Science子刊：首次证实哺乳动物存在脊髓氧传感器，并揭示它的氧气感应机制

在一项新的研究中，来自卡尔加里大学的研究人员在一小部分脊髓神经元中发现了一种新的氧气感应机制，该机制能够保护大脑和其他重要器官免受低氧的影响。当血液含氧量下降时，哺乳动物会做出心肺反应（cardiorespiratory response），并优先向重要器官供氧。他们发现，启动这种救援反应的是脊髓氧传感器（spinal oxygen sensor, SOS），它能触发交感神经系统和呼吸神经系统的激活。相关研究结果发表在2022年3月25日的Science Advances期刊上，论文标题为“Novel oxygen sensing mechanism in the spinal cord involved in cardiorespiratory responses to hypoxia”。

论文第一作者Nicole Barioni博士说，“了解中枢神经系统如何调控氧气供应具有相当大的科学和医学意义。低氧会导致认知能力下降、记忆力减退，在极端情况下还会引起心脏病发作、中风或婴儿猝死综合征（SIDS），因而可能是致命性的。”

这项研究是第一个明确证实SOS存在的研究。这是Barioni和论文通讯作者Richard Wilson博士八年来的研究结果。Wilson说，“一开始，我和一些同事在实验室里做了一个深夜实验，吃完披萨后突然有了一个发现，后来变成了一个史诗般的多年国际科学项目，以确定其中的机制。如果没有Nicole和我的团队其他成员的不懈努力和聪明才智，这一重要贡献是不可能实现的的”

由于SOS发挥作用的独特方式，它们被认为在对健康、慢性疾病、脊髓损伤和心肺危象中的广泛生理调节方面起着重要的作用。

这项新的研究表明，SOS使用了一种新的氧气感应机制，涉及两种类似阴和阳的氧气依赖性酶：一氧化氮合酶1（NOS1）和NADPH氧化酶（NOX）。这两种酶对相同的分子进行竞争。当氧气充足时，其中的一种酶获胜。只有当氧气减少时，另一种酶才会接管，利用剩余的氧气产生信号因子。这些信号因子然后激活一连串的事件，导致神经元兴奋和交感神经激活。

SOS氧气感应机理模型。图片来自Science Advances, 2022, doi:10.1126/sciadv.abm1444。

Wilson说，“与控制呼吸的在很大程度上被急性低氧所抑制的脑干神经元网络不同，交感神经网络被强烈激活。在这项研究鉴定出SOS之前，人们对这些交感神经网络在低氧到无氧情况下的运作方式并不十分了解。”

这项新的研究采用几种新的分离啮齿动物神经系统的不同部分的实验方法，测试对脊髓氧水平的生理反应，从而确定SOS有助于交感神经的激活，而且在极端情况下对自动复苏反射至关重要。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1. Nicole O. Barioni et al. Novel oxygen sensing mechanism in the spinal cord involved in cardiorespiratory responses to hypoxia. Science Advances, 2022, doi:10.1126/sciadv.abm1444.

2. Spinal oxygen sensors—SOS—critical sensors for when the body has low to no oxygen
https://medicalxpress.com/news/2022-04-spinal-oxygen-sensorssoscritical-sensors-body.html