氧气是地球上碳基生命体代谢供能的基本物质，血红蛋白是氧气的最重要载体。但是，软骨等无血管组织细胞的氧气供应机制并不清楚。为破解无血管组织细胞的氧气供应机制，近期，军事科学院军事医学研究院孙强研究员团队与空军军医大学张丰副教授团队联合攻关，发现软骨组织细胞能够产生大量血红蛋白，并通过液-液相分离方式在细胞内形成聚集小体，为软骨细胞持续提供氧气供应，维持细胞存活和软骨发育。这一发现揭示了无血管软骨组织缺氧耐受的新机制，相关研究10月4日在线发表于《自然》杂志上。
孙强研究员与科研人员在实验室。受访单位供图
孙强研究员介绍，和机体大部分组织不同，软骨组织没有血管网络，包括氧气在内的各种营养物质只能通过扩散的方式提供给内部的细胞。当组织快速生长发育或个体剧烈运动时，组织耗氧量增加，低效的扩散无法满足组织细胞对氧气的需求，需要额外的氧气来源。
空军军医大学的张丰副教授在研究中发现各种来源的软骨细胞都能产生大量的血红蛋白，用基因剔除的方法特异性去除软骨细胞中血红蛋白的产生，能够直接导致软骨细胞代谢失调、大量坏死和软骨发育异常。
为阐明血红蛋白功能发挥机制，孙强研究员带领团队成员通过体内、外的系统研究，发现血红蛋白可通过液-液相分离形成聚集体，该聚集体对氧气有更强的结合力，可以在正常条件下存储氧气，并且在需氧条件下释放氧气供给细胞使用。因此，孙强研究员形象地将聚集体比喻为软骨细胞中氧气应急供应的“稳压电源”，可以在扩散供氧不足的条件下给细胞持续供氧。
在此基础上，联合团队进一步研究发现，在组织细胞中，缺氧感受器分子KDM5A能够通过KLF1促进血红蛋白的产生，而不是依赖经典理论中的缺氧感受器分子HIF和EPO分子，从而揭示了一个全新的缺氧耐受调控机制。
据了解，缺氧广泛参与肿瘤、贫血、认知障碍、代谢异常等多种重大疾病的发生发展，几乎影响包括呼吸系统、血液系统、心血管系统、神经系统等在内的全身各个组织器官。该研究不仅揭示了软骨缺氧耐受的新机制，也为其他组织器官缺氧相关异常和疾病提供了新的研究思路和干预策略。
