2016年2月29日 讯 /生物谷BIOON/ - - 对地球上绝大多数生物而言，氧气意味着生命。但生物学往往非常复杂，最近来自麻省总医院的线粒体生物学家Vamsi Mootha的团队在Science杂志发表的文章提出了相反的说法。线粒体是细胞里的"能量供应站"，如果它们出现了功能故障，会导致一些严重的线粒体疾病。对一部分线粒体疾病患者来说，高浓度氧气可能是致命的。对线粒体功能障碍的细胞来说，低氧环境可能会更适宜它们生存和维持“正常”工作。目前这一实验结果仅来自体外细胞实验，斑马鱼和小鼠模型实验。从实验结果来看，对一些罕见但致命的疾病来说，低氧治疗可能会提供一些帮助。
首先，科研工作者使用一种常用的CRISPR DNA编辑技术，在细胞中把在线粒体疾病中出现变化的18,000个基因敲除掉。希望能找到特定的基因被敲除后，可以让线粒体功能缺陷的细胞得以生存。他们经过海量筛选最后确认出编码VHL基因，VHL蛋白是细胞缺氧反应的抑制分子。在动物模型中敲除掉VHL基因，即使在正常条件，它们表现出缺氧症状。
接下来，他们在斑马鱼线粒体功能缺失模型中发现，如果让VHL失活能让它们的生存期提高了一倍。然后，他们用人线粒体疾病（亚急性坏死性脑脊髓病）小鼠模型完成了另一个实验。他们让小鼠在低氧条件下生存2个月，与正常处理小鼠相比，在低氧条件下的小鼠生存期延长了6个月以上。
Mootha的团队仍在试图解释为什么缺氧能提高有线粒体疾病小鼠的生存时间。"这跟常理相悖，但却给我们对线粒体疾病研究新的认识。"虽然缺氧抑制ATP的产生，但同时它也减弱了一些自由基的产生，这些自由基能攻击细胞，伤害组织。这自由基也是导致一些儿童线粒体疾病的原因。另一方面，这个团队试图通过用缺氧激活其他可替代线粒体ATP生产途径，帮助细胞，机体正常运转。
对患者来说，持续缺氧治疗不太显示，而且低氧的细胞能加速癌症的发生。所以，可以考虑其她方法控制缺氧，比如说通过一些药物诱导来治疗线粒体功能缺陷疾病将是一个很好的研究方向。（生物谷Bioon.com）
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DOI: 10.1126/science.aad9642
Hypoxia as a therapy for mitochondrial disease
Isha H. Jain1,2,3, Luca Zazzeron4, Rahul Goli1,2,3, Kristen Alexa5, Stephanie Schatzman-Bone5, Harveen Dhillon1,2,3, Olga Goldberger1,2,3, Jun Peng1,2,3, Ophir Shalem3,6,7, Neville E. Sanjana3,6,7, Feng Zhang3,6,7, Wolfram Goessling3,5,8,9, Warren M. Zapol4, Vamsi K. Mootha1,2,3,*
Defects in the mitochondrial respiratory chain (RC) underlie a spectrum of human conditions, ranging from devastating inborn errors of metabolism to aging. We performed a genome-wide, Cas9-mediated screen to identify factors that are protective during RC. inhibition. Our results highlight the hypoxia response, an endogenous program evolved to adapt to limiting oxygen availability. Genetic or small molecule activation of the hypoxia response is protective against mitochondrial toxicity in cultured cells and zebrafish models. Chronic hypoxia leads to a marked improvement in survival, body weight, body temperature, behavior, neuropathology and disease biomarkers in a genetic mouse model of Leigh syndrome, the most common pediatric manifestation of mitochondrial disease. Further preclinical studies are required to assess whether hypoxic exposure can be developed into a safe and effective treatment for human diseases associated with mitochondrial dysfunction.
