Cell Stem Cell：缺氧，比我们想象的可怕
凯斯西储大学医学院的一组研究人员发现，低氧状态下的脑细胞功能异常，居然是由保护性的完全相同的应答系统引起的。
这一研究发现公布在10月21日Cell Stem Cell杂志上。
研究主要作者Paul Tesar说：“这些功能强大的蛋白质反应物起初如预期的那样，可以保护脑细胞免受低氧的侵害，但是我们发现它们的长时间活动会导致意外的附带损害，最终损害脑细胞的功能。”
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定义低氧条件下脑细胞损伤的机制有助于开发有效新疗法，比如研究中的一类药物，这些药物可以为低氧引起的许多神经系统疾病的临床方法提供参考。这项工作还阐明了对低氧的反应如何导致脑外其他组织的疾病。
人体对低氧的反应
随着含氧环境的发展，多细胞生命出现了爆发，因为氧气可以用来产生支持复杂生命功能所需的能量。考虑到生命对氧气的需求，科学家发现几乎所有生物体都进化出了一种机制，可以对低氧迅速做出反应。2019年诺贝尔生理学或医学奖就授予了针对体内的细胞如何感知低氧水平，并做出响应，维持生命的研究。
这种古老反应的核心是称为缺氧诱导因子（HIFs）的蛋白质，该蛋白质指示细胞最大限度地减少耗氧量，最大程度地利用氧气。通过这种方式，HIF被视为英雄，它们试图在对低氧的即时反应中保护和恢复细胞。
长时间缺氧会导致许多组织功能障碍。特别是在许多疾病中，缺氧会损害大脑中的干细胞，包括中风，与早产有关的脑瘫，呼吸窘迫综合征，多发性硬化症和血管性痴呆。即使由COVID-19引起的重大神经系统损伤也可归因于缺氧。
但是到目前为止，由于低氧导致细胞出现异常的确切原因尚不清楚。
低氧反应的阴暗面
在这项研究中，研究人员开发了一种新方法，来研究缺氧反应蛋白的功能。通过比较它们在脑干细胞中与其他组织（例如心脏和皮肤）的作用方式，科学家们证实了低氧应答蛋白在促进低氧在所有组织中的细胞存活方面均具有有益的作用。但是这些相同的缺氧反应蛋白还具有以前未曾认识到的黑暗面。
研究小组发现这种以前未知的反应是削弱脑干细胞功能的原因。这表明，尽管低氧应答蛋白在低氧条件下进化为促进机体所有组织的细胞存活，但它们的强大作用也可能导致意想不到的后果，比如破坏细胞功能。
治疗缺氧损伤的新机会
研究人员测试了成千上万种药物，试图恢复脑干细胞的功能，克服缺氧反应蛋白的破坏作用。他们发现了一组药物，这些药物能专门克服导致损伤的反应。
这提供了对抗缺氧引起的组织损伤的新观点。“低氧反应的破坏性因素仅仅是一种意想不到的病理作用，可能是以前未被发现的正常过程引起疾病。我们的工作为思考细胞如何应对健康和疾病中的低氧开辟了新的思路。”
