科研人員揭示靈長類動物體溫的調節及保護機制

　　人類可以冬眠嗎？在科幻電影中，人們設想能在冬眠中飛往外太空，或在冬眠中得到生命的延續。那么，我們距離人工冬眠究竟還有多遠？

　　12月5日，中國科學院深圳先進技術研究院腦認知與腦疾病研究所（以下簡稱“深圳先進院腦所”）/深港腦科學創新研究院（以下簡稱“深港腦院”）王虹和戴輯團隊的最新研究成果在線發表于學術期刊《創新》（The Innovation）雜志。

　　研究團隊在非人靈長類上實現了基于中樞神經調控的穩定體溫調節，揭示了下丘腦視前區在靈長類動物體溫調節中的作用，繪制了體溫降低過程中全腦特異激活的神經網絡，以及靈長類對抗失溫的體溫保護機制，為潛在的臨床轉化和航天應用提供理論和實驗支撐。

　　審稿人在該研究的評價中指出，該研究對于我們理解非人靈長類和人類的體溫調節將產生深遠影響。期刊編輯認為，這項研究為邁向人類休眠跨出重要一步，為臨床轉化和航天應用打下基礎。

　　探索休眠機制 實現獼猴的體溫調控

　　冬眠（Hibernation）是一些物種為了適應極端生存環境，趨同演化出的一種周期性的生理現象。冬眠（連續多日的休眠）與日間休眠（Torpor）的動物，通過抑制機體的代謝率，達到全身水平的低體溫、低能量消耗，同時這個過程也伴隨著基因表達、解剖結構、生理參數的劇烈變化。在冬眠過程中，雖然動物停止進食、飲水等維系生存的必要行為，但是在從休眠中蘇醒后，動物能夠繼續生存，其肌肉也不會發生萎縮。有研究表明，休眠的動物對衰老和輻射有著一定的抵抗作用。

　　在動物界中，能自然休眠的動物并不多，其中只包含一種靈長類動物，即狐猴（Lemur），包括人類在內的靈長類動物都不能自然休眠。科學家希望破解自然休眠動物的奧秘，建立誘發休眠的技術，并在人體中實現休眠，但至今沒有研究能夠實現。

　　隨著神經科學研究的進步，下丘腦視前區（POA）逐漸成為該領域的研究熱點。此前的研究表明，在轉基因小鼠腦內，特異性激活POA腦區神經元，可以促使小鼠在1至2個小時內降低體溫至28℃，并且維持十余個小時低溫狀態。同時，該調控還促進小鼠增加散熱，降低心率和活動量。這個現象與小鼠的自然休眠有類似之處。如果特異激活相同腦區，是否可以在非人靈長類動物中實現定時降低體溫甚至休眠呢？

　　對此，深圳先進院王虹和戴輯團隊利用化學遺傳學工具，以非人靈長類動物為模型，展開神經調控體溫研究。同時采用無線體溫遙測、自主活動定量監測、生理生化測定以及功能核磁共振成像等技術，研究動物體溫調控的系統機制。團隊發現，利用化學遺傳技術精準升高獼猴POA腦區的一類在進化上保守的興奮性神經元的活性，可以促進動物降低體溫。

　　“我們發現，非人靈長類動物對體溫的變化非常敏感，這與小鼠存在顯著差異。當體溫降低約0.5℃的時候，非人靈長類動物已經通過加速心率、肌肉顫栗、收縮外周血管等調節形式進行自主神經機制產熱，以抵抗體溫的降低。同時還會大幅增加運動量，通過運動產熱，抵御體溫降低”，論文共同通訊作者王虹分析道，由此可見，非人靈長類動物有著更強的御寒能力，其體溫調節機制較小鼠更加精密復雜。

　　為進一步了解POA調控體溫的腦網絡機制，研究團隊通過功能核磁共振成像的方法評估了POA激活前后全腦水平的神經網絡變化，發現化學遺傳學刺激方法不僅激活了POA局部網絡，也特異地激活了與溫度、心率以及內感相關的多個核團（如島葉皮層IC等）。通過功能連接分析等定量化方法，研究團隊繪制了體溫降低過程中，全腦特異激活的神經網絡。

　　歷時5年 向人工冬眠邁進

　　21世紀以來，美國航空航天局(NASA)和歐洲空間局(ESA)陸續提出誘導人類“休眠”設想，以期實現深空探索計劃。這里的“休眠”是通過各種技術手段降低人的核心體溫，使代謝變得“遲鈍”，不僅可以減少物資消耗，還能降低對航天員的精神健康威脅。“休眠”的主要目的是降低體溫和代謝，例如冬眠動物的代謝率可降低80-98%，目前還不能在人類身上誘導實現。

　　核心團隊歷時5年，通過反復實驗，解決了如何在非人靈長類動物上使用化學遺傳技術、如何監測清醒動物生理生化指標等關鍵技術問題。利用化學遺傳學手段，通過操控下丘腦興奮性神經元，穩定地降低了靈長類動物的體核溫度，進一步為人工冬眠漫長的探索道路帶來重要借鑒意義。

　　此外，該研究還明確了靈長類體溫調節中樞的功能，探索了與體溫調節相關的全腦功能網絡連接，為潛在的臨床轉化和航天應用提供理論和實驗支撐。

　　“通過降低體溫來降低神經元對能量的需求，被證實在中風等腦疾病的小鼠模型中，具有神經保護作用。但小鼠作為自然休眠的物種，對低溫耐受能力很高，如何將基于小鼠的研究成果，推廣到體型為其數千倍的人類上，還有著漫長的距離。”論文共同通訊作者戴輯說道。

　　相關論文信息：https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(22)00154-0