2019年10月7日，三位醫(yī)學(xué)家因在“理解細(xì)胞如何感知并適應(yīng)氧氣的作用機(jī)制方面做出的突出貢獻(xiàn)”，而榮獲2019年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。

通俗地講，他們的發(fā)現(xiàn)讓我們更加清楚地明白了在不同氧氣濃度下，人類和其它動物機(jī)體一系列生理變化的基本原理。說白了就是，氧氣太少或氧氣太多，也就是缺氧和富氧的時候我們怎么活？

值得一提的是，三位科學(xué)家已經(jīng)于2016年獲得了拉斯克獎的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)獎，這次喜獲諾獎，更讓拉斯克獎“坐實(shí)”了“諾獎風(fēng)向標(biāo)”的稱號。

下面，就讓我們對三位科學(xué)家的經(jīng)歷和研究成果做一個簡單的概括。

咱們從左邊開始，第一位獲獎?wù)撸焊窭赘瘛惣{德·塞門扎（Gregg Leonard Semenza，生于1956年），美國醫(yī)學(xué)家。他的研究領(lǐng)域?qū)Ｗ⒂谏到y(tǒng)如何利用氧氣和調(diào)節(jié)需氧量等。

他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)HIF-1（缺氧誘導(dǎo)因子-1，本質(zhì)上是一種蛋白質(zhì)）所調(diào)控的基因能夠作用于線粒體呼吸。這種因子能夠指導(dǎo)細(xì)胞對缺氧狀況做出特殊反應(yīng)，還能夠作用于心血管系統(tǒng)，讓它采取措施，從而幫助機(jī)體盡快恢復(fù)正常。這個精密而復(fù)雜的過程表現(xiàn)得更宏觀點(diǎn)，也有些例子，比如當(dāng)大家去到高海拔氧氣稀缺的地方時，一方面會忍不住大口呼吸，增加氧氣的攝入量，一方面血液會調(diào)動更多紅血球，輸送氧氣。而塞門扎完成了一項(xiàng)了不起的工作，從細(xì)胞分子的層面理解清楚了這些現(xiàn)象。這一機(jī)理目前已經(jīng)被用于多種針對癌癥治療，貧血等疾病的藥物研發(fā)中。

從純科學(xué)研究的角度來說，揭示缺氧誘導(dǎo)因子的機(jī)理已經(jīng)是非常重量級的成就了，它讓我們更加清晰地理解了人體。然而它的意義不僅于此，HIF-1還為臨床醫(yī)學(xué)帶來了重大的啟示。

在一些與細(xì)胞異常增殖有關(guān)的疾病，例如癌癥組織中，HIF-1存在過度表達(dá)的現(xiàn)象。說白了就是，在癌癥組織的周圍，HIF-1因子表現(xiàn)得極為活躍，甚至可以用機(jī)能亢進(jìn)來形容。

那么，HIF-1和癌癥組織又有什么關(guān)系呢？

癌癥組織是一群十惡不赦、欲求未滿的暴徒，它們在體內(nèi)特定地點(diǎn)瘋狂生長，以至于在很小的區(qū)域內(nèi)就會集中大量的細(xì)胞、血管及組織等。對于置身于此處的癌細(xì)胞來說，由于細(xì)胞生長需要消耗大量的能量和氧，其實(shí)腫瘤內(nèi)部是一種非常缺氧的狀態(tài)。為了擺脫缺氧的困擾，癌細(xì)胞必須讓腫瘤周邊血管更有活力，新生血管網(wǎng)更加密集，從而盡量擺脫缺氧對于自身生長的限制。因此，在癌細(xì)胞的驅(qū)使之下，HIF-1拼命發(fā)揮效能以便讓癌細(xì)胞獲得盡可能多的氧，從而在表觀上造成過度表達(dá)的現(xiàn)象。

這給臨床醫(yī)學(xué)帶來了啟發(fā)，在對付癌癥組織的時候，是不是就可以從HIF-1入手，降低癌細(xì)胞能獲取到的氧含量了呢？

別著急，這還不是全部的發(fā)現(xiàn)。

第二位獲獎?wù)邘е某晒谙蛭覀冏邅怼?/p>

彼得·約翰·拉特克利夫（Peter John Ratcliffe，生于1954年），英國醫(yī)學(xué)家、分子生物學(xué)家。1972年赴劍橋大學(xué)和圣巴多羅買醫(yī)院學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)，1978年畢業(yè)后轉(zhuǎn)赴牛津，并于1989年建立了自己的新實(shí)驗(yàn)室。?

拉特克利夫主要以對缺氧的研究知名。從上世紀(jì)80年代開始，他的團(tuán)隊(duì)詳細(xì)考察了紅血球生成素的生理作用，這是一種細(xì)胞一旦缺氧就會釋放的物質(zhì)。沿著這個研究方向，他們揭開了一系列細(xì)胞用于感知氧氣的分子機(jī)制。

在他介入該領(lǐng)域之前，研究人員們對導(dǎo)致缺氧的分子過程所知甚少。

1989年，當(dāng)時還是一名腎臟?？漆t(yī)生的拉特克利夫，在實(shí)驗(yàn)室開始進(jìn)行與紅血球生成素相關(guān)的研究。紅血球生成素（Erythropoietin，簡稱EPO），或稱促紅細(xì)胞生成素，是一種糖蛋白激素，對紅細(xì)胞的產(chǎn)生有決定性的控制作用。有趣的是，這種重要的物質(zhì)在人體中的主要合成器官，會隨著年齡的變化而變化，在嬰幼兒時期，它主要由肝臟合成，而成年后，它主要由腎臟合成。同時，EPO還參與傷口愈合的過程。

那時，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)歷缺氧后，腎臟細(xì)胞將會分泌更多EPO，以刺激機(jī)體產(chǎn)生更多用來搬運(yùn)氧的紅血球。然而，拉特克利夫很快發(fā)現(xiàn)，腎臟細(xì)胞并不是唯一會對缺氧發(fā)生反應(yīng)的細(xì)胞，數(shù)十種人體乃至其它有機(jī)體中的細(xì)胞，都會在缺氧條件下分泌更多的EPO?；谶@一發(fā)現(xiàn)，他還在分子層面導(dǎo)出了一種細(xì)胞感應(yīng)氧氣的機(jī)制。在多種腫瘤組織中，同樣會有類似的EPO過量分泌機(jī)制以促進(jìn)對癌細(xì)胞的氧氣、養(yǎng)分供給。

最后，第三位獲獎?wù)咄P林（William George Kaelin，生于1957年），美國醫(yī)學(xué)家。他于1979年獲杜克大學(xué)化學(xué)學(xué)士學(xué)位，1982獲得杜克大學(xué)醫(yī)學(xué)博士學(xué)位。畢業(yè)后赴約翰霍普金斯醫(yī)院實(shí)習(xí)，后轉(zhuǎn)至丹納-法貝爾癌癥研究所。1992年起建立了自己的實(shí)驗(yàn)室。1998年成為霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員。?

他此次獲獎的原因同樣是對與細(xì)胞缺氧相關(guān)的分子生物學(xué)機(jī)理的貢獻(xiàn)。

動物的生命離不開氧氣，當(dāng)我們面臨缺氧的局面時，機(jī)體便會做出一系列應(yīng)對措施來予以緩解。對于癌細(xì)胞來說，這種失去理智、瘋狂生長的細(xì)胞團(tuán)塊天然地面臨著缺氧的窘迫局面。為了生存繁衍，腫瘤組織將不得不動用渾身解數(shù)來為自己籌措氧氣。今年榮獲諾獎的三位科學(xué)家，幫助我們找到了癌癥組織的命門之一，為人類醫(yī)學(xué)事業(yè)的發(fā)展立下了不朽的功勛。

出品：科普中國

制作：中日精英大學(xué)聯(lián)合會

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