腦缺氧（cerebral anoxia），指氧的供應或利用不能達到腦組織代謝需要的最低水平，從而出現不同程度的腦功能障礙。腦缺氧給人體健康帶來的損害非常廣泛，輕則思維遲鈍、反應變慢、犯困，重則腦卒中風。因此，找到大腦缺氧背後的作用和損傷機制，是非常關鍵的一步。

最近，凱斯西儲大學醫學院（the Case Western Reserve University School of Medicine）的一組研究人員發表的一項研究表明，低氧狀態下的腦細胞功能障礙，很可能是由原本具有保護作用的應答系統引起的。

“這些強大的蛋白質反應者最初保護腦細胞免受低氧正如預期的那樣，但我們發現他們的長期活動導致意想不到的附帶損害，最終會損害大腦細胞的功能。”這項研究的首席研究員Paul Tesar表示。他與Donald博士、凱斯西儲醫學院Ruth Weber Goodman合作開展了這項研究。

確定低氧條件下腦細胞損傷的機制，爲開發有效的治療方法提供了機會，其中包括他們研究的一類藥物，這些藥物可能爲許多低氧引起的神經系統疾病的未來臨牀治療提供信息。這項工作也闡明瞭對低氧的反應是如何在大腦之外的其他組織引起疾病的。

他們的研究於10月21日在線發表在《細胞-幹細胞》（Cell Stem Cell）雜誌上，題爲“Non-canonical Targets of HIF1a Impair Oligodendrocyte Progenitor Cell Function”。

身體對低氧的反應

隨着含氧大氣的出現，多細胞生命的蓬勃生長成爲可能——因爲氧氣可以用來產生支持複雜生命功能所需的能量。鑑於生命需要氧氣，幾乎所有的生物體都進化出了一種對低氧快速反應的機制，這種情況被稱爲缺氧。

2019年，諾貝爾生理學或醫學獎(Noble Prize in Physiology or Medicine)就頒給了一項研究成果背後的科學家，他們闡明瞭人類身體中的細胞如何感知低氧水平，並對生存做出反應。

這種古老反應的核心是一種被稱爲“缺氧誘導因子”(HIFs)的蛋白質，它指導細胞將耗氧量降到最低，並使其獲得氧氣的機會最大化。這時候，HIFs成爲了最佳“助攻”，試圖保護和復甦細胞在低氧的即時反應。

長時間的缺氧會導致許多組織功能障礙。特別是，大腦中的幹細胞在許多疾病中都因缺氧而受損，包括中風、早產引起的腦癱、呼吸窘迫綜合徵、多發性硬化症和血管性癡呆。即便是新冠造成的重大神經損傷也可歸因於缺氧。

到目前爲止，由於低氧導致細胞功能失調的確切原因尚不清楚。

缺氧反應的“黑暗面”

在這項研究中，研究人員開發了一種新的方法，來密切分析缺氧反應性蛋白髮揮功能的分子機制。

通過比較它們在腦幹細胞和其他組織(如心臟和皮膚)中的作用，科學家們證實，在缺氧狀態下，在所有組織中，缺氧反應性蛋白能夠發揮有益的功能來促進細胞存活。

然而，這些同樣的缺氧反應蛋白也有之前未被認識到的“黑暗面”，因爲它們也開啓了核心的有益反應之外的其他細胞過程。

最後，研究小組證明了這種先前未知的額外反應是大腦幹細胞功能受損的原因。這表明，當缺氧反應蛋白進化以促進在低氧條件下身體所有組織中的細胞存活時，它們強大的作用也會產生破壞細胞功能等讓人意想不到的後果。

治療缺氧損傷

論文作者測試了數千種藥物，試圖恢復大腦幹細胞的功能，以克服缺氧反應蛋白的破壞性影響。他們發現了一組藥物，可以特別克服損傷誘導反應，同時保持有益反應完好無損。

文章第一作者Kevin Allan表示，這項研究讓人非常興奮的一點在於，已經識別出了特殊的藥物，其能特異性靶向作用缺氧反應損傷效應，同時還會釋放有益的效應；這或許就爲後期科學家們抵禦缺氧所有發的組織損傷提供新的研究視角和思路。

編譯/前瞻經濟學人APP資訊組

參考資料：https://www.news-medical.net/news/20201022/Study-reveals-why-oxygen-deficiency-impairs-brain-cells.aspx

https://neurosciencenews.com/hypoxia-brain-17113/

https://www.cell.com/cell-stem-cell/pdf/S1934-5909(20)30494-X.pdf