|
▎藥明康德內容團隊編輯 童話故事中，睡美人沉睡100年，時間停滯，容顏不老；科幻電影中，宇航員在漫長的星際旅行時，靜靜躺在休眠艙里，穿越浩瀚太空。盡管這些是人們幻想中的情形，根據(jù)科學家們最新的一組發(fā)現(xiàn)，按下“生命暫停鍵”的想法離現(xiàn)實或許沒有那么遙遠。近日，頂尖學術期刊《自然》在線發(fā)表了兩篇研究論文，來自美國哈佛醫(yī)學院和日本筑波大學的兩支研究團隊，“背靠背”在小鼠的大腦中找到一群特殊的神經細胞，對體溫控制起著關鍵作用。人為激活這些神經細胞，可以觸發(fā)小鼠進入類似冬眠的狀態(tài)，讓體溫和能量消耗都大大降低。并且，動物從這種狀態(tài)恢復后，沒有出現(xiàn)組織器官和行為異常。研究人員希望，基于這一發(fā)現(xiàn)，可以在人類身上實現(xiàn)“人工冬眠”。
▲《自然》刊發(fā)的評論認為，這兩項研究刷新了我們對體溫調節(jié)的認識
大自然中，蛙、蛇、熊等動物可以在嚴酷的冬天、食物短缺的季節(jié)或是其他極端條件下，通過冬眠行為（季節(jié)性休眠）生存下來。與日常的睡眠不同，冬眠涉及全身生理變化，心跳減慢、呼吸變弱，耗氧量更少，體溫還會顯著下降。為什么有的動物會冬眠、有的動物不冬眠？這個問題不僅讓五六歲小孩子好奇，也激發(fā)了很多科學家為之探索。
研究人員指出，冬眠研究困難的一個原因是，常用的實驗動物小鼠、大鼠并不冬眠。不過，哈佛醫(yī)學院Michael Greenberg教授帶領的研究團隊注意到，小鼠在食物匱乏、周圍又冷時，會進入一種短暫的麻木萎靡（torpor）狀態(tài)。在環(huán)境溫度低至22℃時，24小時餓肚子的小鼠核心體溫會降低，代謝率和身體活動也顯著下降，相比之下，吃飽的小鼠能夠保持正常體溫。研究小組利用神經元活性的生物標記物，在小鼠的腦中尋找那些在進入麻木狀態(tài)時會被激活的神經元。
▲尋找并確認在麻木狀態(tài)時會被激活的神經元（圖片來源：參考資料[4]）在此過程中，他們把搜尋范圍集中在了下丘腦，也就是負責體溫調節(jié)、饑餓、干渴、激素分泌等功能的腦區(qū)。研究人員在下丘腦的數(shù)百個不同區(qū)域，一一確認哪些區(qū)域的神經元在被激活后會引起小鼠麻木。艱苦搜尋之下，他們最終在下丘腦的一個特定區(qū)域（內外側視前區(qū)），確定了一組神經元。僅僅刺激這組神經元，就能讓小鼠體溫迅速降低，活動大大減少；而抑制這些神經元的活性時，還可以避免饑餓小鼠進入麻木狀態(tài)。研究人員繼而通過單細胞RNA測序等方法，鑒定出這組神經元表達哪些標志性蛋白，比如神經遞質等。
另一篇研究論文中，日本筑波大學的科學家們采用不同的方法、在下丘腦的類似區(qū)域，找到了同樣的“神經開關”。他們將這群神經細胞命名為Q神經元（Quiescence）。通過基因改造，研究人員們得以用化學物質或光照特異性地激活小鼠腦中的Q神經元。他們驚訝地發(fā)現(xiàn)，小鼠的核心體溫下降了近10度，并且可以連續(xù)48小時呈現(xiàn)動物冬眠特有的狀態(tài)：不吃不動，心率降低，耗氧量減少等?！爱斨車h(huán)境大幅度下降時，它們的機體功能保持正常，體溫變得更低，維持在22℃左右?！毖芯控撠熑藱丫浣淌谡f。
▲短暫激活Q神經元后，小鼠的核心體溫從37℃降低到24℃（圖片來源：參考資料[1]）“更令我們意外的是，在既不冬眠也沒有日常麻木萎靡（torpor）的大鼠身上，激活Q神經元也會觸發(fā)與小鼠類似的冬眠狀態(tài)?！钡谝蛔髡吒邩驈卣f，“盡管我們還不知道確切的答案，但人類也有可能具備Q神經元，可以觸發(fā)類似的狀態(tài)?！?/span>下一步，人類也能“一鍵休眠”嗎？“現(xiàn)在說我們是否可以在人身上誘發(fā)同樣的狀態(tài)還為時尚早，但這是一個值得探索的目標。”Greenberg教授說道。
▲我們的征途是星辰大海（圖片來源：Pixabay）談到“人工冬眠”的未來應用，兩支科研團隊都展開了諸多設想，例如可以在臨床手術中代替麻醉；發(fā)生中風或外傷后，放慢代謝過程，避免大腦進一步受損；用來延長壽命；甚至把幻想變成現(xiàn)實，為人類的火星之旅、太空探索提供幫助。 “當我們設想人類也可以出現(xiàn)類似冬眠的狀態(tài)時，想象力變得越來越瘋狂。”研究作者之一、哈佛醫(yī)學院的Sinisa Hrvatin博士說。[1] Takahashi, T. M. et al. (2020) A discrete neuronal circuit induces a hibernation-like state in rodents. Nature https:///10.1038/s41586-020-2163-6 (2020).[2] Hvratin, S. et al. (2020) Neurons that regulate mouse torpor. Nature https:///10.1038/s41586-020-2387-5 (2020). [3] Clifford B. Saper & Natalia L. S. Machado (2020) Flipping the switch on the body’s thermoregulatory system. Nature. Doi: 10.1038/d41586-020-01600-5[4] State of Stasis. Retrieved June 14, 2020, from https://hms./news/state-stasis[5] Hibernation in mice: Are humans next? Retrieved June 14, 2020, from https://www./pub_releases/2020-06/uot-him061220.php
|
