灰熊在冬眠中要花很多個(gè)月的時(shí)間，但是它們的肌肉不會(huì)因?yàn)槿狈\(yùn)動(dòng)而受苦。在邁克爾·戈特哈特(Michael Gotthardt)領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)的《科學(xué)報(bào)告》中，報(bào)告了他們?nèi)绾巫龅竭@一點(diǎn)。灰熊的策略也可以幫助預(yù)防人類(lèi)的肌肉萎縮。

一只灰熊一年只知道三個(gè)季節(jié)。它的活動(dòng)時(shí)間從三月到五月開(kāi)始。九月左右，熊開(kāi)始吃大量的食物。在十一月到一月之間的某個(gè)時(shí)候，它陷入了休眠狀態(tài)。從生理的角度來(lái)看，這是最奇怪的時(shí)刻。熊的新陳代謝和心率迅速下降。它既不排尿也不排泄糞便。血液中的氮含量急劇增加，而熊對(duì)激素胰島素產(chǎn)生抵抗力。

一個(gè)人在健康的四個(gè)月階段幾乎無(wú)法生存。之后，他或她將最有可能應(yīng)對(duì)血栓形成或心理變化。最重要的是，肌肉將遭受長(zhǎng)時(shí)間的停用。曾經(jīng)因手臂或腿被石膏砸了幾個(gè)星期或因病不得不長(zhǎng)時(shí)間臥床的人都可能經(jīng)歷過(guò)這種情況。

有點(diǎn)呆滯，但是還可以

并非如此，灰熊。在春天，熊從冬眠中醒來(lái)，一開(kāi)始也許還有些呆滯，但其他方面還不錯(cuò)。長(zhǎng)期以來(lái)，許多科學(xué)家一直對(duì)熊適應(yīng)其三個(gè)季節(jié)的策略感興趣。

柏林馬克斯·德布呂克分子醫(yī)學(xué)中心(MDC)神經(jīng)肌肉和心血管細(xì)胞生物學(xué)小組負(fù)責(zé)人邁克爾·戈特哈特(Michael Gotthardt)教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在研究了熊的肌肉如何在幾乎不受傷害的冬眠中生存下來(lái)。來(lái)自柏林，格賴夫斯瓦爾德和美國(guó)的科學(xué)家對(duì)熊的肌肉細(xì)胞中的哪些基因被轉(zhuǎn)錄并轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)以及對(duì)細(xì)胞有什么影響的問(wèn)題特別感興趣。

了解和復(fù)制自然的竅門(mén)

該研究的主要作者杜阿·穆加希德博士(Douaa Mugahid博士)說(shuō)：“肌肉萎縮是在很多情況下都會(huì)發(fā)生的真正的人類(lèi)問(wèn)題。我們?nèi)匀徊荒芎芎玫仡A(yù)防肌肉萎縮。”他曾經(jīng)是哥達(dá)特研究小組的成員，現(xiàn)在是博士后。在波士頓哈佛醫(yī)學(xué)院系統(tǒng)生物學(xué)系Marc Kirschner教授的實(shí)驗(yàn)室中。

對(duì)我來(lái)說(shuō)，我們工作的美麗在于學(xué)習(xí)自然如何完善了在困難的冬眠條件下維持肌肉功能的方法。如果我們能更好地理解這些策略，我們將能夠開(kāi)發(fā)出新穎且非直覺(jué)的方法來(lái)更好地預(yù)防和治療患者的肌肉萎縮。”

該研究的主要作者Douaa Mugahid博士

基因測(cè)序和質(zhì)譜

為了了解熊的trick倆，由穆加希德(Mugahid)和戈特哈特(Gotthardt)領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在冬眠期間和冬眠期間檢查了灰熊的肌肉樣本，這是他們從華盛頓州立大學(xué)收到的。Gotthardt解釋說(shuō)：“通過(guò)將先進(jìn)的測(cè)序技術(shù)與質(zhì)譜相結(jié)合，我們希望確定在冬眠期間和冬眠期間哪些基因和蛋白質(zhì)上調(diào)或關(guān)閉。”

MDC科學(xué)家說(shuō)：“這項(xiàng)任務(wù)非常棘手-因?yàn)榧炔涣私馔暾幕蚪M也不了解蛋白質(zhì)組，即不知道灰熊所有蛋白質(zhì)的總和。” 下一步，他和他的團(tuán)隊(duì)將這些發(fā)現(xiàn)與人類(lèi)，小鼠和線蟲(chóng)蠕蟲(chóng)的觀察結(jié)果進(jìn)行了比較。

非必需氨基酸可使肌肉細(xì)胞生長(zhǎng)

正如研究人員在《科學(xué)報(bào)告》雜志上所報(bào)道的那樣，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)在休眠期間會(huì)嚴(yán)重影響熊的氨基酸代謝。結(jié)果，其肌肉細(xì)胞含有更多的某些非必需氨基酸(NEAA)。

戈特哈特說(shuō)：“在人和小鼠的分離出的肌肉細(xì)胞表現(xiàn)出肌肉萎縮的實(shí)驗(yàn)中，NEAA也可以刺激細(xì)胞的生長(zhǎng)。但是，從早期的臨床研究中可以知道，藥丸或散劑形式不足以防止老年人或臥床不起的人出現(xiàn)肌肉萎縮。”

MDC科學(xué)家推測(cè)：“顯然，肌肉自身產(chǎn)生這些氨基酸很重要-否則氨基酸可能無(wú)法到達(dá)需要它們的地方。” 他說(shuō)，治療的起點(diǎn)可能是嘗試通過(guò)在較長(zhǎng)的休息時(shí)間段內(nèi)用合適的藥物激活相應(yīng)的代謝途徑來(lái)誘導(dǎo)人的肌肉自身產(chǎn)生NEAA。

臥床病人的組織樣本

為了找出哪些信號(hào)通路需要在肌肉中激活，Gotthardt和他的團(tuán)隊(duì)比較了灰熊，人類(lèi)和小鼠中基因的活性。所需數(shù)據(jù)來(lái)自老年患者或臥床不起的患者以及患有肌肉萎縮癥的小鼠-例如，由于在使用石膏模型后活動(dòng)減少。Gotthardt解釋說(shuō)：“我們想找出哪些基因在冬眠的動(dòng)物和哪些動(dòng)物沒(méi)有的調(diào)控方面有所不同。”

但是，科學(xué)家們遇到了一系列這樣的基因。為了縮小可能被證明是肌肉萎縮治療起點(diǎn)的候選對(duì)象，研究小組隨后進(jìn)行了線蟲(chóng)蠕蟲(chóng)實(shí)驗(yàn)。Gotthardt解釋說(shuō)：“在蠕蟲(chóng)中，單個(gè)基因可以相對(duì)輕松地失活，并且可以快速看到其對(duì)肌肉生長(zhǎng)的影響。”

晝夜節(jié)律的基因

在這些實(shí)驗(yàn)的幫助下，他的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些基因，他們希望通過(guò)這些基因的影響來(lái)進(jìn)一步研究小鼠。其中包括參與葡萄糖和氨基酸代謝的基因Pdk4和Serpinf1，以及有助于晝夜節(jié)律發(fā)展的基因Rora。Gotthardt說(shuō)：“我們現(xiàn)在將研究使這些基因失活的作用。” 畢竟，只有在副作用有限或根本沒(méi)有副作用的情況下，它們才適合作為治療靶標(biāo)。”