进入假死状态、在太空中长距离旅行!麻省总医院科学家发现治疗因缺氧所致脑损伤的新机制

2021
06/05

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安全诱导机能停止的能力具有重要的医学应用价值,例如暂停患有不治之症的患者的生命过程,直到找到有效的治疗方法。


“对一些患者来说,用硫化物清除剂治疗可能会挽救生命。”
—— 麻省总医院危重护理研究麻醉中心 Fumito Ichinose 博士

在一项偶然的发现中,麻省总医院的研究人员发现了一种保护大脑免受组织缺氧影响的机制,而组织缺氧是一种潜在的致命现象。这一发现发表在了 Nature Communications(《自然-通讯》),可能有助于开发治疗中风以及心脏骤停引起的脑损伤等疾病的方法。

Fumito Ichinose 博士
麻省总医院麻醉、危重护理和疼痛医学系的主治医生
危重护理研究麻醉中心的首席研究员

然而,这项研究是从一个完全不同的目标开始的,资深作者 Fumito Ichinose 博士解释说,他是麻省总医院麻醉、危重护理和疼痛医学系的主治医生,也是危重护理研究麻醉中心的首席研究员。 Ichinose 和他的团队的一个重点领域是开发诱导机能停止技术(假死技术),即将人类的重要机能暂时停止,并有能力在之后 “重新唤醒” 它们 。这种状态与熊和其他动物在冬眠期间所经历的相似。

Ichinose 认为, 安全诱导机能停止的能力具有重要的医学应用价值,例如暂停患有不治之症的患者的生命过程,直到找到有效的治疗方法。 它还可以让人类在太空中长距离旅行 (这在科幻小说中经常出现)

图|科幻电影里的太空旅行睡眠舱

2005 年的一项研究发现,吸入一种叫做硫化氢的气体会导致小鼠进入一种机能停止状态。 硫化氢具有臭鸡蛋的气味,有时被称为 “下水道气体”。哺乳动物大脑中的缺氧会导致硫化氢的产生增加。当这种气体在组织中积聚时,硫化氢会阻止神经元的能量代谢并导致它们死亡。缺氧是缺血性中风(最常见的中风类型)和其他大脑损伤的标志。

在《自然通讯》的研究中,Ichinose 和他的团队最初着手研究小鼠在一段长时间内反复接触硫化氢会发生什么。一开始,老鼠进入了一种机能停止的假死状态 —— 它们的体温下降了,一动不动。“但是,令我们惊讶的是,小鼠很快就对吸入硫化氢的影响产生了耐受性,到了第五天,他们行动正常,不再受到硫化氢的影响。”Ichinose 博士描述道。

有趣的是,对硫化氢有耐受性的小鼠也能耐受严重的缺氧。 是什么保护这些老鼠免于缺氧呢?Ichinose 的研究小组怀疑大脑中代谢硫化物的酶可能是原因。当连续几天吸入硫化氢时,他们发现一种叫作醌氧化还原酶 (SQOR) 的硫化物水平会升高,他们假设 SQOR 在耐缺氧中扮演了重要角色。

自然界中有强有力的证据支持这一假设。例如,众所周知,雌性哺乳动物比雄性更能抵抗缺氧的影响 —— 而前者的 SQOR 水平更高。当女性的 SQOR 水平人为降低时,她们变得更容易缺氧。(雌激素可能是观察到的 SQOR 增加的原因,因为当雌性哺乳动物产生雌激素的卵巢被移除时,对缺氧不利影响的保护作用就会丧失。) 此外,一些冬眠的动物,如十三行地松鼠, 高度耐受缺氧,这使它们能够在冬季身体新陈代谢减慢的情况下存活下来。一只典型的地松鼠的大脑比同样大小的老鼠有 100 倍的 SQOR。然而,当 Ichinose 及其同事 “关闭” 松鼠大脑中 SQOR 的表达时,它们对缺氧影响的保护作用就消失了。

图|SQOR 较高的地松鼠

同时,当 Ichinose 和他的同事人工增加小鼠大脑中 SQOR 水平时,“他们对缺氧形成了强健的防御力。”Ichinose 解释道。他的团队通过基因治疗提高了 SQOR 的水平,但这种方法在技术上很复杂,在目前阶段还不实用。另一方面,Ichinose 和他的同事证明,通过使用一种名为 SS-20 的实验药物来 “清除” 硫化物,可以降低气体的含量,从而在小鼠缺氧时保护其大脑。

人类大脑的 SQOR 水平非常低,这意味着即使是适度的硫化氢积累也可能是有害的。Ichin ose 博士 说:“我们希望有一天我们会有像 SQOR 一样在体内起作用的药物。” 他指出其实验室正在研究 SS-20 和其他几种候选药物。此类药物可用于治疗缺血性中风,以及可能导致缺氧的心脏骤停患者。Ichinose 的实验室也在研究硫化氢如何影响身体的其他部位。例如,已知硫化氢会在一些情况下积聚,例如某些类型的 Leigh 氏脑病,这是一种罕见但严重的神经系统疾病,通常会导致过早死亡。“对一些患者来说,用硫化物清除剂治疗可能会挽救生命。”Ichinose 博士表示。

参考链接:
https://www.nature.com/articles/s41467-021-23363-x
https://www.massgeneral.org/news/press-release/Serendipitous-discovery-could-lead-to-treatment-for-strokes-cardiac-arrest

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关键词:
脑损伤,硫化氢,硫化物,缺氧,状态,水平

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