正式宣告:大腦專屬的排泄系統!

老鼠腦動脈近照圖。綠色和黃色為在動脈外流動的腦脊髓液,紅色則為在動脈內的細胞。在動脈外圍,藍色的部分則為調節腦脊髓液的特化神經膠細胞水通道(special glial water channels)Image: Jeffrey Iliff, University of Rochester

我們的大腦內堆滿了排泄物,但感謝老天,它有一個良好的抽水馬桶(plumbing)。來自羅切斯特大學(University of Rochester)、奧斯陸大學(University of Oslo)以及紐約州立大學石溪分校(Stony Brook University)的科學家們,發現了大腦內的淨化系統——一個可以將阿茲海默症和其他神經退化症相關的蛋白質沖走的排水系統,這項研究刊載於Science Translational Medicine,並指出星狀膠細胞(astrocytes)在維持神經系統的運作上,扮演極重要的角色。

在我們的身體,有一網狀分布的淋巴(lymph)管道,移除體內多餘的血漿、死亡的血球細胞、細胞碎片以及其他廢物——但大腦可不是這麼運作的。由於大腦是浸泡在腦脊髓液(cerebrospinal fluid)中,科學家們數十年來都認為大腦排出廢物的方式,是利用濃度——那些溶於腦脊髓液中的廢物,慢慢滲透出組織(tissues),然後被腦脊髓液帶出神經系統,最後歸於身體的血流。

但在這篇研究中,科學家們發現第二個、甚至更為快速的大腦清潔系統(brain-cleansing system)。利用注射了放射性分子當追蹤劑(radioactive molecules)的活體老鼠,研究者們觀察其腦脊髓液承載著廢物流動的情形。這趟旅程的起點始於注入分子的蜘蛛膜下腔(subarachnoid space),一個位於包覆大腦和脊髓的膜之間的空腔。就像一條河一樣,科學家觀察到腦脊髓液帶著這些分子快速流過一些特化的管道,這些管道由腦動脈周遭的神經膠細胞所形成,使得腦脊髓液可以沿著大腦的血流流動。除此之外,神經膠細胞亦調節管道的活動,協助腦脊髓液流過這些管道。

順著動脈旁的管道,含有追蹤劑的腦脊髓液流經大腦組織。而在組織的另外一端,腦脊髓液在腦靜脈周遭有同樣的管道可以流過。順著靜脈,腦脊髓液可以流回蜘蛛膜下腔或進入血流,讓排泄物得以從身體的淋巴系統排出。科學家們將這套系統命名為「神經膠細胞類淋巴系統(glymphatic system,暫譯)」,因其為神經膠細胞所構成,但其功能類似於淋巴系統。

對腦脊髓液協助排除廢物的最早概念,是它為單一的通道,也就是含有廢物的腦脊髓液從大腦流向身體,但在這項研究中,科學家們發現大約有40%的腦脊髓液會流回大腦。為了驗證他們的成果,研究者在分別在正常老鼠和因基因缺陷使得神經膠細胞無法協助腦脊髓液流動的老鼠腦內,注射了β澱粉樣蛋白(amyloid beta)——一個所有健康大腦都會有的蛋白質,但被認為因其堆積聚合而造成神經細胞受損,而形成阿茲海默症。他們發現,在正常老鼠中,這些蛋白質會很快就被清除,但是基因受損的老鼠則否。

原文:Scientific American: Brain’s Drain: Neuroscientists Discover Cranial Cleansing System [Aug 15, 2012]


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不專業翻譯,閱讀涉獵廣泛,主要領域在心理學、認知神經科學,以及相關的生物醫學。

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