Science新文章：清除废物的“垃圾车”

　　

生物通报道  在发表于6月28日《科学》（Science）杂志上的一篇新研究论文中，来自罗彻斯特大学医学中心（URMC）的研究人员指出，一个新发现的大脑清除废物系统可作为潜在强有力的新工具，来治疗诸如阿尔茨海默氏症等神经系统疾病。事实上，科学家们认为一些神经系统疾病有可能就是由于该系统无法正确发挥功能所引起。

该篇论文的作者、URMC转化神经医学中心联合主任Maiken Nedergaard博士说：“基本上所有的神经退行性疾病都与细胞废物累积有关。了解并最终发现如何调节这一大脑系统来除去有毒废物，有可能为治疗这些疾病指出新方向。”

机体像保卫要塞一样地保护着大脑，为其提供了一个复杂的门户系统来控制分子的进出。尽管在19世纪末科学家们就首次描述了这一“血脑屏障”，然而直到现在才开始了解这些机制的功能动态。事实上，研究人员命名为“胶质淋巴系统” (glymphatic system)的这一复杂废物清除网络，还只是在去年的8月第一次披露于《科学转化医学》（Science Translational Medicine）杂志上。

清除废物是一个重要的生物学功能，淋巴细胞可在机体的大部分部位完成这一任务。然而，淋巴细胞无法延展至大脑，因此，研究人员并不完全清楚大脑是如何清除自身的废物的。一些科学家们猜测，细胞的这些功能副产物有可能是以某种方式被大脑细胞进行了“再循环利用”。

长期以来人们无法了解这一胶质淋巴系统的原因之一，就是无法在脑组织中检测到它。一项新的成像技术——双光子显微镜的出现是发现和了解这一系统的关键，它使得科学家们能够深入到活体大脑的内部进行观测。在小鼠身上运用这一技术，Nedergaard和同事们观察并记录了这一广泛的、迄今仍不为人所了解的管道系统是如何冲洗整个大脑的废物的。

大脑被蛛网膜（arachnoid）所覆盖，浸泡在脑脊液（CSF）之中。脑脊液通过与动脉相同的路径流入到大脑内部。这一平行系统有点类似于在一个导管内还有一个环形管，内环运送血液，外环运送脑脊液。脑脊液通过一个由大脑中星形神经胶质细胞控制的导管系统引入到脑组织中。“glymphatic”就是将“神经胶质”（glia）与“淋巴”（ lymphatic）放在一起的组合。

脑脊液以很快的速度冲洗脑组织，一路扫除多余的蛋白质和其他废物。脑脊液和废物通过与静脉平行的一个相似系统进行交换，将废物运送出大脑，到达脊柱，最终转移至淋巴系统，从那里到达肝脏，在肝脏中被分解。

发现这一胶质淋巴系统解答了长期以来困扰科学界的一个谜题，了解大脑有效清除废物的机制，以及这一系统出现故障时发生的事件，对于治疗神经系统疾病具有重要的意义。

阿尔茨海默氏症的一个特征就是，β淀粉样蛋白在大脑中累积。随着时间的推移，这些蛋白质积聚在一起，可通过大脑扫描而观察到斑块。了解这一胶质淋巴系统在大脑无法分解和清除β淀粉样蛋白中所起的作用，有可能为我们指出新的治疗方向。

Nedergaard 说：“像阿尔茨海默氏症这样的‘肮脏大脑’疾病，有可能是由于随着我们的年龄增大这一胶质淋巴系统运转减慢所导致，这一观点使得我们以一种全新的方式来思考神经系统疾病。它还为我们提供了一组新的靶标，有潜力提高胶质淋巴系统的清除效率，并最终改变这些疾病的病程。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Garbage Truck of the Brain

Essentially all neurodegenerative diseases are associated with misaccumulation of cellular waste products. Of these, misfolded or hyperphosphorylated proteins are among the most difficult for the brain to dispose. For example, tau and β-amyloid can accumulate as stable aggregates that are neurotoxic in conditions such as Alzheimer's disease (1). Intracellular proteasomal degradation and autophagy are considered the principal means for removing proteins in the central nervous system, and the dysfunction of each has been causally associated with neurodegeneration (2).Yet many cytosolic proteins are released into the interstitial space in the brain, suggesting that extracellular disposal routes may also eliminate waste (3).