科學家首次精確定位調控冬眠的關鍵腦回路

　　近日，一項公布于預印本平臺bioRxiv的研究通過分析敘利亞倉鼠，首次精確定位了調控動物冬眠的腦回路。這對研究人工冬眠的人來說是個好消息。跨物種的冬眠回路可以幫助科學家找到在人類中治療性誘導冬眠的方法，甚至使長途太空旅行成為可能。

　　許多動物依賴環境獲取熱量，其中鳥類和哺乳動物能夠提高并控制自身體溫。其好處是代謝率較高且相當穩定，但能量代價巨大。因此，在特別寒冷或食物匱乏的時期，由于能量代價過高，一些動物會通過冬眠的方式來應對。它們會進入長而深的“蟄伏”狀態，體溫和代謝率下降，通常中途會不停被微覺醒打斷。

　　面對類似挑戰時，其他動物也可以進入較短、較淺的一次性蟄伏狀態。這種狀態與冬眠的關系長期存在爭議。此外，還有許多鳥類和哺乳動物兩者都不會出現。

　　“人們對冬眠機制知之甚少，尤其是神經元機制。”研究睡眠與冬眠的日本筑波大學的Takeshi Sakurai說。

　　為弄清動物進入冬眠時大腦發生的變化，研究人員首先在實驗室中誘導敘利亞倉鼠冬眠。兩個月里，他們把動物籠舍中開燈的時間縮短，以模擬秋季。然后在接下來的兩個月中，將溫度降至約4攝氏度，以模擬冬季。

　　論文作者、美國麻省理工學院（MIT）的Adrian Martinez說，在“人造冬季”中，動物開始冬眠——體溫下降，“在窩里縮成一團”。冬眠持續2到8周，其間倉鼠睡眠狀態在微覺醒和深度蟄伏之間循環。

　　團隊收集了剛進入深度蟄伏的倉鼠的大腦，并將其與剛從蟄伏中短暫醒來或完全未冬眠的倉鼠的大腦進行比較。結果發現，一種名為Fos的蛋白質高水平表達，表明下丘腦視前區存在活動。該區域參與調節體溫、睡眠和其他重要功能。

　　此前對不冬眠小鼠的研究，將POA活動與饑餓或寒冷引起的蟄伏狀態聯系起來。關于這種蟄伏狀態是否與真正的冬眠相關一直存在爭論。但Martinez等人發現，倉鼠冬眠中活躍的POA神經元特定亞群，似乎與小鼠蟄伏狀態中鑒定出的神經元相同。

　　抑制這些神經元會延遲倉鼠重新進入蟄伏，而激活這些神經元則引發倉鼠筑巢行為并使其體溫下降。這是體溫雖不如自然冬眠時那么低，但也遠低于平時，僅13攝氏度。在小鼠中激活這些細胞也能使體溫降低，但幅度較小。

　　論文作者、MIT的Sinisa Hrvatin說，這組POA細胞可能是進化遺留下來的“關閉鍵”，使早期溫血哺乳動物能夠降低維持體溫的高能量成本。

　　意大利博洛尼亞大學研究冬眠的生理學家Matteo Cerri說，如果蟄伏是一種祖先性狀，那么大多數哺乳動物很可能仍然擁有這個POA回路。

　　然而，Sakurai指出，哺乳動物的冬眠和蟄伏形式多樣，因此POA上下游所發生的情況必定存在差異，而且包括人類在內的一些哺乳動物甚至完全不進入冬眠或蟄伏狀態。

　　“真正的問題不是為什么有些動物會蟄伏，而是為什么其他動物不蟄伏。”Cerri說。

　　那么，能否通過操控POA中的細胞，讓非冬眠物種冬眠？Sakurai團隊在天然不進入蟄伏或冬眠狀態的狨猴體內發現了與新鑒定回路中相同的細胞類型，目前正在嘗試激活它們。此前，研究人員曾用超聲波激活大鼠更廣泛的POA，使其體溫下降1到2攝氏度。

　　英國牛津大學研究睡眠與冬眠的Vladyslav Vyazovskiy指出，在人類中誘導蟄伏具有潛在的治療益處，如在器官衰竭患者等待移植期間維持其生命。但他強調，在那之前，“我們需要了解這會對大腦、突觸連接和記憶產生什么影響”。

　　相關研究還有更具科幻色彩的應用——讓人類在長途太空旅行中冬眠。在這種背景下，人工冬眠會更加復雜性，需要考慮更多問題，比如長時間跨度和缺乏醫療監護等。但Cerri說，太空機構開始認真對待這個想法了，“這仍是個非常遙遠愿景，但有非常雄厚的資金在支持”。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.64898/2025.12.05.692394