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诱导生长-他们发现生物氧气感知通路再一次说:明了基础研究的重要-新闻追追追

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生物氧氣感知通路的發現,證明了基礎研究重要性

吸進氧氣,呼出二氧化碳,通過氧氣幫助細胞產生能量,以供給全身肌體使用,是人類在千萬年演化中形成的呼吸規律。這就像汽車的發動機,必須要有氧氣供給才能讓燃油燃燒,產生動力,驅動汽車高速飛奔一樣。

過去研究人員已經發現,在腎臟、腎上腺、胰腺以及中樞神經系統等位置發生的腫瘤都生長在血管豐富的部位,而且它們會分泌促紅細胞生成素,刺激紅細胞的產生。原因在於,腫瘤快速生長時,會導致腫瘤內部低氧,然後促使低氧誘導因子表達,從而促進血管生成,有利於腫瘤增長。

當然,生物氧氣感知通路的發現和闡明,也為治療其他疾病(如貧血等)奠定了基礎。例如,全球首個小分子低氧誘導因子脯氨酰羥化酶抑製劑羅沙司他已在中國和日本上市,用於治療透析患者因慢性腎臟病引起的貧血。

這次諾貝爾生理學或醫學獎,何以成「癌症患者福音」

這個發現有多方面的意義。值得注意的是,生物氧氣感知通路的發現是基礎研究,既然是基礎研究,首先可以跳脫具體的治療疾病或其他實用價值的窠臼,從更為廣泛的科學發現來探究這一發現的意義。

北京時間10月7日下午5點30分,2019年諾貝爾生理學或醫學獎公布,威廉·凱林、彼得·拉特克利夫和格雷格·塞門扎共同獲獎,理由是:發現了細胞如何感知氧氣和適應氧氣供應,也可稱為生物氧氣感知通路。

有了這些認識,就可以幫助人們抗禦癌症和治療癌症。現在已有很多藥物公司在針對血管內皮細胞生長因子這個靶點研發新葯,並且也上市了一些臨床使用的抗癌藥物。

科普之家生物氧氣感知通路的發現和闡明,不但幫助人們抵抗癌症和治療癌症,也為治療其他疾病(如貧血等)奠定了基礎。

作為共性的基礎是低氧誘導因子會發揮中心作用,有了低氧誘導因子(由低氧誘導因子基因編碼產生),就可能讓人和生物適應低氧環境;反之,如果缺少低氧誘導因子,則會產生嚴重後果。對轉基因小鼠敲除低氧誘導因子基因,小鼠會出現血管發育和氧依賴基因表達的嚴重缺陷,在子宮內發育期就發生早死。

□張田勘(科普作者)

但是,凱林、拉特克利夫和塞門扎通過各自的研究證明,人和生物體的多數細胞都能感受氧氣的變化,尤其是低氧,因而可以產生不同的反應,從生理到病理現象。而這一發現的意義就是從過去的獨特性上升為概括性,從個性延伸到共性。

在此之前,人們已經認識到,如果血液中缺氧,會刺激頸動脈體和主動脈體,再把刺激信號傳導到呼吸中樞。其結果是,呼吸加深加快,心跳也加快,心輸出量增多,以彌補血液中的氧氣成分減少。而這一事實被視為是只有少數細胞和組織能感受到缺氧。

生物氧氣感知通路的發現,為癌症治療帶來希望

有了這個認識,才能從具體的疾病發生機理上認識疾病,從而治療和預防疾病。

可以看到,基礎研究的目的是發現真相或真理。幸運的是,這一次,研究人員沒有讓細胞感受氧氣的真相從鼻尖下溜過,而是窮追到底,儘管一波三折,但最終發現了其中的奧秘。

但是,低氧誘導因子也並非總是產生好的作用,它還可以誘導血管內皮細胞生長因子(VEGF)基因表達,後者是負責血管生成的分子。人體內產生過量的血管內皮生長因子又會促進血管和紅細胞的生成。這也為腫瘤的生長提供了條件,因為血管生長和紅細胞能為癌細胞提供更多的營養,使得它們更有產生和瘋長的條件,從而讓腫瘤惡化。

凱林和塞門扎是美國科學家,拉特克利夫是英國科學家,他們發現生物氧氣感知通路再一次說明了基礎研究的重要,也證明了:基礎研究一旦獲得突破,將會極大有利於臨床的疾病防治。

這說明低氧誘導因子基因缺失,會讓生物無法正確感知和利用氧氣,從而損害器官,甚至死亡。

三位科學家的發現可以概括為,他們發現了低氧誘導因子,這個因子不僅能使細胞耐受低氧,也能使細胞耐受營養過剩。其機理是,讓細胞從需氧的氧化磷酸化產生能量轉變為糖酵解代謝模式來產生能量,以維持各種功能。

然而,細胞感受氧氣並不等同於汽車發動機的氧氣供應。如氧氣供應不足,就不會充分燃燒或不能燃燒油料,難以驅動車輛,但細胞在低氧條件下也會感知氧氣,並促使肌體以別的機制來維持各種功能。

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