หากกล่าวถึงรางวัลที่ยิ่งใหญ่อย่าง “รางวัลโนเบล (Nobel Prize)” หรือรางวัลประจำปีที่ยกย่องเชิดชูความสำเร็จทางสติปัญญาอันโดดเด่นของมนุษยชาติ เชื่อว่าคงเป็นที่คุ้นเคยกันดี โดยผู้ได้รับรางวัลมักเป็นบุคคลหรือกลุ่มบุคคล (สองหรือสามคน) และจะได้รับการเรียกขานว่า “ผู้ได้รับรางวัลโนเบล (Nobel Laureate)”

รางวัลโนเบล จะมอบให้กับผู้ทรงเกียรติทั้งสิ้น 6 สาขาด้วยกัน ได้แก่ ฟิสิกส์ เคมี วรรณกรรม สรีรวิทยาหรือการแพทย์ การส่งเสริมสันติภาพ และเศรษฐศาสตร์ สำหรับปี 2019 ในสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ มีผู้ได้รับรางวัลถึง 3 ท่านด้วยกัน โดยความสำเร็จที่เชื่อมโยงกันของทั้ง 3 ท่านก็คือ การทำความเข้าใจในเรื่องกลไกการตรวจวัดระดับออกซิเจนในระดับเซลล์ให้ชัดเจนมากยิ่งขึ้น วันนี้จึงขอพาผู้อ่านมาสำรวจความพยายามและผลงานของทั้ง 3 ท่านกัน

การค้นพบของ ศ.เกรก เซเมนซา (Gregg Semenza) จากมหาวิทยาลัยจอนส์ฮอปกินส์

เป็นที่ทราบกันมานานแล้วว่า ออกซิเจนเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับเซลล์ของสัตว์ในการสร้างพลังงานและค้ำจุนชีวิต และก็เป็นปริศนามานานเช่นเดียวกันว่า เซลล์ สามารถตรวจจับระดับออกซิเจนและจัดการกับภาวะขาดออกซิเจนได้อย่างไร?  ปริศนาเริ่มได้รับการคลี่คลายในปี 1992 ทีมวิจัยที่นำโดย Semenza ได้ค้นพบฮอร์โมนที่เรียกว่า Erythropoietin (EPO) เป็นฮอร์โมนที่จะผลิตออกมาเมื่อเซลล์ตรวจพบภาวะขาดออกซิเจน เมื่อ EPO เพิ่มขึ้น เซลล์เม็ดเลือดแดงจะถูกสร้างขึ้น และบทบาทของเซลล์เม็ดเลือดแดงคือการลำเลียงออกซิเจน ดังนั้น ออกซิเจนจำนวนมากจะถูกลำเลียงมาเพื่อลดภาวะขาดออกซิเจน

นอกจากนี้ Semenza ยังค้นพบและตั้งชื่อโปรตีนที่เรียกว่า Hypoxia-Inducible Factor (HIF) ที่ช่วยกระตุ้นการผลิต EPO โดย HIF ทำหน้าที่ในการควบคุมการทำซ้ำ (ฟังก์ชันคัดลอกข้อมูลที่จำเป็นจาก DNA ไปยัง RNA) ด้วยการคัดลอก (transcription factor) ในกรณีของ HIF จะควบคุมเฉพาะการคัดลอกของ EPO เท่านั้น ยิ่งไปกว่านั้นเมื่อความเข้มข้นของออกซิเจนในเลือดสูง HIF จะสลายตัวและหยุดทำงาน และสุดท้ายคือ ค้นพบว่ากลไกที่ส่งเสริมการคัดลอก EPO นั้น จะทำงานได้ก็ต่อเมื่อความเข้มข้นของออกซิเจนต่ำอีกด้วย อาจกล่าวได้ว่า เป็นการค้นพบที่ใช้ความพยายามนานนับสิบปีเลยทีเดียว

การค้นพบของ ปีเตอร์ แรตคลิฟฟ์ (Sir Peter J.Ratcfiffe) จากสถาบันฟรานซิส คริก และมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด

ในขณะเดียวกัน ที่มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ดประเทศอังกฤษ Ratcliffe ได้ค้นพบ HIF ด้วยเช่นกัน แม้จะเป็นการทำวิจัยคนละรูปแบบกับ Samenza ก็ตาม โดย Ratcliffe ค้นพบว่า HIF ไม่เพียงอยู่ในไตเท่านั้น แต่ยังอยู่ในเซลล์ทั่วร่างกายอีกด้วย  

การค้นพบของ วิลเลียม เคลิน (William G.Kaelin, Jr.) จากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด

Kaelin เป็นนักวิจัยโรคมะเร็งที่ Harvard Medical School และ Dana-Farber Cancer Institute กำลังศึกษาโรคทางพันธุกรรมที่เรียกว่าโรค von Hippel-Lindau (โรค VHL) โรคนี้เกิดจากการกลายพันธุ์ในยีน VHL ซึ่งจะเพิ่มความเสี่ยงต่อการเป็นมะเร็ง จากการประกาศของคณะกรรมการรางวัลโนเบล Kaelin ได้ค้นพบ การทำงานของ VHL สามารถช่วยชะลอการลุกลามของโรคมะเร็ง และยังพบว่า เซลล์มะเร็งที่มียีน VHL ที่กลายพันธุ์นั้น จะแสดงตัวราวกับว่าพวกมันกลายเป็น HIF แต่หากฉีดยีน VHL ปกติเข้าไปในเซลล์เม็ดเลือดแดง EPO จะไม่ถูกสร้างขึ้น  จากงานวิจัยชิ้นนี้ ทำให้เห็นว่า VHL กับ HIF นั้นมีความสัมพันธ์กัน และหลังจากนั้น Ratcliffe ก็พบว่า VHL และ HIF มีความสัมพันธ์โดยตรง ตราบใดที่ไม่มียีน VHL แล้ว HIF จะไม่สลายตัวแม้ในระดับความเข้มข้นของออกซิเจนปกติ

ออกซิเจน

ออกซิเจนนั้นมีบทบาทอย่างมากต่อร่างกายและการใช้ชีวิตของเรา ในอากาศที่เราหายใจเข้าไปจะประกอบไปด้วยออกซิเจนราว ๆ 21% ทั้งนี้ ร่างกายมนุษย์มีระดับออกซิเจนที่ต่างกันออกไปตามช่วงเวลา เช่น เวลาที่นั่งเฉย ๆ กับเวลาวิ่ง การหายใจก็จะแตกต่างกัน ปริมาณออกซิเจนก็แตกต่างกัน หรือเวลาอยู่บนที่สูงกว่าระดับน้ำทะเลมาก ๆ เป็นต้น

เมื่อระดับออกซิเจนต่ำลง เซลล์ในร่างกายก็จะปรับตัวอย่างรวดเร็ว
หากแต่เซลล์รู้ได้อย่างไรถึงระดับออกซิเจนที่เปลี่ยนไป

การตรวจวัดระดับความเปลี่ยนแปลงออกซิเจนของเซลล์ จากผลการค้นพบของทั้ง 3 ท่าน อาจสามารถสรุปได้ง่ายว่า ในกรณีที่มีออกซิเจนเพียงพอ HIF จะถูก VHL ทำให้สลายไป และ HIF จะไม่เร่งการผลิต EPO แต่ในกรณีที่มีออกซิเจนไม่เพียงพอ การทำงานของ VHL ในการสลาย HIF จะช้าลง เพื่อที่ HIF จะได้ทำการคัดลอก EPO ดังนั้น EPO จึงเพิ่มขึ้น เม็ดเลือดแดงจะถูกสร้างขึ้นและทำหน้าที่ลำเลียงออกซิเจน ปริศนาที่ว่าปริมาณของออกซิเจนจะมีผลอย่างไรต่อ VHL จึงได้รับการคลี่คลายลงแล้วในที่สุด

การค้นพบที่สำคัญของนักวิทยาศาสตร์ทั้ง 3 ท่าน สิ่งหนึ่งที่เหนือไปกว่าการได้รับรางวัลโนเบลก็คือ สิ่งที่ค้นพบนั้น ย่อมส่งผลกระทบที่สำคัญต่อด้านต่าง ๆ อีกมากมายในอนาคต นับตั้งแต่สิ่งที่เกี่ยวข้องกับชีวิตประจำวันของเรา เช่น เรื่องการออกกำลังกาย การอยู่ในที่สูง วิทยาศาสตร์การกีฬา ไปจนถึงการพัฒนาของตัวอ่อนมนุษย์ในครรภ์มารดา นอกจากนี้ ยังสามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการรักษาโรค เช่น โรคหัวใจ โรคไตวายเรื้อรัง หรือโรคหลอดเลือดสมองที่ตกอยู่ในภาวะขาดออกซิเจน ที่สำคัญ ยังคาดว่าจะมีส่วนช่วยอย่างมากในการรักษาโรคมะเร็งอีกด้วย