榛睡鼠(Muscardinus avellanarius)在洞穴中冬眠。图片来源：维基百科
科幻小说中老掉牙的情景莫过于外太空旅行者进行遥远太空旅行时需要进入休眠状态。比较现实的做法是使用冰冷的生理盐水置换血液，借此令正常的生命现象进程减缓为正常速度的一小部分进而保护细胞免受严重创伤，这也是人们在减缓生物进程方面所做的难能可贵的努力。但使用生理盐水置换或者其他外来措施来降低新陈代谢对人体而言都不是最佳选择，它们都有损害组织的风险。
对于一些动物来说，体温降低是一种常见的自然状态，例如冬眠。因此，引导动物进入低功耗模式显然是更优的解决方案。当熊、蝙蝠或者其他动物冬眠时，它们会多次经历长达几天的低代谢状态——蛰眠（torpor），偶尔会被高唤醒期打断。小鼠会在食物短缺的时候进入日眠（daily torpor），每次维持数小时左右以节省自身能量。
蛰眠或者其他体温降到37℃以下的低温情况的发生机制在很大程度上还是未知的。发表在《自然》杂志上的两项独立研究均表明，当小鼠受到刺激时，小鼠脑中的一种特定神经元是低体温状态的开关。这项工作为人类了解如何启动和控制这些条件铺平了道路，也为我们提供了一种可以在临床应用的诱发人体低体温状态的可能性。未来也许真的可以使用这种方法将电影中暂停生命的场景变为现实。
其中一项研究是由日本筑波大学（University of Tsukuba）神经科学家Takeshi Sakurai和他的同事主持的，这一切都要从一种名为QRFP的肽的反常表现说起。研究团队发现，将QRFP注射到动物体内的确可以增加它们的活跃性，但是当研究人员将小鼠脑中分泌这种肽的神经元的开关打开的时候，他们得到一个令人惊讶的结果。日本RIKEN生物系统动力学研究中心（the RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research）研究员Genshiro Sunagawa说：“小鼠静止不动，并且表现出恶寒：这些表现和我们的预期是完全相反的。”动物的新陈代谢率（通过耗氧量衡量）、体温、心率和呼吸均下降。
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QRFP本身不参与小鼠代谢率的改变。事实上，当删除该肽的基因时，低体温和其他特征并未消失。该基因更像是一个里程碑，引导研究人员寻找与降低新陈代谢相关的神经元。
QRFP肽在人体的许多部位表达，尤其是下丘脑中尤为普遍，而这正是大脑中负责体温调节的重要脑区。在此基础上，研究人员使用化学遗传学的技术在神经元中对基因进行修饰，进而可以使用药物针对性地激活这些基因，方便在下丘脑中找到引起这种作用的神经元。他们发现，激活QRFP基因的神经元都会产生持续数小时的代谢降低状态。而选择性激活下丘脑特定部位的神经元也可以使动物进入持续两天以上的冬眠状态。
在此期间，小鼠的新陈代谢会保持在一个适当水平，结束这段时间后，小鼠又能自发恢复到正常状态，就像冬眠后醒来一样安然无恙。研究小组将这种特殊的细胞称为“Q神经元”，并将这种由Q神经元诱导的低温低代谢状态称为“QIH状态”（Q-neuron-induced hypothermia and hypometabolism），用这些新特性更简单地描述蛰眠或者冬眠。
研究人员在未蛰眠的大鼠中进行了相似的实验，尽管不会像在小鼠实验中那样，一次冬眠几天，但是也观察到了相似的效果。这很有可能是动物新陈代谢降低延长了药物的药效引起的（这种药物的药效通常在4个小时左右就会消失）。但是，Sunagawa更认同另一种解释：“就像按下一个开关之后，一些系统就会维持这种状态一段时间。”另外他还表示，“我们相信这种系统很可能也存在于其他哺乳动物中。”
哈佛医学院（Harvard Medical School）神经生物学家Sinisa Hrvatin领导的第二项研究中，研究人员则通过剥夺老鼠的食物来诱导小鼠进入蛰眠状态。该研究团队使用化学遗传学工具修饰动物进入蛰眠时被激活的神经元，使之产生可以被药物激活开放的受体。随后向小鼠注射可以重新激活这种神经元的药物并观察。科学家们发现，即使在有食物的情况下，激活这种神经元也会诱导小鼠出现代谢降低的蛰眠样状态。“我们的问题是：如果我们捕获蛰眠状态下的大脑活动之后，再对这些神经元进行重新刺激，是否足以引起蛰眠状态的产生呢？”Hrvatin说，“我们也惊讶于这一问题的答案是肯定。”研究人员表示，激活的神经元在下丘脑的一个区域上，而这也正是Sakurai和他的同事们发现的可以引起蛰眠的Q神经元所在的区域。当抑制了这些神经元的活性时，小鼠进入蛰眠的能力就会被破坏。第二篇文章的第一作者、神经科学家Michael Greenberg表示：“当你自己进行一项这样的研究时，结果往往是单薄、不具有说服力的，但是当两项研究从不同角度出发并且得到了相一致的结果时，这既令人满足又振奋。”
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这项工作为了解大脑中控制身体基本状态的区域提供了新的研究视角。“我们知道下丘脑参与协调人体的大多数自主系统进程，例如温度调节、循环、体重和能量平衡等。”德国马尔堡菲利普大学生理学家Gerhard Heldmaier如是说。虽然他并没有参与到这项工作中，但是他表示：“从这些研究中，我们得知下丘脑神经元不仅可以确保机体的稳定性，还可以将对生命进程的控制方式从快车道转变到慢车道。”
下一步的关键是在更多的物种中研究这个开关。正如Heldmaier所说：“这些细胞在冬眠者和非冬眠者之间的差异将会很有趣，如果给予它们适当的刺激是否会诱导动物从非冬眠状态转入冬眠状态呢？”重点需要了解的是这种生物系统是怎样工作的。“对一个细胞而言，怎样才能叫做蛰眠状态？”Hrvatin问道，“如果能从分子水平上理解这一点，我们就可以保护大脑，使其免受缺血性损伤，例如最常见的中风甚至神经退行性疾病。”相似的考量也适用于保存移植器官。
这些状态是否可以在人类中成功诱发仍有待观察，毕竟小型哺乳动物的温度调节系统与大型哺乳动物的温度调节系统具有极大的差异，因此尚不清楚相同区域的这些神经元是否会产生相同的作用。Hrvatin讲到：“这有可能改变人的现有设定吗？一次需要花费多少钱？这些我都不知道。” “还有很多没有解决的问题。” Sunagawa想象着“日眠”的间隔并说道：“如果我们能了解睡眠的运作机制，也许我们可以将睡眠和冬眠结合起来。”他还补充说，这样也许还能延缓衰老。Sunagawa研究小组还在《自然》杂志上发表的论文里用了一个段落的篇幅推测如何让宇航员再进入深空后进入这样的生命静止状态。
作者：Simon Makin，伦敦自由科学作家。
翻译：张守萍
审校：马晓彤
引进链接：科学美国人
本文来自：中国数字科技馆
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