2019年诺贝尔生理学医学奖：机体细胞感受氧变化及适应性反应的机制北大核心CSCD

继上期,本刊又邀请我国低氧研究领域的专家撰文,简述2019年诺贝尔生理学或医学奖获得者发现细胞如何感知和适应氧浓度变化的研究,探讨低氧诱导因子(HIF)信号通路对相关生理及病理生理过程的认识和对疾病干预靶点的意义,以及HIF通路发现的成功转化--HIF-PHD抑制剂(PHD inhibitor, PHI)治疗肾性贫血。     

缺氧诱导因子经典通路的拓展与干细胞调控

缺氧诱导因子是在缺氧条件下被激活参与机体低氧适应性反应的一类核因子,对于低氧条件下维持机体生命活动起着不可或缺的作用,且与肿瘤的发生发展以及干细胞调控关系密切,本文综述缺氧诱导因子经典氧感通路信号轴和非经典信号通路以及其对干细胞调控的作用,讨论了非经典通路中沉默信息调节因子家族尤其是去乙酰化酶sirtuin-3(SIRT3)对HIFα的负性调控作用,以及M2型丙酮酸激酶(PKM2)对HIFα的激活作用。探讨了HIF1α对多种干细胞生物学的调控,发现HIF1α可抑制胚胎干细胞-外胚层干细胞(ESC-Epi SC)过渡期线粒体呼吸,从而驱使其向糖酵解代谢的转变,继而维持ESC的多能性;且HIF1α可介导间充质干细胞的定向分化,如向成骨细胞,软骨细胞,神经细胞,脂肪细胞,肌细胞等细胞的定向分化;并可促进神经干细胞增殖与迁移以及参与肿瘤干细胞的干性维持。目的阐明缺氧诱导因子经典与非经典信号通路轴及其对干细胞生物学的调控,为临床组织损伤修复组织工程乃至肿瘤的诊疗预防提供新的靶点。     

昆虫对环境低氧的适应:生理和分子机制研究进展

氧是机体进行新陈代谢和维持生存的必要因素。低氧环境在自然界普遍存在,也是许多重大疾病(如癌症)发生过程中基本的病理生理特征。生物包括昆虫在其生存和发育过程中经常面对低氧的挑战,它们发展出了各自的适应策略以求得生存和繁荣壮大。昆虫对于低氧环境适应包括在气管系统通气量、气体交换模式、体型大小和发育时间等生理机制上的改变。为揭示昆虫低氧适应机制,研究人员针对不同昆虫采用了来自人工选择或者自然选择的品系(种群),使用了基因芯片表达和转录组测序、基因组重测序技术和基因操作等技术。基于这些方法研究发现,在分子机制方面,昆虫可以通过抑制能量代谢、提高氧气利用率来适应低氧环境;还可以通过胰岛素通路、低氧诱导因子(HIF)信号通路等来调节自身代谢活动从而适应环境低氧;除此之外,昆虫的气管系统可以在基因调控下通过代偿性生理和形态变化来适应低氧环境。昆虫低氧适应机制的研究为探求昆虫数亿年进化过程中体形改变、物种形成、种群动态等提供提供新的视野,也增进对动物应对低氧或缺氧机理的深入理解,特别是为研究人类重大疾病的发生提供重要启示。     

卵巢低氧微环境调节哺乳动物排卵的分子机制

哺乳动物排卵过程复杂,包括卵泡发育、卵泡成熟破裂后的排卵以及黄体形成和退化等过程。目前研究表明,排卵过程受低氧微环境和响应低氧条件的因子-低氧诱导因子(Hypoxic inducible factor, HIF)的影响。低氧调控HIF并影响许多生理过程,如血管生成、炎症反应等。尽管排卵的具体过程早已阐明,但低氧参与调控排卵过程的分子机制并不十分清楚。本文主要综述了哺乳动物在排卵过程中低氧环境如何产生以及HIF如何调控该过程的分子机制,旨在进一步理解排卵机制和卵巢的综合性功能,为相关的卵巢疾病提供一定的理论依据。     

低氧诱导因子与低氧性肺动脉高压发病机制的研究进展

低氧性肺动脉高压(HPH)是慢性肺源性心脏病和慢性高原病等发病的重要病理生理变化之一,其特点主要是以低氧性肺血管收缩反应增强和肺小动脉中层平滑肌细胞的异常增生(重建)为主。虽然HPH的发病机制仍不清楚,但近来研究表明内皮素(ET)、血管内皮生长因子(VEGF)、促红细胞生成素(Epo)和一氧化氮(NO)是HPH的重要致病因子。它们可在低氧诱导因子—1(HIF—1α)介导或在增加的血流切应力和氧应激反应刺激下产生,并发挥相应的作用。本文将对HIF在低氧性肺动脉高压发病中的重要作用及其进展作一简要概述。     

缺氧诱导因子(HIFs)在肾癌发生中的作用及其分子机制

肾癌是一种常见的泌尿系统肿瘤,但在临床上对转移性肾癌的治疗手段还非常有限。缺氧是实体肿瘤微环境的一个重要的基本特征。近年来基于分子机制和临床研究的数据表明,低氧诱导因子(hypoxia-inducible factors, HIFs)在肾细胞癌(renal cell carcinoma, RCC)的发生发展中发挥着至关重要的作用。HIF是一类介导细胞适应低氧状况必需的转录激活因子,由α亚基和β亚基组成。研究已经证实,在RCC中HIF-1α和HIF-2α具有相反的作用,前者作为肿瘤抑制因子,而后者作为癌基因发挥功能。本文综述了HIF信号通路在RCC发生发展中的作用及其分子机制,并对靶向HIF信号通路治疗RCC的进行了探讨,以期指导临床肾细胞癌的精准化治疗和进一步的研究。     

细胞如何适应外界变化的氧环境——解读2019年诺贝尔生理学或医学奖

人的生命活动时刻离不开氧气,在低氧环境或者高氧环境中,机体不断对代谢过程进行调节,以适应环境。缺氧条件下,机体可产生促红细胞生成素(EPO),美国塞门扎教授发现了可对EPO基因转录进行调控的缺氧诱导因子(HIF)。但在正常氧气条件下,HIF1-α在细胞中几乎不存在,威廉·凯林发现了VHL蛋白通过给HIF-1α泛素化以调控其降解和代谢。凯林和拉特克利夫进而在HIF-1α的分子结构中发现了一个氧依赖性降解区(ODD),当氧气浓度较高时,这个部位可被VHL结合。有关此通路的研究临床价值极大,诺贝尔奖实至名归。     

红细胞生成素3’端增强子在肺动脉平滑肌细胞低氧性增殖调控中的作用

用噻唑蓝比色法 (MTT法 )、H3 胸腺嘧啶核苷 (H3 TdR)掺入法和流式细胞术 ,观察红细胞生成素 (EPO)3’端增强子片段对培养的猪肺动脉平滑肌细胞 (PASMCs)的内皮依赖性和非内皮依赖性低氧性增殖的影响。结果为 :(1)低氧 2 4h后PASMCs明显增殖 ,转入野生型EPO3’端增强子片段可被抑制 ,而转入突变型片段无此作用 ;(2 )肺动脉内皮细胞 (PAECs)低氧 2 4h ,其条件培养液有明显的促PASMCs增殖作用 ,将野生型EPO3’端增强子片段先转入PAECs,此作用明显减弱 ,而转入突变型片段则无明显影响。提示 :(1)PAECs低氧条件培养液可促进PASMCs增殖 ,PASMCs也可直接感受低氧而增殖 ,PAECs和PASMCs的低氧反应均被外源性EPO3’增强子片段抑制 ;(2 )由于EPO3’增强子上有低氧诱导因子 1(HIF 1)结合位点 ,PAEC和PASMC低氧反应可能是通过HIF 1低氧信号转导的共同通路     

秀丽线虫:低氧应答研究的模式生物

低氧能够引起秀丽线虫发生相应的生理和行为学变化,并可保护机体免受缺氧损伤.秀丽线虫的低氧诱导因子(HIF-1)的恒定性调控通路和人类的相应通路之间具有高度保守性,因此秀丽线虫也已成为研究低氧应答调控通路进化保守性的重要工具之一.阐明秀丽线虫的低氧应答机制将为了解人类低氧相关疾病的发病机制提供有价值的线索.     

HIF-NOS信号通路对哺乳动物卵巢NO依赖性功能的调控作用

一氧化氮(NO)作为气体明星分子和信号分子,在哺乳动物体内不同的生理调节过程中具有非常重要的作用,尤其是哺乳动物卵巢功能的调控.一氧化氮合酶(NOS)是NO合成的限速酶,是调节NO合成的关键环节,也是NO依赖性功能调控的重要环节.因此,调节NOS转录/合成的信号通路对哺乳动物卵巢NO依赖性功能具有至关重要的调控作用.最近的研究发现,缺氧诱导因子(HIF)作为转录因子,参与许多与缺氧相关靶基因的转录调控,如NOS和血管内皮生长因子(VEGF)等.本文一方面描述了NO合成及其调控的分子机制,另一方面阐明了HIF作为转录因子对NOS的转录调控,从而揭示HIF在NO依赖性卵巢功能调控中的重要作用,同时为进一步研究哺乳动物卵巢功能的调控提供新的研究方向和理论基础.     

免疫系统防御强,遇到缺氧HIF帮（英文）

缺氧诱导因子(hypoxia-inducible factor,HIF)是一类受氧调控的转录因子。其α亚基是氧敏感性亚基,包括HIF-1α、HIF-2α和HIF-3α,与β亚基形成异源二聚体,活化目标基因的表达以调节细胞对低氧的反应。HIF本身受到精细调节,包括转录组水平的调节,以及通过蛋白质翻译后修饰所进行的蛋白质水平的调节,以确保细胞对低氧压力产生适当反应。免疫应答常伴随局部组织的低氧状况,HIF是低氧环境中先天免疫和适应性免疫应答的重要调节因子。在天然免疫系统,HIF激活一系列与代谢相关的基因表达,调节中性粒细胞、巨噬细胞和树突状细胞的发育、极化和功能。对于适应性免疫,近年来的研究确立了HIF在CD4+T细胞分化和功能中的重要作用。本综述将重点讨论近年来有关HIF调节机制,及其在免疫细胞功能研究的进展。     

低氧对 MSCs 增殖和分化的影响

摘要： 间充质干细胞(mesenchymal stem cells, MSCs)是具有自我更新、 多向分化和强可塑性的细胞, 具有分化为血液、 骨、 软骨、 脂 肪、 肌肉、 表皮、 上皮、 神经等组织的潜能, 受到再生医学研究的关注。目前已有研究表明将 MSCs 移植到多种损伤组织中都能改 善损伤组织的功能。文章在简要回顾了低氧环境对 MSCs 增殖和分化的研究内容和有关理论争论基础上重点介绍了缺氧诱导因 子 （ HIF ）通路对 MSCs 增殖和分化的影响。文章阐述了低氧环境对 MSCs 向成骨,成软骨,成脂及成神经元方向分化的影响。 由于 人体组织内生理条件下的氧张力远远小于大气中的氧张力 （21% ）, 采用低氧培养 MSCs 的研究方法得出的结论将更加贴近实际 MSCs 在人体内的增殖、分化情况。因此研究 MSCs 在低氧张力环境中增殖、分化的能力将为 MSCs 能成功移植到体内并发挥作 用提供保障。     

AHR和HIF1-α代谢调控1型调节性T细胞分化

<正>目前,对于淋巴细胞代谢通路,及代谢本身和代谢产物对免疫反应的调节作用,仍不甚清楚。本文作者发现,缺氧诱导因子1-α(hypoxia inducible factor-1α,HIF1-α)和芳基化合物受体(aryl hydrocarbon receptor,AHR)通过代谢编码调控1型调节性T细胞(type 1 regulatory T cell,Tr1)分化。HIF1-α调节Tr1早期代谢重编码。随后,AHR促进HIF1-α降解,接管对T细胞代谢     

免疫系统防御强，遇到缺氧HIF帮

缺氧诱导因子（hypoxia-inducible factor,HIF）是一类受氧调控的转录因子。其α亚基是氧敏感性亚基,包括HIF-1α、HIF-2α和HIF-3α,与β亚基形成异源二聚体,活化目标基因的表达以调节细胞对低氧的反应。HIF本身受到精细调节,包括转录组水平的调节,以及通过蛋白质翻译后修饰所进行的蛋白质水平的调节,以确保细胞对低氧压力产生适当反应。免疫应答常伴随局部组织的低氧状况,HIF是低氧环境中先天免疫和适应性免疫应答的重要调节因子。在天然免疫系统,HIF激活一系列与代谢相关的基因表达,调节中性粒细胞、巨噬细胞和树突状细胞的发育、极化和功能。对于适应性免疫,近年来的研究确立了HIF在CD4⁺T细胞分化和功能中的重要作用。本综述将重点讨论近年来有关HIF调节机制,及其在免疫细胞功能研究的进展。     

生理性低氧通过HIF1α上调PLOD2参与绒毛外滋养细胞分化

生理性低氧在胎盘发育及滋养细胞分化中具有重要作用.HIF1α是响应低氧诱导的关键因子之一,但生理性低氧通过HIF1α影响胎盘发育的具体分子机制尚不明确.该研究首先通过生物信息学方法分析了HIF1α的下游靶基因和绒毛外滋养细胞分化过程中的差异表达基因,并筛选出两者交集基因作为HIF1α调控绒毛外滋养细胞分化的潜在靶标基因...     

缺氧信号转导通路的研究进展

人体组织和细胞在环境氧浓度改变的条件下,通过氧感受器和信号转导通路特异地调节某些基因或蛋白的表达来适应低氧.同时在缺氧情况下,缺氧反应导致多种细胞信号通路的激活参与调节呼吸、代谢、细胞生存等.在哺乳动物体内,HIFs是主要的低氧应激转录因子,其α亚基受到多种因素的影响,如PHDs、FIH1、线粒体、CHIP,本文将在常氧和缺氧状态下,对HIF稳定性调节机制及缺氧所介导相关信号转导通路进行综述.     

低氧诱导因子在肾透明细胞癌中作用的研究进展

VHL基因具有调节转录、稳定细胞生长相关基因和调节细胞周期的功能,其突变、缺失、重排和超甲基化与肾细胞癌(RCC)的发生密切相关。VHL基因产物VHL肿瘤抑制蛋白(p VHL)是泛素连接酶的成分,具有调节低氧诱导因子(HIF)稳定性的作用。HIF家族主要包含三种HIFα因子(HIF1α、HIF2α、HIF3α)和两种HIFβ因子(HIF1β、HIF2β)。HIF1α位于14q染色体上,在肾透明细胞癌中该染色体经常缺失,且这种14q的缺失常伴有预后不良。HIF2α的表达异常促进了p VHL缺陷型肾透明细胞癌中的发生。目前,抑制HIF2α及其下游的血管内皮生长因子(VEGF)的药物都处于临床试验的不同阶段,已有四种VEGF抑制剂获准用于肾透明细胞癌的治疗。选择抑制HIF或具有HIF靶基因抑制选择性的药物进行研究,可能为肾透明细胞癌的治疗提供新的方法。本文就HIF在VHL蛋白缺陷型肾透明细胞癌中作用的研究进展进行了综述。     

常氧下高原鼠兔HIF-1αmRNA的表达

低氧诱导因子—1(HIF—1)是一种由低氧诱导因子—1α(HIF—1α)和芳香烃核受体转录因子(ARNT)组成的二聚体转录因子,在生物体氧平衡调节中起关键作用。高原鼠兔(Dchotorua curzoniae)是生活在青藏高原海拔3000m以上区域,有着极强的低氧、低温耐受能力的特有自然种群。它通过高的基础代谢率和高的氧利用率来适应高原低温、缺氧环境。将高原鼠兔带到北京,常氧室温条件下适应7d。RT—PCR扩增高原鼠兔HIF—1α cDNA片断,^32P标记作为特异性探针,Northern杂交检测了常氧条件下高原鼠兔HIF—1α的组织特异性表达。结果显示,HIF—1α mRNA在高原鼠兔多种组织中均有表达,并且表现出明显的组织差异性。其中脑的表达量最大,肾其次,心、脾和肝的表达相对较少。     

低氧对MSCs增殖和分化的影响

间充质干细胞（mesenchymal stemcells, MSCs）是具有自我更新、多向分化和强可塑性的细胞,具有分化为血液、骨、软骨、脂肪、肌肉、表皮、上皮、神经等组织的潜能,受到再生医学研究的关注。目前已有研究表明将MSCs 移植到多种损伤组织中都能改善损伤组织的功能。文章在简要回顾了低氧环境对MSCs增殖和分化的研究内容和有关理论争论基础上重点介绍了缺氧诱导因子（HIF）通路对MSCs 增殖和分化的影响。文章阐述了低氧环境对MSCs向成骨,成软骨,成脂及成神经元方向分化的影响。由于人体组织内生理条件下的氧张力远远小于大气中的氧张力（21%）,采用低氧培养MSCs 的研究方法得出的结论将更加贴近实际MSCs在人体内的增殖、分化情况。因此研究MSCs 在低氧张力环境中增殖、分化的能力将为MSCs 能成功移植到体内并发挥作用提供保障。     

高原低氧胁迫对小鼠肝脏功能及基因表达的影响

低氧作为青藏高原最为特殊的环境因素之一,对高原动物的适应进化产生了深刻的影响。持续的低氧暴露会损伤肝脏功能,引起动物机体代谢紊乱,但连续低氧处理对子代肝脏的影响仍缺乏相关研究。本研究将成年小鼠转移至高原低氧环境(海拔3 220 m)饲养并繁殖,以常氧条件下饲养小鼠为对照,统计低氧处理小鼠(低氧第0代)及其子代(低氧第1～5代)生长数据,发现长期低氧暴露导致小鼠肝脏比重增加,肝细胞肿胀,肝索间红细胞浸润,并且子一代小鼠肝小叶出现脂肪变性。血液生化指标显示,相比于对照组(常氧第0代),低氧第0代和低氧第1代的谷丙转氨酶和谷草转氨酶水平显著上升(P <0.05);血清白蛋白、球蛋白、总胆红素和总胆固醇水平在低氧第0代中下降,低氧第1代中上升(P <0.05)。空腹注射葡萄糖和胰岛素后低氧组小鼠的葡萄糖耐受能力和胰岛素敏感性显著减弱(P <0.05)。常氧第0代、低氧第0代及低氧第1代肝脏RNA-seq分析发现,低氧第0代和低氧第1代共有的459个差异基因显著富集在MAPK、细胞凋亡、脂质代谢和内质网等信号通路。本研究发现低氧胁迫对子代小鼠肝脏具有重要影响,此结果对肝脏低氧生...