極端高溫在分子層面影響人體

高溫是一種強應激源，正以我們看不見的方式影響著人體。極端高溫甚至會改變人體的基因表達，可能危害健康、加速衰老

人有的能方中的能的血管會擴張以排出多余熱量，汗腺分泌的汗液在蒸發時也會帶走熱量。人體內還有很多復雜的機制在默默工作，以確保身體平穩運作。

但隨著全球氣候變暖，夏季高溫在更多地區成為常態，科學家和臨床醫生正面臨一個越來越緊迫的問題：當我們體內的細胞溫度過高時，會發生什么？長此以往，又會對健康產生怎樣的影響呢？

在極端高溫下，負責抵御高溫負面影響的分子無法正常發揮作用，DNA層面也受到波及，這會改變人體的基因表達，可能影響健康甚至會加速衰老。

亞利桑那州立大學的生物醫學研究人員波普·莫斯利（PopeMoseley）和其他科學家收集的證據表明，我們才剛剛開始了解高溫的破壞性影響。莫斯利表示：“高溫是一種極強的應激源，我覺得我們還是低估了高溫的影響。”

細胞危機：從蛋白質失活到保護機制異常

當細胞內的溫度超過正常水平時，蛋白質一這些以自身復雜結構決定功能的大分子一會開始展開。溫度越高，就會有越多的蛋白質結構發生變形。若不加以控制，這一過程不僅會阻礙細胞功能的正常發揮，最終還會導致細胞凋亡。

不過，人體擁有防止細胞過早死亡的機制，其中最重要的是熱激蛋白一這組分子的發現源于一次實驗失誤。

那是在20世紀60年代初，意大利遺傳學家費魯喬·里托薩（FerruccioRitossa）正在研究果蠅唾液腺中的基因表達。有一天，他在研究染色體膨突（即DNA中積極轉錄、翻譯遺傳信息以合成蛋白質的片段）時，觀察到了一種不尋常的膨突模式。后來他發現，這是由他的一位同事無意間調高了飼養果蠅幼蟲的恒溫箱溫度所導致的。

深入研究后，里托薩發現，當果蠅幼蟲周圍的環境溫度從常規的77華氏度（約25攝氏度）升至86華氏度（約30攝氏度）時，變化出現了：在曾觀察到染色體膨突的DNA區域，作為DNA與蛋白質中介分子的RNA合成速度明顯加快。里托薩將其稱為“熱激應答”。該發現最早印證了高溫環境下生物體內部會發生變化的現象。

大約十年后，加州理工學院的一個研究團隊發現了熱激蛋白，而這正是RNA激增的產物。隨后，研究人員發現，從單細胞細菌到多細胞哺乳動物，所有生物體內都有熱激蛋白。這類分子通常處于靜默狀態，不過一旦細胞溫度超出正常范圍，它們便被激活，會幫助重新折疊已展開的蛋白質。此外，熱激蛋白還與細胞自噬過程協同作用，共同維護細胞質量。“自噬”是細胞去除非必要和異常功能成分的一種自然調節機制。

但是，當溫度過高時，這些保護系統可能會開始崩潰。

加拿大太華大學人類與環境生理學研究中心對不同年齡段的成年人進行了高溫實驗一受試者需要長時間忍受高溫環境下的不適。在其中一項實驗中，受試者被要求待在104華氏度（約40攝氏度）的環境模擬艙中長達9小時。博士后研究人員詹姆斯·麥科米克（JamesMcCormick）解釋說：“這種設定模擬了高溫下人們可能遭遇的極端狀況。”

為探究高溫對細胞層面的影響，麥科米克和同事分析了受試者進入高溫環境前后的血樣。結果顯示，9小時后，61歲及以上老年人的免疫細胞清除受損蛋白質的能力明顯下降（即自噬反應失常）。這一結論的佐證是一種名為p62的分子含量有所上升。p62通常在自噬過程中被降解，但在老年受試者的細胞中卻出現累積現象，年輕受試者群體中則未觀察到該變化。

相比于年輕受試者，老年受試者的細胞中還出現了一些其他變化：部分熱激蛋白減少，同時出現細胞凋亡增加、炎癥反應增多的現象。麥科米克表示，這些細胞變化可能不會立即產生影響，但當人們連續多日處于酷暑環境中時，往往更易遭受中暑等健康威脅。

麥科米克和他的同事正在研究持續時間更長的酷熱對人體的影響。他們正在進行一項要求參與者連續三天都待在高溫艙里的實驗。麥科米克說：“高溫至少會在細胞層面影響身體的多個方面，當然，許多領域還需進一步探索。”

深層危害：加速衰老的隱形推手

高溫甚至可能會影響我們細胞的更深層次，即DNA層面。雖然人類的基礎遺傳密碼在整個生命周期中相對穩定，但修飾DNA長鏈、對基因激活起關鍵作用的分子卻極具可塑性。它們的結構會受環境影響，在人的一生中持續變化。這種表觀遺傳變化可能產生廣泛影響，包括改變疾病風險、影響衰老過程，甚至遺傳給后代。

一方面，科學家發現，表觀遺傳變化至少能增強某些動物對高溫的耐受性。在某些情況下（如溫度逐漸升高），高溫會促使熱激蛋白的反應能力提升，讓螞蟻、老鼠乃至人類等生物后續暴露于高溫環境時有更高效的應對能力。

但當溫度驟升至過高時，問題就會出現。佛羅里達大學應用生理學與運動機能學教授托馬斯·克蘭頓（ThomasClanton）及其團隊觀察到，因在高溫環境下劇烈運動而中暑的小鼠，表現出甲基化差異。甲基化是指將甲基基團標記到DNA序列上的過程，而這一過程會影響基因表達。2020年，克蘭頓及其同事報告稱，中暑過的嚙齒類動物，其免疫細胞的甲基化模式與未中暑的嚙齒類動物明顯不同。值得注意的是，在中暑康復30天后，這些動物細胞中熱激蛋白的表達仍有異常。這意味著即便溫度下降，生物學層面的變化也會持續很久。

此外，在康復一個月后，當這些動物接觸內毒素（一種細菌外膜成分）時，其免疫反應比未中暑即便溫度下降，生物學層面的變化也會持續很久。

高溫會加速分子層面的衰老。

的同類更弱。這表明高溫會導致免疫系統功能異常。人類身上也有類似跡象。已有的一些研究顯示，因中暑住院的病人感染風險更高，這表明高溫可能引發免疫抑制。但克蘭頓說，還需要更多的研究來證實這一點。

鑒于在小鼠和其他動物身上發現了與高溫相關的表觀遺傳變化，南加州大學的博士后研究員崔恩英（EunYoungChoi）和老年學與社會學教授詹妮弗·艾爾希爾（JenniferAilshire）決定探究極端高溫是否也會影響人類的表觀基因組。

二人在2025年2月發表的一項研究中提到，他們分析了美國3600多名56歲以上成年人的血樣，發現長期處在極端高溫環境中的人，其表觀遺傳變化顯示出人體加速衰老的跡象。

衰老會導致DNA甲基化模式發生改變，科學家利用這些模式開發出了所謂的“表觀遺傳時鐘”，可用于預測人們的疾病風險和壽命。研究發現，居住在年均有140天以上氣溫超過90華氏度（約32攝氏度）地區的居民，其生物學年齡與那些居住在此類高溫持續時間較短（年均不到10天）的地區的居民相比，會增加1歲以上。即便考慮社會經濟地位、體育鍛煉、吸煙和飲酒等其他因素，這種差異依然存在。

目前這種分子層面的衰老跡象與特定健康結果之間的關聯仍有待探究，但該發現與此前的一些研究結論一致，即高溫會加速分子層面的衰老。

崔恩英說：“我們的研究傳達出的重要信息是，高溫正以我們看不見的方式影響著健康人群。這種影響發生在我們無法察覺的層面。”

應對之道：從個體適應到直面根源

關于高溫對人體分子層面的影響，自前仍有許多未解之謎。但研究人員希望，不斷積累的知識、不斷精進的技術能催生出新的干預手段，從而在全球氣候變暖的大環境下幫助人們提高耐熱能力。

例如，研究表明有多種方法可以提高人的耐熱性，運動便是其中之一。中暑時，腸道血流量減少會導致腸壁通透性增加，使得內毒素滲入血液，從而引發可能致命的免疫反應。莫斯利及其同事發現，在適宜的溫度下安全、有節制地運動，能促進熱激蛋白的釋放，并增強腸道的屏障功能，從而減輕極端高溫的負面影響。但他也提醒，酷暑下劇烈運動很危險。“如果外面溫度達到105華氏度（接近41攝氏度），你還要去運動，那就不太合適。”有益的熱適應訓練和危險的過熱訓練之間的界限往往十分模糊。

研究人員也在探索是否有藥物能刺激細胞啟動抗高溫的保護機制。但麥科米克表示，該領域仍處于起步階段，因為科學家還在努力探究極端環境下細胞內部過程的變化。他強調：“我們正在尋求某種突破性的方法，以保護人類，尤其是在夏季變得越來越炎熱的大環境下。”

盡管那些旨在提升個體耐熱能力的干預措施，以及一些更完善、更安全的基礎設施，或許能夠在高溫來襲時幫人們降溫，但這些生物層面和建筑層面的解決方案都有其局限性。莫斯利指出，要規避全球變暖帶來的最壞后果，人類最終需要解決的是變暖的根源，而非僅僅應對其后果。他還說：“我們試圖通過適應變化來擺脫極端高溫的影響，但事實證明，這是行不通的。” 2