在我國北方如東北、內(nèi)蒙、河北、山西等地區(qū)的草原和農(nóng)田中常可以見到一種嚙齒動物，它們身體棕黃、眼大而圓，經(jīng)常偷食莊稼，被老鄉(xiāng)們喚作“大眼賊”。“大眼賊”的學(xué)名叫達(dá)烏爾黃鼠（Spermophilus dauricus），它在分類學(xué)上隸屬于嚙齒目、松鼠科、黃鼠屬，是地棲的鼠種。達(dá)烏爾黃鼠主要在白天活動，晚上在洞中休息。在入冬前，黃鼠們要忙著到處找食物，把自己養(yǎng)得胖胖的。到了冬季，我們就難見它們的身影了，因?yàn)樗鼈兌荚谝幻锥嗌畹牡叵露囱ɡ锩娑吣?。達(dá)烏爾黃鼠在冬眠前和冬眠后會發(fā)生非常顯著的生理學(xué)變化以適應(yīng)嚴(yán)寒和資源缺乏的冬季。理解冬眠黃鼠的一些生理學(xué)變化特征和調(diào)控機(jī)理，會對于人類的生物醫(yī)學(xué)有很多有益的啟發(fā)。

冬眠期的低體溫和低代謝

與其他冬眠動物一樣，達(dá)烏爾黃鼠在冬眠時主要通過降低體溫和降低代謝的方式減少能量支出。然而，動物在冬眠期間并不是一直維持低體溫和低代謝的狀態(tài)。每隔幾天或十幾天，動物會自發(fā)地從深冬眠狀態(tài)覺醒，在短時間內(nèi)迅速將生理功能恢復(fù)到常溫狀態(tài)。此外，當(dāng)環(huán)境溫度低于適合冬眠的最低溫度或者在冬眠期間被人為干擾后，黃鼠也會警覺性地從深冬眠狀態(tài)中覺醒。冬眠的黃鼠將身體蜷縮成球形以最大限度地減少散熱，并在長達(dá)數(shù)天的深冬眠周期里維持這個球形姿勢，幾乎不活動。對我們?nèi)祟悂碚f，如臥床的病人，如果長時間臥床會使肌肉產(chǎn)生嚴(yán)重的萎縮。但達(dá)烏爾黃鼠在冬眠過程中，后肢比目魚肌的重量則變化很小?？茖W(xué)家在非冬眠季節(jié)，使用尾部懸吊方法模擬后腿肌廢用對達(dá)烏爾黃鼠肌肉造成的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于相同條件下大鼠的變化。了解黃鼠冬眠期間在長時間不運(yùn)動的條件下如何維持肌肉功能，將對那些長期躺在病榻上的病人有所幫助。

冬眠期間，黃鼠的體溫可以降到與環(huán)境溫度接近。實(shí)驗(yàn)室中記錄到的最低體溫可達(dá)-2.4℃，在此期間其代謝率也降到極低的水平，以減少能量支出。隨著體溫和代謝率的降低，動物的呼吸速率、心率等生理機(jī)能也都下降到極低的水平。在人類醫(yī)學(xué)中，一些對氧氣需求量較大的重要器官如心、肺、腦、肝臟等，長時間的低氧狀態(tài)將對這些器官造成不可逆的損傷，甚至壞死。這也是在器官移植中面臨的亟待解決的重要問題。動物在一個冬眠陣結(jié)束后，會在2-3個小時的時間內(nèi)快速將體溫升高到37℃左右，呼吸速率、心率等生理功能也會恢復(fù)到非冬眠時的狀態(tài)。因此，在冬眠的覺醒過程中，許多器官需要經(jīng)歷缺血后的再灌注。對于人類來說，這往往會使得器官因?yàn)橥蝗辉黾拥难踝杂苫艿讲煌潭鹊膿p傷，而黃鼠在冬眠期間經(jīng)歷多次冬眠-覺醒的循環(huán)，身體器官則完好無損，功能正常。黃鼠在冬眠期間，哪些機(jī)理保證了身體內(nèi)那些重要器官能耐受反復(fù)的低氧和缺血再灌注，至今尚不清楚，研究這些問題無疑將會為人類造福。

除了臨床應(yīng)用以外，人類的冬眠對航天的發(fā)展也將起到重要作用。去年熱映的《星際穿越》帶領(lǐng)我們體驗(yàn)了人類對太空旅行的極限挑戰(zhàn)。電影中，那些宇航員在漫漫星際旅途中可以用冷凍休眠節(jié)約生命消耗，并自行設(shè)定喚醒時間，這讓宇航員們有限的生命時間得到最大的利用，而不會虛耗在途中。神奇的是，在長達(dá)幾年的休眠后，宇航員的生理機(jī)能和記憶力、學(xué)習(xí)能力居然沒有絲毫的損傷。這很驚奇嗎，其實(shí)現(xiàn)實(shí)世界中是可以達(dá)到的?，F(xiàn)今對冬眠動物大量的研究結(jié)果表明，冬眠后動物的記憶力、學(xué)習(xí)能力完好無損，各項(xiàng)生理機(jī)能也會在醒眠后很快得到恢復(fù)。到目前為止，這些都是人類難以期盼的“超能力”。相信隨著冬眠研究的不斷發(fā)展和深入，人類也會獲得這樣的能力。

冬眠前的“肥胖”

一些研究表明，冬眠動物需要通過間歇性地覺醒來使得機(jī)體的各項(xiàng)生理功能得到短暫地恢復(fù)，以維持機(jī)體的正常生理功能。動物在冬眠期間的覺醒是一個非常耗能的過程。因此，為了成功越冬存活，達(dá)烏爾黃鼠需要在冬眠前將越冬所需的能源物質(zhì)以脂肪的形式貯存在體內(nèi)。在整個冬眠季節(jié)，黃鼠幾乎不取食，只依賴冬眠前貯存在體內(nèi)的大量脂肪而存活越冬。達(dá)烏爾黃鼠身體脂肪含量會在冬眠前短短兩個多月內(nèi)增加13倍，體重翻一翻。體重和體脂的這種劇烈變化要求動物的能量調(diào)節(jié)具有很強(qiáng)的生理可塑性。

當(dāng)今社會，人們的生活水平日益提高，生活壓力卻越來越大，運(yùn)動量也越來越少，這些都是導(dǎo)致肥胖的重要原因。人類的肥胖是一種代謝性疾病，可以進(jìn)一步誘發(fā)Ⅱ型糖尿病、非酒精類脂肪肝、高血糖、高血脂甚至心臟病等其他重大疾病。胰島素是體內(nèi)調(diào)節(jié)糖代謝的重要激素。肥胖會導(dǎo)致機(jī)體對胰島素調(diào)節(jié)不敏感，進(jìn)而誘發(fā)高血糖、Ⅱ型糖尿病等病癥。達(dá)烏爾黃鼠在快速增肥的過程中，血糖和血脂的增加幅度卻比較小，肝臟中也沒有明顯的脂質(zhì)積累?？茖W(xué)家對多紋黃鼠（Ictidomys tridecemlineatus）的研究發(fā)現(xiàn)，在脂肪積累的過程中，動物通過建立胰島素抵抗的機(jī)制來貯存脂肪，完成脂肪積累的動物會自發(fā)進(jìn)入冬眠。動物為貯存脂肪而建立胰島素抵抗的機(jī)制在黃鼠中是一個可逆的過程。黃鼠體重的這種循環(huán)波動可為我們研究肥胖以及肥胖的控制和相關(guān)治療提供了天然的動物模型。

達(dá)烏爾黃鼠在冬眠前后經(jīng)歷的這些生理變化確實(shí)十分神奇，很多機(jī)理還需要進(jìn)一步深入的研究。盡管相關(guān)研究結(jié)果離人類的應(yīng)用還十分遙遠(yuǎn)，但我們相信，隨著科學(xué)家們對動物冬眠機(jī)制研究的不斷深入，冬眠動物的研究成果一定會為低溫醫(yī)學(xué)、肥胖醫(yī)學(xué)、肌肉功能康復(fù)、心血管疾病治療等做出貢獻(xiàn)。

 (說明：本文為《大自然》雜志野生動物模型專欄約稿。文章發(fā)表在《大自然》2015年第6期。作者邢昕博士現(xiàn)為北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士后)。