在我國(guó)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(dòng)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”?！按笱圪\”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(dòng)，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(huì)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(huì)對(duì)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(dòng)物一樣，達(dá)烏爾黃鼠在冬眠時(shí)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(dòng)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(dòng)物會(huì)自發(fā)地從深冬眠狀態(tài)覺醒，在短時(shí)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(huì)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(zhǎng)達(dá)數(shù)天的深冬眠周期里維持這個(gè)球形姿勢(shì)，幾乎不活動(dòng)。對(duì)我們?nèi)祟悂碚f，如臥床的病人，如果長(zhǎng)時(shí)間臥床會(huì)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(duì)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(zhǎng)時(shí)間不運(yùn)動(dòng)的條件下如何維持肌肉功能，將對(duì)那些長(zhǎng)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(dòng)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(duì)氧氣需求量較大的重要器官如心、肺、腦、肝臟等，長(zhǎng)時(shí)間的低氧狀態(tài)將對(duì)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(dòng)物在一個(gè)冬眠陣結(jié)束后，會(huì)在2-3個(gè)小時(shí)的時(shí)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(huì)恢復(fù)到非冬眠時(shí)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(duì)于人類來說，這往往會(huì)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(huì)為人類造福。

除了臨床應(yīng)用以外，人類的冬眠對(duì)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(duì)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(shí)間，這讓宇航員們有限的生命時(shí)間得到最大的利用，而不會(huì)虛耗在途中。神奇的是，在長(zhǎng)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(duì)冬眠動(dòng)物大量的研究結(jié)果表明，冬眠后動(dòng)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(huì)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(huì)獲得這樣的能力。

冬眠前的“肥胖”

一些研究表明，冬眠動(dòng)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(dòng)物在冬眠期間的覺醒是一個(gè)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(gè)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(huì)在冬眠前短短兩個(gè)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(dòng)物的能量調(diào)節(jié)具有很強(qiáng)的生理可塑性。

當(dāng)今社會(huì)，人們的生活水平日益提高，生活壓力卻越來越大，運(yùn)動(dòng)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(huì)導(dǎo)致機(jī)體對(duì)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(duì)多紋黃鼠（Ictidomys tridecemlineatus）的研究發(fā)現(xiàn)，在脂肪積累的過程中，動(dòng)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(dòng)物會(huì)自發(fā)進(jìn)入冬眠。動(dòng)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(gè)可逆的過程。黃鼠體重的這種循環(huán)波動(dòng)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(dòng)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(duì)動(dòng)物冬眠機(jī)制研究的不斷深入，冬眠動(dòng)物的研究成果一定會(huì)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(dòng)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)。