细胞低氧感知与响应——2019年诺贝尔生理学或医学奖成果简析

 2019年诺贝尔生理学或医学奖颁给了William G.Kaelin、Jr、Sir Peter J.Ratcliffe、Gregg L.Semenza，以奖励他们在细胞低氧感知与适应的相关研究中所做出的开创性贡献。他们发现细胞利用了转录因子HIF-1的α亚基上的羟基化修饰来感知细胞内的氧水平，而低氧条件下未羟基化的HIF-1α会快速累积，并进入细胞核内调控上千个基因的转录。细胞低氧响应与多种人类疾病紧密相关，包括贫血症、红细胞增多症、心血管疾病、卒中以及癌症。回顾了细胞低氧响应信号通路的发现过程以及与低氧响应有关的人类疾病。     

低氧对人支气管上皮细胞HSP70和HIF-1α表达的影响

慢性阻塞性肺病（COPD）是慢性气道炎症性疾病，其发病率及病死率都很高，患者易发生低氧血症．本研究将永生化的人支气管上皮细胞（HBE）在低糖DMEM培养基、1%O2培养不同时间后，分别收集总的RNA和蛋白．用RT-PCR检测细胞HSP70和HIF-1αmRNA的变化，western blot检测两者蛋白表达情况．对照组培养于低糖、常氧条件下．结果表明，低氧可以诱导HBE细胞HSP70和HIF-1α基因的转录和翻译，且都有时间依赖性．提示HBE细胞能够感受低氧刺激并做出应答，从而为COPD发病机制研究提供了一种可供选择的细胞模型．     

氧气的适应性机制及低氧预适应研究进展

氧气是有氧代谢和能量产生的必要条件,对于大多数生物来说都是必不可少的。过多或过少的氧气都可能危害生命,因此研究生物快速响应变化的氧气水平的机制至关重要。当氧气需求超过氧气供应时,细胞就会变得低氧。介绍了氧气的特性以及生理、病理条件下低氧的适应机制,论述了低氧作为的积极方面——低氧预适应的历史和研究进展,展望了低氧预适应在高空、高原等极端环境中以及在卒中等相关临床疾病中的治疗前景。     

低氧对人支气管上皮细胞HSP70和HIF-1α表达的影响

将人支气管上皮细胞（HBE）在低糖DMEM培养基、1%O2培养不同时间后,分别用RT-PCR和Western blot方法检测细胞HSP70、HIF-1α的mRNA和蛋白表达水平,同时采用免疫组化技术观察低氧对HSP70蛋白的影响．对照组培养于低糖、常氧条件下．结果表明,低氧条件下,HBE细胞HSP70 mRNA和蛋白表达都有时间依赖性．在1 h时HSP70mRNA转录水平即开始增加,与对照相比差异显著（P<0.05）;在12 h时转录水平最高;而HSP70蛋白的表达略有滞后,在3 h差异显著（P<0.     

低氧与表观遗传学互作的研究进展

表观遗传学是指基因组DNA序列不发生改变的情况下,基因表达水平发生变化从而导致的可遗传表型变化的现象.表观遗传可通过与低氧诱导因子(HIF)家族协同作用,以促使细胞适应低氧环境,从而参与到低氧应答的调控过程中.现就表观遗传学通过以下四个方面与低氧应答进行综述:1)VHL与PDH3调控HIF稳定性;2)通过影响HIF-1α共激活复合物的活性、HRE位点的修饰、HIF结合位点或附近区域的染色质活性,阻止HIF与HRE位点结合;3)组蛋白脱甲基酶对低氧应答相关基因的转录调控;4)低氧环境引起细胞内整体的组蛋白修饰程度和DNA甲基化水平改变.     

低氧诱导因子在疾病治疗中的新进展——2019年诺贝尔生理学或医学奖成果简析

 低氧诱导因子是一种异二聚体结构的DNA结合转录因子，它可以与特定的核辅因子结合，激活多种基因，在缺氧条件下优化氧的利用。美国癌症学家William G.Kaelin Jr、英国医学家Sir Peter J.Ratcliffe和美国医学家Gregg L.Semenza因发现了细胞如何感知和适应氧可用性，获得了2019年的诺贝尔生理学或医学奖，其中HIF发挥了重要的作用。介绍了HIF在肾性贫血、肿瘤、心血管疾病等治疗中的研究进展，探讨了其对人类健康的意义。     

低氧对复合培养的肺微血管内皮细胞生长的作用

研究低氧对复合培养的肺微血管内皮细胞（LMVEC）生长的作用。用低氧气体（3％O2）处理复合培养的LMVEC细胞;流式细胞仪检测细胞的周期。在常氧或低氧条件下,LMVEC复合培养组G1期和S期细胞增多,G2／M期细胞显减少（P＜0.01,分别与单独培养组比较）;低氧单独培养组G1期细胞显减少,G2／M期细胞增多（P＜0.01,与常氧单独培养组比较）;低氧复合培养组G1期和DNA合成期（S期）细胞增多,G2／M期细胞减少（P＜0.01,与常氧复合培养组比较）。可见,低氧能促进单独或复合培养的LMVEC的增殖,复合培养的LMVEC比单独培养组增殖降低。     

低氧对金鱼鳃形态重塑过程中EMT途径的影响

为探究金鱼鳃形态重塑过程中低氧诱导因子-1(hypoxia-inducible factor-1,HIF-1)对细胞黏附的影响,以金鱼鳃组织为材料,通过克隆金鱼E-钙黏蛋白(E-cadherin)基因约2000 bp的启动子区域,对启动子转录位点进行了生物信息学分析,并通过荧光定量PCR检测了相关基因的表达水平,利用免...     

长期居住海平后藏族经受急性减压低氧时的体…

从急性低氧对长期移居海平后藏族的体力活动能力的影响来探索藏族的高原低氧适应机制，结果提示藏族的最大体力负荷强度没有显著下降，最大氧耗和氧脉搏也没有明显变化，动脉血氧饱和度明显高于汉族，这更显示藏族对高原低氧适应机制有独特之外，推测可能是藏族在氧的摄取、传递和释放等过程比汉族更有利于对高原低氧环境的适应。     

HMOX1在低氧条件下对胶质瘤干细胞的作用

HMOX1(Heme Oxygenase 1)属于血红素加氧酶家族,作为血红素分解代谢中的必须酶,在恶性胶质瘤中高表达。脑胶质瘤干细胞(Glioma Stem Cell,GSC)是胶质瘤中的一小群肿瘤细胞,具有无限增殖、自我更新、多向分化的能力,被认为是肿瘤发生、复发、转移的根源。本实验通过质谱筛选,发现HMOX1特异性在胶质瘤干细胞中被低氧诱导高表达。目前关于HMOX1蛋白与缺氧环境下GSC的功能相关性未见文献报道。为了研究HMOX1是否在低氧时对GSC有调控作用,我们用慢病毒感染体系在GSC中敲低HMOX1表达,接着对细胞进行1%O_2低氧培养,用Western Blot检测基因干涉效果,用Tumor Sphere形成实验观察GSC细胞表型。实验结果表明,在低氧条件下干涉GSC中HMOX1基因的表达对GSC的生长及存活有明显的抑制。综上所述,HMOX1在GSC中特异性被低氧诱导高表达,且对GSC的生长存活具有调控作用,提示HMOX1有可能是GSC在低氧微环境中的重要调控因子。     

低氧训练诱导骨骼肌细胞球蛋白、脑红蛋白和缺氧诱导因子-1α表达

选用健康雄性SD大鼠,应用实时荧光定量PCR法,观察不同训练条件下大鼠骨骼肌缺氧诱导因子-lα(HIF-1α)、细胞球蛋白、脑红蛋白基因表达变化.结果表明:低氧训练可增加骨骼肌HIF-lα和细胞球蛋白、脑红蛋白mRNA含量,骨骼肌组织HIF-lα表达的增加对细胞球蛋白基因表达具有促进作用.     

厌氧-低氧生物除磷脱氮系统的动力学研究

通过对PHA和氨氮低氧降解动力学的研究发现：PHV是一种更加慢速氧化的内碳源，从而减慢碳源被氧气直接氧化的速率，使其更接近于低氧氨氧化速率，从而有利于低氧段反硝化的持续进行。因此，提高厌氧段PHV的合成量可能是提高厌氧一低氧同时除磷脱氮系统中除磷脱氮效果的一个重要途径。     

低氧预适应对小鼠海马神经保护作用机制研究——基于TSC1/mTOR/自噬信号通路

 为研究低氧预适应（HPC）对小鼠海马神经保护作用的机制，采用Western Blot方法检测对照组、低氧组、低氧预适应组3组实验小鼠的TSC1、mTOR和磷酸化mTOR及LC3蛋白的表达，验证TSC1/mTOR/自噬通路是否参与HPC对小鼠海马的神经保护作用。通过体外HT22细胞转染TSC1-peGFP，给予低氧刺激后，采用MTS法检测细胞活性，进一步确定TSC1在低氧条件下的神经保护作用。结果显示，HPC可增加小鼠低氧耐受时间；与对照组相比，HPC组TSC1蛋白表达升高，磷酸化mTOR蛋白表达下降；体外转染eGFP-TSC1质粒组与空载组相比，细胞活性增强。结果表明HPC可能通过上调TSC1表达，下调mTOR磷酸化水平激活自噬对小鼠海马发挥神经保护作用。     

低氧条件下巨噬细胞分泌CCL22促进三阴乳腺癌转移

三阴乳腺癌(Triple Negative Breast Cancer, TNBC)是乳腺癌中恶性程度最高的一种亚型，表现为很高的转移潜能。巨噬细胞，即肿瘤相关巨噬细胞(Tumor-Associated Macrophages, TAM)，在促进TNBC转移中起了重要作用。乳腺癌作为一种实体肿瘤，往往处于缺氧环境中。低氧环境能够促进癌细胞的转移，然而低氧环境中巨噬细胞在促进肿瘤转移中的作用仍然不清楚。在该研究中，THP1细胞被诱导成TAM，经过缺氧培养后，通过Transwell实验检测其促进三阴乳腺癌细胞BT-549和MDA-MB-231的细胞迁移能力；通过尾静脉注射，将MDA-MB-231细胞移植于祼鼠体内，CT扫描，分析了TAM促进TNBC细胞的器官转移能力；通过ELISA实验检测低氧对TAM分泌的肿瘤转移相关因子的影响，通过GDSC在线软件分析了CCL22受体CCR4和其他CCR在乳腺癌组织与正常组织中表达的差异。结果表明低氧条件下巨噬细胞通过分泌CCL22的表达来促进三阴乳腺癌细胞迁移:经过缺氧培养后的TAM显著增强了TNBC细胞迁移能力，以及促进癌细胞在体内向肺转移；低氧诱导TAM分泌CCL22；CCL22受体CCR4在乳腺癌组织中的表达显著高于在正常组织中的。     

ATP敏感性钾通道与心肌低氧损伤

ATP敏感性钾通道是一种受细胞内ATP浓度，NDPs，KCOs,SUs等多种因素调节启闭的钾通道。在低氧条件下，ATP敏感性钾通道被激活，引起动作电位时程缩短和细胞外钾离子蓄积，减少钙离子内流，对心肌有一定的保护作用；但过度的钾离子外流，对心肌则有损害，甚于诱发心律失常。提示：ATP敏感性钾通道的开放，可能是低氧引起心肌损伤的一种内源性机制。     

运动对骨骼肌中胰岛素样生长因子I影响的研究进展

胰岛素样生长因子I(IGF-I)是一类促进细胞生长,具有胰岛素样代谢效应的因子,与运动能力密切相关。分析了近年来关于胰岛素样生长因子在运动、常氧运动、低氧运动不同应激下的变化情况的文献资料。对胰岛素样生长因子研究进展进行了阐述。对于IGF-I与低氧训练关系的研究,有助于提供低氧训练的评定指标,为低氧训练提供科学的理论指导。     

低氧环境下去势大鼠骨质疏松模型的骨吸收标志物观察

观察低氧条件下去势大鼠骨质疏松模型的骨吸收相关生化指标变化,探讨其在低氧条件下骨质疏松症诊断和监测中的应用。选用纯种SD雌性大白鼠72只,随机分为A组(低氧去卵巢组)、B组(常氧去卵巢组)、C组(低氧对照组)和D组(常氧对照组)。术后分别在低氧模拟环境下和正常环境下饲养。并于术后4周、12周和24周测量大鼠的腰椎骨密度和相关生化指标,包括血浆抗酒石酸盐酸性磷酸酶、尿羟脯氨酸、尿脱氧吡啶酚。12周时,去卵巢大鼠骨密度下降较为显著(P0.05),且低氧去卵巢组骨密度明显低于常氧去卵巢组(P0.05),对照组均无显著变化(P0.05)。24周,除常氧对照组骨密度无显著变化,其它三组骨密度均有显著降低,且低氧去卵巢组骨密度明显低于其它组,差异具有统计学意义(P0.05)。骨吸收指标检测发现,12周时,所有组尿羟脯氨酸浓度无显著性差异(P0.05),24周时,低氧去卵巢组血尿羟脯氨酸浓度显著高于其它三组(P0.05)。12周时,去势大鼠的血浆抗酒石酸盐酸性磷酸酶和尿脱氧吡啶酚含量显著高于对照组,而饲养于低氧环境后,这种差异更加显著(P0.01)。低氧环境可引起骨代谢异常,骨吸收增加,应用骨吸收生化指标检测有助于高空、高原低氧环境人群骨质疏松症的早期诊断。     

科学家揭示肿瘤免疫抑制新机制

中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所刘小龙研究组在最新的研究中,揭示了转录因子AP-1在肿瘤免疫抑制中的作用及分子机制。研究组发现,在肿瘤生长过程中,肿瘤浸润T细胞被激活并持续上调转录因子AP-1家族成员c-Fos的表达;通过转基因和基因敲除小鼠模型的研究发现,肿瘤浸润T     

雪莲黄酮胶囊对低压低氧模型小鼠行为学影响及脑组织的保护作用

目的 探讨雪莲黄酮胶囊对低压低氧模型小鼠行为学的影响及其抗低氧作用机制。方法 将小鼠随机分为正常组、低氧模型组、乙酰唑胺组和雪莲黄酮胶囊组,单次灌胃给药后,在模拟海拔8 000 m环境停留9 h,采用水迷宫记录小鼠行为学变化情况,并检测线粒体膜电位及线粒体复合物,RT-PCR法检测缺氧相关基因转录水平,Western blot法检测缺氧相关基因表达情况。结果 与正常组相比,模型组潜伏时间延长,路径杂乱无序,进入原平台次数减少、运动距离百分比缩短、有效区域次数及穿越平台次数减少(P<0.05),线粒体膜电位及线粒体复合物I的活性显著降低,HIF-1α、VEGF mRNA表达水平显著提高,SOD mRNA、CAT mRNA水平显著降低(P<0.01);与模型组相比,雪莲黄酮胶囊组可缩短潜伏时间,且进入有效象限的次数、运动距离百分比、有效区域次数、穿越平台次数均显著高于模型组(P<0.05),线粒体膜电位及线粒体复合物I的活性显著升高(P<0.01),HIF-1α、VEGF mRNA表达以及水平下降,SOD、CAT mRNA表达水平升高(P<0.01)。结论 雪...