细胞如何适应氧气变化

孙学江刻

　　不久前，2019年诺贝尔生理医学奖授予了来自美国、英国的三位科学家——威廉·凯林、彼得·拉特克利夫、格雷格·塞门扎，以表彰他们在理解细胞感知和适应氧气变化机制中所作的贡献。

　　说起来，这次颁发的生理医学奖与国庆档上映的一部电影《攀登者》还有着种种联系。相信很多朋友都了解甚至经历过高原反应，而电影《攀登者》讲述的就是国家登山队攀登珠穆朗玛峰的壮举。您或许会好奇，在空气稀薄的高原地区，那些登山队员如何能克服缺氧条件，攀上珠峰呢？

　　身体离不开氧气，我们体内所有的新陈代谢反应都需要氧气参与，我们吸进的氧气会经过血液中的红细胞运输到全身各个部位的器官。所以，血红细胞的数量决定了运输氧气的能力。

　　很早之前，科学家就知道当我们进入缺氧情况时，肾脏会分泌一种激素，叫做促红细胞生成素（简称EPO），刺激造血器官产生更多的红细胞，来提升氧气的运输能力。虽然很早就知道了这个原理，但是在其背后更深层次的机制却是不清楚的。是什么控制了肾脏分泌这种激素？在氧气充足的情况下，又是怎么调节的呢？这些问题，科学家们都不知道。直到此次获奖的三位科学家的研究成果，才揭开了这个谜题。

　　首先，塞门扎、拉特克利夫发现了调节肾脏分泌EPO的调节因子：低氧诱导因子（简称HIF）。每当机体细胞缺氧时，HIF的浓度就会上升，它能进入到肾脏细胞核内，让生成EPO的基因开始工作，也就生成了大量的EPO，以产生更多红细胞。

　　而凯林在研究一种极易诱发癌症的遗传病时，发现了有些癌细胞里不能产生VHL蛋白，相反的这些癌细胞应对低氧环境的基因工作异常活跃。于是，与前两位科学家的研究成果结合在一起，他就发现VHL就是反作用于HIF的因素，当环境中氧气浓度正常时，低氧诱导因子就没有用了，这时候VHL就会出现把这些无用的诱导因子分解掉，就不会再刺激肾脏产生EPO了。

　　这样一正、一反的调节控制，让我们机体在氧气浓度不同的条件下能够正常地应对。这也是为什么登山队队员能适应高原缺氧环境的原因之一。

　　那么，除了了解了身体的这个调节机制，这些研究有什么实际的医学价值呢？贫血就是红细胞缺少而导致的疾病，在了解了这套机制后，我们可以采取相应的手段，来治疗贫血。同时，VHL又是在癌细胞中发现的，它的功能对于治疗癌症也可能有着不可替代的作用。

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