人類或許有一天可以像動物一樣冬眠

2018年09月12日10:47  來源:揚子晚報
 
原標題:人類或許有一天可以像動物一樣冬眠

  人類或許可以像熊一樣冬眠

  在著名導演克裡斯托弗·諾蘭執導的電影《星際穿越》中,宇航員們可以把身體浸入一種液體內,隨后進入低溫休眠狀態,從而實現遠距離的太空旅行。這樣的腦洞並不是諾蘭的獨創,在許多科幻小說和電影中都有類似低溫休眠的情節。事實上,科學家們正在設想,人類能否像冬眠的動物一樣,通過事先儲備能量、降低體溫、減少代謝等方式進入低能耗狀態,為一些疾病的治療乃至太空的探索帶來新的可能。

  探索人類體溫調節奧秘

  腦認知科學和腦疾病研究所,於2014年11月16日由中國科學院深圳先進技術研究院與美國麻省理工學院麥戈文腦科學研究所聯合建立。

  目前,中國科學家正在進行相關的研究,試圖在大腦中找到特定的神經元,揭開人類體溫調節機制的奧秘。

  科學界已經發現,下丘腦是大腦中的“體溫調節器”,但是傳統的電極實驗方法無法精確地知道是哪些神經元在體溫調節中起到關鍵性的作用。針對這個難題,中國科學院深圳先進技術研究院的腦科學家王虹利用最新的遺傳生物學手段,在小鼠身上成功地標記出了負責設定和調節體溫的神經元。

  王虹是中國科學院深圳先進技術研究院的研究員,長期從事腦科學研究。

  在進一步的實驗中,王虹與她的合作者在小鼠基因組的特定位置植入了一個“分子開關”,並向小鼠體內注射了一種特制的氧化物。這種名叫Clozapine N-oxide的氧化物可以打開這個“分子開關”,激活表達TRPM2基因的神經元。隨后,小鼠的體溫在兩小時內從37℃降到了27℃。隨著藥物的代謝,小鼠的體溫在10多個小時后回歸到正常水平。更重要的是,在此過程中科學家並未觀測到體溫的變化對小鼠的健康帶來了損害。

  “冬眠”有望治療中風患者

  據悉,美國國家航空航天局也正在加強對“人工冬眠”的研究,探索如何降低宇航員的體溫和代謝水平,在180天的火星之旅中保持“冬眠狀態”。

  與美國國家航空航天局探索太空的目標不同,王虹的研究成果有望應用在醫療領域。研究顯示,在中風等疾病發生之后,降低大腦溫度能夠最大程度地保護神經系統。

  從20世紀90年代開始,亞低溫療法就在中風的臨床治療中發揮作用。然而,這種以物理降溫為主的治療方法依賴復雜的儀器設備,在患者突然發病時難以起到及時救治的作用。

  “我們希望找到靶點,研發一種調控體溫的藥物,通過微創、無創的方法讓中風的患者迅速降溫,及時保護神經系統。”王虹說,“目前,神經保護的原理還不很明確,但是通常認為降低細胞代謝率,減少自由基的產生,是神經保護的機制之一。”

  下一步,王虹計劃在靈長類動物身上驗証她的實驗結果,但她表示,物種之間的差異是進一步驗証研究成果最大的難題,帶有TRPM2基因的神經元在靈長類動物體內是否發揮同樣的作用,這尚待進一步驗証,研發適用於人類的體溫調節藥物仍然充滿了不確定性,未來還需要進行大量研究。

  解讀

  為什麼那麼多科學家熱衷“冬眠”?

  “冬眠”意味著體溫、代謝和其它生理活動的下降,能量消耗的減少。部分動物的冬眠習性是因為冬季獵物稀少,氣溫降低等不可抗原因,但人類不存在這些問題。為什麼依然有這麼多的科學家前赴后繼地研究人類“冬眠”,試圖讓人將寶貴的生命時間花費在“睡眠”上?

  揚子晚報/揚眼記者 楊甜子

  1 醫學領域的“冬眠”:

  用降溫來保護神經系統,但時長有限制

  解放軍南京總醫院神經內科主任劉新峰告訴記者,“冬眠”在臨床上,其實是一種低代謝的狀態。腦中風等臨床疾病的治療中,會使用到“亞低溫療法”,通過在下腔靜脈輸入冰生理鹽水等方式,降低腦部的溫度,從而起到一定的腦保護作用。這種方法對於治療腦損傷、腦缺血等病症,能夠起到一定的效果。

  但降溫也有一定的限度,大腦如果長期處在低溫狀態,會造成一定的損傷,因此,目前的亞低溫療法,大多會將腦部降溫的幅度控制在1℃—3℃左右,並且在時長上也有一定的限制,多半為72小時以內。在心外科和神經外科手術中,低溫療法已經得到廣泛應用。

  化學反應的速度會隨著溫度的下降而減緩,這是低溫療法的核心。因此,不少人在“低溫”的極限上打起了注意。假如能夠將溫度再低一些,將人“凍住”,是否就能延年益壽,甚至存活百年呢?需要注意的是,亞低溫療法並不等於前一陣子熱炒的“人體冷凍”,它是一種有條件限定的大腦“暫停”。要知道,血液、細胞的低溫保存都十分困難,更何況是人體呢?

  2 航天領域的“冬眠”:

  到恆星的“車程”太漫長,這一覺要“睡”400多年

  這個問題的答案在航空航天領域是有解的。南京航空航天大學航天學院聞新教授解釋,“冬眠”是人類開展星際探索活動的“備選”手段之一。在廣闊的宇宙裡,星系之間的距離都是以“光年”為單位。舉一個讀者最熟悉的例子,美國在1977年發射了“旅行者2號”探測器,40多年過去了,“旅行者2號”才剛剛飛出太陽系,沒個100年以上,想要飛到其它星系是不大現實的。天狼星是距離地球最近的恆星,載人航天器從地球上搭載火箭進入太空后,至少需要400年到500年,才能到達天狼星。假如人類想要實現探索天狼星等恆星的計劃,那麼宇航員就需要在載人航天器裡“沉睡”400多年。生命有限,隻有通過減少能量消耗,降低體溫的“冬眠”手段,才能有望在未來實現這一美妙願景。一代又一代科學家為了人類“冬眠”而不懈努力的根本原因之一便是在此。

  難題

  “暫停”鍵按下去容易 如何“重啟”是最大難題

  冬去春來,果樹依然可以實現“一樹一樹的花開”,人類也會愈發“膘肥體健”。這樣俗稱為“抗凍”的表現,在科學上,其實是低溫給細胞按下了“暫停”鍵。生命的進程隨著溫度的下降而逐漸減緩,甚至進入長期暫停的“冬眠”狀態,這種大膽的想法應用到臨床醫學和載人航天領域,大有文章可言。

  深圳科學家對於人類“冬眠”理論研究的這一突破,無疑是朝著“沉睡400年”的目標又近了一大步。但劉新峰教授告訴記者,“冬眠”的最難點其實還不是“眠”,而是“重啟”。大腦嬌嫩而精貴,長期處在低溫狀態中,腦組織肯定會受到影響。因此,臨床治療中多半以72小時,最長不超過一個星期為限。“冬眠”到點后,如何喚醒人類,用什麼速度和梯度“重啟”大腦,才是從低溫恢復正常的最關鍵所在。現有條件下,醫學領域的低溫恢復相對比較容易,而且經過了大量臨床實踐,但“沉睡400多年”后的“重啟”呢?這個問題至今依然沒有答案,仍然需要科研人員進行探索。(楊甜子)

(責編:木勝玉、朱紅霞)