導(dǎo)讀
當(dāng)細(xì)胞的線粒體不能正常工作時(shí)，人體會(huì)發(fā)生線粒體疾病。一項(xiàng)新研究表明，缺氧可能對(duì)線粒體功能不全造成的腦損傷有一定的保護(hù)作用，這一研究發(fā)表在近日的PNAS。
線粒體是細(xì)胞內(nèi)的“發(fā)電廠”。人類多種疾病，如神經(jīng)退行性疾病、糖尿病、腫瘤等都與線粒體功能障礙有關(guān)。Leigh氏綜合征就是一種與線粒體缺陷有關(guān)的神經(jīng)退行性疾病。該病以腦損傷，運(yùn)動(dòng)技能和肌張力的逐漸喪失，發(fā)育遲緩為特征。并發(fā)癥可導(dǎo)致心臟，呼吸和腎臟功能損傷。疾病癥狀在出生后第一年出現(xiàn)，并在兩到三年內(nèi)導(dǎo)致死亡。Leigh氏綜合征罕見，每30,000名新生兒中約有1名會(huì)患有此病。
一般情況下，Leigh氏綜合癥不能治愈。然而，一項(xiàng)在小鼠中進(jìn)行新研究表明，缺氧可能在這種線粒體疾病種對(duì)大腦具有保護(hù)作用。該研究由波士頓馬薩諸塞州總醫(yī)院(MGH)的研究人員進(jìn)行，研究結(jié)果發(fā)表在PNAS雜志上。
缺氧在線粒體疾病中的治療作用
這項(xiàng)新研究建立在該研究小組此前的工作之上。在他們2016年發(fā)表在Science上的研究中，研究人員將Leigh氏綜合征的小鼠模型——Ndufs4基因敲除小鼠放置在只有11%濃度(大約相當(dāng)于海平面上氧濃度的一半)的氧氣環(huán)境中。Ndufs4基因編碼的蛋白質(zhì)是組成線粒體氧化呼吸鏈中的復(fù)合物Ⅰ的關(guān)鍵。
研究人員發(fā)現(xiàn)缺氧環(huán)境顯著降低了Leigh氏綜合征的典型癥狀，延長了嚙齒動(dòng)物的生存期。相比之下，在高于正常濃度的氧氣環(huán)境中，Leigh氏綜合征模型動(dòng)物會(huì)更早死亡，但對(duì)正常健康動(dòng)物沒有影響。
在新研究中，研究小組希望能進(jìn)一步理解不同氧濃度對(duì)小鼠模型影響，并觀察更多的實(shí)用缺氧方案是否可以重復(fù)以前研究的結(jié)果。
持續(xù)缺氧逆轉(zhuǎn)小鼠Leigh綜合征
新研究顯示，隨著時(shí)間的推移，腦損傷的程度隨著氧氣的水平發(fā)生變化?？傮w而言，用缺氧治療的小鼠平均生活了270天，而生活在21%氧氣環(huán)境中的小鼠平均存活了58天。成像研究表明，在11%氧氣的環(huán)境中，Ndufs4敲除小鼠在250天齡時(shí)沒有腦損傷。相比之下，在吸入21%氧氣的小鼠中，腦損傷早在60天就開始出現(xiàn)。此外，吸入55%氧氣的小鼠很快就死于肺水腫，并且大腦嗅球發(fā)生損傷。
令人驚訝的結(jié)果是，缺氧治療似乎也能扭轉(zhuǎn)已經(jīng)存在的損傷。小鼠腦損傷在它們轉(zhuǎn)入到低氧環(huán)境停留一個(gè)月后就消失了。該研究小組還試圖將已經(jīng)安置在11%氧氣環(huán)境中存在腦損傷的小鼠轉(zhuǎn)移到21%氧氣環(huán)境中，但這導(dǎo)致了疾病發(fā)展和最終死亡。這意味著低氧治療需要持續(xù)進(jìn)行。
盡管缺氧療法能夠預(yù)防Ndufs4敲除小鼠的腦損傷，但并不能阻止心臟功能不全(大約在150天大時(shí)出現(xiàn)癥狀)。一些Leigh氏綜合征患者會(huì)出現(xiàn)某些心肌癥，并且，研究人員表示，另一些只在心臟敲除Ndufs4的模型小鼠會(huì)發(fā)展成類似的心臟病，這表明缺氧治療可能對(duì)該癥狀沒有影響。
研究人員在尋找更實(shí)用的缺氧治療
雖然缺氧療法在小鼠中獲得了成功，但研究人員還指出，這種治療方法有些不切實(shí)際。作者認(rèn)為，11%的氧氣含量與極高海拔的氧含量相似，這種氧氣水平的持續(xù)治療肯定不會(huì)讓患者舒服。
未來，Mootha和團(tuán)隊(duì)希望了解缺氧益處背后的分子機(jī)制，以便他們能夠提出更實(shí)際的治療方法，保護(hù)大腦并逆轉(zhuǎn)腦損傷。“我們還在努力嘗試和確定其他可能有效的更實(shí)用的缺氧方案。”Mootha說，“我們希望能夠?yàn)榛颊呒捌浼覍偬峁┲委煟粌H能阻止疾病發(fā)展，更能治愈疾病，但是我們現(xiàn)在只在動(dòng)物模型中看到了效果。 雖然還沒有在人類中驗(yàn)證，但是我們已經(jīng)準(zhǔn)備好了。”
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