缺氧的危害，大家可能都不陌生。但是，氧氣過量的風險卻不是每個人都有所了解的。當人類或動物呼吸氧氣水平高于地球大氣層中發(fā)現(xiàn)的標準21%的空氣——即氧氣過量超過身體的需要時，便會出現(xiàn)器官損傷、癲癇發(fā)作，甚至死亡。這種現(xiàn)象被稱為氧氣毒性或高氧癥。

一個未被關(guān)注到的問題

據(jù)科學家們的最新研究發(fā)現(xiàn)：在高水平上，氧氣對每一種生命形式都是有毒的，從細菌和植物到動物和人。只有在一個中間的“Goldilocks”量下，地球上的大多數(shù)生命才能茁壯成長——不能太多，也不能太少。

 而且，“在醫(yī)學認知上，治療心臟病發(fā)作等疾病的病人時，更多更純的氧氣是更好的，或者至少是良性的。”Jain實驗室的博士后學者、心臟病專家Alan Baik博士說，“現(xiàn)在越來越多的臨床研究表明，過量的氧氣實際上導(dǎo)致了更糟糕的結(jié)果?！北热?，呼吸過多的補充氧氣可能對心臟病患者和早產(chǎn)嬰兒有害；同樣，在阻塞性睡眠呼吸暫停癥中，呼吸暫停后突然爆發(fā)的氧氣已被證明是該疾病增加患者的慢性健康問題風險的一個關(guān)鍵組成部分。

那么，為什么過量的氧氣會有毒性，這些影響的機制又是怎么樣的呢？

氧中毒的基本機制

日前，格拉德斯通研究所Isha Jain實驗室團隊宣稱：發(fā)現(xiàn)了為什么高濃度的氧氣會導(dǎo)致人類的持久問題，并揭示了過量的氧氣水平如何改變我們細胞內(nèi)的某些含鐵和含硫的蛋白質(zhì)。

Jain研究團隊在利用基因組編輯技術(shù)CRISPR測試各種基因在高氧癥中的作用時，從實驗室中生長的人類細胞中一次刪除了2萬多個不同的基因，然后比較每組細胞在21%的氧氣和50%的氧氣下的生長情況。

“這種無偏見的篩選讓我們探究了高氧環(huán)境下數(shù)千條不同途徑的貢獻?！盝ain介紹，篩選出的四個分子途徑參與了高氧的影響，它們與不同的細胞功能有關(guān)，包括受損DNA的修復(fù)、新DNA構(gòu)件的生成和細胞能量的產(chǎn)生。

那么，這四個分子途徑又都有什么共同點，為什么它們都受到高氧水平的影響？研究小組經(jīng)過一些分子調(diào)查發(fā)現(xiàn)，每條途徑都有一個關(guān)鍵的蛋白質(zhì)，其分子結(jié)構(gòu)中含有與硫原子相連的鐵原子，即所謂的“鐵硫簇”。

在只有30%的氧氣中，這四種蛋白質(zhì)中的“鐵硫簇”會被氧化，它們與氧原子發(fā)生化學反應(yīng)，并導(dǎo)致蛋白質(zhì)退化。結(jié)果，細胞停止正常運作，消耗更少的氧氣，導(dǎo)致周圍組織中的氧氣含量進一步增加。

據(jù)《分子細胞》雜志報道顯示，這種蛋白質(zhì)的改變類似于鐵生銹的過程，而這些“生銹”的蛋白質(zhì)則會引發(fā)連鎖反應(yīng)，對細胞和組織造成損害，從而對心臟病發(fā)作和睡眠呼吸暫停等疾病產(chǎn)生影響。