命名为pET-28a-MOMP。
1.2.5 重组质粒的转化 上一步中构建好的重组质粒pET-28a-MOMP转化表达载体E. coli BL21。按常规转化方法进行。
1.2.6 诱导表达 将上一步中转化成功的表达菌E. coli BL21接种LB培养基进行诱导表达,同时设置对照组:含空质粒pET-28a的E. coli BL21组。具体操作见文献[8]。
采用SDS-PAGE凝胶配制试剂盒(武汉博士德生物工程有限公司,AR0138)检测蛋白质表达情况。诱导表达过程中所取的样品均按照常规方法处理。按试剂盒使用说明配胶,上样各20 μL,同时加Protein Marker。80 V,40 min后120 V至电泳完成。电泳完毕后进行考马斯亮蓝染色,观察蛋白表达情况。
1.2.7 rMOMP纯化 重新诱导表达重组蛋白rMOMP。具体操作见文献[8]。
使用Ni Sepharose 6 Fast Flow亲和层析柱除去杂蛋白。具体步骤按使用说明书进行。最后洗脱时采用咪唑浓度梯度洗脱,咪唑浓度分别为100、200、300 mmol/L的洗脱液洗脱目的蛋白;洗脱完成后加复性剂使重组蛋白复性;最后使用蔗糖浓缩蛋白液浓缩;收集蛋白,1.5 mL离心管分装,-70 ℃保存。其中每个步骤取样待检。
SDS-PAGE电泳检测蛋白表达及纯化情况,拍照。
1.2.8 rMOMP活性检测 重新诱导表达,SDS-PAGE电泳结束后切胶进行Western-blot检测其免疫学活性,同时做阴性对照,具体操作见文献[8]。其中阳性组和阴性组所用一抗为经IHA试剂盒检测确定的阳性血清及阴性血清。观察结果并拍照。
2 结果与分析
2.1 测序结果及分析
使用DNAStar对MOMP测序结果分析显示,扩增得到的MOMP序列全长为1 176 bp,编码的蛋白质为391个氨基酸,分子质量约为42.4 ku。由Protean软件分析其表面抗原位点如图1所示。从图中可看出第20-90位氨基酸残基之间的区段虽然抗原性位点较强但是其可能不是表面抗原位点,而在100位、240位以及345位氨基酸残基处抗原性较强,而且均可能为表面抗原位点。
测序结果经BLAST比对显示,扩增的MOMP与GenBank中流产嗜性衣原体CG1株的MOMP全序列(EU531729)有1个碱基不同,而且此位点突变后CG1株中原有的限制性内切酶位点MsⅡ消失;与鹦鹉热嗜性衣原体C1/97株以及GD株有3个碱基位点不同。
SignalP 3.0 Server分析结果如图2,全部391个氨基酸残基中最有可能为信号肽的是前22个氨基酸残基。
对序列进行限制性酶切位点分析,在271 bp处为限制性内切酶BamHⅠ位点,而且经此酶切位点切割后后续碱基序列的读码框并未受到影响。结合前面的分析结果,将此限制性内切酶位点前的序列切除,对后面部分进行选择性表达。
2.2 PCR产物电泳结果
以提取的衣原体全基因组为模板,特异性引物P1、P2为引物PCR扩增目的蛋白MOMP的全基因片段,其产物进行琼脂糖凝胶电泳如图3所示。从图中可以清晰地找到目的条带,大小在1 200 bp左右,与预期大小相符,说明PCR得到了MOMP的全基因片段。
2.3 SDS-PAGE检测结果
蛋白纯化过程中收集的各阶段样品进行SDS-PAGE电泳检测结果如图4。由图4可知,含有空载体pET-28a的BL21组在诱导前后的蛋白表达情况基本上没有不同,只是蛋白量的多少不同;而含有pET-28a-MOMP重组载体的BL21组在经加入诱导剂IPTG后在42.4 ku大小处可以明显观察到有新的蛋白产生,其大小与目的蛋白rMOMP的预测大小一致,说明目的蛋白得到很好的表达;菌体经超声破碎后的上清中没有目的蛋白,说明目的蛋白是以包涵体沉淀的形式存在的;3个不同咪唑浓度的洗脱液电泳结果说明咪唑浓度在100 mmol/L时为最佳的洗脱条件;浓缩后的蛋白样品电泳结果说明经过纯化,蛋白溶液中的杂蛋白基本上被除去。
2.4 rMOMP活性检测结果
对纯化得到的rMOMP进行Western-blot试验,结果如图5。由图5可知,rMOMP与猪衣原体的阳性血清发生了反应,而与阴性血清不反应,说明得到的蛋白具有免疫学活性。
3 小结与讨论
衣原体的外膜结构与其他革兰氏阴性菌不同,其缺乏肽聚糖成分,由脂多糖代替。整个分子的稳定性由40 ku的主要外膜蛋白(MOMP)、富含半胱氨酸的60 ku的大蛋白和12 ku的小蛋白通过广泛的二硫键结合形成网络状来维持。分子生物学研究表明MOMP是一种膜孔类蛋白,其结构类似于大肠杆菌的OmpF和PhoE通过疏水性和静电力结合形成的三聚体。MOMP的这个三聚体结构是由3个MOMP单体构成,在单体内部及单体之间存在广泛的二硫键[9]。Rodriguez-Maranon构建的MOMP分子模型中,MOMP单体是由16个反向平行的β-卷曲形成的圆桶状的分子通道结构。MOMP的4个VD区则位于桶状结构的外表面,与EB的黏附及进入真核细胞有直接的关系[10]。许多研究资料均表明,MOMP具有很强的抗原活性而且是制备衣原体疫苗最佳的候选单位[11,12]。
信号肽在蛋白外源表达过程中对蛋白的产率、降解以及产物加工复性等都有很大的影响[13]。该试验对临床分离的衣原体MOMP全基因片段进行了扩增、测序以及序列分析。分析结果显示,此株衣原体与已报道的CG1株流产嗜性衣原体的MOMP序列有一个碱基突变,而该位点突变后,CG1株中原有的限制性内切酶位点MsⅡ消失,关于该酶切位点的有无对MOMP性质的影响有待进一步研究分析。同时根据序列分析结果将限制性内切酶位点BamHⅠ之前部分序列切除后进行了诱导表达。表达产物经纯化后通过Western Blot检测其免疫学活性,结果证明试验中所得到的蛋白仍然具有免疫学活性。关于该株衣原体的MOMP可否作为诊断抗原并进一步开发猪衣原体病的检测试剂盒等问题将在后续试验中加以论证。同时该试验结果也为衣原体基因工程疫苗的研究提供了理论参考。
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关键词:基因多态;急性高山病;发生率;低氧习服
中图分类号:G804.7 文献标识码:A 文章编号:1007-3612(2010)12-0045-03
The Effects of Polymorphisms of ANP on the Incidence and the Hypoxia Acclimatization to Acute Mountain Sickness
ZHOU Wenting1, HU Yang1,XU Fei2
(1.Beijing Sport University, Beijing 100084,China;2.Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310023,Zhejiang China)
Abstract:Objectives: To study the effects of polymorphisms of ANP at C664G and T2238C loci on the incidence and the hypoxia acclimation to Acute Mountain Sickness (AMS). Methods: Phase 1: 61 students, all male Chinese Han origin lowlanders, were involved in a 6h acute exposure to 4800m altitude equivalent. Within 30 min of arriving at altitude, volunteers exercised at constant work rate for 20 min on a cycle ergometer (70r/min). Phase 2: After 1wk of rest, 48 volunteers completed an exercise performance testing in a 3wk period of IAE (2h/d, 4d/wk). After restoring 1wk, Phase 1 was repeated. Incidence and severity of AMS symptoms were determined using the LLS. PCR RFLP was used to determine the genotypes and alleles frequencies of ANP at C664G and T2238C loci. Results: After the altitude exercise, 62.5% volunteers won better hypoxia tolerance while the AMS incidence rate is decreasing from 49.2% to 18.7%. But there are no significant differences in AMS score trends in different genotypes and allele carriers at C664G and T2238C loci. Conclusions: Training in intermittent altitude exposures is remarkable effective for the hypoxia acclimation to AMS. No association exists between polymorphisms of ANP and the incidence of AMS as well as the hypoxia acclimation to AMS.
Key words: polymorphism; acute mountain sickness; incidence frequency; hypoxia acclimation
我国国土总面积约1/6为海拔3 000 m以上的高山/高原地区。随着经济、文化及国防的发展,进入高原的人逐年增多。与世居高原人不同,世居平原人在高原多发急性高山病(acute mountain sickness, AMS),出现多种不适症状,严重者甚至出现高原肺水肿和高原脑水肿,危及生命[1]。研究发现,增加氧摄入量和促进利尿可加快AMS的习服[2],故目前普遍采用阶段适应及服药来预防AMS[3]。然而,阶梯适应方式往往耗费大量人力、物力和时间,服药又多伴有各种副作用,故寻找更有效的方法降低AMS的发生及严重程度具有重要的研究价值。已知急性低氧暴露期内运动可引起低氧血的增多与钠潴留的加剧,加重AMS,适当剂量的低氧暴露和/或训练则可能改善、缓解AMS的症状[4]。
研究表明,急进高原人群中AMS的发生率约为30%~80%,以阶梯适应的方式进入高原虽可明显减少AMS的发生,但仍有30%的人患病,而在急进高原人群中亦有约16%~30%的人并不发生AMS,可见AMS的确存在易感性的差异[5]。动物实验发现低氧会导致ANP的分泌增加[6],AMS与ANP的关联研究则结果不一[7,8]。本研究模拟4 800 m低氧环境,急性暴露辅以运动,使受试者出现AMS症状。首次对受试者施以3周渐进式低氧训练,观察间歇式低氧暴露(intermittent altitude exposures, IAE)辅以运动对AMS的减缓程度。通过基因解析,本研究首次对我国世居平原北方汉族男性ANP基因C-664G及T2238C位点基因多态性与AMS发生及低氧习服效果的关系进行了探索。
投稿日期:2010-05-15
基金项目:科技部奥运攻关课题(2006BAK12B01)。通讯作者:胡扬教授。
作者简介:周文婷,讲师,博士,北京体育大学体育学博士后流动站博士后,研究方向基因技术与运动员选材。
1 材料和方法
1.1 实验对象和样本 61名普通男性大学生参与Phase 1的研究,其中48名参与后续Phase 2的研究。受试者身体健康,无神经系统、心肺、心血管系统疾病及吸烟史;均为北方汉族世居平原者(海拔<800 m),主要来自山东、河北、东北三省。实验前6个月未经高原和(或)低氧暴露(海拔≥1 500 m)。受试者实验前填写PARQ问卷,签署知情同意书。空腹抽取静脉血5 mL, EDTA-Na2抗凝,分离白细胞,-20℃保存。
1.2 方法
1.2.1 运动及低氧暴露 Phase 1:受试者于低氧舱(模拟海拔4 800 m,吸入氧浓度(FiO2)10.4%~10.8%,温度20℃~24℃,相对湿度46%~67%,气压1 014~1 021 hPa)暴露6 h。进舱后休息30 min,然后进行30 min的运动测试:在GE Ergoselect 1 000 LP型卧式功率车上仰卧休息5 min后,以恒定负荷(80 W, 60转/min)蹬车20 min,恢复5 min,运动终止标准参照[9]。运动结束后,受试者在6 h的剩余时间内静息暴露。以LLS量表评价AMS[10],运动前和运动后即刻、低氧暴露4 h和6 h结束时记录AMS评分。将受试者6 h急性低氧暴露结束时AMS评分≥3者定为AMS。Phase 2:恢复1周后,受试者进行3周(2 h/d, 4 d/周)IAE辅以运动,模拟海拔高度分别为2 500 m(1周)、3 500 m (1周)和4 800 m(1周)。控制运动强度,使受试者在上述低氧环境下运动时的SPO2分别处于90%~92%、<88%和<75%水平,运动形式跑步、蹬车可选。恢复1周,重复Phase1,LLS量表评价AMS,具体流程见图1。
图1 实验流程示意图1.2.2 基因多态分析 采用promega公司试剂盒提取基因组DNA。解析C-664G及T2238C位点基因型,方法参照华中科技大学张利芸方法[11]。
1.3 统计学分析 以平均值±标准差(x±s)描述组内的AMS评分水平;基因型及等位基因频率差异用Mantel-Hanensze χ2检验,应用SPSS 16.0软件包完成统计分析,统计学显著性水平定为0.05,非常显著性水平定为0.01。
2 结 果
所有受试者的年龄、身高、体重、身体状况、来源地等差异均无显著性(P>0.05)。Phase 1中,受试者的AMS评分值为2.7±2.1,发生与未发生AMS的受试者AMS评分分别为4.3±1.7和1.1±0.9。受试者49.2%(30/61)发生AMS,评分值区间为0~10。受试者C-664A及T2238C位点的基因型分布均符合HardyWeinberg平衡(p<0.05),不同基因型和等位基因携带者的AMS发生比率见表1。在C-664G位点,CC和CG基因型携带者的AMS评分分别为2.7±2.1和2.8±1.3,在T2238C位点,TT、TC和CC基因型携带者的AMS评分分别为2.7±2.2、2.2±1.7和4.5±0.7,两个位点不同基因型和等位基因携带者的AMS发生率均无显著差异。
表1 C-664G和T2238C位点不同基因型和等位基因
携带者AMS的发生比率
组别AMS评分<3AMS评分≥3χ2PC-664G位点CC(n,%)30 (52.6)27 (47.4)1.14>0.05CG(n,%)1 (25.0)3 (75.0)C(n,%)61 (52.3)57 (47.7)1.10>0.05G(n,%)1 (25.0)3 (75.0)T2238C位点TT(n,%)24(49.0)25(51.0)3.60>0.05TC(n,%)7(70.0)3(30.0)CC(n,%)0(10.0)2(100.0)T(n,%)55(50.9)53(49.1)0.00>0.05C(n,%)7(50.0)7(50.0) 受试者低氧运动前后的AMS评分分布参见表2。低氧运动后,受试者的AMS评分为1.4±1.6,发生与未发生AMS的受试者AMS评分分别为4.0±1.2和0.8±0.8,受试者81.3% (39/48)发生AMS,评分值区间为06,评分分布频率在低氧运动前、后差异非常显著(χ2=10.83, df=1, P<0.01)。低氧运动后,受试者的AMS评分60.4% (29/48)下降,27.1% (13/48)不变,12.5%(6/48)上升。C-664G和T2238C位点不同基因型和等位基因携带者AMS评分变化分布见表3:低氧运动后,在C-664G位点,基因型CC和CG携带者的AMS评分分别为1.3±1.6和2.0±0.0;在T2238C位点,基因型TT、TC和CC携带者的AMS评分分别为1.4±1.6、1.2±1.3和2.5±2.1,两个位点不同基因型和等位基因携带者的AMS评分变化趋势间无显著差异。
表2 受试者运动训练前后AMS评分分布
组别<3(例,%)≥3(例,%)χ2P运动训练前31 (50.8)30 (49.2)10.83 <0.01运动训练后39 (81.3)9 (18.7)
3 讨论与分析
AMS的发生与运动量有关[12]。有人研究了低氧下运动对AMS的发生、程度及SPO2的影响。结果发现,受试者在运动时比在静息时,无论AMS发生率还是其严重程度都较高[12];当受试者在海拔4 300 m环境中以60%~70% V•O2max强度进行运动时,其SPO2的下降水平与在5 000~5 500 m静息时相似,表明在相同海拔高度下运动可造成受试者额外的低氧负担[13]。鉴于上述原因,本研究采用模拟海拔4 800 m暴露6 h的低氧剂量,辅以30 min的恒定负荷运动,结果49.2%的受试者发生AMS,成功构建了适于AMS研究的急性低氧暴露模型。
IAE在AMS习服中作用的定量研究仅见于2004年[4]。Beidleman等发现,模拟海拔4 300 m环境下3周IAE辅以运动可有效降低AMS的发生率和严重程度。本研究亦采用了3周IAE辅以运动的方案。结果发现,低氧运动后,受试者的AMS评分由2.7±2.1降为1.4±1.6,受试者的AMS评分分布频率差异非常显著(χ2=10.83, df=1, P<0.01),AMS发生率明显降低(49.2%18.7%),60.4%的受试者评分下降,说明本方案对世居平原人适应低氧环境、减轻AMS程度效果显著。我们注意到研究中受试者表现出明显的个体差异,低氧运动后27.1%的受试者AMS评分不变,12.5%评分上升,表明本方备的个体局限性,而基因多态研究有望成为突破口。
表3 C-664G和T2238C位点不同基因型和等位基因
携带者AMS评分变化分布
组别AMS评分下降AMS评分不变AMS评分上升χ2PC-664G位点CC(n,%)27(60.0)13 (28.9)5 (11.1)2.00>0.05CG(n,%)2(66.7)0(0.0)1(33.3)C(n,%)57(60.6)26 (27.7)11 (11.7)1.95>0.05G(n,%)2(66.7)0(0.0)1(33.3)T2238C位点TT(n,%)24 (60.0)10 (25.0)6 (15.0)1.59>0.05TC+CC(n,%)5 (62.5)3 (37.5)0 (0.0)T(n,%)26(60.5)11 (25.6)6(14.0)1.04>0.05C(n,%)3(60.0)2(40.0)0(0.0) ANP是低氧反应基因,但AMS与ANP的关联研究结果不一[1]:Bαrtsch等和Cosby等发现AMS和高原肺水肿患者的ANP含量高于健康人;Milledge等发现较高水平ANP与较高AMS耐受性有关;Loeppky等则发现ANP与AMS的发生无关。目前已知与AMS易感性有关的基因包括ACE、eNOS、ET-1等,涉及多态位点20余个[1],但尚无ANP基因多态性与AMS易感性的关联研究。近年来,研究发现C-664G和T2238C位点多态会影响ANP的功能,并在冠心病、高血压易感性等研究中得到印证[14,15]。具体到本研究,基因型CC和CG在所有受试者中的比率为93.4%和6.6%,等位基因C和G的比率为96.7%和3.3%,与Zhang等[11]报道的结果相似;基因型TT、TC和CC在所有受试者中的比率为80.3%、16.4%和3.3%,等位基因T和C的比率为88.5%和11.5%,与杨丽姝等[16]的结果相似,但与Zhang等[11]和Kato等[15]的结果不同。因Zhang和Kato的研究对象分别来自武汉和日本,与本研究及杨丽姝研究的北方汉族人存在地域和种族差异,从而导致结果的不同。
本研究首次对C-664G和T2238C位点多态性与AMS发生及其低氧习服的关系进行了探索。结果发现,在C-664G和T2238C位点,不同基因型和等位基因携带者的AMS发生率无显著差异,不同基因型携带者的AMS评分在低氧运动前后的变化趋势也不显著(χ2=0.78, df=1, P>0.05; χ2=0.03, df=2, P>0.05),说明这两个位点对AMS的发生和低氧习服无影响。虽然研究中发现某些基因型携带者的AMS发生率高达75.0% (CG)和100.0% (CC),但由于CG和CC基因型分布频率仅为4.9%和3.3%,故无法作为AMS易感性的遗传学标记。事实上,如前面所述,C-664G及T2238C各基因型在不同种族内分布差异巨大[11,17],即使在相同种族内,我国不同地区人群中其分布也大相径庭[11,14]。鉴于当前AMS的研究对象多为真实高原条件下的AMS患者,数量有限;通过模拟低氧环境建立AMS患病模型的过程中,设备、场地等条件的限制又制约了研究的规模。此外,本研究对象仅限于年轻男性,不同年龄和性别间的差异未涉及,故寻找适合不同年龄和性别的运动方案、进一步加大样本含量、 优化基因位点的选择是我们未来研究的方向。
4 结 论
IAE辅以运动对AMS低氧习服效果明显,可显著提高个体的低氧耐受能力,可应用于世居平原北方汉族男性初次进入高原前,预防AMS的发生,减轻其严重程度;ANP基因的C-664G和T2238C位点多态性与AMS的发生及低氧习服效果无关。
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