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2019

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“发现细胞如何感知和适应氧气供应”2019年诺贝尔医学奖揭晓!


2019年诺贝尔生理学或医学奖获奖名单宣布,Kaelin、Ratcliffe和Semenza因发现“细胞如何感知和适应氧气供应”摘得殊荣。

Kaelin、Ratcliffe和Semenza分别来自哈佛医学院Dana-Farber癌症研究所、牛津大学和弗朗西斯·克里克研究所(Francis Crick Institute)以及约翰霍普金斯医学院。诺贝尔奖的评语指出,这三名科学家发现了对人类及大多数动物至关重要的“氧气感知/调节通路”,即细胞如何感知和适应氧气浓度变化。

诺贝尔颁奖

诺贝尔颁奖典礼

三位获奖者揭示了氧气如何在细胞之中起作用,人体如何适应环境变化,可解释包括新陈代谢、免疫、人体对于高原的适应、呼吸等问题。通过这种机理研究,可以进一步探讨相关疾病治疗,如缺血、癌症、中风、感染、伤口治愈、心衰等。“氧气感知/调控通路”机制有很重要的医学价值:它可以解释一些细胞能够适应低氧环境而增殖,并由此找到相应的办法来杀死肿瘤细胞。

 

这种机制就像人们初到高原,红细胞数量和血红蛋白增加,因为细胞感知到缺氧环境,从而产生一种促进红细胞生成的物质——促红细胞生成素(EPO)。EPO是使细胞适应低氧环境的几百个基因当中的一个。而Ratcliffe和Semenza发现,在肿瘤组织当中存在促进集体适应低氧环境的因子——缺氧诱导因子1(HIF-1)。它具有调控EPO的能力。在肿瘤内部,或者在缺血缺氧的心肌细胞或者脑组织中,由于氧气含量低,HIF-1会大量产生,促进新生血管的形成,缓解这些部位的细胞缺氧状态。但是在氧气浓度高的时候,HIF-1会被降解掉,细胞代谢处于高氧状态。

红细胞具有携氧和释氧功能

红细胞具有携氧和释氧功能

什么导致了在氧气浓度高时HIF-1的降解?Kaelin在希佩尔-林道综合征(VHL disease,一种罕见的遗传疾病)病人身上发现,VHL蛋白可以参与HIF-1蛋白降解的调控。相反,一旦VHL蛋白的作用异常,就会导致HIF-1降解失调。简单来说,3位诺奖得主发现了VHL蛋白可以调控HIF-1的降解,HIF-1又可以调控在低氧浓度下像EPO这样缺氧代谢相关基因的表达以及新生血管的形成,从而揭示了细胞适应低氧环境的机制。

目前,美国FDA批准的可用于治疗多发性骨髓瘤及淋巴瘤的硼替佐米,其抗癌活性就与抑制HIF-1的转录有关。同时该发现也可用于研究治疗心梗或者脑梗等缺血缺氧性疾病,例如通过调节细胞的代谢,使缺氧的细胞渡过低氧期,并尽快恢复血管侧枝循环,从而缓解这些缺血性疾病的病情,加快痊愈的过程。

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