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入侵大脑防火墙
白多/文
19世纪末,德国免疫学家保罗·埃尔利希向老鼠的皮肤注入染色剂后,注意到了一个奇怪的现象：几乎所有的器官都被染剂渗透了,在显微镜下,肾脏、肝脏以及心脏都呈现了清晰的蓝紫色,为什么只有脑部组织颜色没有任何变化？
随后,埃尔利希的学生重复了这个实验.这次他们将染料注入进了脑髓,这时脑细胞被染成了蓝色,而身体其他器官并没有染色.这些实验说明在大脑和身体组织之间应该有一层屏障,防止二者之间物质的渗透.这层屏障会是什么呢？由于当时没有人能找到这层屏障,只能推测血管是这层屏障.
直到20世纪60年代,借助扫描式电子显微镜,科学家们才弄清楚了这层屏障到底是什么.不像在其他组织的血管里,内皮细胞排列得有较大的缝隙.在大脑血管里,内皮细胞间衔接得非常紧密,形成了脑血管障壁,即血脑屏障.血脑屏障几乎不让任何物质通过,除了氧气、二氧化碳和血糖,大部分的药和蛋白质由于分子结构过大,一般无法通过,堪称是大脑与身体之间的“防火墙”.
很久以来,人们认为大脑的这道防火墙非常坚固,由此导致大脑是唯一一个不跟免疫系统相连的身体器官.然而,越来越多的研究表明,这个观点并不正确.
基因缺陷让“墙”打开
经典韩剧《我脑中的橡皮擦》中,婚后美丽的女主记忆力开始急剧下降,她生活渐渐开始不能自理,忘掉回家的路,做不成一顿简单的午餐,最终忘记掉她的丈夫和家人,失去所有的记忆,就像橡皮擦擦掉了她脑中所有的事情.这个女主角患的正是“阿尔兹海默症”（老年痴呆症）.
一般,老年痴呆症是由于β-淀粉样蛋白积聚造成的,β-淀粉样蛋白由细胞分泌,具有很强的神经毒性作用,沉积后会导致血管硬化,甚至容易破裂或形成血栓.然而,实际上,β-淀粉样蛋白的集聚也可能跟血脑屏障被破坏有关.
在血脑屏障中,周细胞非常重要,是形成血脑屏障的最重要的一种细胞.周细胞还有调节毛细血管血流量、清除细胞碎屑的作用.不过,有一种基因能破坏这一细胞,这个基因就是APOE4,APOE4能引发周细胞的炎症反应,打开大脑屏障,进而引发大脑的神经毒素.由于周细胞携带的蛋白,是清除β-淀粉样蛋白的主力军,周细胞失去作用,大脑就越难摆脱β-淀粉样蛋白.
细菌病毒能轻易入侵
喜爱猫咪的人往往会对猫咪又爱又怕,它们的萌萌的长相固然让人喜欢,但它们可能携带的弓形虫又会让人敬而远之.因为弓形虫可以很容易地钻入大脑,然而,它们又是如何突破专门拦截病毒细菌的血脑屏障的呢？
经过长期的研究发现,弓形虫能感染大脑中位于血管内壁的内皮细胞,并在这些细胞内繁殖,然后继续移动并侵入中枢神经系统.
除此之外,在HIV感染后的四个月内,艾滋病病毒也能入侵血脑屏障,进入大脑内部,造成大脑萎缩.而许多运动员因为轻微的头部撞伤,都可能致命,一个原因是由于大脑的血脑屏障被毁坏,导致许多潜在的有害细胞和分子进入大脑.
无计可施的人类
虽然致命病毒入侵血脑屏障非常容易,但人工方法却很难入侵血脑屏障.由于这一道防火墙拦截下了大多数治疗脑部疾病的药物.一些化疗药,最好的情况下,也只能渗透进20%,有效性并不高,所以人类一直很想打开血脑屏障.
现在的方法主要是穿刺、手术埋入,或者是向脑髓直接注射,然而这种强迫打开脑血屏障的方法,不仅手术风险很大,还会让人疼痛难忍.
不过,现在科学家们找到了更简单的“”方法.研究者们首先会将化疗药物通过微小气泡注入到患者血液里,当这些气泡药物流到脑组织部位时,研究人员会借助超声波发射器,发射高强度聚焦超声束射到这些微小的气泡上,使它们振动,最终迫使血脑屏障的内皮细胞分开.这时化疗药物就能从间隙中穿过,到达肿瘤细胞附近.而且不用担心,在大约12小时后,血脑屏障会逐渐关闭,恢复正常工作.在未来,这一治疗方法还将可以用于对老年痴呆症、癫痫病的治疗.
更多的连接
大脑实际上还与身体有更多的连接通道.比如,研究者发现,在脊髓损伤后,有一种叫做巨噬细胞的免疫细胞能帮忙修复相关的神经元.老鼠的T淋巴细胞缺乏后,没法完成最基本的认知任务.然而这些免疫细胞无法越过血脑屏障,它们是怎么进入大脑,影响神经元的呢？
2013年,研究者发现了大脑的另外一道“防火墙”——一脉络丛.脉络丛是将大脑与身体血液隔开的另一道屏障.研究发现,巨噬细胞正是通过这个防火墙进入大脑,这一过程由叫做γ干扰素的细胞因子控制.
除了脉络丛,科学家们还发现了大脑也有淋巴管,跟身体免疫系统发生着“互动”.所以,大脑并不是像之前科学家们想象得牢不可摧,它的防火墙不仅有漏洞,而且还有与身体免疫系统更多的“互动”通道.
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