冬眠科技為細胞生命按下“暫停鍵”

    冬眠是動(dòng)物的一種特殊生存技巧。研究發(fā)現，人類(lèi)偶爾也會(huì )冬眠，這有助于避免或減輕危及生命的傷害。

　　想象一下，受傷嚴重的你被匆匆送進(jìn)急診室，醫生還來(lái)不及幫你修復傷口，此時(shí)你血管里的血液正從破裂的傷口處悄悄流失，失血讓身體器官得不到至關(guān)重要的營(yíng)養與氧氣供應，你即將進(jìn)入心臟驟停狀態(tài)。但你的生命并沒(méi)有就此結束，因為你的身體開(kāi)始連上了各種管子，機器呼呼響著(zhù)，冰冷的液體流過(guò)你的靜脈，你的體溫降到冰點(diǎn)以下。最終，你的心臟停止了跳動(dòng)，你的肺不再呼氣吐氣，你的生命似乎也凍結在了靜止的時(shí)間里。此時(shí)的你游離在生與死的邊緣，你既不是*活著(zhù)，也并非*死亡。

　　如果一切順利，未來(lái)有一天你將會(huì )蘇醒過(guò)來(lái)，并繼續活下去。

　　曾經(jīng)的人類(lèi)冬眠與低溫幸存故事

　　假死，是一種人的生命過(guò)程暫停的現象。20世紀50年代的太空競賽激發(fā)了人們對這一研究領(lǐng)域的興趣，美國宇航局（NASA）也投入了大量資金研究人類(lèi)是否能進(jìn)入“人工冬眠”狀態(tài)。人們希望，這種狀態(tài)下的宇航員可以避免遭受太空飛行中強大宇宙射線(xiàn)帶來(lái)的危害，同時(shí)因為冬眠時(shí)無(wú)需進(jìn)食與呼吸，能減少食物、水和氧氣的攜帶量，便于宇航員度過(guò)漫長(cháng)的太空旅途。

　　當時(shí)，一位年輕的科學(xué)家詹姆斯·洛夫洛克用倉鼠進(jìn)行了冷凍實(shí)驗。他的實(shí)驗方法是將倉鼠冷卻到身體變得僵硬，檢測不到心跳后，再將一個(gè)熱茶匙放在它們胸部，讓其體溫慢慢升溫，同時(shí)用無(wú)線(xiàn)電配件做的微波槍將倉鼠慢慢“復活”。但這些早期實(shí)驗一直沒(méi)有超出動(dòng)物研究階段，并未觸及人類(lèi)。人類(lèi)在冬眠中進(jìn)行太空旅行的夢(mèng)想仍然停留在科幻小說(shuō)的范疇內。隨著(zhù)太空競賽的終結，美國宇航局對這方面的研究興趣大減，但人體冷凍研究的種子已然在洛夫洛克和他的同事們的心中播下，并發(fā)芽生長(cháng)起來(lái)。

　　1900年，《英國醫學(xué)雜志》刊登了一位俄羅斯農民的故事，稱(chēng)他可以像動(dòng)物一樣“冬眠”。此外，傳聞普斯科夫東北部地區的居民，在第一場(chǎng)雪即將到來(lái)之前，就會(huì )蜷縮在屋里，圍坐在火爐邊，陷入一種被當地人稱(chēng)為“lotska”的深度沉睡狀態(tài)中：每天醒來(lái)一次，就著(zhù)水吃一些硬面包，家人輪流看著(zhù)火，直到春天到來(lái)時(shí)他們才會(huì )*醒來(lái)。但這只是傳聞，會(huì )冬眠的普斯科夫人從來(lái)沒(méi)有在世人面前出現過(guò)。

　　一個(gè)世紀后，一位名叫安娜·巴吉霍爾姆的瑞典放射學(xué)家，在挪威滑雪度假時(shí)，一頭栽進(jìn)了一條冰凍的溪流中，然后被困在了冰中。當救援人員趕到時(shí)，她已在冰中被困了80分鐘，心跳和呼吸都停止。醫生測量她的體溫僅為13.7攝氏度，這是歷年意外事故受害者中體溫很低的，所有的跡象都表明她已經(jīng)死了。

　　然而，在重癥監護室里經(jīng)過(guò)醫護人員10天小心翼翼地復溫搶救，安娜奇跡般地醒了過(guò)來(lái)。正常情況下，人類(lèi)被困水下幾分鐘便會(huì )溺亡，而安娜被困水下一個(gè)多小時(shí)卻活了下來(lái)，恰恰是冷凍保住了她的生機。

　　早在拿破侖時(shí)代，就有醫生提出了冷凍對于修復人體創(chuàng )傷的好處。有醫生發(fā)現，留在寒冷室外的受傷士兵比在帳篷里靠近火堆的受傷士兵的存活率更高。如今低溫治療在醫院里已很普遍，多用于輕各種緊急情況對患者的傷害，諸如各種術(shù)后恢復及幫助難產(chǎn)嬰兒出生后的恢復等。

　　動(dòng)物如何進(jìn)入低體溫冬眠

　　降低體溫可減緩身體的新陳代謝活動(dòng)，溫度每下降1攝氏度，身體活動(dòng)量就會(huì )減少5 %～7%，同時(shí)身體消耗氮氣等基本營(yíng)養素的速度也會(huì )相應降低，由于失血或心臟驟停導致缺氧的身體組織由此得到一定的保護。從理論講，如果體溫一直下降，最終生物過(guò)程會(huì )*停止，人體開(kāi)始進(jìn)入一種假死狀態(tài)。此時(shí)的人體，就像暫時(shí)停止走動(dòng)的時(shí)鐘，身體*沒(méi)有問(wèn)題，所有的內部“組件”仍然完好無(wú)損，只是暫時(shí)處于靜止狀態(tài)，只要稍許加熱，就能重新動(dòng)起來(lái)。

　　當然，這只是理論，實(shí)踐起來(lái)并不簡(jiǎn)單。低體溫本身就是很危險的一件事，因為人體需要保持一定的溫度，人類(lèi)終其一生體溫都維持在一個(gè)相當恒定的溫度——37攝氏度左右。維持體溫可不輕松，身體必須持續不斷地調整，讓產(chǎn)熱與散熱保持平衡。如果體溫下降過(guò)度，身體皮膚處的血液就會(huì )涌向軀干中心，此時(shí)你會(huì )不自覺(jué)地顫抖著(zhù)縮成一團；當體溫降至約33攝氏度時(shí)——僅低于正常體溫4攝氏度——心臟開(kāi)始顫動(dòng)；低于25攝氏度時(shí)，心臟就有*停止跳動(dòng)的風(fēng)險。即使躲過(guò)體溫過(guò)低風(fēng)險的幸存者，在身體漸漸恢復溫暖后，也有可能留下腎臟損傷等后遺癥。

　　但是，某些動(dòng)物卻能夠承受更低的溫度。北極有一種地松鼠，通常情況下保持與人類(lèi)相似的體溫，但進(jìn)入冬眠后，可在身體中心溫度低至零下3攝氏度時(shí)生存，而且體液不被凍成固體。那同樣的低溫為何會(huì )導致人類(lèi)死亡？希望解開(kāi)人類(lèi)假死秘密的研究人員可謂傾注了心血。

　　在20世紀90年代，格羅寧根大學(xué)醫學(xué)中心（UMCG）的亨寧與他的團隊就開(kāi)始了人類(lèi)冬眠實(shí)驗，并于 6 年前成立了專(zhuān)門(mén)的研究小組。模仿動(dòng)物冬眠有許多實(shí)際用途，比如失血是造成患者手術(shù)過(guò)程中死亡的主要原因，但在低溫狀態(tài)下，冬眠動(dòng)物受傷后幸存下來(lái)的幾率要比正常體溫狀態(tài)下高得多，因為較低的代謝率可更好地起到保護身體組織的作用，低溫狀態(tài)下的心臟泵血量也比正常體溫狀態(tài)下少得多。

　　許多動(dòng)物能放慢新陳代謝的速度，包括昆蟲(chóng)、兩棲動(dòng)物、哺乳動(dòng)物、鳥(niǎo)類(lèi)和魚(yú)類(lèi)等動(dòng)物，都可以進(jìn)入長(cháng)期休眠的低能耗狀態(tài)，即所謂的冬眠。一些小動(dòng)物，如老鼠、倉鼠和蝙蝠則可以通過(guò)節省能量消耗，安然度過(guò)饑寒交迫的冬天。

　　雖然表面看起來(lái)，冬眠就像是睡了一個(gè)很長(cháng)的懶覺(jué)，但實(shí)際上冬眠并不簡(jiǎn)單。為忍受長(cháng)期的低體溫、饑餓和易感性的痛苦，冬眠動(dòng)物體內會(huì )發(fā)生保護大腦和身體的一系列適應性變化。

　　進(jìn)入冬眠之前，動(dòng)物會(huì )吃得非常胖。但與人類(lèi)不同的是，肥胖并不會(huì )導致它們的動(dòng)脈壁增厚而引發(fā)心臟病。一些物種會(huì )在冬眠前兩到三個(gè)星期前停止進(jìn)食，在保持日?；顒?dòng)的同時(shí)，承受著(zhù)忍饑挨餓的痛苦。

　　人類(lèi)躺上一個(gè)星期，肌肉會(huì )開(kāi)始失能，形成血栓，冬眠動(dòng)物卻能忍受幾個(gè)月的不食不動(dòng)。冬眠期間，生活在動(dòng)物體內的腸道微生物也同時(shí)要忍受寒冷和突然的食物匱乏，冬眠動(dòng)物的肺會(huì )變得像哮喘患者那樣，覆蓋上厚厚的粘液和膠原質(zhì)，它們的大腦也會(huì )呈現出與早期阿爾茨海默氏癥相類(lèi)似的變化，有些物種還會(huì )在冬眠中失去記憶。最令人驚訝的是，有些動(dòng)物在漫長(cháng)的冬眠后，居然會(huì )表現出一些睡眠剝奪的癥狀。但是，冬眠動(dòng)物們能夠很好地應對所有這些問(wèn)題，待到春天到來(lái)時(shí)，它們又會(huì )重新恢復生龍活虎的狀態(tài)，通常不會(huì )產(chǎn)生任何長(cháng)期不良影響。

　　動(dòng)物冬眠沒(méi)有血栓的秘密

　　在格羅寧根大學(xué)醫學(xué)中心（UMCG）的動(dòng)物實(shí)驗室里，亨寧的博士生愛(ài)德溫·德弗里伊和他的同事正在照顧一只躺在冰床上的老鼠。一臺機器為被麻醉的老鼠提供穩定的呼吸。十幾根細管子和電線(xiàn)為老鼠提供維持生命的液體，同時(shí)獲取寶貴的數據。一臺機器中緩緩吐出的打印數據顯示，老鼠的心率從每分鐘300次一直下降到了每分鐘60次，身體內部溫度從20多攝氏度下降到了15攝氏度。作為和我們人類(lèi)一樣的非冬眠的動(dòng)物，沒(méi)有輔助醫療手段，老鼠無(wú)法在深度低體溫狀態(tài)下存活下來(lái)。這主要是由于隨著(zhù)體溫的下降，它的神經(jīng)脈沖活動(dòng)會(huì )放慢，肌肉變得僵硬，呼吸也會(huì )變得困難。

　　除了在數周時(shí)間內，逐步調控室內溫度模擬冬季漸漸來(lái)臨，誘導倉鼠進(jìn)入冬眠狀態(tài)之外，UMCG團隊還進(jìn)行了強制性快速降低體溫，令血小板（圖中粉紅色）具有重要的凝血作用，對于動(dòng)物冬眠中的生存也起著(zhù)重要作用。

　　老鼠迅速進(jìn)入新陳代謝暫停狀態(tài)的實(shí)驗。

　　冬眠動(dòng)物不活動(dòng)，卻能避免出現血栓，主要是它們進(jìn)入低體溫狀態(tài)后，血液中的血小板會(huì )消失。血小板去哪兒了？沒(méi)有人知道，但在溫度恢復后它們又會(huì )突然出現。因此德弗里伊確信，它們一定是保存在身體里的某個(gè)地方，而不是被吸收掉了。

　　不同的冬眠動(dòng)物都存在這種現象，意味著(zhù)它們很可能從共同的祖先身上繼承了這種應對寒冷、饑餓和窒息的保護機制，并最終形成一種綜合性的低代謝功能。甚至有跡象表明，人類(lèi)在某種程度上也具有某些相似的能力。2004年，研究人員發(fā)現一種馬達加斯加的狐猴也會(huì )進(jìn)入短期冬眠狀態(tài)。狐猴與人類(lèi)有98%的基因是相同的，冬眠的奧秘也許就在這2%的差異里面。

　　了解冬眠動(dòng)物如何控制血液中血小板的變化，對人類(lèi)健康有著(zhù)直接和深遠的益處，例如提高由于低體溫和寒冷導致假死的生存能力，方便冷凍運輸移植器官，以及延長(cháng)血庫中血液的保存期等。

　　在一次偶然事件中，UMCG團隊在這方面取得了很大的進(jìn)展。一個(gè)學(xué)生將倉鼠細胞培養液放進(jìn)冰箱，一個(gè)星期后發(fā)現倉鼠細胞還活著(zhù)，并且散發(fā)出一股臭雞蛋味。用于低溫保存的一些化合物中有一種被稱(chēng)為胱硫醚β合成酶的酶（CBS），會(huì )刺激生產(chǎn)硫化氫分子，從而產(chǎn)生這種特殊的臭雞蛋味。給倉鼠注射抑制CBS的化學(xué)物質(zhì)，它們就不會(huì )進(jìn)入冬眠狀態(tài)。如果此時(shí)還要強制其進(jìn)入低溫狀態(tài)，就像人類(lèi)進(jìn)入低溫狀態(tài)時(shí)一樣導致腎臟受損。

　　受此啟發(fā)，亨寧的團隊發(fā)現了幾種可為細胞樣本提供長(cháng)期冷凍保護的化合物。團隊已為其中一種化合物ROKEPIE申請了Patent，它可以使通常需要在37攝氏度下維持生存的細胞，比如人類(lèi)或老鼠的細胞，安全地儲存在冰箱里（冷藏保存細胞）。

　　低溫保存爭取“黃金一小時(shí)”

　　在緊張忙碌的急診病房里，出血不止導致失血過(guò)多的傷者隨時(shí)都可能會(huì )心臟驟停，外科醫生必須先為傷者止血；有些傷者送來(lái)時(shí)就已經(jīng)奄奄一息，醫生要做的就是盡快止血，同時(shí)找到出血原因加以醫治。醫生總是在與時(shí)間賽跑。山姆·蒂什曼教授想要為醫生爭取到更多搶救生命的時(shí)間。他認為，通過(guò)誘導傷者進(jìn)入低體溫狀態(tài)，就可以幫助外科醫生爭取到寶貴的“黃金一小時(shí)”，為此他努力研究探索如何讓人類(lèi)耐受遠超出正常的低體溫，他畢生的目標是“拯救那些心臟和大腦還很年輕的瀕死患者”。

　　為此，蒂什曼教授進(jìn)行了低溫保存和復蘇的開(kāi)創(chuàng )性研究。他的研究得到了遠程醫療與先進(jìn)技術(shù)研究中心的支持，他們?yōu)樗难芯空n題提供研究資金。蒂什曼手下的外科醫生已經(jīng)掌握了嫻熟的低溫保存技術(shù)，在一些需要零血液流動(dòng)的手術(shù)中，心臟外科醫生甚至可將患者的體溫降至約15攝氏度，在這個(gè)溫度下，心臟會(huì )暫時(shí)停止跳動(dòng)。

　　蒂什曼的計劃是，將患者體溫降至更低，讓身體進(jìn)入假死狀態(tài)，此時(shí)患者將沒(méi)有心跳，沒(méi)有呼吸，也沒(méi)有明顯的腦部活動(dòng)。事實(shí)上，他們的血液也將被抽干，代之以冰冷的生理鹽水，這是目前快速降低人體溫度以避免機體組織損傷的辦法。蒂什曼將這種狀態(tài)稱(chēng)為“低溫保存”。蒂什曼的計劃在實(shí)驗室里獲得了成功，他們將進(jìn)入冷凍狀態(tài)長(cháng)達三小時(shí)的狗成功復蘇，進(jìn)入臨床試驗階段后，麻省綜合醫院還對外科醫生和麻醉師等進(jìn)行了這種開(kāi)創(chuàng )性手術(shù)的培訓。

　　在未來(lái)，緊急保存和復蘇技術(shù)可延長(cháng)心臟病和中毒處理手術(shù)等的急救時(shí)間。“冷凍是抑制代謝*的辦法。如果研究人員可以減少機體組織的需求，或提高機體組織的輸氧能力，那就沒(méi)問(wèn)題了。”蒂什曼說(shuō)道。

　　雖然實(shí)驗室動(dòng)物可在進(jìn)入假死狀態(tài)三小時(shí)后“復活”，但臨床實(shí)驗中的人類(lèi)患者進(jìn)入深度冬眠狀態(tài)的時(shí)間最多只能維持一個(gè)小時(shí)。不過(guò)，蒂什曼說(shuō)：“一個(gè)小時(shí)應該足夠醫生進(jìn)行止血處理了，冷凍并不一定要覆蓋整個(gè)手術(shù)過(guò)程。”但遺憾的是，對于那些要進(jìn)軍遙遠星球的宇航員來(lái)說(shuō)，所需要的冬眠時(shí)間遠非目前的人體冷凍技術(shù)所能企及的。“我們需要的是一種能夠讓人類(lèi)在足夠長(cháng)的時(shí)間里生命暫停的冷凍技術(shù)。”蒂什曼笑著(zhù)說(shuō)道。