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倒时差神器来了:低氧治疗

2016-11-04  成靖

一般人的感觉是氧气非常重要,吸氧或高压氧能治疗缺氧性疾病,其实在生物学效应方面,低氧可能具有更强大的作用,甚至从治疗疾病角度来说,低氧有希望成为真正一种治疗方法,取代过去吸氧的理念。停止吸氧,换上低氧,可能会带来真正的健康。

低氧研究越来越受到重视,不久前有学者《科学》发表论文提出低氧可以延长线粒体病动物寿命,本周《自然》有学者发现重度低氧能刺激心脏细胞再生治疗心肌梗塞,同样以色列学者在《细胞代谢》发表论文证明低氧能治疗时差。过去研究一直把低氧作为一种恶性刺激,一般是按照以毒攻毒或低氧适应的角度来研究低氧,但最新这些研究则直面低氧的正面作用,认为低氧本身就可能具有保护细胞损伤的作用,或者说正常氧气对某些细胞具有毒性,低氧可以避免这些伤害,发挥疾病治疗作用。上述这些研究放在一起可以说低氧将有可能成为一种广泛治疗价值的新工具。本来近年诺贝尔医学生理学奖呼声非常高的低氧诱导因子调节研究可以说已经到箭在弦上不得不发的程度,低氧的研究热潮将会给这一研究被广泛重视产生催化效应。

低氧能帮助克服时差。哺乳动物的代谢等生物过程都存在昼夜节律,以色列魏茨曼科学研究所Gad Asher等发现,小鼠血液和肾脏组织中氧气水平也存在昼夜节律。细胞培养试验表明,氧气水平节律性变化能与生物钟基因表达存在同步关系。这种过程是通过HIF1α调节的,HIF1α水平能反应低氧刺激,被认为是氧气感受分子。采用6小时周期光照和黑暗刺激诱导小鼠造成时差,用低氧进行处理可以让动物尽快适应新的时间节律。或者说低氧能治疗飞行时差反应。低氧或许能对夜班工作刺激具有保护作用。

能够在生命体内控制时间、空间发生发展的质和量叫生物钟。地球上的所有动物都有一种叫“生物钟”的生理机制,也就是从白天到夜晚的一个24小时循环节律,比如一个光-暗的周期,与地球自转一次吻合。生物钟是受大脑内神经元节律回路控制,例如人类的睡眠饮食等节律行为都受到下丘脑视交叉上核控制。身体内每个细胞都存在自动节律,这些细胞如何同步仍然是一个需要回答的问题。细胞对环境变化的主动响应可能是整体节律同步的重要条件。那么让所有细胞产生同步必须存在一个共同的信号感受系统。昼夜节律分子基础就是基于一系列连锁的转录和翻译负反馈循环。bHLH-PAS蛋白BMAL1CLOCK形成二聚体驱动Period蛋白(Per1, Per2, Per3)和细胞色素基因表达。Period蛋白和细胞色素积累能反馈抑制自身基因表达。反馈回路还包括REV-ERBROR家族孤儿核受体的参与。

过去研究哺乳动物外周组织节律性比较常用的两种信号是饮食和体温,饮食和体温节律都具有同步性甚至不与大脑节律同步。考虑到饮食和体温都和组织耗氧量关系密切,氧气浓度也能被大多数细胞感受,这说明氧气浓度可能具有调节控制组织代谢节律的可能。最新研究试图回答这一问题,认为氧气浓度改变是组织代谢体温等节律形成的重要信号。研究主要从三个方面进行研究,一是证明动物血液和组织确实存在氧气浓度的节律性波动,利用调控氧气浓度进行细胞培养,模拟体内氧浓度的改变,发现细胞内节律蛋白发生节律性改变,这种变化是受到低氧诱导因子1调节,然后利用低氧作为处理手段,发现低氧能加快动物适应新的节律。总之,研究提出氧气是造成动物代谢节律的重要调节因子。

Rhythmic Oxygen Levels Reset Circadian Clocks.pdf




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