▲氧气感知研究斩获2019年诺贝尔医学奖 英美3科学家共享殊荣。新京报我们视频出品

北京时间10月7日下午5点30分，2019年诺贝尔生理学或医学奖公布。威廉·凯林、彼得·拉特克利夫和格雷格·塞门扎共同获得这一奖项。他们获奖的理由是：发现了细胞如何感知氧气和适应氧气供应，也可称为生物氧气感知通路。

生物氧气感知通路的发现，证明了基础研究重要性

呼进氧气，呼出二氧化碳，通过氧气帮助细胞产生能量，以供给全身机体使用，是人类在千万年演化中形成的呼吸规律。这就像汽车的发动机，必须要有氧气供给才能让燃油燃烧，产生动力，驱动汽车高速飞奔一样。

然而，细胞感受氧气并不完全等同于汽车发动机的氧气供应。如果氧气供应不足，就不会充分燃烧或不能燃烧油料，难以驱动车辆前行，但细胞在低氧条件下也会感知氧气，并促使机体以另外的机制来维持各种功能。

三位科学家的发现可以概括为，他们发现了低氧诱导因子，这个因子不仅能使细胞耐受低氧，也能使细胞耐受营养过剩。其机理是，让细胞从需氧的氧化磷酸化产生能量转变为糖酵解代谢模式来产生能量，以维持各种功能。

这个发现有多方面的意义。值得注意的是，生物氧气感知通路的发现是基础研究，既然是基础研究，首先可以跳脱具体的治疗疾病或其他实用价值的窠臼，从更为广泛的科学发现来探究这一发现的意义。

可以看到，基础研究的目的是发现真相或真理。幸运的是，这一次，研究人员没有让细胞感受氧气的真相从鼻尖下溜过，而是穷追到底，尽管一波三折，但最终发现了其中的奥秘。

在此之前，人们已经认识到，如果血液中缺氧，会刺激颈动脉体和主动脉体，再把刺激信号传导到呼吸中枢。其结果是，呼吸加深加快，心跳也加快，心输出量增多，以弥补血液中的氧气成分减少。而这一事实被视为是只有少数细胞和组织能感受到缺氧。

但是，凯林、拉特克利夫和塞门扎通过各自的研究证明，人和生物体的多数细胞都能感受氧气的变化，尤其是低氧，因而可以产生不同的反应，从生理到病理现象。而这一发现的意义就是从过去的独特性上升为概括性，从个性延伸到共性。

有了这个认识，才能从具体的疾病发生机理上认识疾病，从而治疗和预防疾病。

▲图片来自诺贝尔奖官网。

生物氧气感知通路的发现，为癌症治疗带来希望

作为共性的基础是低氧诱导因子会发挥中心作用，有了低氧诱导因子（由低氧诱导因子基因编码产生），就可能让人和生物适应低氧环境；反之，如果缺少低氧诱导因子，则会产生严重后果。对转基因小鼠敲除低氧诱导因子基因，小鼠会出现血管发育和氧依赖基因表达的严重缺陷，在子宫内发育期就发生早死。

这说明低氧诱导因子基因缺失，会让生物无法正确感知和利用氧气，从而损害器官，甚至死亡。

但是，低氧诱导因子也并非总是产生好的作用，它还可以诱导血管内皮细胞生长因子（VEGF）基因表达，后者是负责血管生成的分子。人体内产生过量的血管内皮生长因子又会促进血管和红细胞的生成。这也为肿瘤的生长提供了条件，因为血管生长和红细胞能为癌细胞提供更多的营养，使得它们更有产生和疯长的条件，从而让肿瘤恶化。

过去研究人员已经发现，在肾脏、肾上腺、胰腺以及中枢神经系统等位置发生的肿瘤都生长在血管丰富的部位，而且它们会分泌促红细胞生成素，刺激红细胞的产生。原因在于，肿瘤快速生长时，会导致肿瘤内部低氧，然后促使低氧诱导因子表达，从而促进血管生成，有利于肿瘤增长。

有了这些认识，就可以帮助人们抗御癌症和治疗癌症。现在已有很多药物公司在针对血管内皮细胞生长因子这个靶点研发新药，并且也上市了一些临床使用的抗癌药物。

当然，生物氧气感知通路的发现和阐明，也为治疗其他疾病（如贫血等）奠定了基础。例如，全球首个小分子低氧诱导因子脯氨酰羟化酶抑制剂罗沙司他已在中国和日本上市，用于治疗透析患者因慢性肾脏病引起的贫血。

凯林和塞门扎是美国科学家，拉特克利夫是英国科学家，他们发现生物氧气感知通路再一次说明了基础研究的重要，也证明了：基础研究一旦获得突破，将会极大有利于临床的疾病防治。

□张田勘（专栏作者）

编辑 李冰冰  校对 柳宝庆