冬眠仓鼠研究或能助力宇航员

冬眠仓鼠可能助力宇航员完成长途太空任务

在世界各地的冷藏室和培养皿中，研究人员正在悄然测试，为什么有些动物能够关闭大部分生物机能长达数月并完好无损地苏醒。这种能力被简称为蛰伏或冬眠。本周，一个研究叙利亚仓鼠（Syrian hamsters）及其他冬眠动物的团队报告了一种细胞机制，能够在长期的寒冷期内保护肌肉修复细胞。研究人员表示，冬眠仓鼠可以为宇航员提供帮助，通过指向特定的药物靶点或保护分子来减少肌肉流失、降低代谢需求并提高对辐射等压力的耐受性——这些都是威胁近地轨道以外长达数月航程的问题。

冬眠仓鼠如何帮助宇航员的细胞

肌肉萎缩是长期处于微重力和静止状态下最直接的危害之一。在正常的人体生理机能中，肌肉干细胞（通常被称为卫星细胞）处于活跃状态：它们修复并重建组织，但以能量消耗和应激时的脆弱性为代价。最近发表在《The FASEB Journal》上并由《Popular Science》报道的一项研究发现，在冬眠物种中，这些肌肉干细胞在长期的休眠期间不会死亡；相反，它们进入了一种低活性、可逆的状态，从而保持了其生命力。

这种细胞停滞不仅仅是为了节省能量。它还能防止伴随低氧、辐射袭击或反复使用与停用的循环而产生的一系列生化损伤。如果人工蛰伏要应用于人类，学习如何将人类肌肉祖细胞切换到一种安全、可逆的“闲置”状态是一个核心目标。

为什么冬眠仓鼠有助于保护肌肉和线粒体

来自其他冬眠动物的证据提供了补充。黄鼠和熊在冬季表现出协调的遗传和代谢转变：与饥饿的非冬眠动物不同，它们与蛋白质合成和 mTOR 信号调节相关的通路表现各异；一些冬眠动物在休眠期间还会循环利用氮和代谢物，这可能得到了肠道微生物的帮助。这些机制共同解释了动物如何在数月不进食或不动的情况下保持瘦肉组织和器官功能——这正是工程师和医生希望为长途航行或急救医学重现的结果。

蛰伏、蛰伏开关以及将动物研究成果转化为人类应用

蛰伏并非普通的睡眠；它是对体温、心率和代谢率的受控降低。研究人员已经取得了两个方面的进展。一是药理学方面的：激活某些动物体内的腺苷受体可以诱发类似蛰伏的状态。Kelly Drew 及其团队发现，一种模拟腺苷的药物可以诱导季节性冬眠动物进入深度蛰伏，而相关的化合物在与其他干预措施结合时，可以在实验室环境下诱导非冬眠动物进入代谢减退状态。

人体试验尚处于初期阶段，但具有启发性。匹兹堡大学（University of Pittsburgh）的团队在严密监测的环境下，利用右美托咪定（dexmedetomidine）等镇静剂安全地降低了志愿者的体温和代谢率，产生了一种“朦胧睡眠”状态，志愿者的代谢下降了约 20%，同时保持可被唤醒的状态。这些实验表明，临床上有用的低温状态的部分特征可以在不使用呼吸机的情况下实现，但也揭示了局限性：会产生药物耐受性，心血管影响可能很大，且长期安全性尚未确立。

对航天任务和医学的益处

受控蛰伏的潜在优势显而易见，且怎么强调都不为过。代谢需求的降低将减少长途任务对食物、水和氧气的需求，从而减轻载荷质量并简化生命维持系统。较慢的代谢还可能通过降低细胞分裂和 DNA 复制的速度来限制辐射损伤——而这正是电离粒子造成最大伤害的窗口期。在心理上，处于部分蛰伏状态的船员在长达数年的航程中面临的枯燥感和人际摩擦也会更少。

在地球上，受控代谢减退具有直接的临床价值。治疗性低温已被用于保护心跳骤停和创伤性损伤后的大脑。正在研究的紧急保存方案旨在通过迅速冷却和稳定大出血患者来延长医生的“黄金一小时”，以便外科医生在再灌注损伤发生前修复伤口。如果冬眠生物学能够被安全利用，这些技术可能会变得更简单且更易于广泛部署。

技术、生物和伦理挑战

尽管取得了快速进展，但通往人类蛰伏的道路充满风险。人体会对抗寒冷：战栗、血压下降和危险的心律失常是常见的反应，在实验中这些反应需要呼吸机、补液支持和侵入性监测。寒冷还会抑制凝血和免疫反应；冬眠动物接受这种权衡，但面临着非冬眠动物不会遇到的感染和真菌威胁。将针对大脑特定区域的蛰伏触发因素转化为一种具有足够特异性以避免心跳骤停或癫痫发作的静脉注射药物，是一项化学和递送挑战。

太空环境增加了复杂性：蛰伏对骨密度、认知、微生物组和生殖功能的长期影响尚不清楚。应急使用还存在伦理和操作障碍——许多潜在患者无法表示知情同意；而在载人任务中，知情的长期风险计算非常复杂。工程问题依然存在：在人类能够常规进入数月的蛰伏状态之前，休眠舱、维持肌肉张力的机器人肢体运动、营养输送以及可靠的复温协议都需要成熟且冗余的解决方案。

下一步工作及研究方向

研究人员正在多条并行路线上寻求突破：通过分子筛选寻找在仓鼠和其他冬眠动物中发现的具有低温保护作用的代谢物和蛋白质；进行神经图谱绘制以识别可用于人类的环路靶点；以及开展受控的人体研究以扩展和完善安全低温协议。从航天机构到大学实验室，各机构都在资助并协调这项工作，他们意识到这些进展既可以转化为航天工程，也可以应用于日常医学。

对于设计任务的工程师来说，目前的启示是务实的：在某些时段将代谢需求减半的部分或间歇性蛰伏可能更容易实现，且依然大有裨益。对于生物学家来说，接下来的几年将测试在叙利亚仓鼠、黄鼠和熊身上看到的保护机制是否可以简化为医生无需进行脑手术即可激活的分子或通路。虽然这门科学在许多方面仍处于临床前阶段，但实验生物学、神经科学和航天医学的融合意味着“冬眠仓鼠可能提供帮助”的想法现在是一个具体的科研项目，而非纯粹的科幻小说。

Sources

• The FASEB Journal (research on muscle stem cell preservation in hibernation)
• Hiroshima University (Mitsunori Miyazaki and collaborators)
• Yale School of Medicine, Gracheva Lab (ground squirrel hibernation research)
• University of Pittsburgh Applied Physiology Lab (induced hypothermia / human trials)
• Oregon Health & Science University (torpor switch neurocircuit research)
• University of Alaska Fairbanks and Washington State University Bear Research Center (hibernation physiology)
• European Space Agency and NASA (funding and advisory programmes on synthetic torpor)
• University Medical Centre Groningen (UMCG) and Safar Center for Resuscitation Research (hypothermia and emergency preservation)