出品：科普中国
制作：苏澄宇（上海科技教育出版社）
监制：中国科学院计算机网络信息中心
冬天到了，和床“黏”在一起、难舍难分的你还好吗？被窝太舒服，谁不想一键开启“冬眠模式”，从寒冷的冬日一觉睡到明媚的春天呢？
想法很美好，人类却不能冬眠，只能感慨：人怎样才能像熊一样冬眠啊？
一年四季？熊：不好意思，我只有三季
熊是一种典型的冬眠动物。
对于熊来说，一年主要分为三个季节：春至秋的享乐季节；秋至冬的大吃特吃季节；冬至春的睡觉季节，因为睡觉时间延绵了整个冬天，所以这段时间又被称为“冬眠”。
冬眠前的灰熊 （图片来源：National Park Service, via Reuters）
一起冬眠吗？不大小便那种
熊在冬眠期间，新陈代谢速度会减慢，体温会降至1℃到9℃。所有身体机能也会大幅下降：呼吸很弱，心跳变慢，对外界刺激的敏感性下降。
除此之外，还有一个很重要的点，那就是这段时间，它不会大便或小便。大小便可以排出含氮化合物，但由于冬眠期间含氮化合物不能正常排出，熊的血液中非蛋白含氮量急剧上升。但奇怪的是，这并不会损害熊的肾脏或肝脏。
要知道，如果人类血液中非蛋白含氮量超出正常值，就会出现一系列的健康问题。人体中血液的正常含氮量为20~25毫克/100毫升（全血），其中尿素所含的氮最多。超出这个值说明你的肾可能有问题了。
血液中非蛋白含氮量的测定是临床上判断肾功能的一项重要指标，当肾功能衰竭的时候，血液中的非蛋白含氮化合物就会升高。这也是人类为什么不能冬眠的原因之一，因为代谢速率过慢，导致体内的有害物质积累过多。
熊：我胖我健康，你行吗？
并且，熊还有一个神奇的地方。
前文提到说，熊在冬眠开始前，会大吃特吃，变成一个大胖子。美国阿拉斯加卡特迈国家公园和自然保护区（Alaskas Katmai National Park）甚至还为熊举办了“胖熊周”活动，全世界的网友都可以参加投票，看谁才是吃得最多、长得最肥的崽。今年的冠军熊是480号Otis，这是它继2014年、2016年和2017年夺冠之后第四次拿到冠军了。
Otis的照片（图片来源：Katmai National Park & Preserve）
人类如果想冬眠，就也得大吃大喝来囤积脂肪，但要吃成Otis这样的大胖子，可就出大事了。人类如果体重大幅增加时，脂肪、肝脏以及肌肉组织细胞对胰岛素的敏感度会降低，进而胰岛素水平升高。胰岛素增加反过来又会阻止脂肪细胞的分解，从而形成恶性循环，最终发展为胰岛素抵抗。胰岛素抵抗引起的血浆中高胰岛素和高糖含量，则经常会导致代谢综合征、痛风和2型糖尿病。
2型糖尿病的机理 （图片来源：Frontiers）
这点上，熊就很让人羡慕嫉妒恨了。
科学家曾观察过熊在冬眠前、冬眠中和冬眠后的血糖水平、胰岛素水平、体重以及其它代谢指标，发现它们增重超过约45千克后，它们的细胞依然对胰岛素敏感，血糖和胰岛素水平也保持稳定。虽然在冬眠开始后，熊们会经历暂时的、季节性的胰岛素抵抗期。但当春天来临时，一切就又完全恢复正常了。
所以每年春天醒来，熊都不会因为冬眠而遇到健康问题，尽管刚起来有点昏昏沉沉的，但整体来说是健康的。简单来说，它们在冬眠前中期虽然是一个胖子，但却是一个健康的胖子。真是气skr人！
最后，春天熊冬眠醒来之后，除了脂肪差不多没了，看起来瘦了些，肌肉基本没变化，通过吃吃吃就又能恢复了。然而，如果一个人在床上躺太久，就会出现肌肉萎缩的问题。如果一个人一直躺着不动，肌肉会以每周10-15%的速度下降。当然这种减少不会一直持续下去，直到和你一天的能量收支持平以后，就会停止。
同一只熊的增重前和增重后的对比 （图片来源：Washingtonpost.com）
为何熊冬眠不出毛病？全靠基因
那为什么熊不会有这些冬眠带来的毛病呢？
华盛顿州立大学(Washington State University)的一组研究人员2019年9月在《通信生物学》(Communications Biology)杂志上发表了一项研究，解释了冬眠中的灰熊细胞发生了什么。
这所大学是美国唯一的灰熊研究中心（W.S.U. Bear Center）,那里共有11只熊，其中一些灰熊要么是被圈养的，要么是在野外被认定为存活有问题的熊之后，被转移进来的。
灰熊（图片来源：WSU Bear Center）
研究人员在一年中共3次从6只圈养灰熊的肝脏、脂肪和肌肉组织中提取样本。然后在实验室里，研究人员分析了样本的DNA，以了解细胞在一年中发生的变化。研究发现，冬眠对每个组织的细胞影响都是不同的。
其中，熊的脂肪组织的基因表达差异性在冬眠期间最大，而肌肉组织几乎没有变化。
熊的脂肪表达差异远大于肌肉和肝脏的 （图片来源：文献1）
并且发现即便是同一只熊的脂肪细胞，在一年的不同时间段，脂肪细胞中的大部分基因也会改变它们的表达水平。要知道，研究人员之前观察马达加斯加矮狐猴冬眠时，发现在它们的脂肪细胞中，只有几百个基因会季节性地改变其表达水平。换言之，如果我们想通过基因编辑来获得类似熊的冬眠能力，是一件很难的事，因为不是修改一两个基因就可以搞定的……
这些基因中，与胰岛素信号传导、肌肉蛋白降解和尿素生成的相关功能基因表达量减少，而与肌肉蛋白合成相关的基因表达增加。这也就解释了为什么灰熊在冬眠期间能保持肝脏和肾脏的健康，并且还能够肌肉不萎缩。说到底还是基因啊！
虽说未来人类也许会用到冬眠的能力，比如星际旅行什么的，但那是未来的事，现阶段想要完美控制人体细胞的新陈代谢，保持相对健康的水平，还是一件很难的事。所以还是赶紧在寒冷的冬日里早起搬砖吧。
参考文献：
[1]https://www.cell.com/cell-metabolism/fulltext/S1550-4131(14)00316-7
[2] https://www.nature.com/articles/s42003-019-0574-4
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