研究人员发现过多的氧气会损害细胞和组织
说到氧气，好东西可能太多了。呼吸含氧量高于地球大气中通常含量 21% 的空气会导致人和动物的器官损伤、癫痫发作甚至死亡，尤其是当空气中的氧气超过人体对氧气的需求时。然而，直到现在，科学家们大多猜测这种现象背后的机制，称为氧中毒或高氧。
现在，格拉德斯通研究所的研究人员发现了过量的氧气如何改变我们细胞中含有铁和硫的少量蛋白质——一种类似于铁生锈的化学过程。反过来，那些“生锈”的蛋白质会引发一系列破坏细胞和组织的事件。该研究结果发表在《分子细胞》杂志上，对心脏病发作和睡眠呼吸暂停等疾病具有重要意义。
“这项研究使我们能够为高氧中发生的事情制定一个非常具体的时间表，” 新研究的资深作者Gladstone 助理研究员Isha Jain 博士说。“结果完全出乎我们的意料，但现在知道这一系列事件是如何展开的是非常有趣和令人兴奋的。”
一个未被研究的问题
在高浓度下，氧气对从细菌和植物到动物和人类的各种生命形式都是有毒的。当然，氧气不足也是致命的;有一个中间的“适度”数量，地球上的大多数生命都在这个数量下繁衍生息——不多也不少。
虽然临床医生长期以来一直在研究氧气短缺如何影响细胞和组织的细节(例如，在心脏病发作和中风中)，但对氧气过多的影响的研究相对不足。
“多年来，医学教导认为，在治疗心脏病等患者时，在某种程度上，氧气越多越好，或者至少是无害的，”Jain 实验室的博士后学者、医学博士 Alan Baik 说。加州大学旧金山分校 (UCSF) 的心脏病专家。“但现在越来越多的临床研究表明，过量的氧气实际上会导致更糟糕的结果。这促使我们更好地理解为什么过量的氧气会产生毒性。”
例如，最近的研究表明，呼吸过多的补充氧气可能对心脏病发作患者和早产儿有害。同样，在阻塞性睡眠呼吸暂停中，呼吸暂停后氧气的突然爆发已被证明是该疾病如何增加患者患慢性健康问题风险的关键因素。
尽管如此，这些影响的机制仍然不明朗。许多研究人员认为，活性氧物质——不稳定且高活性的氧衍生物，会损害我们的基因组和细胞中的许多分子——可能在高氧中发挥了作用，但几乎没有证据表明过量的氧气如何影响特定的酶和途径。
CRISPR 如何找到答案
Jain 的团队——包括 Baik、博士后研究员 Galih Haribowo 博士和研究生 Kirsten Xuewen Chen，他们是这篇新论文的共同第一作者——转向基因组编辑技术 CRISPR 来测试各种基因在高氧中的作用。
使用 CRISPR，研究人员一次从实验室培养的人类细胞中移除 20,000 多个不同基因，然后比较每组细胞在 21% 氧气和 50% 氧气条件下的生长情况。
“这种无偏见的筛选让我们能够探索数千种不同途径在高氧中的作用，而不是仅仅关注那些我们已经怀疑可能参与其中的途径，”同时也是加州大学旧金山分校生物化学助理教授的 Jain 说。“它引导我们找到了以前从未在与氧中毒同一句话中提到过的分子。”
四种分子途径在屏幕上脱颖而出，因为它们与高氧的影响有关。它们与多种细胞功能相关，包括受损 DNA 的修复、新 DNA 构建块的产生以及细胞能量的产生。
共同的蛋白质簇
起初，该团队无法确定这四种途径的共同点以及为什么它们都受到高氧水平的影响。经过一些分子侦查后发现，每条通路都有一个关键蛋白质，其分子结构中含有与硫原子相连的铁原子——所谓的“铁-硫簇”。
研究人员继续表明，在低至 30% 的氧气中，四种蛋白质中的铁硫簇被氧化——它们与氧原子发生化学反应——这种变化导致蛋白质降解。结果，细胞停止正常运作并消耗更少的氧气，导致周围组织中的氧气水平进一步增加。
“一个重要的结论是，高氧并不像许多人假设的那样仅通过活性氧影响细胞和组织，”Jain 说。“这意味着使用抗氧化剂——可以在一定程度上对抗活性氧——不太可能足以防止氧中毒。”
版权声明：本文由用户上传，如有侵权请联系删除！