科学家发现解锁冬眠“超能力”的基因“开关”

如果能理解并模拟冬眠动物对这些基因开关的调控方式，或许就能帮助人类应对相关的代谢和神经退行性疾病。

许多哺乳动物通过冬眠来度过食物匮乏的严冬。它们在数月不吃不喝的情况下，能保持肌肉不萎缩，并在苏醒后迅速从类似于中风或2型糖尿病的极端生理状态中恢复。而在人类身上，这种极端的代谢调控能力似乎被“锁定”了。

近日，两项研究揭示了冬眠动物与生俱来的“超能力”背后的遗传密码，并指出这些能力的关键或许就沉睡在人类自己的DNA中，为探索基因调控机制和疾病逆转提出了新方向。该系列研究于2025年7月31日以“背靠背”形式发表在《科学》（Science）上，作者是来自美国犹他大学健康中心等机构的研究团队。

研究具体关注了一类被称为“顺式调控元件”（CREs）的DNA片段。它们本身不编码蛋白质，但如同乐团的指挥，通过与邻近基因发生物理接触，来精细调控基因表达的“音量”大小。在非冬眠动物中，这些开关的设定相对稳定，以维持恒定的体温和代谢。但在冬眠动物中，这些开关似乎被演化赋予了全新的调节模式。

研究人员们发现，在多个独立演化出冬眠能力的物种中，一个名为“Fto-Irx”的基因区域内的调控元件不约而同地发生了快速变化。有趣的是，该区域内的FTO基因，正是目前已知的人类肥胖最强遗传风险因子。这表明，冬眠动物似乎学会了利用这套与肥胖相关的遗传工具，将其改造为控制体重和代谢的“超级开关”。

通过分析多种哺乳动物的基因组，研究团队发现，冬眠动物演化的关键，可能在于“打破”或“关闭”了那些在非冬眠动物中起限制作用的基因调控元件。也就是说，它们的能力并非来自获得了新的“超能力基因”，而是通过“功能丧失”摆脱了束缚，从而获得了极端的代谢灵活性。

如果能理解并模拟冬眠动物对这些基因开关的调控方式，或许就能帮助人类应对相关的代谢和神经退行性疾病。为此，在其中一项研究中，研究者利用CRISPR基因编辑技术在小鼠模型中精准地敲除了几个在冬眠动物中发生改变的关键调控元件，这引发了广泛且高度特异的生理变化。一些突变小鼠的体重和代谢率发生了改变，另一些则影响了它们在模拟冬眠状态后的体温恢复能力，甚至有突变影响了小鼠的觅食行为。

“当你敲除其中一个看似微不足道的DNA区域时，成百上千个基因的活性都发生了改变，这太不可思议了。”该研究的第一作者之一、犹他大学健康中心研究科学家苏珊施泰因万德（Susan Steinwand）在论文发布会上表示，“这表明，单个调控元件就能编码出多种不同的生理效应。”

这些深层的遗传调控机制可能在治疗代谢疾病、神经退行性疾病和延缓衰老等领域展现出巨大的应用潜力。两项研究的作者们指出，人类或许已经拥有了实现类似“超能力”的遗传蓝图，未来的挑战在于如何安全、精准地学习并应用这些来自大自然的调控智慧来改善人类自身的健康。

参考文献：

Steinwand, Susan, et al. “Conserved Noncoding Cis Elements Associated with Hibernation Modulate Metabolic and Behavioral Adaptations in Mice.” Science, vol. 389, 31 July 2025, pp. 501-07. doi:10.1126/science.adp4701.

 Ferris, Elliott, et al. “Genomic Convergence in Hibernating Mammals Elucidates the Genetics of Metabolic Regulation in the Hypothalamus.” Science, vol. 389, 31 July 2025, pp. 494-500. doi:10.1126/science.adp4025.