تم منح جائزة نوبل لعام (2019) في علم وظائف الأعضاء والطب؛ لاكتشاف آلية استشعار الأكسجين. وتوجد سلسلة من الأحداث التي تُمكّن الخلايا من تعويض نقص نسبة الأكسجين، وذلك عن طريق زيادة إمدادات الدم، وتحسين كفاءتها الغذائية. ويعتبر جين (HIF) المكوَّن من وحدتين ألفا (HIFα) وبيتا (HIFꞵ) هو المنظم الرئيسي للاستجابة لنقص الأكسجين المزمن. وفي ظل ظروف نقص الأكسجين، تزداد مستويات (HIFα)، حيث تنتقل إلى النواة، وترتبط بالحمض النووي لعناصر استجابة نقص الأكسجين (HREs)؛ مما يُعزز التعبير الجيني لبعض البروتينات التي تساهم في تعويض مستوى الأكسجين المنخفض، مثل: عامل نمو بطانة الأوعية الدموية (VEGF)، والإريثروبويتين (EPO) التي تتيح إنتاج الأوعية الدموية، وخلايا الدم الحمراء، على التوالي. وبالتالي، تؤدي إلى احمرار خدود الأشخاص الذين يعيشون على ارتفاعات عالية. أما في ظل نسبة الأكسجين الطبيعية، تقوم الـ (PHD) بتعديل (HIFα). ويتم تدمير هذه الوحدات المُعدلة عبر البروتيازوم، وبالتالي لا يتم تعزيز جينات الـ (HRE).

يُمكن معالجة بعض الأمراض عن طريق التلاعب بآلية استشعار الأكسجين؛ حيث يُعاني بعض مرضى الكلى من فقر الدم، لأن الكلى لا تصنع الإريثروبويتين. ونتيجة لذلك، لا تتلقى خلاياهم كمية كافية من الأكسجين. كذلك تحد أمراض الجهاز الدوري من إمدادات الأكسجين إلى الأنسجة، مما يؤدي إلى موت الخلايا؛ فالسكتة الدماغية- على سبيل المثال- تُسبب انحلال أنسجة المخ. لذا فالتلاعب بـ(HIF) لتعزيز توصيل الأكسجين في حالة أمراض فقر الدم، أو القلب والأوعية الدموية- يمكن أن يُساهم في معالجتها. ومن ناحية أخرى، يتم خفض نسبة الأكسجين في بعض الأورام التي تنمو بقوة؛ حيث يحفز هذا الإمداد المحدود بالأكسجين على نمو أوعية دموية جديدة في الورم لتزويده بالأكسجين. لذلك، قد تكون الأدوية المُصممة لإيقاف استشعار الأكسجين في السرطان قادرةً على إيقاف تكوين الأوعية الدموية الجديدة في الأورام، وإبطاء نموها، أو تدميرها.

HIF – hypoxia inducible factor

HRE – hypoxia response element

VEGF – vascular endothelial growth factor

EPO – erythropoietin

PHD – prolyl hydroxylase domain protein (‘oxygen sensor’)