2019年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)：細(xì)胞與氧氣的那些事兒

本刊編輯部綜合

10月初，2019年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)（簡稱“諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)”）揭曉，獲獎(jiǎng)項(xiàng)目與氧氣有關(guān)、與細(xì)胞對(duì)氧的適應(yīng)性有關(guān)。可是，這個(gè)與人體健康有什么關(guān)系呢？它對(duì)人的生命有什么意義呢？

獎(jiǎng)項(xiàng)的大致情況

今年，諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)人有三位，分別為來自美國哈佛醫(yī)學(xué)院達(dá)納法伯癌癥研究所的威廉·凱林、英國牛津大學(xué)和弗朗西斯·克里克研究所的彼得·拉特克利夫以及美國約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院的格雷格·塞門扎。

獲獎(jiǎng)的原因在于三位獲獎(jiǎng)?wù)呓沂玖搜鯕馊绾卧诩?xì)胞中起作用，細(xì)胞如何適應(yīng)氧氣濃度的變化。他們的發(fā)現(xiàn)可解釋包括人體新陳代謝、免疫、對(duì)高原的適應(yīng)性、呼吸等問題，這可是為醫(yī)學(xué)界解決了一堆難題。我們可以通過他們的研究發(fā)現(xiàn)，來進(jìn)一步研究相關(guān)疾病及其治療方法，如缺血性疾病、癌癥、中風(fēng)、感染、傷口治愈、心衰竭等問題。

我們都知道，魚兒離不開水，人離不開氧氣，氧氣對(duì)人乃至所有動(dòng)植物都至關(guān)重要。但是，細(xì)胞究竟是怎樣感知氧氣濃度變化、如何去適應(yīng)氧氣濃度變化的一直是科學(xué)家們心中的難解之謎。通過不斷深入研究，三個(gè)科學(xué)家終于解答了這些問題?？梢?，這一研究結(jié)果，為人類認(rèn)識(shí)世界萬物又打開了一道新門。

細(xì)胞怎樣感知氧氣并適應(yīng)氧氣變化

要講清細(xì)胞怎樣感知氧氣這個(gè)話題，還得從人體如何獲得氧氣開始。人體是通過呼吸，從空氣中吸入氧氣的，肺是主要的呼吸器官，氧氣通過肺泡進(jìn)入毛細(xì)血管，從而進(jìn)入血液，然后血液將氧氣運(yùn)送到身體的各個(gè)部位。通過以上過程，人體便獲得了氧氣。

人體由細(xì)胞組成，人體對(duì)氧氣的利用，其實(shí)是通過細(xì)胞來進(jìn)行的。由于外在環(huán)境變化或者身體原因，氧氣不足（缺氧）是細(xì)胞經(jīng)常遇到的一種微變化。因?yàn)榇嬖谶@一變化，細(xì)胞得時(shí)時(shí)通過一定的方式知道自己是否缺氧，然后根據(jù)相應(yīng)的供氧情況做出改變，調(diào)整細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)，做出積極的反應(yīng)，比如促進(jìn)紅細(xì)胞的生成，避免缺氧造成嚴(yán)重的細(xì)胞損傷。

細(xì)胞感知氧氣多少并做出調(diào)整的方式方法，就是三位科學(xué)家研究的核心內(nèi)容。

細(xì)胞對(duì)氧氣變化的這一感知過程，就涉及他們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)的一種叫作缺氧誘導(dǎo)因子（HIF）的蛋白質(zhì)。該蛋白質(zhì)在細(xì)胞缺氧下有著重要的調(diào)節(jié)作用。

例如，很多人去西藏都會(huì)因?yàn)槿毖醭霈F(xiàn)高原反應(yīng)，即頭暈眼花、渾身不舒服。但是，西藏人長期在缺氧的環(huán)境下，卻能正常地生活繁衍。近年來，科學(xué)家對(duì)生活在高原上的西藏人做了基因檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)他們很多人都攜帶了一種突變的重要基因。而這個(gè)發(fā)生突變的基因，就是細(xì)胞對(duì)氧氣缺乏感知后作出應(yīng)對(duì)的重要基因。正是因?yàn)檫@個(gè)基因的改變，讓藏族人能更好地適應(yīng)缺氧的高原生活。這就好比熱了要脫衣服，渴了得喝水，我們身體里的細(xì)胞也要適應(yīng)環(huán)境的變化，也需要根據(jù)環(huán)境變化做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

缺氧對(duì)身體有哪些危害

我們理解了細(xì)胞對(duì)氧氣感知的方式及對(duì)缺氧的應(yīng)對(duì)辦法，就明白在缺氧時(shí)，細(xì)胞是怎樣調(diào)整自己，好讓機(jī)體繼續(xù)正常運(yùn)行的。那么，缺氧對(duì)身體到底有哪些傷害呢？

缺氧會(huì)促使人各個(gè)器官的老化，加速衰老的進(jìn)程，導(dǎo)致多種慢性疾病的發(fā)生。人體各系統(tǒng)的老化也會(huì)直接造成攝入氧氣的量降低，運(yùn)送氧的能力降低，利用氧氣的效率降低，使整個(gè)身體組織處于程度不同的慢性缺氧狀態(tài)。

人體組織缺氧會(huì)出現(xiàn)功能損傷，如腦缺氧者輕則頭昏、耳鳴，重則出現(xiàn)腦細(xì)胞壞死、意識(shí)喪失等。大多數(shù)心臟疾病可引起心肌缺血缺氧，表現(xiàn)為心悸、心前區(qū)不適，有時(shí)心前區(qū)疼痛或呈放射痛，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致休克。肌肉缺氧通常會(huì)出現(xiàn)在劇烈運(yùn)動(dòng)之后，運(yùn)動(dòng)超過了有氧運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度，氧氣跟不上供應(yīng)，形成無氧代謝，從而導(dǎo)致大量的乳酸在體內(nèi)堆積，人的肌肉就會(huì)出現(xiàn)僵硬、酸疼，嚴(yán)重的還會(huì)發(fā)生肌肉痙攣。

2019年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)三位獲得者

該研究成果的應(yīng)用

其實(shí)，三位科學(xué)家的研究成果之所以能獲諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，不僅僅在于揭示了細(xì)胞對(duì)氧氣濃度變化的適應(yīng)性，更在于它還在臨床應(yīng)用上具有廣闊的前景，可治患者，造福人類。

獲獎(jiǎng)專家的研究內(nèi)容集中于缺氧誘導(dǎo)因子在癌癥、缺血性疾病和慢性肺部疾病中的作用。缺氧誘導(dǎo)因子為開發(fā)相關(guān)的藥物做出了巨大的貢獻(xiàn)，這些藥物有的可實(shí)現(xiàn)通過切斷腫瘤生長所需的氧氣供應(yīng)而“餓死”癌細(xì)胞;有的可以保護(hù)受到諸如動(dòng)脈疾病影響的組織，使其在低氧情況下存活。

如果開發(fā)出抑制低氧誘導(dǎo)因子的藥物，就可讓癌細(xì)胞經(jīng)常長期處在缺氧狀態(tài)，從而可達(dá)到“餓死”癌細(xì)胞的目的。如果能開發(fā)激活細(xì)胞對(duì)缺氧反應(yīng)的藥物，就可刺激細(xì)胞分泌信號(hào)分子，從而提高機(jī)體的攜氧量，改善貧血癥狀。

值得一提的是，正是源于三人的重要發(fā)現(xiàn)——缺氧誘導(dǎo)因子，全球首個(gè)基于該發(fā)現(xiàn)的新藥羅沙司他率先在中國獲批上市，用于透析患者腎性貧血的治療。

腎性貧血如未能及早發(fā)現(xiàn)并堅(jiān)持規(guī)范治療，將加速慢性腎病進(jìn)展至終末期腎病，增加透析風(fēng)險(xiǎn)、心血管病發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)和死亡率。此前，腎性貧血主要的治療方案仍然是聯(lián)合注射促紅細(xì)胞生成素和鐵劑，羅沙司他的上市為因慢性腎臟病引起的貧血患者提供了新的治療手段。如果沒有這三位科學(xué)家的突破性發(fā)現(xiàn)，眾多的慢性腎病患者也無法享受到這一創(chuàng)新的治療手段。

此外，羅沙司他用于治療骨髓異常增生綜合征引起的貧血等的新適應(yīng)證，也正在中國甚至全球開展臨床試驗(yàn)，或許也有良好的治療效果。