閻紀宇專欄:細胞與血氧的探戈、大霹靂與熱木星、一個可充電的世界……解讀2019年諾貝爾3大科學獎項

2019-10-15 06:10

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2019年諾貝爾化學獎得主吉野彰,以發明鋰離子電池的貢獻獲獎。(AP)

2019年諾貝爾化學獎得主吉野彰,以發明鋰離子電池的貢獻獲獎。(AP)

香港「反送中」動亂延燒、哈吉貝颱風創日本、「烏克蘭門」醜聞風暴籠罩美國政壇、敘利亞東北部戰火與人道災難再起、全球暖化危機日益嚴重……打開國際新聞版面,似乎總不外人禍天災,讓人皺眉嘆息。

但,10月初是一年一度的「諾貝爾熱季」,尤其是率先登場的生理學或醫學、物理學、化學三大科學獎項,內容也許艱深抽象,但往往代表人類智能、巧思與好奇心的極致展現;也許不像人禍天災新聞激動人心、五光十色,但往往影響更為久遠。

就讓我們來向今年的三大科學獎項、九位大師級得主致敬。

2019年諾貝爾生理學或醫學獎得主賽門札(Gregg L. Semenza)(AP)
2019年諾貝爾生理學或醫學獎得主賽門札(Gregg L. Semenza)(AP)

生理學或醫學獎──細胞與血氧含量的雙人舞

「發現細胞如何感測與調適血氧濃度」
"for their discoveries of how cells sense and adapt to oxygen availability."

生命缺氧不可,氧由血液運輸。當血液含氧量偏低(缺氧,hypoxia)的時候,細胞必須要有一套機制來調適,並設法藉由增加「紅血球生成素」(EPO)來提高血氧含量,否則新陳代謝可能停擺。今年諾貝爾生理學或醫學獎的關鍵字「缺氧誘導因子」(HIF),就在這個過程中扮演關鍵角色。

今年諾貝爾獎得主賽門札(Gregg L. Semenza)與拉特克利夫(Sir Peter J. Ratcliffe)研究EPO的基因,破解它如何受到血氧含量變化的調控。兩人的團隊各自獨立發現,除了製造EPO的腎臟細胞之外,幾乎所有的組織細胞都有感測血氧含量的機制。

2019年諾貝爾生理學或醫學獎得主拉特克利夫(Peter J. Ratcliffe)(AP)
2019年諾貝爾生理學或醫學獎得主拉特克利夫(Peter J. Ratcliffe)(AP)

缺氧誘導因子、紅血球生成作用

賽門札進一步從肝臟細胞中發現一種蛋白質「缺氧誘導因子」(HIF),會與EPO基因附近的特定DNA區塊結合,促進紅血球生成作用。後來他又發現HIF其實有兩種──「HIF-1α」與「ARNT」,也因此對相關的生物機制有了更深入的理解。

血氧含量與HIF-1α互為消長,當前者偏低(缺氧),後者就會增加。HIF-1α平常會快速降解(degrade)消失,但缺氧時會受到保護,因此得以在細胞核內累積,並與ARNT聯手,促進紅血球生成作用。

2019年諾貝爾生理學或醫學獎得主凱林(William Kaelin Jr.)(AP)
2019年諾貝爾生理學或醫學獎得主凱林(William Kaelin Jr.)(AP)

新陳代謝疾病、心血管疾病、癌症研究都受益

HIF-1α為何會如此變化?這要由第三位得主凱林(William Kaelin Jr.)來解答,他研究遺傳性疾病「逢希伯─林道症候群」(VHL disease),發現VHL基因與EPO基因有密切關聯。拉特克利夫則進一步證實,在血氧含量正常時,VHL會與HIF-1α結合,導至後者降解消失。2001年,凱林與拉特克利夫同時提出論文,解釋血氧含量如何調控VHL與HIF-1α的互動,將最後一塊拼圖補上。

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