今年的诺贝尔生理学或医学奖授予了三位研究人员，他们帮助揭示了体内细胞感知和适应氧气供应的机制。小威廉·凯林、彼得·拉特克利夫和格雷格·塞门扎因其工作分享了该奖项，他们的工作在理解——并最终治疗——诸如贫血和癌症等疾病方面发挥了关键作用。科学家们将分享该奖项，奖金价值 900 万瑞典克朗（907,695 美元）。
“氧气对生命至关重要，几乎所有动物细胞都利用氧气将食物转化为可用的能量，”诺贝尔委员会成员、卡罗林斯卡研究所的兰德尔·约翰逊在瑞典宣布该奖项的新闻发布会上说。“这个奖项颁发给三位医学科学家，他们发现了调节细胞在氧气水平下降时如何适应的分子开关。”
氧气水平可能在全身范围内下降——例如，在高海拔地区或运动期间——或在局部区域下降，例如在伤口部位。低氧水平或缺氧会导致新血管形成、血细胞形成或糖酵解（厌氧发酵）。已知缺氧会引发促红细胞生成素 (EPO) 激素的升高，该激素参与红细胞的产生，但获奖科学家揭示了这一过程如何运作的机制。
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缺氧反应影响生理学的许多方面，包括贫血、癌症、中风、感染和心脏病发作等疾病。例如，癌细胞需要血液供应才能生长，它们可以劫持这种氧气感应系统来产生更多的血管。这项研究已经促成了新疗法的开发。
约翰·霍普金斯大学的塞门扎表明，缺氧会触发EPO基因的表达。通过使用基因改造小鼠，他揭示了该基因旁边的某些 DNA 片段调节其对低氧水平的反应。塞门扎发现了一种名为缺氧诱导因子 (HIF) 的蛋白质复合物，它由两种转录因子组成——转录因子是将 DNA 转录成 RNA 的蛋白质——称为 HIF-1α 和 ARNT。当氧气水平高时，HIF-1α 会不断降解。但当氧气含量低时，HIF-1α 会增加，与EPO基因和其他基因结合，并触发红细胞生成。牛津大学和英国弗朗西斯·克里克研究所的拉特克利夫也研究了氧气如何调节EPO基因。他的团队和塞门扎的团队都证明了这种机制存在于所有细胞中。
与此同时，波士顿达纳-法伯癌症研究所的凯林正在研究一种名为 von Hippel-Lindau (VHL) 疾病的遗传综合征，该疾病大大增加了某些家庭患癌症的风险。他表明，VHL基因编码一种阻止癌症发生的蛋白质，并且缺乏该基因的癌细胞在受缺氧调节的基因中也具有高水平的活性。当将VHL基因引入这些细胞时，它可以将基因的活性水平恢复到正常水平。但科学家们仍然不知道氧气水平是如何调节这种分子开关的。 2001 年，凯林和拉特克利夫同时证明，当有足够的氧气存在时，羟基会添加到 HIF-1α 中，从而使 VHL 与其结合并导致其降解。
这项研究已经促成了临床应用。降低HIF-1α基因的表达可以限制肿瘤生长新血管的能力。 相比之下，增加其表达可能有助于治疗贫血患者。
“对于[约翰斯]霍普金斯大学来说，今天是个好日子，”塞门扎在大学直播的新闻发布会上说。他对今天接受培训的每位科学家的信息是：“我曾经和你们一样，总有一天你们会和我一样。我们非常幸运能拥有这份职业，让我们能够追随我们的兴趣和梦想，无论它们将我们引向何方。”
“我对这个消息感到荣幸和高兴，”拉特克利夫在一份声明中说。“这是对实验室的致敬，对那些帮助我建立实验室并在多年来与我一起从事该项目的人们的致敬，对该领域的许多其他人的致敬，尤其要感谢我的家人对我所有起起落落的宽容。”
“我承认，像大多数科学家一样，我确实允许自己梦想也许有一天这会发生，”凯林在达纳-法伯直播的新闻发布会上说。“当我年轻的时候，我父亲最喜欢的活动是钓鱼；秘密的一部分是知道在哪里钓鱼。我做对的一件事是认识到 von Hippel-Lindau 病是钓鱼的好地方。”
凯林的同事赞扬了这项工作。布莱根健康中心总裁贝齐·纳贝尔在达纳-法伯新闻发布会上表示，这些发现“从根本上定义了体内细胞如何感知氧气，以及细胞如何对氧气充足或缺氧做出反应”。凯林是该中心的高级医师。哈佛医学院院长乔治·戴利在同一活动中补充说，这项工作“有力地提醒人们，关键发现和变革性疗法如何源于对基本机制的最深刻理解”。
在某些方面，获奖者出乎意料。此前曾有猜测，今年的奖项将表彰基因编辑工具 CRISPR、免疫细胞受体（称为 T 细胞）或光遗传学（一种利用光控制活细胞的技术）的发现。
去年的奖项授予了免疫学家詹姆斯·P·艾利森和本庶佑，以表彰他们展示了如何利用免疫系统对抗癌症的工作。
编者注（10/7/19）：此报道在发布后进行了更新，纳入了约翰·霍普金斯大学的格雷格·塞门扎、达纳-法伯癌症研究所的小威廉·凯林、弗朗西斯·克里克研究所的彼得·拉特克利夫、布莱根健康中心的贝齐·纳贝尔和哈佛医学院的乔治·戴利的引言。