低氧是指身體組織所具有的氧含量低於正常值，亦及組織發生 缺氧的情況。一般組織很少處於完全無氧 (anoxia) 的情況，因此低氧
更適合形容組織缺氧的情形(Tansey, 2008)。缺氧會影響細胞內基因的 不穩地、DNA 斷裂及損害修復系統等，尤以神經細胞最容易受到傷 害(Bindra et al., 2005)。因此對高等真核生物而言，面臨低氧狀態時如 何維持體內氧氣的恆定性便是相當重要的課題。
1. 低氧環境對生物體的效應
研究顯示當生物長時間處於低氧環性下，身體為了適應環境會 產生許多適應機制，包含呼吸系統、心血管系統皆會有所調整，值得 注意的是在神經系統方面也會出現神經保護機制：過去文獻指出低氧 預處理可以有效的減輕腎臟與腦部的氧化傷害，以及證實了低氧預處 理是藉由調控細胞自噬與細胞凋亡的訊息傳導來降低腦部的神經毒 性和傷害(Brezis and Rosen, 1995)。同時低氧環境也會促進轉錄因子的 活化，主要是低氧誘導因子的活化，以證實可以造成血管新生因子 (vascular endothelial growth factor)大量增生而產生血管新生的情形。
2. 缺氧誘導因子(HIF-1)
當真核生物面臨缺氧時，維持體內氧氣恆定性的相關基因，以 及受到參予氧氣調控的其他生物功能的基因會受到缺氧誘導因子 -1(hypoxia-inducible factor-1，HIF-1)的調控而有增加或減少的情形。缺 氧誘導因子-1 是由兩個不同單元體缺氧誘導因子-1a(HIF-1a)與缺氧誘 導因子-b(HIF-1b,也稱為 aryl hydrocarbon nuclearttanslocator,ARNT)所構
成的二聚體，HIF-1a 是主要的誘發型( inducible form)，需要持續受到 外界刺激。HIF-1a 會與 HIF-b 結合到 DNA 序列上的缺氧反應組(hypoxia response element,HREs)，進而調控下游基因表現(Semenza, 2000)。
目前已知 HIF-1 的活化可以促進許多基因的表現，主要可分為 三大類：1.參予糖解作用、2.參予血管新生、3.參予細胞存活與凋亡 (Carmeliet and Jain, 2000)
4.低氧與細胞凋亡
過去複製心肌細胞缺氧實驗中已經觀察到，心肌細胞的偽足縮 短或消失，且細胞核發生斷裂、核膜包裹成凋亡小體、細胞質濃縮等 細胞凋亡特徵(Regula et al., 2002)，在臨床實驗室也被認為神經元凋亡 是腦缺血缺氧損傷的主要型式(Tu et al., 2011)。
低氧所造成的細胞凋亡，首要表現均從粒線體功能失常開始，
離子通道功能障礙、膜通透性增強、膜流動性下降、鈉離子大量往內 流，最後導致粒線體膜電位破壞。更重要的是引起細胞色素 C 從粒線 體的釋放，引發下游一連串不可逆的細胞凋亡途徑(Araya et al.,
1998)。
而嚴重或持續的低氧時，缺氧誘導因子-1 也會誘導細胞凋亡，
Helton 在大鼠腦缺氧的研究中發現，剔除大腦 HIF-1a 基因可以降凋亡 基因的表現，進而減少大腦細胞發生凋亡(Helton et al., 2005)。由此可
知，低氧環境的確會引起細胞凋亡，也是許多疾病發展中的一個重要 病理過程。