直到最近，人们还普遍认为哺乳动物没有氧气是无法生存的。这一观点受到了一些研究的挑战，这些研究表明鼹鼠在长时间缺氧的情况下仍能存活。哺乳动物细胞在亚大气氧气水平下生存的能力已经进一步得到证实，研究结果表明，尽管人类在富含氧气的大气中活动(21%)，但我们的内部组织经历的氧气水平最大程度上是缺氧的(检测到的最大氧气水平为12%)。事实上，大量研究表明，缺氧是机体内环境氧合的正常状态。然而，身体中也有大面积的区域间歇性地或持续地完全缺氧;因此，这些区域是缺氧/厌氧的。最常见的缺氧到严重缺氧(氧含量低于3%)的身体部位包括干细胞壁龛、粘膜表面，如胃肠道和阴道，以及实体肿瘤的中心。研究缺氧细胞代谢的障碍是无法使细胞在缺氧状态下维持超过几天。我们开发了一种方法，使哺乳动物细胞能够在缺氧的情况下生存和复制，使用氧气的替代品来产生能量，即无氧呼吸。在我们的论文中，我们表明转化和永生化的哺乳动物细胞在没有氧气的情况下存活至少15天，并且存活伴随着细胞外观的表型变化。 Cells grown in the absence of oxygen are fundamentally different as compared to their aerobic (5% CO₂在空中)对应物。当进行厌氧培养时，到第三天，会发生转变，导致两种不同的细胞形态，包括树突状附着细胞和悬浮细胞，悬浮细胞缺乏附着能力。有趣的是，由于缺氧的Vero和HeLa细胞悬浮(10天无氧)，当再次暴露于氧气中时，细胞表型的可塑性仍然存在，恢复到其有氧单层形态。此外，还有活性氧(ROS)的产生和缺氧诱导因子(HIF)的可变表达，HIF是一种全球性的基因调控因子。

图1所示。提出的有氧(氧基)呼吸和无氧(非糖酵解)呼吸之间联系的示意图。

在低氧条件下，HIF根据氧气水平开启和关闭循环。我们发现，当厌氧培养时，细胞释放活性氧，如一氧化氮(NO)，也会影响HIF的表达，其模式与在缺氧生长时观察到的模式相同(图1)。在功能上，我们的研究结果表明，HIF的表达和诱导的糖酵解，在有氧呼吸(氧作为细胞色素氧化酶系统的终端电子受体)和厌氧呼吸之间起着桥梁作用。其中除氧以外的终端电子受体是终端电子受体。这种进行厌氧呼吸的能力很可能是真核细胞进化的残余，这种进化始于27亿年前，比海洋变成含氧的时间早了5亿年。因此，真核细胞的线粒体是在需要厌氧呼吸的时期进化的。这些发现支持了我们的断言，即无氧条件下的细胞生长和代谢不同于有氧生长。此外，在厌氧生长过程中基因表达的改变可能为癌症药物的开发揭示新的途径和开辟新的靶点，并增强器官的维护体外用于移植。

巴尔比娜·j·普洛特金
美国中西部大学微生物与免疫学学系

出版

一种在缺氧条件下长期培养哺乳动物细胞的方法:细胞复制、缺氧诱导因子表达和活性氧产生的表征。
Plotkin BJ, Davis JW, Strizzi L, Lee P, Christoffersen-Cebi J, Kacmar J, Rivero J, Elsayed N, Zanghi N, Ito B, Sigar IM
《组织细胞》2018年2月

离线阅读:

相关文章:

	线粒体如何“感知”并对氧气的变化做出反应……线粒体——细胞内细胞器——是我们生物体的“发电站”，是主要的氧传感器，发挥信号作用，调节氧气消耗和氧气速率。
	大气和遗传参数影响鼻病毒…鼻病毒是一组非常小而常见的多种病毒，在一年中反复感染人类。对大多数人来说，感染通常会导致轻微的普通…
	气体类型影响微泡的稳定性和超声…超声(US)用于临床诊断和治疗。微泡(mb)作为超声造影剂用于检测微血流或特定病变。最近，MBs和…
	[60]富勒烯能维持健康和延长寿命吗?抛开宿命论者不谈，谁不想活得更久、更健康呢?但是，很明显，为了活得更长，把我们的健康置于危险之中是无稽之谈。然而，既然我们……
	节食的压力:老鼠模型可能告诉我们的……在美国，肥胖和伴随疾病，如高血压和糖尿病，在老年人中急剧上升，而肥胖在绝经后的妇女中尤为明显。使用了许多策略……
	基于波长不敏感的超宽带吸收…由于高载流子迁移率，石墨烯在开发高速光电探测器方面引起了极大的兴趣。在本研究中，对于实用的高性能光电探测器，我们关注的是显著扩大吸收…