氧气感知与适应机制与人类的哪些生命活动有关？

2019年诺贝尔获奖者是怎样进行氧感知过程的基因解码的？

氧气是众多生化代谢途径的电子受体，科学界对氧感应和氧稳态调控的研究开始于促红细胞生成素（erythropoietin, EPO）。当氧气缺乏时，肾脏分泌 EPO刺激骨髓生成新的红细胞。比如当我们在高海拔地区活动时，由于缺氧，人体的新陈代谢发生变化，开始生长出新的血管，制造新的红细胞。为了了解人类是由如何感知体内、体外环境中氧气浓度的变化，并做出相应的调整，全世界的研究人员开始去寻找并解码这一过程中背后基因的作用。2019年诺贝尔获奖者在这一领域做出了卓越的贡献。这几位科学家们做的正是找出这种身体反应背后的基因表达。他们发现这个反应的“开关”是一种蛋白质，叫做缺氧诱导因子 (Hypoxia-inducible factors, HIF)，但其功能远不止开关那么简单。

20世纪90年代初，Semenza 和 Ratcliffe 开始研究缺氧如何引起EPO的产生。他们发现了一个不仅会随着氧浓度的改变发生相应的改变，还可以控制EPO 的表达水平的转录增强因子HIF，如果将其DNA 片段插入某基因旁，则该基因会被低氧条件诱导表达。1995年，Semenza 和博士后王光纯化了 HIF-1，发现其包含两个蛋白：HIF-1α 和 HIF-1β，并证实了 HIF-1是通过红细胞和血管新生介导了机体在低氧条件下的适应性反应。 随后， Semenza 和 Ratcliffe 又扩展了低氧诱导表达基因的种类。他们发现，除了 EPO， HIF-1 在哺乳动物细胞内可以结合并激活涉及代谢调节、血管新生、胚胎发育、免疫和肿瘤等过程的众多其他基因。 此外，他们观察到当细胞转变为高氧条件时 HIF-1 的数量急剧下降，仅当缺氧时该因子才能能够激活靶基因。那么推动 HIF-1 破坏的原因是什么？答案来自一个意想不到的方向。

希佩尔-林道综合征（Von Hippel–Lindau disease，VHL综合征）是一种罕见的常染色体显性遗传性疾病。VHL病人由于 VHL 蛋白的缺失会以多发性肿瘤为特征, 涉及脑、骨髓、视网膜、肾脏、肾上腺等多个重要器官，典型的肿瘤由不适当的新血管组成。肿瘤学家 William Kaelin 一直试图弄清楚其病理。然而，就在 HIF 被纯化的第二年, Kaelin 发现 VHL 蛋白可以通过氧依赖的蛋白水解作用负性调 HIF-1。Kaelin 和Ratcliffe 随后的研究又发现了双加氧酶在VHL 蛋白识别 HIF-1 的过程中发挥着重要的作用。 HIF 控制着人体和大多数动物细胞对氧气变化的复杂又正确的反应，三位科学家一步步揭示了地球生命基石的奥秘。通过调控 HIF 通路从而达到治疗目的的研究方向正发挥着巨大的潜力，他们的工作正在并将继续造福人类。