如何通俗地理解 2019 年诺贝尔生理学或医学奖?细胞是如何感知和适应氧气的？

1. 如何通俗地理解 2019 年诺贝尔生理学或医学奖?细胞是如何感知和适应氧气的？

获奖是表彰他们在理解细胞感知和适应氧气变化机制中的贡献。生物体感受氧气浓度的信号识别系统是生命最基本的功能，然而学界对此却所知甚少。具体如下：
感到缺氧时，人体细胞就会分泌一种激素，让身体多生产点儿红细胞，尽快恢复氧气的供应。可见，缺氧并不可怕，因为人体细胞能够探测氧气的浓度，并随时作出反应。那么，人体细胞又是怎么做到的呢？

美国医学家格雷格·塞门扎，和英国医学家彼得·拉特克利夫发现，这是因为在人体细胞中，有一种懂得垃圾分类的细胞因子，叫作缺氧诱导因子-1α（HIF-1α）。

他们发现，如果氧气浓度太低，缺氧诱导因子-1α就会进入细胞核，给相关的基因通报情况，让细胞赶紧做出反应。那么，当人体不缺氧时，缺氧诱导因子-1α又在做什么呢？这时它完全不发挥作用，因为它被人体当作垃圾分解掉了。


美国医学家小威廉·凯林，和彼得·拉特克利夫陆续发现，这是因为在人体细胞中，还有一帮分子在默默地搞垃圾分类。
具体地说，当人体不缺氧时，氧气和一种叫作VHL的分子，会将缺氧诱导因子-1α，标记成了“易腐垃圾”。于是，细胞就会把它分解掉，防止人体过度反应。这种缺氧保护机制十分重要。正常细胞固然离不开它，但癌细胞更加离不开它！
科学家推测，如果能够发明一种药物，用它打破癌细胞的缺氧保护，就有可能抑制癌细胞的生长，甚至杀死癌细胞！

为了表彰他们发现细胞感知和适应环境含氧量的相关机制，诺奖委员会授予小威廉·凯林，彼得·拉特克利夫和格雷格·塞门扎，2019诺贝尔生理学或医学奖！

2. 诺贝尔生理学奖中的，细胞是如何感知并适应环境氧含量的？

2019年，诺贝尔生理学或医学奖授予小威廉·凯林(William Kaelin, Jr.)、彼得·拉特克利夫爵士(Sir Peter Ratcliffe)和格雷格·塞门扎(Gregg Semenza)。自从现代生物学出现以来，人们就知道了维持生命需要氧气；但是，细胞如何适应氧气供应变化的分子机制还不清楚。
现在我们来介绍这种机制：当动物细胞周围的氧气水平发生变化时，它们的基因表达就会发生根本的变化。
这些基因表达的改变改变了细胞的新陈代谢、组织的重新建模，甚至改变了机体的反应，如心率和换气次数的增加。在20世纪90年代早期的研究中，Gregg Semenza发现了一种调节这些依赖氧反应的转录因子，并在1995年进行了纯化和克隆。他叫这个因子为诱导缺氧诱导因子，表明它是由两个部分组成的：其中一个是对氧敏感的新分子HIF-1α；另一个是之前识别和表达起来叫ARNT的非氧调节蛋白质。
William Kaelin, Jr.在1995年参与了von

Hippel-Lindau抑癌基因的研究，在分离出该基因的第一个全长克隆后，发现该基因可以抑制VHL突变的致瘤细胞系的肿瘤生长。在1999年，拉特克利夫证明VHL和HIF-1α之间有关系：VHL（遗传学肾癌基因）监管HIF-1α后转位和氧敏降解过程。

最后，Kaelin和拉特克利夫团队同时证明：VHL监管HIF-1α后转位和氧敏降解取决于羟基化，共价修改这本身就是依赖氧气的。通过这三位获奖者的共同工作，证明了基因表达对氧变化的反应与动物细胞内的氧水平直接相关，允许通过HIF转录因子的作用使细胞对氧化反应立即发生。

在18世纪70年代早期，瑞典科学家卡尔·舍勒根据他的计算得出，空气体积的大约四分之一是氧气——大气中帮助物质燃烧的成分。这本书最终于1777年出版(舍勒，1777年)。与此同时，在英国，约瑟夫·普利斯特里也发现了一种净化这种未知气体的方法，称之为“去燃素空气”(Priestley, 1775)。安托万·拉瓦锡与舍勒和普利斯特利同时在巴黎进行分离这种物质的实验，拉瓦锡给这种气体起了一个我们今天知道的名字：氧(拉瓦锡，1777年)。
在氧化反应中，氧是动物生命所必需的，氧化反应推动食物中的营养物质转化为三磷酸腺苷。事实上，确定细胞可用氧的量是控制新陈代谢的一个关键方面。例如1858年，路易斯·巴斯德第一个证明了动物细胞中氧的使用存在复杂的平衡，细胞利用多种途径来完成能量转换(巴斯德，1858年)。氧气传感机制在75多年前就被两个诺贝尔奖获得者揭示：1931年奥托·沃伯格发现有关细胞呼吸酶，1938年，Corneille海曼发现神经系统作用呼吸氧气的反应。然而，在20世纪的大部分时间里，对氧通量的适应是如何在基因表达的基本水平上调节的还不清楚。

3. 研究“细胞如何感知氧气”学者获得诺贝尔医学奖，该成果具体有什么作用？

研究细胞如何感知氧气这项成果的具体作用，就是可以在人类许多疾病的治疗中起到关键性的作用，尤其是人类始终攻克不了的癌症。


2019年的诺贝尔医学奖颁发给了研究细胞如何感知氧气的学子，分别是来自英国和美国的三名医学研究人员，他们分别是英国的皮德拉特克利夫，以及美国的威廉凯林和格雷格塞门扎。
细胞如何感知氧气该项成果，其主要内容就是让我们理解将水平如何影响我们人类的细胞代谢以及生理功能，并且奠定了基础。
通过细胞如何感知氧气的研究，在人类的许多疾病方面都有了很关联的作用，比如说癌症，肾衰竭以及严重贫血等难以攻克的疾病，可以说这项成果的研究成功预示着人类有朝一日有可能攻克癌症。

我们每个人都知道生命离不开氧气，我们人类借助于身体中的氧化反应，以此来达到生存的目的，我们人类的氧气数量是可以调节我们身体细胞活动的，以此来达到新陈代谢。
对于很多人来说，人体内的细胞对于氧气水平的变化是不同的，正是这种不同让很多人得了不一样的疾病，如果说对于细胞如何感知氧气能够在这方面上获得更重要的信息，那么就有可能治疗人类的一些疾病。

通过研究细胞如何感知氧气这一成果的展示，在未来很有可能通过激活或者阻断氧气的感应，这样在人体内产生一种有效的干预状态，就可以对症下药治疗不同疾病状态下的氧气感知细胞，以此来达到治病的目的。

4. 研究“细胞如何感知氧气”学者获得诺贝尔医学奖，该成果具体有什么作用？

研究细胞如何感知氧气这项成果的具体作用，就是可以在人类许多疾病的治疗中起到关键性的作用，尤其是人类始终攻克不了的癌症。
2019年的诺贝尔医学奖颁发给了研究细胞如何感知氧气的学子，分别是来自英国和美国的三名医学研究人员，他们分别是英国的皮德拉特克利夫，以及美国的威廉凯林和格雷格塞门扎。
我们每个人都知道生命离不开氧气，我们人类借助于身体中的氧化反应，以此来达到生存的目的，我们人类的氧气数量是可以调节我们身体细胞活动的，以此来达到新陈代谢。
科学奖和医学奖已证明很少引起争论；而文学奖与和平奖，则因其本身性质特殊，最易导致意见分歧。和平奖则常常保留。

5. 你知道今年2019年诺贝尔生理学医学奖的主题是什么吗？你们知道细胞和氧气的关系是什么吗？

6. 诺贝尔奖得主研究的“氧气感知通路”是什么?

细胞如何感知和响应细胞外的氧气供给，这种偏专业的表述对于普通人而言的确有些拗口。新民晚报记者第一时间专访中国科学院分子细胞科学卓越创新中心(生化与细胞所)癌症信号转导与代谢研究组组长高大明研究员，他曾在哈佛大学接受博士后训练，而他的博士后导师、哈佛医学院魏文毅教授是本年度诺奖得主威廉·乔治·凯林的杰出学生。

“众所周知，对地球上的生物体来说，氧气非常重要。然而，我们的细胞如何感知氧气的浓度并随之改变行为的，之前并不清楚。”高大明说。氧气浓度上升抑或是下降，在细胞层面基因的表达等生理活动都会随之改变。这个过程实际上是通过一个叫做“低氧诱导因子（HIF）”的蛋白质分子来调控的。“今天得奖的三位科学家，他们在发现、解读HIF的功能及其如何感知氧气方面，做出了杰出的贡献。”高大明介绍，HIF是一个转录因子，可以与DNA结合开启某些基因的表达。

HIF蛋白在低氧气浓度时会积累，使细胞开启应对低氧环境的系列基因表达；而在氧气浓度高的时候，HIF会发生氧化，氧化后，该因子被泛素蛋白酶体系统降解。如此，细胞可以通过感知氧气并对HIF的调节，实现对细胞中基因表达的控制，来应对机体氧含量的变化。“HIF蛋白调控的一个非常重要的下游生理过程是血管生成。”高大明表示，“换句话说，在没有氧气的时候，机体会长出更多的血管来增加血供，促进氧气的传递。”癌症病理条件下，肿瘤会向机体索取大量营养，HIF下游的血管生成通路在肿瘤里就会异常活跃，因此，对HIF功能的研究，对我们理解肿瘤的发生发展乃至治疗，也有着重要意义。

“威廉·凯林教授原来是一名肿瘤科医生，他发现在肾癌患者中抑癌基因VHL的丢失，导致肾内会长出很多血管——实际上就是由于HIF积聚造成的。凯林教授进一步发现VHL基因就是负责来清除HIF蛋白的关键分子。”也就是说，HIF诱导的低氧的通路活化，对肿瘤的生长很重要。科学家了解该过程后，就可以针对性地开发药物。事实上，现在临床上不少药物就是针对抗血管生成的：贝伐单抗、小分子激酶抑制剂等等。“因此三位诺奖得主的研究对目前肿瘤的临床治疗提供了很重要的理论基础。”据介绍，不少中国学者曾师从三位诺奖获得者，学成归国后也带动了中国在这一领域的研究。目前国内也有很多靶向血管生成的小分子药物已进入临床试验。