2019年诺贝尔生理学或医学奖揭晓

由左至右：William G. Kaelin Jr, Sir Peter J. Ratcliffe和Gregg L. Semenza

北京时间2019年10月7日17点30分，2019年诺贝尔生理学或医学奖揭晓，来自美英的三位科学家William G. Kaelin Jr, Sir Peter J. Ratcliffe和Gregg L. Semenza获奖，获奖理由是：发现了细胞如何感知以及对氧气供应的适应性。

动物需要氧气才能将食物转化为有用的能量。数个世纪前，氧气最基本的重要性已被认识到，但长期以来人们一直不清楚细胞如何适应氧气水平的变化。

William G. Kaelin、Sir Peter J. Ratcliffe和Gregg L. Semenza发现了细胞如何感知并适应氧气变化的含量。他们发现了调控基因活性的分子机器，从而响应于不同水平的氧气。

今年诺贝尔奖获得者做出的开创性发现揭示了生命最重要的适应过程之一的作用机制。他们为我们了解氧水平如何影响细胞代谢和生理功能奠定了基础。他们的发现也为抗击贫血、癌症和许多其他疾病的新策略铺平了道路。

氧气站上舞台中央

氧气（O₂）约占地球大气层的五分之一。氧气对动物生命至关重要，为了将食物转化为有用的能量，几乎所有动物细胞中的线粒体都会利用氧气。1931年诺贝尔生理学或医学奖得主Otto Warburg，揭示了这种转换是一种酶催化的过程。

在进化过程中，相关机制得以进化，从而确保了对组织和细胞的充分供氧。颈动脉体（靠近颈部两侧的大血管）含有专门的细胞来感应血液中的氧气含量。1938年的诺贝尔生理学或医学奖授予了Corneille Heymans，以表彰其发现了颈动脉体如何感知血氧，从而直接与大脑交流来控制呼吸频率。

缺氧诱导因子（HIF）步入舞台

除了对低氧气水平（缺氧）进行颈动脉体调控的快速适应外，还有其他一些基本的生理适应。对缺氧的关键生理反应是促红细胞生成素（EPO）激素水平的升高，这会导致红细胞产量的增加（促红细胞生成）。激素调控红细胞生成的重要性在20世纪初就已为人们所知，但是这种过程本身如何由O₂控制仍然是个谜。

Gregg Semenza研究了EPO基因，以及其如何受变化的氧气含量所调控。通过使用基因修饰小鼠，位于EPO基因旁边的特定DNA片段被发现参与介导对缺氧的反应。Sir Peter Ratcliffe也研究了EPO基因的O₂依赖性调节；并且两个研究小组都发现，不仅在通常产生EPO的肾细胞中，几乎所有组织中都存在氧感知机制。这些重要发现表明，该机制在许多不同的细胞类型中通用并且发挥功能。

Semenza想要鉴定介导这种反应的细胞成分。在培养的肝细胞中，他发现了一种蛋白质复合物，该复合物以一种氧依赖性的方式与已鉴定的DNA片段结合。他称这个复合物为缺氧诱导因子（HIF）。他付出了大量的努力去纯化HIF复合物；在1995年，Semenza发表了他的一些关键发现，包括鉴定编码HIF的基因。HIF被发现由两种不同的DNA结合蛋白组成，即所谓的转录因子，现在称为HIF-1α和ARNT。现在，研究人员终于可以开始解决这个难题，让他们能够去了解这里面还包含别的什么组成，以及这个分子机器如何工作。