没有任何哺乳动物能像北极地松鼠一样在如此低的体温下存活。它寒冷的冬眠状态正激发着心脏病、中风和脑损伤新治疗方法的灵感。
八月，当夏季即将结束，白昼变短时，一只雌性北极地松鼠知道该增肥了。这种小型铜褐色啮齿动物在苔原上搜寻能找到的任何食物——草、莎草和树叶——直到她退回到洞穴，进入深度的冬季睡眠。在地下约一米深处，她的身体逐渐进入慢动作状态。每分钟只有几次呼吸和心跳，很容易误以为她已经死亡。
当她上方的地面冻结成固体，达到-20°C（-4°F）的温度时，她的体温急剧下降。令人惊讶的是，她的大脑冷却至0°C（32°F），腹部降至-2°C（28°F），后肢甚至降至-2.9°C（27°F）——比任何其他已知存活的哺乳动物都要冷。八个月来，她在这里没有食物或水，只是偶尔醒来，直到地面回暖，她才重返地面生活。
与北方气候的许多哺乳动物一样，北极地松鼠通过冬眠来度过加拿大、阿拉斯加和西伯利亚的严冬，但它们在冬眠状态中度过的时间长度是不寻常的，而且能够在如此低的体温下存活是独一无二的。
这些极端特征使北极地松鼠以及一些近亲成为科学家们的研究热门对象，他们努力更好地理解是什么使冬眠在生物学上成为可能——不仅出于科学好奇心，也是希望有朝一日能将这种能力应用于人类。
能够减缓人类新陈代谢可能帮助医生在治疗心脏病、中风和创伤性脑损伤等严重疾病时争取更多时间，并诱导有益的冷却以保护重要器官。在遥远的未来，这项研究甚至可能为将宇航员置于休眠状态铺平道路，帮助他们度过长途太空飞行。
"如果你能真正、安全地长时间减缓新陈代谢，你就能为危重疾病争取时间"——Sarah Rice
这项研究虽然还很年轻，但已经显示出研究动物王国极端生存者如何帮助解锁提升人类健康的新策略。"它们的生理机能与我们如此不同，"科罗拉多州立大学的生理生态学家Cory Williams说，"同时，你可以看到，如果你能掌握这种特性并将其应用于人类，可能会有真正的实际功能。"
阿拉斯加大学费尔班克斯分校的科学家们已经研究北极地松鼠超过50年。这些啮齿动物似乎有一个内部时钟，加上白天长度的变化，告诉它们何时该冬眠；雌性通常在八月开始冬眠，而雄性则晚几个月。
工作人员随后将松鼠从它们的围栏转移到一个模仿啮齿动物自然冬眠洞穴条件的黑暗冷藏室中。这些动物蜷缩在塑料笼子内的棉花或木屑中。阿拉斯加大学费尔班克斯分校的冬眠科学家Sarah Rice表示，对于某些研究，工作人员在开始时会拥抱这些动物，让它们适应被处理，这样当科学家取血和进行其他测量时它们就不会惊醒。她说，它们的身体如此冰冷，呼吸和心跳如此缓慢，"有时很难判断它们是活着还是死了"。
Rice的同事，包括冬眠科学家Kelly Drew，一直在研究究竟是什么触发了动物新陈代谢的减缓，使它们的体温能够降得如此之低。
医生们经常使用冰或特定药物来冷却某些心脏病发作或中风患者的体温，以帮助保护大脑等重要器官免受这些疾病期间发生的缺氧伤害。但这种策略并不总是有效，而且具有挑战性，因为身体最终会开始抵抗冷却，并试图通过颤抖来温暖自己。
但Drew表示，如果科学家能够找到一种减缓患者新陈代谢的方法——这将使他们的身体自然冷却——可能会更有效，"因为身体不会抵抗它"。
减缓新陈代谢可能有助于延长移植器官在体外的保存时间。神经生理学家Domenico Tupone表示，它还可以帮助癌症患者抵御辐射的有害影响，这些影响在正常新陈代谢下会产生危险的副产品。
重要的是，减缓新陈代谢可以为遭受医疗紧急情况的患者争取时间——从远离医院居住的中风患者，到战场上的伤员（这也是美国陆军研究办公室和国防部资助北极地松鼠研究的部分原因）。
"如果你能真正、安全地长时间减缓新陈代谢，你就能为危重疾病争取时间，"Rice说。
十多年前，Drew和她的同事发现了一个重要的北极地松鼠冬眠触发因素：腺苷，一种自然分子，它在人类大脑中全天积累，据认为会使我们到晚上感到困倦；事实上，咖啡因通过阻断我们身体对腺苷的受体来发挥作用。
在2011年的一项研究中，Drew和她的同事向北极地松鼠的大脑注射了一种结构与腺苷相似的药物，称为6N-环己基腺苷（CHA）。果然，当科学家在动物自然冬眠时间附近进行这种操作时，它们会进入类似冬眠的状态。它们的新陈代谢减慢，身体停止产生热量，"然后它们以非常类似于冬眠的方式冷却，"Drew说。
令人惊讶的是，这种分子对普通大鼠也有类似的效果，尽管这种物种本身并不自然冬眠。在2013年的一项研究中，Tupone和他的同事向大鼠大脑注射CHA，并观察到它们的核心体温从38°C（100°F）降至约28°C（82°F）。（它们的身体没有冷却得更低，因为周围温度被刻意维持在温和安全的范围内，Tupone说。）
与冬眠的北极地松鼠相比，大鼠在大脑中表现出类似的电活动模式，心跳同样缓慢且不规则。
为什么大鼠会有进入类似冬眠状态的能力仍然是个谜；Tupone推测，可能是祖先哺乳动物会冬眠，许多物种保留了允许这一点的分子机制。对他来说，实验证明在不自然冬眠的动物中诱导冬眠是可能的。
话虽如此，将这一点转化为人类并不容易；Drew说，在紧急医疗情况下向大脑注射类似腺苷的药物太具侵入性，不可行。她补充说，通过血液输注给予腺苷可能会产生副作用，包括危险的血糖水平波动甚至心力衰竭。（而且无论如何，Rice说，至少目前不可能将人类体温冷却到北极地松鼠那样的低水平，它们有特殊的方法来超级冷却组织。）
虽然Drew正在探索使腺苷更安全用于人类的方法，但Tupone一直在研究另一种诱导冬眠的策略。就在去年，他发表了一项研究，展示了化学阻断大鼠大脑内一个特定神经细胞簇的效果，称为腹侧中脑室周区，它位于下丘脑内，该区域控制体温。
当这些神经细胞活跃时，身体的温度调节系统会维持温暖的核心体温——例如，通过颤抖防止过度冷却，或通过扩大皮肤血管来散热以避免过热。但阻断这些神经细胞会使系统颠倒，在Tupone和他的同事称之为"温度调节反转"的过程中：追求更低的体温，动物的新陈代谢、心率和呼吸减慢，身体冷却。Tupone推测，腺苷可能作为一种信号，促使在正常的温度调节电路和替代电路之间切换。
Tupone目前正在与Drew合作，看看这种替代温度控制电路是否也是北极地松鼠冬眠的诱因。这项研究可能有助于为开发阻断负责神经细胞的药物铺平道路。"如果我们能做到这一点，我们就可以为治疗目的在人类中创造一种非常良好、受控的类似冬眠状态，"Tupone说。
目前还没有证据表明这种替代温度控制电路存在于人类中。但是，虽然人类体温过低通常致命，但偶尔也有人们在极低温度下存活一段时间的案例。十多年前，在宾夕法尼亚州Tresckow，一名男子在晚上外出回家的路上在2英尺（0.6米）深的雪中昏倒后，幸存了严重的体温过低。当他被发现时，他的体温仅为18°C（64°F）——但当他被医疗加热后，他仍然活着。
"也许冬眠者和非冬眠者在面对极端情况时并没有那么不同，"美国Fred Hutchinson癌症中心的生物化学家和细胞生物学家Mark Roth说。"也许啮齿动物或地松鼠能够做到这一点的能力更为明显，而人类则不太明显，但也许它仍然存在。"
他和其他科学家一直对北极地松鼠抵抗某些类型伤害的能力感兴趣。一个例子是缺血再灌注损伤，当血液最终返回因中风或心脏病发作而缺氧的器官时发生的损伤。氧气和免疫细胞的突然涌入会导致炎症和细胞死亡。Rice说，北极地松鼠似乎对这种损伤有抵抗力，也许是因为它们适应了冬眠期间的低血流量和低氧状态。
在2020年的一项研究中，Drew、Roth、Rice和他们的同事发现了一个可能的原因：他们发现北极地松鼠血液中的碘化物浓度——一种从动物饮食中获取的在体内起重要作用的物质——在冬眠期间激增至正常水平的三倍。这种物质似乎可以防止缺血再灌注损伤；当科学家对小鼠的四肢施加止血带来切断血流并注射碘化物时，与接受生理盐水注射的动物相比，这些动物的组织损伤更少。
这些和其他发现促使Roth和他创立的公司Faraday Pharmaceuticals探索给患者补充碘化物的益处。在2022年的一项2期临床研究中，医生给数十名即将接受血管成形术（一种用于扩大狭窄或堵塞血管的手术）治疗严重心脏病发作的患者注射了含碘化物的药物。与接受安慰剂的患者相比，接受碘化物治疗的患者显示出更少的心脏损伤和压力迹象，尽管作者指出需要更大规模的试验来测试药物的有效性。
与此同时，Rice正在尝试了解北极地松鼠如何在冬眠期间保持如此多的肌肉——这些知识可用于开发治疗方法，防止长期卧床患者的肌肉流失。Williams则在研究地松鼠如何从冬眠前几周的暴饮暴食转变为完全抑制冬眠期间的食欲——这可能有助于确定抑制人类食欲的神经过程。"如果我们考虑用于对抗肥胖的药物，我们可以潜在地针对相同的神经通路，"Williams说。
最终，科学家推测，北极地松鼠研究甚至可能对经历长途太空飞行的宇航员有用，这也是NASA资助Drew部分研究的部分原因。
Drew说，理论上，将宇航员置于休眠状态可以减少所需的食物量和产生的废物，同时帮助对抗反重力中发生的肌肉流失，并保护宇航员免受太空中的危险辐射。"此外，这种状态……将缓解在小型航天器中与多人在一起的一些心理挑战，"Drew说。
在北极苔原地下的深处，雌性北极地松鼠还有几个月才能迎来春天。当她被冻结在冰冷的睡眠中时，科学家们将继续探索她独特的生物学如何帮助地面的人类生存和繁荣——也许有一天，甚至飞向星辰。
【全文结束】