當人們理解了生物體感知氧氣和調(diào)控的通路，就能通過控制其中的變量輔助治療。

北京時間 10 月 7 日下午 5 點 30 分，諾貝爾委員會公布了今年的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎得主，獎項頒發(fā)給來自美、英的三位科學家，以表彰他們對于細胞是怎么感知并適應氧氣變化的發(fā)現(xiàn)。他們分別是來自哈佛醫(yī)學院達納-法伯癌癥研究所的 William G. Kaelin, Jr.，牛津大學和弗朗西斯·克里克研究所的 Peter J. Ratcliffe，以及美國約翰霍普金斯大學醫(yī)學院的 Gregg L. Semenza。他們將平分 900 萬瑞典克朗（約合人民幣 647 萬元）的獎金。

早在 2016 年，這三位科學獎就憑借發(fā)現(xiàn)了「人與動物對氧氣含量的細胞感知機制」，獲得了素有「諾獎風向標」之稱的拉斯克醫(yī)學獎的基礎(chǔ)科學研究獎項。

氧氣對于生物體來說無疑是重要的，但對于生物體細胞是如何適應氧氣高低的，人們卻所知甚少。而剛剛獲獎的三位科學獎，發(fā)現(xiàn)了一種關(guān)鍵的因子，從而幫助人們更了解生物體應對氧氣變化的機制，最終有望為貧血、心血管疾病和腫瘤等多種疾病開辟新的臨床治療途徑。

氧氣調(diào)控的通路

氧氣過高，人會中毒；而當氧氣過低，人又將窒息而死。但生物體內(nèi)卻有精妙的機制來控制氧氣的平衡，比如說，當檢測到環(huán)境氧氣過低，機體便會促進紅細胞的生成，保證氧氣的供應。學界對機體感應氧氣和調(diào)控的研究開始于 EPO（促紅細胞生成素）。當人處于低氧環(huán)境下，腎臟就會分泌 EPO 刺激骨髓生成新的紅細胞。

那又是什么促使機體分泌 EPO？上世紀 90 年代初，Semenza 和 Ratcliffe 兩位教授就著手研究這個問題。他們發(fā)現(xiàn)，如果將 HIF 的 DNA 片段安插在其他基因附近，這些基因在低氧環(huán)境下也能具備平衡氧含量的能力。后經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這個片段在細胞內(nèi)調(diào)控了一種叫做 HIF-1（缺氧誘導分子）的蛋白質(zhì)，這種蛋白質(zhì)由 HIF-1α 和 HIF-1β 組成。他們發(fā)現(xiàn)，除了 EPO，HIF-1 在哺乳動物細胞內(nèi)可以結(jié)合并激活涉及代謝調(diào)節(jié)、血管新生、胚胎發(fā)育、免疫和腫瘤等過程的眾多其他基因。

但 HIF-1 只有在低氧環(huán)境下才激活其他基因，轉(zhuǎn)到富氧環(huán)境下又會被破壞。90 年代，Kaelin 教授正在研究名為希佩爾-林道綜合征（VHL disease）的癌癥綜合征，他在 VHL 腫瘤里發(fā)現(xiàn)了較多的 VEGF（能促進血管生成）基因和 EPO。這種腫瘤通常會有很多異常形成的新生血管。1999 年后，他和 Ratcliffe 教授以及更多研究人員證明，VHL 蛋白會結(jié)合 HIF-1α，并指導后者降解。而后又發(fā)現(xiàn) VHL 和 HIF-1α 的結(jié)合區(qū)域有一個脯氨酸，如果移除它，HIF-1α 在富氧狀態(tài)下也不會被降解。也就是說，脯氨酸是 HIF-1α 進行調(diào)控的關(guān)鍵。

為治療提供新思路

這項研究成果除了描述了一個生理過程，還能幫助生物體更適應地球上不同海拔的棲居地，更關(guān)鍵的，它還能為醫(yī)學研究人員提供一條新的思路。當人們理解了生物體感知氧氣和調(diào)控的通路，就能通過控制其中的變量輔助治療。

比如說，VHL 綜合征典型的由不適當?shù)男卵芙M成，那人們可以研究如果通過降解 HIF-1α 來關(guān)閉生成紅細胞和新血管的「開關(guān)」。既然能關(guān)閉，也能打開，如果能調(diào)控這條通路，人們也能促進紅細胞和生成，并通過干擾 HIF-1α 來促進血管生成以治療貧血和循環(huán)不暢。

西英格蘭大學研究癌癥生物學的 Alex Greenhough 博士表示，「三位科學家的研究對以血液供應受損為特征的疾病具有重大意義，這些疾病包括乳腺癌、結(jié)腸直腸癌和胰腺癌。」

另外，據(jù)《衛(wèi)報》報道，這一發(fā)現(xiàn)已經(jīng)產(chǎn)生了可能治療貧血的藥物。這種藥物通過欺騙人的身體，讓人誤以為自己身處高海拔繼而生成更多攜氧紅細胞。諾貝爾獎委員會則表示，實驗室和制藥公司正在努力開發(fā)藥物，這些藥物可以激活或阻斷用于治療疾病的氧氣感應機制。

基于這項發(fā)現(xiàn)的研究正在緊鑼密鼓，而科學家似乎也沒打算停下他們的腳步。Ratcliffe 教授在得知自己獲得諾獎時正在桌前忙著他的 EU Synergy Grant 研究基金申請。

獲獎者生平簡介：

Gregg L. Semenza，約翰霍普金斯大學教授，1956 年出生在著名的紐約，本科在哈佛大學學習遺傳學，博士畢業(yè)后到約翰霍普金斯大學做博士后，之后成為了該校的教授。2008 年，Semenza 成為了美國國家科學院院士。主攻方向是兒科、放射腫瘤學、生物化學、醫(yī)學和腫瘤學。Semenza 因 HIF-1 蛋白的發(fā)現(xiàn)而聞名，他的 Google Scholar 引用數(shù)接近 14 萬。

Sir Peter J. Ratcliffe，英國牛津大學教授，生于 1954 年 5 月 14 日。Ratcliffe 先求學于劍橋大學，1978 年畢業(yè)后開始在牛津大學展開低氧方面研究。自 2004 年以來一直擔任牛津大學 Nuffield 臨床醫(yī)學系主任。2014 年還因提供臨床醫(yī)學服務而獲得英國年度榮譽騎士勛章。

William G. Kaelin，美國癌癥學家、哈佛醫(yī)學院教授。生于 1957 年，1982 年在杜克大學讀完了醫(yī)學博士，博士畢業(yè)十年后就有了自己名下的實驗室。如今，Kaelin 實驗室主要研究方向為抑癌蛋白的功能，包括視網(wǎng)膜母細胞瘤蛋白（pRB）、腫瘤抑制因子 pVHL 等，使用多種分子和細胞方法了解這些蛋白如何阻止腫瘤生長。這項研究工作的一個長期目標是為開發(fā)新的抗癌策略奠定基礎(chǔ)。2010 年，Kaelin 成為了美國國家科學院院士。