Question

【題目】閱讀題：閱讀下面資料，回答問題。

資料1：高山適應

在海拔5500米高度，一個人完成運動的能力只有他在海平面的50%，經過兩個月的適應后可提高到68%。在3800米左右的高度，氣壓從海平面的760毫米汞柱，下降到480毫米汞柱，空氣中氧分壓則從159毫米汞柱降到100毫米汞柱。氧分壓下降引起肺泡氣氧分壓隨之下降，輸送到血液中的氧減少，引起呼吸頻率增加，將更多的空氣吸入肺；心率和心輸出量增加以加大經過肺和身體的動脈血流量。

當人處于高海拔時，腎臟中有專門的細胞能夠感受血液中氧氣水平的變化，缺氧導致腎臟中的促紅細胞生成素（EPO）轉錄表達增加，從而制造和釋放促紅細胞生成素（EPO）。EPO可以激活骨髓中的紅細胞合成。紅細胞濃度增加能夠幫助我們適應于更低的氧氣分壓。身體逐步增加紅細胞和血紅蛋白的生成，改善血液運送氧的能力。

下圖是10名登山隊員（24-38歲）在中尼邊境攀登過程中平均紅細胞計數和血紅蛋白水平與平均夜營高度的關系。

問題：（1）請根據上述資料分析人體面對環境中低氧條件是如何進行調節的？（回答不要超過100字）________________________ 。

（2）為什么紅細胞和血紅蛋白的濃度的增加需要很長時間（1-2個月）？（不超過100字）____________________________________ 。

資料2：細胞是如何感知低氧環境的

2019年諾貝爾生理或醫學獎授予了小威廉·G·凱林、彼得·J·拉特克利夫爵士和格雷格·塞門扎。獎勵他們發現了細胞感知和適應氧氣變化（oxygen availability）的機制。

彼得·J·L·拉特克利夫研究造血生長因子——促紅細胞生成素（EPO），這種物質由腎臟的某些細胞分泌，促進紅細胞生成，是對血氧水平下降的響應機制。

格雷格·L·塞門扎發現，細胞內存在一種缺氧誘導因子（HIF）。在缺氧的環境下，HIF-1α能夠結合ARNT,激活特定基因表達，如EPO（促紅細胞生成素）合成基因、VEGF（血管內皮生長因子）基因，而控制HIF的開關就是氧氣濃度。

小威廉·G·凱林了解到了一種叫做希佩爾-林道綜合征（von Hippel-Lindau disease）的遺傳疾病。這種疾病的患者會在腎臟，腎上腺、胰腺以及中樞神經系統等位置生出腫瘤。小威廉注意到，這些腫瘤都生長在血管豐富的部位，而且它們會分泌促紅細胞生成素（EPO），刺激紅細胞的產生。這些特點都表明，氧氣可能在它們的生長中起到了關鍵作用。后來，人們了解到，希佩爾-林道綜合征是由VHL抑癌基因突變所致。正常情況下，基因編碼VHL蛋白。 VHL蛋白通過參與缺氧誘導因子（HIF）的標記而抑制它。在氧氣充足的情況下，細胞內羥化酶的效率會有所增加，使HIF蛋白獲得一個羥基，而VHL能夠識別這個羥基從而與HIF（缺氧誘導因子）結合，讓它降解。如果氧氣不足，則 HIF 的羥基化程度降低，因此無法正常被 VHL 蛋白標記，從而啟動血管的生長。

他們揭示的細胞感知和適應氧氣變化的機制可以用下圖概括。

（3）請根據資料用概念圖解的形式表達“細胞感知和適應氧氣變化的機制” ______________。

（4）對“細胞感知和適應氧氣變化的機制”的探索，為治療貧血、癌癥等疾病提供了治療思路，請在這兩種病中任選一種加以明_________________________________________。（不超過100字）

Answer 1

【答案】人體面對低氧環境是通過神經、體液共同調節的。通過神經調節加快心跳和呼吸頻率以增加運氧效率，同時同過體液調節釋放促紅細胞生成素以增加紅細胞數量，增加運氧能力。 缺氧導致腎臟相關細胞的EPO基因的轉錄和表達，分泌EPO，激素EPO通過體液運輸到靶細胞（骨髓造血干細胞），引起細胞內相關基因的表達，調節細胞代謝，產生生理效應需要時間。 針對貧血：通過調控HIF-1通路，促進紅細胞的生成，就有望治療貧血。針對癌癥，開發藥物抑制HIF-1α的活性，不使相關基因表達，使癌細胞缺氧。

腎癌患者的VHL基因往往會出現突變，導致人體內產生過量的VEGF（血管內皮生長因子），而這又會促進血管和紅細胞的生成�；�于這一原理，也可以針對VEGF這一靶點開始研發新藥，抑制VEGF因子的活性。

【解析】

本題打破了以往生物試題的出題思路，給出了大量的閱讀資料，需要學生從大量的文字中提取有效信息，并且以簡明扼要的話來解釋資料中出現的某個現象或疾病，對學生的要求較高。

（1）人體面對低氧環境是通過神經、體液共同調節的。通過神經調節加快心跳和呼吸頻率以增加運氧效率，同時同過體液調節釋放促紅細胞生成素以增加紅細胞數量，增加運氧能力。

（2）紅細胞和血紅蛋白的濃度的增加需要很長時間（1-2個月），因為缺氧導致腎臟相關細胞的EPO基因的轉錄和表達，分泌EPO，激素EPO通過體液運輸到靶細胞（骨髓造血干細胞），引起細胞內相關基因的表達，調節細胞代謝，產生生理效應需要時間。

（3）根據資料描述 “細胞感知和適應氧氣變化的機制” 為：

（4）對“細胞感知和適應氧氣變化的機制”的探索，為治療貧血、癌癥等疾病提供了治療思路。針對貧血：通過調控HIF-1通路，促進紅細胞的生成，就有望治療貧血。針對癌癥，開發藥物抑制HIF-1α的活性，不使相關基因表達，使癌細胞缺氧。

腎癌患者的VHL基因往往會出現突變，導致人體內產生過量的VEGF（血管內皮生長因子），而這又會促進血管和紅細胞的生成。基于這一原理，也可以針對VEGF這一靶點開始研發新藥，抑制VEGF因子的活性。