科學(xué)家在人類基因組中發(fā)現(xiàn)了與冬眠相關(guān)的遺傳元件。激活這些元件可能帶來新一代的醫(yī)療方法。

在數(shù)月不進(jìn)食、不飲水、不活動(dòng)之后，冬眠的哺乳動(dòng)物必須從極端的生理變化中恢復(fù)過來。7月31日發(fā)表在《科學(xué)》期刊上的兩項(xiàng)新研究表明，支撐這種驚人恢復(fù)力的遺傳“超能力”可能也存在于人類基因組中。

在這兩項(xiàng)研究中，猶他大學(xué)的研究人員精確地定位了幫助冬眠動(dòng)物從肌肉萎縮、胰島素抵抗和腦損傷中快速恢復(fù)的特定DNA區(qū)域。他們發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)有力的證據(jù)表明，人類基因組也共享這些遺傳區(qū)域，這些區(qū)域如同控制開關(guān)，調(diào)控著冬眠動(dòng)物的適應(yīng)性。研究人員表示，找到并利用這些開關(guān)可能為治療2型糖尿病、阿爾茨海默病及其他疾病帶來新方法。

“人類已經(jīng)擁有這個(gè)遺傳框架，” 猶他大學(xué)健康學(xué)院的神經(jīng)生物學(xué)和解剖學(xué)研究員、其中一項(xiàng)研究的第一作者蘇珊·斯坦萬德（Susan Steinwand）說，“我們只需要找出控制這些冬眠特征的開關(guān)?！?/p>

在冬眠期間，哺乳動(dòng)物會(huì)進(jìn)入蟄伏狀態(tài)（torpor），或稱生理休眠。這使得它們能在沒有食物和水的情況下存活數(shù)月，但對(duì)其健康造成巨大代價(jià)。兩項(xiàng)研究的資深作者、猶他大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)教授克里斯托弗·格雷格（Christopher Gregg）告訴Gizmodo，由于缺乏營養(yǎng)和運(yùn)動(dòng)，它們的肌肉會(huì)退化。他解釋說，與阿爾茨海默病相關(guān)的蛋白質(zhì)會(huì)在它們的大腦中積聚，而在蘇醒時(shí)，血液的突然再灌注可能造成進(jìn)一步的神經(jīng)損傷。此外，由于它們?cè)跀?shù)月饑餓期間積累了大量脂肪以維持生命，它們會(huì)變得胰島素抵抗。

冬眠的哺乳動(dòng)物進(jìn)化出了非凡的適應(yīng)性機(jī)制來逆轉(zhuǎn)這種廣泛的生理損傷。格雷格解釋說，支撐這些適應(yīng)性的基因很可能也存在于人類和其他非冬眠動(dòng)物體內(nèi)。冬眠在多個(gè)動(dòng)物物種中獨(dú)立進(jìn)化的事實(shí)表明，其基本的遺傳成分存在于整個(gè)哺乳動(dòng)物基因組中。因此，非冬眠動(dòng)物可能仍然攜帶這些成分。

“我們不同物種之間大部分基因都是相同的，” 格雷格說，“重大的變化發(fā)生在基因組中那98%不編碼基因的區(qū)域?！?他解釋說，非編碼DNA主要負(fù)責(zé)基因調(diào)控。在冬眠動(dòng)物中，特定的非編碼DNA區(qū)域充當(dāng)“主開關(guān)”，控制著基因?qū)︷囸I和重新進(jìn)食的功能性反應(yīng)。

在哺乳動(dòng)物基因組中尋找這些主開關(guān)就像在DNA的干草堆里找針。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，研究人員對(duì)哺乳動(dòng)物進(jìn)行了全基因組比較，以識(shí)別在大多數(shù)物種中穩(wěn)定但在冬眠動(dòng)物中顯示出加速變化的保守DNA區(qū)域。格雷格實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)分析師、其中一項(xiàng)研究的第一作者埃利奧特·費(fèi)里斯（Elliott Ferris）指出，這些“冬眠加速區(qū)”（hibernator-accelerated regions）是在特定時(shí)間、特定細(xì)胞中開啟基因的調(diào)控因子。

為了解與這些冬眠加速區(qū)可能相關(guān)的生物過程，研究人員確定了在小鼠禁食期間被上調(diào)或下調(diào)的基因。冬眠是應(yīng)對(duì)食物匱乏的適應(yīng)機(jī)制，因此禁食會(huì)觸發(fā)類似的代謝變化。這使他們找到了“樞紐基因”（hub genes），這些基因是禁食誘導(dǎo)基因活性變化的主調(diào)控因子。

“一個(gè)非常令人驚訝且興奮的發(fā)現(xiàn)是，與冬眠相關(guān)的元件對(duì)這些關(guān)鍵樞紐基因的影響尤為顯著，” 格雷格解釋說，“這意味著冬眠動(dòng)物改變了這些核心樞紐基因的調(diào)控和活性，從而對(duì)整個(gè)應(yīng)對(duì)食物匱乏和饑餓的程序產(chǎn)生巨大的下游效應(yīng)。當(dāng)我們思考如何將這一知識(shí)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)應(yīng)用時(shí)，這一點(diǎn)至關(guān)重要。”

格雷格是猶他州生物技術(shù)初創(chuàng)公司Primordial AI的聯(lián)合創(chuàng)始人，該公司利用人工智能來發(fā)現(xiàn)主調(diào)控基因藥物靶點(diǎn)。通過這家公司，他旨在開發(fā)模仿冬眠動(dòng)物遺傳優(yōu)勢的藥物，例如增強(qiáng)阿爾茨海默病患者的神經(jīng)保護(hù)作用，或逆轉(zhuǎn)2型糖尿病患者的胰島素抵抗?！拔覀冋J(rèn)為這些樞紐基因是設(shè)計(jì)藥物來影響那些基因的一個(gè)非常好的起點(diǎn)，” 格雷格說。

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