低氧及其在代谢中的作用

低氧，即细胞环境中氧气不足，可导致细胞应激并改变正常的代谢活动。在低氧条件下，活性氧 (ROS) 的积累会引发氧化应激，进而损伤多种细胞组分。为维持生存，细胞进化出降低整体代谢率的内源性信号转导机制，使其能在低氧环境中存活并恢复。

低氧是许多实体肿瘤的常见特征。在癌变组织中，肿瘤的快速生长可能超过血液供应能力，导致局部氧浓度显著低于周围健康组织。

什么是低氧？

低氧是因细胞 O₂ 消耗量与血管灌注量之间失衡所致氧 (O₂) 不足而造成的病理生理状态。在低氧条件下，有限的氧分子可用于充当电子传递链中的最终电子受体，导致活性氧种类 (ROS) 的产生增加。由此产生的氧化应激反映了 ROS 生成与细胞抗氧化防御系统之间的失衡，可能对脂质、蛋白质和 DNA 造成损伤。

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细胞通过激活专门化低氧响应通路适应于低氧，此通路下调代谢活动以避免压跨生物能量机制。低氧诱导因子-1 (HIF-1) 是一种转录因子，它通过协调电子传递链活跃度降低及下调蛋白质翻译和 Na-K-ATP 酶活性来充当细胞低氧响应通路的主要调节者。

使用 HIF-1α (D1S7W) XP^® Rabbit mAb #36169（绿色）对未经处理（左图）或暴露于氯化钴模拟缺氧条件（500 μM，24 小时；右图）下的 HepG2 细胞进行免疫荧光分析。经 CoCl₂ 处理的细胞核内 HIF-1α 的积聚证实了低氧通路激活。肌动蛋白丝用 DyLight™ 554 Phalloidin #13054（红色）标记。

什么是活性氧种类？ 

活性氧种类 (ROS) 是高活性氧化物分子和衍生自分子氧的自由基。ROS 是线粒体中经由电子传递生成 ATP 过程的正常副产物并且在细胞信号转导和细胞稳态中具有重要作用。

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在健康细胞中，胞内抗氧化系统（包括过氧化氢酶、谷胱甘肽和超氧化物歧化酶 (SOD)）保持 ROS 毒性受控。当细胞遭受应激时，如缺氧条件下那样，ROS 累积，从而产生氧化应激。

过量 ROS 对细胞组分具有损害作用，包括损害 DNA 或 RNA、氨基酸氧化、脂质过氧化和酶活性的氧化性失活。