การศึกษาอธิบายว่าทำไมโรคหอบหืด โรคหัวใจ และอาการอื่นๆ มักเกิดขึ้นในช่วงเช้าตรู่

นักวิจัยในห้องทดลองของศาสตราจารย์ Gad Asher แห่งสถาบันวิทยาศาสตร์ Weizmann ได้ค้นพบสิ่งสำคัญอย่างหนึ่ง นั่นคือ โปรตีนที่เรียกว่า BMAL1 ซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญของจังหวะชีวภาพ มีหน้าที่ควบคุมการตอบสนองของร่างกายต่อการขาดออกซิเจน ผลการค้นพบดังกล่าวซึ่งตีพิมพ์ในCell Metabolismช่วยอธิบายได้ว่าเหตุใดภาวะขาดออกซิเจนหลายๆ ภาวะจึงขึ้นอยู่กับเวลา

บทบาทของจังหวะชีวภาพและการขาดออกซิเจน

จังหวะชีวภาพเป็นกลไกภายในโมเลกุลตลอด 24 ชั่วโมงที่ควบคุมกระบวนการต่างๆ ในเซลล์ทุกเซลล์ของร่างกาย โปรตีน BMAL1 ซึ่งเรียกว่า "นาฬิกา" ของเซลล์ จะโต้ตอบกับโปรตีนสำคัญอีกชนิดหนึ่ง คือ HIF-1α ซึ่งจะถูกกระตุ้นเมื่อขาดออกซิเจน

• HIF-1α: เมื่อระดับออกซิเจนปกติ โปรตีนนี้จะถูกทำลายอย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตาม เมื่อขาด HIF-1α จะทำให้ยีนที่ช่วยปรับตัวให้เข้ากับภาวะขาดออกซิเจนมีเสถียรภาพ สะสม และกระตุ้นยีนเหล่านี้
• BMAL1: การวิจัยแสดงให้เห็นว่าโปรตีนในแต่ละวันนี้ไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มการทำงานของ HIF-1α เท่านั้น แต่ยังมีบทบาทอิสระในการตอบสนองของร่างกายต่อการขาดออกซิเจนอีกด้วย

การทดลองกับหนู

เพื่อศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างจังหวะชีวภาพและการตอบสนองต่อภาวะขาดออกซิเจน นักวิจัยจึงได้สร้างหนูดัดแปลงพันธุกรรมขึ้นมา 3 กลุ่ม:

1. HIF-1α ไม่ถูกผลิตในเนื้อเยื่อตับ
2. ไม่ได้ผลิต BMAL1.
3. โปรตีนทั้งสองชนิดไม่ได้ถูกผลิตขึ้น

ผลลัพธ์:

• เมื่อระดับออกซิเจนลดลง การขาด BMAL1 จะป้องกันไม่ให้ HIF-1α สะสม ซึ่งทำให้การตอบสนองทางพันธุกรรมต่อภาวะขาดออกซิเจนลดลง
• หนูที่ขาดโปรตีนทั้งสองชนิดจะมีอัตราการรอดชีวิตต่ำขึ้นอยู่กับเวลาของวัน โดยอัตราการตายจะสูงเป็นพิเศษในเวลากลางคืน

บทสรุป: BMAL1 และ HIF-1α มีบทบาทสำคัญในการปกป้องร่างกายจากภาวะขาดออกซิเจน และจังหวะการทำงานของร่างกายเกี่ยวข้องโดยตรงกับการตอบสนองของร่างกายต่อการขาดออกซิเจน

โรคตับและการเชื่อมต่อกับปอด

ในหนูที่ไม่มีโปรตีนทั้งสองชนิดในตับ นักวิจัยพบว่าระดับออกซิเจนในเลือดต่ำแม้จะก่อนจะเข้าสู่ภาวะขาดออกซิเจน ทำให้เกิดความสงสัยว่าการเสียชีวิตดังกล่าวมีความเกี่ยวข้องกับการทำงานของปอดที่บกพร่อง

• หนูเหล่านี้เกิดภาวะตับและปอดอักเสบ ซึ่งเป็นภาวะที่หลอดเลือดในปอดขยายตัว ทำให้เลือดไหลเวียนเพิ่มขึ้นแต่ประสิทธิภาพในการดูดซับออกซิเจนลดลง
• การวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่ามีการผลิตไนตริกออกไซด์เพิ่มขึ้นในปอด ส่งผลให้หลอดเลือดขยายกว้างขึ้น

ความสำคัญของการศึกษา

1. ชีวเวลาของโรค: ผลการวิจัยอธิบายว่าเหตุใดผู้ป่วยที่มีภาวะขาดออกซิเจนหรือโรคต่างๆ เช่น หอบหืด หรือหัวใจวาย จึงมีอาการแย่ลงในบางช่วงเวลาของวัน
2. แบบจำลองโรค: หนูที่ขาด HIF-1α และ BMAL1 กลายเป็นแบบจำลองทางพันธุกรรมตัวแรกที่ศึกษาเกี่ยวกับโรคตับและปอด ซึ่งเปิดแนวทางใหม่ในการรักษา
3. แนวโน้มการรักษา: การศึกษาแสดงให้เห็นว่ายาที่มุ่งเป้าไปที่การควบคุมโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการสื่อสารระหว่างตับและปอดอาจเป็นทางเลือกการรักษาใหม่

“เราเพิ่งจะเริ่มเข้าใจกลไกอันซับซ้อนที่เชื่อมโยงจังหวะชีวภาพ ภาวะขาดออกซิเจน และปฏิสัมพันธ์ระหว่างอวัยวะต่างๆ” ศาสตราจารย์แอชเชอร์กล่าว “การค้นพบเหล่านี้อาจนำไปสู่การรักษาโรคที่เกี่ยวข้องกับภาวะขาดออกซิเจนรูปแบบใหม่”