大腦中也存在一個「垃圾」清理系統

2020-11-30 中國科學院

據每日科學網近日報導,美國羅徹斯特大學醫療中心的研究人員發現,大腦中也存在一個清理「垃圾」的系統,他們認為,當該系統無法正常工作時,就會引發神經紊亂疾病,比如阿爾茨海默氏症。這一發表於6月27日《科學》雜誌上的研究成果有望成治療此類腦疾病的關鍵。

「基本上所有的神經退行性疾病都與細胞廢物的累積有關。」論文作者、羅徹斯特大學醫療中心轉化神經醫學中心負責人麥肯·尼德加德說,「了解並最終發現如何調節大腦的系統來清除有毒廢物,可以為治療這些疾病指明新的方向。」

清除體內廢物是由淋巴系統所執行的一個重要生物學功能。淋巴系統存在於大多數身體器官和血管中,卻唯獨沒有延伸到大腦,因此科學家從未完全理解大腦是如何處理自身廢物的。不過,人類機體就像一個堡壘,通過一個能有效控制分子進出的複雜系統網絡保護著大腦。這一「血腦屏障」概念早在19世紀後期就已提出,但該機制的功能直到最近才慢慢開始為人所了解。去年8月,羅徹斯特大學醫療中心的科學家在《科學轉化醫學》雜誌上發表文章,首次將負責清除腦部垃圾的複雜網絡稱為「腦部類淋巴系統」。

腦部類淋巴系統長期以來未被人們所認知,原因之一就是其無法從腦組織樣本中檢測到。為此,尼德加德和她的同事利用一種可監測大腦深處活動的新成像技術——雙光子顯微術,來觀察與人類大腦非常相似的小鼠大腦,並記錄下了一個廣泛分布、負責將廢物衝刷出大腦的管道系統。

大腦被蛛網膜包圍,浸在腦脊液中。腦脊液通過由星形神經膠質細胞所控制的管道系統流入大腦內部,腦部類淋巴(glymphatic)便是英文中神經膠質(glia)和淋巴(lymphatic)的合成詞。這個並行系統類似於一個管中管,內圈管道輸送血液,外圍管道輸送腦脊液。腦脊液快速流經腦組織,將多餘的蛋白和廢物一併清掃掉,然後沿脊柱向下轉移到淋巴系統,廢物最終進入肝臟中被分解。

腦部類淋巴系統的發現解答了長期困擾科學界的一個謎題。了解大腦如何清除廢物——這一系統在什麼條件下有效,在什麼條件下失效——對於治療神經系統疾病有著深遠影響。

阿爾茨海默氏症的特點之一就是β-澱粉樣蛋白在大腦中的累積。了解腦部類淋巴系統為何無法分解和清除β-澱粉樣蛋白,可為該疾病的治療提供新方案,比如,或許可通過操控類淋巴系統中的關鍵成員如星形神經膠質細胞,來加速廢物的清除。

「像阿爾茨海默氏症這樣的『大腦不潔淨』疾病可能是由於腦部類淋巴系統隨年齡增大而遲鈍所造成的,這種理念是一個思考神經系統疾病的全新方式。」尼德加德說,「由此也給我們提出了新的目標,即有望通過提升腦部類淋巴系統的效率,最終改變這些疾病的治療現狀。」

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