科研人员揭示灵长类动物体温的调节及保护机制

　　人类可以冬眠吗？在科幻电影中，人们设想能在冬眠中飞往外太空，或在冬眠中得到生命的延续。那么，我们距离人工冬眠究竟还有多远？

　　12月5日，中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所（以下简称“深圳先进院脑所”）/深港脑科学创新研究院（以下简称“深港脑院”）王虹和戴辑团队的最新研究成果在线发表于学术期刊《创新》（The Innovation）杂志。

　　研究团队在非人灵长类上实现了基于中枢神经调控的稳定体温调节，揭示了下丘脑视前区在灵长类动物体温调节中的作用，绘制了体温降低过程中全脑特异激活的神经网络，以及灵长类对抗失温的体温保护机制，为潜在的临床转化和航天应用提供理论和实验支撑。

　　审稿人在该研究的评价中指出，该研究对于我们理解非人灵长类和人类的体温调节将产生深远影响。期刊编辑认为，这项研究为迈向人类休眠跨出重要一步，为临床转化和航天应用打下基础。

　　探索休眠机制 实现猕猴的体温调控

　　冬眠（Hibernation）是一些物种为了适应极端生存环境，趋同演化出的一种周期性的生理现象。冬眠（连续多日的休眠）与日间休眠（Torpor）的动物，通过抑制机体的代谢率，达到全身水平的低体温、低能量消耗，同时这个过程也伴随着基因表达、解剖结构、生理参数的剧烈变化。在冬眠过程中，虽然动物停止进食、饮水等维系生存的必要行为，但是在从休眠中苏醒后，动物能够继续生存，其肌肉也不会发生萎缩。有研究表明，休眠的动物对衰老和辐射有着一定的抵抗作用。

　　在动物界中，能自然休眠的动物并不多，其中只包含一种灵长类动物，即狐猴（Lemur），包括人类在内的灵长类动物都不能自然休眠。科学家希望破解自然休眠动物的奥秘，建立诱发休眠的技术，并在人体中实现休眠，但至今没有研究能够实现。

　　随着神经科学研究的进步，下丘脑视前区（POA）逐渐成为该领域的研究热点。此前的研究表明，在转基因小鼠脑内，特异性激活POA脑区神经元，可以促使小鼠在1至2个小时内降低体温至28℃，并且维持十余个小时低温状态。同时，该调控还促进小鼠增加散热，降低心率和活动量。这个现象与小鼠的自然休眠有类似之处。如果特异激活相同脑区，是否可以在非人灵长类动物中实现定时降低体温甚至休眠呢？

　　对此，深圳先进院王虹和戴辑团队利用化学遗传学工具，以非人灵长类动物为模型，展开神经调控体温研究。同时采用无线体温遥测、自主活动定量监测、生理生化测定以及功能核磁共振成像等技术，研究动物体温调控的系统机制。团队发现，利用化学遗传技术精准升高猕猴POA脑区的一类在进化上保守的兴奋性神经元的活性，可以促进动物降低体温。

　　“我们发现，非人灵长类动物对体温的变化非常敏感，这与小鼠存在显著差异。当体温降低约0.5℃的时候，非人灵长类动物已经通过加速心率、肌肉颤栗、收缩外周血管等调节形式进行自主神经机制产热，以抵抗体温的降低。同时还会大幅增加运动量，通过运动产热，抵御体温降低”，论文共同通讯作者王虹分析道，由此可见，非人灵长类动物有着更强的御寒能力，其体温调节机制较小鼠更加精密复杂。

　　为进一步了解POA调控体温的脑网络机制，研究团队通过功能核磁共振成像的方法评估了POA激活前后全脑水平的神经网络变化，发现化学遗传学刺激方法不仅激活了POA局部网络，也特异地激活了与温度、心率以及内感相关的多个核团（如岛叶皮层IC等）。通过功能连接分析等定量化方法，研究团队绘制了体温降低过程中，全脑特异激活的神经网络。

　　历时5年 向人工冬眠迈进

　　21世纪以来，美国航空航天局(NASA)和欧洲空间局(ESA)陆续提出诱导人类“休眠”设想，以期实现深空探索计划。这里的“休眠”是通过各种技术手段降低人的核心体温，使代谢变得“迟钝”，不仅可以减少物资消耗，还能降低对航天员的精神健康威胁。“休眠”的主要目的是降低体温和代谢，例如冬眠动物的代谢率可降低80-98%，目前还不能在人类身上诱导实现。

　　核心团队历时5年，通过反复实验，解决了如何在非人灵长类动物上使用化学遗传技术、如何监测清醒动物生理生化指标等关键技术问题。利用化学遗传学手段，通过操控下丘脑兴奋性神经元，稳定地降低了灵长类动物的体核温度，进一步为人工冬眠漫长的探索道路带来重要借鉴意义。

　　此外，该研究还明确了灵长类体温调节中枢的功能，探索了与体温调节相关的全脑功能网络连接，为潜在的临床转化和航天应用提供理论和实验支撑。

　　“通过降低体温来降低神经元对能量的需求，被证实在中风等脑疾病的小鼠模型中，具有神经保护作用。但小鼠作为自然休眠的物种，对低温耐受能力很高，如何将基于小鼠的研究成果，推广到体型为其数千倍的人类上，还有着漫长的距离。”论文共同通讯作者戴辑说道。

　　相关论文信息：https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(22)00154-0