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癌症与氧气的关联

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    William Kaelin博士——摄于瑞典驻美大使馆(credit: Embassy of Sweden/Franz Mahr)

  • 正常的人类细胞只需适量的氧气量——不多不少,即可生存并保持健康。这种关键的平衡是由人体内一个错综复杂的氧气感应过程调节的,这项发现使得丹娜—法伯癌症研究所科学家William G. Kaelin Jr.博士(William G. Kaelin, Jr., MD)成为2019年诺贝尔医学奖得主之一。这种机制促使人们得以适应高海拔地区的生活,并在运动时向细胞输送更多氧气。然而,癌细胞为了生存也会挟持这种氧气感应。

    癌细胞和氧气之间的关系是复杂的,尽管Kaelin博士及同仁们已有部分发现,但这仍是当前研究的领域。癌细胞往往缺少氧气,我们将这种症状称为缺氧或低氧(hypoxia)。例如,血管为肿瘤细胞供应氧气,当不断扩大的肿瘤生长到血管网络容不下时,就会出现缺氧。人体氧气感应系统的一个关键组成部分是一组分子缺氧诱导因子(hypoxia-inducible factors,简称HIFs),它们能对需要更多氧气的需求作出反应,其作用机制为开启那些能够征募新的血管网络的基因和蛋白质。

    一个正在生长的肿瘤中的癌细胞可以借由挟持缺氧诱导因子来适应缺氧。这些缺氧诱导因子能启动新血管的形成,从而改善氧气的输送。此外,这些缺氧诱导因子改变了癌细胞代谢葡萄糖的方式,因此即便在没有氧气的条件下,葡萄糖仍然能被用来生产能量。得益于Kaelin博士和共同获奖人在发现上述氧气感应系统的努力,学界正在开发阻碍肿瘤生长的抗癌药物,其作用机制为直接封锁缺氧诱导因子的活性,或阻断缺氧诱导因子活化的某些后果。例如,缺氧诱导因子开启一种名为血管内皮生长因子(VEGF)的蛋白质,以诱导新的血管。目前,多种抑制血管内皮生长因子的药物被用于抗击癌症。

    缺氧癌细胞除了挟持氧气感知系统以外,它们还获取了具有危险性的新兴力量——转移的能力(从原始位置扩散)及对化疗和放疗的抵抗性。 Kaelin博士表示,学界目前完全不知道这些缺氧肿瘤获得这些恶性能力的确切机制。其中一个因素在于,激活缺氧诱导因子开启了可以降解环绕在癌细胞周围的胞外基质(extracellular matrix)的基因和蛋白质,促使它们移动到人体中的其它部位。此外,缺氧诱导因子还引发细胞经历了名为上皮—间充质转化(epithelial to mesenchymal transition,简称EMT)的过程,这使得细胞更具移动性和对治疗呈抵抗性。肿瘤中的缺氧也是其对免疫药物呈耐药性的主要因素之一。

    再则,癌细胞也能通过开启另一种化学过程来生产能量——该过程无需氧气,从而适应低氧环境。

    氧气会引发癌症生长或扩散吗?

    氧气和癌症之间的复杂关联既是学界聚焦的研究,也是错误概念的源头。一个长期存在的误解是:手术因将癌症暴露在充分的氧气环境下,将会加速癌症的扩散,导致更为糟糕的后果出现。这种误解在某些特定的人口群体中更为常见,并加剧了人们对于接受癌症手术的担忧。

    美国国家癌症研究所(National Cancer Institute)表示: “接触空气既不会使肿瘤更快的生长,也不会引发癌症扩散到身体中的其它部位。”

    氧气疗法能治疗癌症吗?

    另外一种未经证实的说法是:既然诸多肿瘤在缺氧的条件下活跃,那么赋予癌细胞额外的氧气会将其封锁,甚至杀死癌细胞。这种说法是高压氧疗法(hyperbaric oxygen therapy)的概念——在高压环境下,向患者输氧,以增加其血液中氧气的浓度,有时高压氧疗法被用来改善伤口的愈合。美国食品药品监督管理局(FDA)表示,目前没有证据可以证明高压氧疗法能够有效治疗癌症,此外,学界存在建议用该疗法治疗一系列其它病症的声音,目前也无确凿证据证实其疗效。

    在过去的很多年里,针对癌症的其它形式的 “氧气疗法” 均有试水,包括注射或口服含有氧气的物质(例如:臭氧或过氧化氢)。美国癌症协会(American Cancer Society)表示: “目前没有科学的证据可以表明过氧化氢是一种安全、有效或有用的癌症疗法” ,且过氧化氢有可能会引发损伤。

    诚然,癌细胞和正常细胞间氧气含量的差异仍在促进相关的研究。例如,有些公司已经尝试开发新药物,暨在肿瘤缺氧的环境下激活药物,但药物不会在正常细胞中活化。

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