《自然·代谢》：人类冬眠又往前迈了一步！科学家首次实现超声诱导动物进入“冬眠”状态并揭示潜在分子和神经机制

  在各种科幻作品中，尤其是涉及太空旅行的电影或小说，总能看到类似的情节：为了熬过在宇宙中航行的漫长时光，角色们会通过特殊的装置（而且一般是一个装满了液体的胶囊舱），进入一种类似冬眠的状态。

  其实这也是现实中载人航天必须要面对的课题。不过现实要考虑的更多还是能源消耗和后勤补给，毕竟现在我们仍旧是没必要思考咋去一个几百光年外的地方，花半年去下火星已经很了不起了！

  如果真能实现电影小说里那样的休眠仓，宇航员们就可以“冬眠”着度过旅途了，从经济角度来说可谓是非常的节能环保。

  近期，《自然·代谢》杂志发表了一项新研究，圣路易斯华盛顿大学陈红教授带领的研究团队（包括第一作者杨垚亨）成功开发了超声诱导低体温低代谢技术（UIH），它能通过远程经颅超声刺激下丘脑视前区（POA），在小鼠中安全地诱导持久的冬眠样（torpor）状态。

  研究者还在不会天然产生冬眠样状态的大鼠中进行了测试，发现UIH同样能够使大鼠“冬眠”。或许不久的将来，我们人类也能够用上这项技术遨游太空了。不去太空，这项技术也能够用来暂时延缓重大疾病进展，提高患者生存概率。

  Torpor是一种类似冬眠的生理状态，哺乳动物在这种状态下能够积极地抑制新陈代谢，降低体温，以保存能量在苛刻的外部条件下生存。

  在1960年，就有科学家提出，或许我们大家可以通过人工诱导torpor状态，来减少载人航天飞行期间的能源消耗；对于中风或心脏病发作等危重疾病来说，torpor的低体温和低代谢状态，也能够延缓疾病进展，增加患者的生存率。

  不过，尽管时间已逝去了几十年，无创安全地诱导torpor状态，还是仅存于科幻作品的假设。

  经过一系列研究，我们现在已经掌握到，torpor状态由中枢神经系统控制，有研究表明，颅内直接注射药物能够诱发类似自然低代谢和低体温状态，通过光遗传学和化学遗传学操作POA脑区的关键神经元，也可以在小鼠中引发典型的torpor冬眠行为。

  这些技术都是有创的。就没有一种能够biu地一下轻轻松松安全有效的方法吗？

  研究者们选择的解题思路是，超声波。超声波能够无创地穿透颅骨，以毫米级精度聚焦大脑内任何部位，且不产生电离辐射。功能强大，安全有效，还便携便宜，怎么看都是它了。

  研究者们设计了一种快插拔的可穿戴超声设备，能够“隔空”向自由活动的小鼠大脑POA输送超声波。

  通过红外相机，可以观察到超声波开启之后，小鼠棕色脂肪所在的肩胛部分温度明显降低，而小鼠尾部温度有所升高。啮齿类动物体温调节的两大机制就是棕色脂肪产热和尾部血管舒张散热，这说明超声刺激POA使得小鼠“双管齐下”走向体温降低。从视频记录能够准确的看出，小鼠的活动也减少了。

  使用植入小鼠腹腔的无线温度传感器，记录到小鼠核心体温下降了3.26±0.19℃，小鼠耗氧率降低36.61±1.74%，这一些数据与之前研究通过禁食诱导的小鼠torpor状态相当。心电图显示，小鼠心率下降47.3%。

  小鼠的呼吸商（RQ）降至0.72±0.01，这说明小鼠的能量代谢已经从消耗碳水化合物+脂肪全面转向脂肪供能，这也是冬眠的一大特征。

  实验分别在22℃室温和6℃、30℃的环境下进行，都能成功诱导UIH，在低温条件下效果更好，说明环境和温度也有影响。

  通过建立反馈控制管理系统，就能轻松实现超过24小时的长期UIH控制，实验小鼠状态良好，在反馈程序关闭1小时内，体温就能逐渐恢复到正常水平。

  研究者进一步分析了整一个完整的过程中的神经通路，高通量测序分析了21886个神经元，确定了参与UIH的POA神经元簇，并找到了关键的超声敏感离子通道TRPM2。

  POA被超声波激活后，下游的背侧下丘脑等多个脑区产生响应，具体神经回路还有待进一步分析。

  研究者还在大鼠中测试了UIH。大鼠是一种不会冬眠也不会自然进入torpor状态的动物，但UIH也能够诱导大鼠体温降低，只是核心体温最高只降低了1.33±0.22℃，幅度比小鼠要小得多。

  然而，要验证超声波能否在人类身上诱导类似冬眠的torpor状态，未来仍有必要进行大量的研究和实证工作，以确定其可行性。

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