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细胞如何感知氧气?新晋诺奖为人类抗癌提供新方向

 
作者:匿名      时间:2019-11-04 12:46:11    阅读量:3547
 

摘要:科学家们认为,这项基础研究,为很多领域的研究提供了全新的思路与支持,尤其是肿瘤治疗。释疑1细胞如何感知和适应氧气?人们了解氧气的基础性重要作用已有数个世纪,但细胞如何适应氧气水平变化长期不为人知。例如


新京报(记者王军)10月7日,2019年诺贝尔生理医学奖揭晓。美国科学家威廉·凯利、格雷格·塞门扎和英国科学家彼得·拉特克利夫因“发现细胞如何感知和适应氧气供应”而获奖。

科学家认为,这项基础研究为许多领域的研究,特别是肿瘤治疗提供了新的思路和支持。人类将来一提到“癌症”就不会变得苍白。

消除疑虑1

细胞如何感知和适应氧气?

氧约占地球大气的五分之一,对生命至关重要。动物需要氧气将食物转化成有用的能量。几个世纪以来,人们已经知道氧气的基本和重要作用,但是细胞如何适应氧气水平的变化一直是未知的。

三位诺贝尔奖获得者的研究工作是解释细胞如何在不同的氧浓度下调节和转换代谢模式,以适应缺氧或正常的氧环境。

氧感应途径,即生物体对缺氧和富氧的不同反应,不能与红细胞生成素(epo)分离。

当人体缺氧时,一个关键的生理反应是红细胞生成素(epo)水平的增加,这反过来又增加了红细胞的生成。例如,当我们在高海拔地区活动时,由于缺氧,人体的新陈代谢发生变化,红细胞生成素(epo)水平增加,我们开始制造新的红细胞来快速反应和适应环境。

然而,红细胞生成素和氧之间的关系一直是个谜。格雷格·塞门扎(Greg Semenza)和彼得·拉特克利夫(Peter ratcliffe)在研究促红细胞生成素的过程中,发现了缺氧诱导因子(hif),这是在缺氧条件下增加促红细胞生成素的机体反应背后的“开关”。

在缺氧环境中,当身体感到缺氧时,缺氧诱导因子(hif)作为开关激活体内的基因转录,使身体能够发挥“120,000个灵魂”来应对缺氧环境,如呼唤epo,要求红细胞呼唤和强化。

在缺氧诱导因子的研究中,还有一位中国贡献者王广亮。在诺贝尔奖正式提供的五个核心文件中,他是一篇关于克隆缺氧诱导因子蛋白的文章的第一作者。

在博士后研究期间,王广亮在导师格雷格·塞门扎教授的指导下,研究了细胞对氧气的感知和细胞内的信号传输。通过大量系统实验,找到了缺氧诱导因子-1(缺氧诱导因子家族成员之一)。

消除疑虑2

新发现解决了哪些医学问题?

" hif-1的发现对于研究肿瘤组织中肿瘤细胞耐缺氧的机制和解决科学问题具有重要意义."北京大学基础医学院免疫系副主任王月丹说。

缺氧环境中缺氧诱导因子丰富。一旦身体意识到缺氧,如脑梗塞和心脏缺血,缺氧诱导因子将在细胞中迅速积累,并在4-5分钟内达到非常高的浓度武汉大学中南医院研究助理教授纪萧炎此前在接受采访时说。

另一方面,在富氧条件下,hif-1的数量将急剧下降。为什么会有这样的反应?答案来自另一位诺贝尔奖获得者威廉·凯利。

威廉·凯利研究了一种罕见的遗传病——希佩尔·林道。他的研究发现,缺乏vhl功能基因的癌细胞也显示出极高水平的低氧调节基因,但是当vhl基因被重新引入癌细胞时,低氧调节基因恢复到正常水平。

这是vhl基因在一定程度上参与缺氧反应控制的重要线索。从那以后,彼得·拉特克利夫教授的团队也证明了缺氧诱导因子-1α降解需要vhl蛋白。

消除疑虑3

研究在临床应用中有什么价值?

这项诺贝尔奖的研究对临床应用有什么价值?

氧气感应是许多疾病的核心。例如,慢性肾衰竭患者通常会因epo表达减少而出现严重贫血。诺贝尔研究表明,促红细胞生成素是由肾脏细胞产生的,对控制红细胞的形成至关重要。

此外,氧调节机制在癌症中起着重要作用。浙江大学医学院生物化学教授罗燕解释说,肿瘤,尤其是肿瘤内部,本质上是一个缺氧环境。此外,肿瘤干细胞通常是对药物或免疫疗法有抗性的肿瘤细胞的子集。初步研究表明,它们位于身体相对缺氧的部位。

王广亮解释说,简而言之,肿瘤内部的缺氧状态将增加肿瘤中hif的含量,并帮助肿瘤存活。

然后,抑制hif-1会导致肿瘤细胞在缺氧环境中死亡。没有干细胞,肿瘤不会转移和恶化。

目前,治疗多发性骨髓瘤和淋巴瘤的药物硼替佐米具有抑制hif-1生成的作用,该途径已用于肿瘤治疗。hif-1的抑制也可能是治疗vhl基因异常的神经血管母细胞瘤的有效方法。

“除了贫血和肿瘤的治疗,我更喜欢在缺血性和缺氧性疾病中应用低氧调节途径,如心肌梗塞和脑梗塞,如促进梗塞部位的血管再生。”王月丹说道。

北京新闻记者王军

编辑陈思校对李丽君

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