微生物回收的尿素氮在北极地松鼠冬眠期间被合成入合成氨基酸

沉睡的松鼠如何保住肌肉

北极地松鼠大部分时间在地下睡眠，既不进食也不饮水，但春天醒来时它们的肌肉和器官大体保持完好。该研究探讨了这些冬眠动物与肠道微生物之间一种隐秘的协作，展示了它们如何将通常作为废物的尿素回收并转化为机体有用的构建块。理解这种天然的再循环系统，可能为在长期住院、太空旅行或极端禁食等情况下保护人类肌肉提供线索。

无食物度过的漫长冬季

北极地松鼠是自然界最极端的冬眠者之一，它们在寒冷的地下洞穴中度过最长可达八个月的时间，洞内温度可降至零度以下。在此期间，它们既不进食也不饮水，并在深度、低温的休眠状态和短暂的苏醒期之间循环。因为无法通过食物摄入新鲜蛋白质，它们必须完全依靠体内储备来维持重要器官和肌肉质量。通常分解蛋白质会产生作为尿液排出的氮废物——尿素。但对冬眠动物来说，单纯丢弃这些氮将代价高昂，因此科学家长期怀疑这些动物可能在回收氮方面有特殊能力。

肠道微生物的回收把戏

尿素随血液被运送到肠道，那里某些微生物产生一种将尿素分解为氨和二氧化碳的酶。这个过程被称为尿素氮回收，为微生物提供合成新分子的原料，同时产生可被动物自身代谢重新利用的游离氮。为了解回收过程能走多远，研究人员向北极地松鼠注入了一种携带特定氮“标签”的特殊尿素。他们在夏季活跃的个体和在非常寒冷、环境上真实模拟的条件下冬眠的个体中都进行了注射。通过追踪带标签的氮在体内的去向，他们可以看出哪些组织在利用这一微生物回收通道。

追踪标记氮在体内的去向

通过敏感的化学分析，研究团队在肠道的许多部位和主要器官中发现了带标记的氮，表明微生物释放的氮确实被重新并入松鼠的生化体系。盲肠——大肠的一个富含微生物的侧室——是一个主要枢纽，在多种氨基酸和其他含氮分子中清晰地发现了回收氮的掺入。从那里，带标签的氮出现在小肠、肝脏、心脏，甚至远端的骨骼肌中。与夏季个体相比，冬眠松鼠在关键氨基酸中显示出更高水平的回收氮，表明这一通路在漫长的冬季禁食期间尤其活跃。

保护机体的特殊氨基酸

有三种氨基酸尤为显著：谷氨酰胺、瓜氨酸以及亮氨酸–异亮氨酸对。它们都已知影响蛋白质平衡和器官间氮的转移。在冬眠的松鼠体内，这些氨基酸在多种组织中携带了特别大量的回收氮。肝脏、心脏和小肠表现出对亮氨酸–异亮氨酸的强烈回收，这两种氨基酸参与启动蛋白质合成通路。谷氨酰胺是血液中的主要氮运输者，而瓜氨酸能在不被肝脏分解的情况下将氮输送到外周组织；在冬眠动物中，这两者也显示出强烈的标记。这些模式表明，机体有意将微生物回收的氮引导到有助于保存肌肉并在无食物时维持整体氮平衡的分子上。

这一隐秘循环为何重要

研究结果表明，在冬眠期间，北极地松鼠依靠肠道—器官间的协作来节约珍贵的氮。微生物分解尿素，动物自身的组织重新捕获这些氮以合成特定氨基酸，从而支持肌肉维护和健康代谢，即使在零度以下的温度和无食物的情况下亦然。对普通读者来说，结论是这些松鼠并非只是睡过冬；它们在悄然运行一个高效的内部再循环工厂，将废物转化为生存的燃料。研究这一自然系统，或许有朝一日能为减少长期卧床、营养不良或处于极端环境下的人群的肌肉流失提供启示。

引用: Rice, S.A., Grond, K., Gering, S.M. et al. Incorporation of microbially salvaged urea-nitrogen into anabolic amino acids during hibernation in arctic ground squirrels. Commun Biol 9, 336 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-09614-x

关键词: 冬眠, 肠道微生物组, 氮回收, 氨基酸, 北极地松鼠