尋找大腦“通關(guān)令”
日期:2012-01-16 08:50:00
近些年來,神經(jīng)科學家們在研究大腦疾?。X癌、老年癡呆癥、帕金森綜合癥等)的成因方面取得突飛猛進的發(fā)展。這些疾病治愈的可能性大大增加,似乎只待科學家研究出根治疾病的完美藥方,但還有一個小小的問題:怎樣打入大腦內(nèi)部呢?
可能有人會感到奇怪,有病了,打針吃藥不就行了嗎?沒錯,目前常見的藥物治療方式無非口服、注射及外敷幾種,它們都有著相似的作用原理:借助四通八達的血管和毛細血管,使藥物成分隨著血液流遍全身,抵達病灶。偏偏有些身體部位和器官并不吃這一套,大腦就是一個典型的例外。
神秘的“血腦屏障”
我們的身體深知頭腦的重要性,因此層層保護,除了配備堅硬的頭蓋骨來抵抗外界的物理沖擊,在內(nèi)部還設(shè)置了一層縝密的保護層來防止化學性傷害。
1885年,德國生物學家保羅·埃爾利希(Dr.Paul Ehrlich)在一次染色實驗中發(fā)現(xiàn),注射到動物體內(nèi)的臺盼藍(trypan blue)染劑會擴散到全身,唯獨不能進入腦組織。1913年,他的學生戈德曼則發(fā)現(xiàn)了相反的現(xiàn)象,多次解剖卻一無所獲,因此得出結(jié)論認為,在大腦組織與身體其他部位之間存在一層隱形的屏障。直到1960年代,掃描式電子顯微鏡被用于醫(yī)學研究的時候,這層神秘的保護層才被發(fā)現(xiàn),并被命名為“血腦屏障”(Blood Brain Barrier)。
光看這名字便已經(jīng)是霸氣外露了,它的功能更是重要而奇妙。要知道,大腦的中樞神經(jīng)元在正?;顒訒r需要有一個非常穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境,容不得一點騷動和紊亂。血腦屏障正是保證這種高度穩(wěn)定性的功臣。它由軟腦膜、腦毛細血管內(nèi)皮細胞及包裹于其外的膠質(zhì)膜組成,主要任務(wù)就是阻擋異物(微生物、毒素等)和其他大分子物質(zhì)由血液循環(huán)進入腦組織和腦室。
換句話說,除了營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物(如氨基酸、血糖、氧氣、二氧化碳等)這些熟悉的“老朋友”之外,血腦屏障會將所有“陌生人”和“可疑分子”拒之門外,最大限度地保護腦組織的安全,可謂盡忠職守。其結(jié)果,就是大部分的藥物成分由于分子結(jié)構(gòu)過大而無法通過。
我們常規(guī)服藥,藥物經(jīng)新陳代謝要排出體外一部分,經(jīng)血液循環(huán)流經(jīng)全身時,要被其他組織吸收掉大部分,最后可能僅剩20%左右到達大腦。而由于血腦屏障的阻攔,這20%的大部分又被攔在屏障外面,真正最后穿過血腦屏障直達病灶的藥量微乎其微。據(jù)統(tǒng)計,約有98%的化學藥物以及近乎100%的蛋白/多肽藥物難以入腦。
“喬裝改扮”打入敵后
縱有靈丹妙藥,無奈不可“開竅”——怎樣才能突破血腦屏障成為近百年來科學家的難題。大量實驗研究表明,與其將血腦屏障比喻成一張保護膜,不如說它是一張過濾網(wǎng):有些物質(zhì)完全被拒之門外,有些物質(zhì)進入很緩慢,而有些則頗為迅速,全看此物與血腦屏障的“關(guān)系如何”了。
最近,牛津大學的科學家利用實驗鼠體內(nèi)的運載蛋白——外來體,將基因療法“喬裝改扮”,成功地打入了大腦內(nèi)部。外來體是一種可由多種細胞分泌的納米膜性小囊泡,猶如在體內(nèi)穿梭的迷你巴士,常常在細胞之間來回運送物質(zhì)。
科學家先從實驗鼠體內(nèi)提取出外來體,然后,從喜愛依附腦細胞乙酰膽堿受體的病毒中提取蛋白質(zhì)靶,將兩者結(jié)合后,再將一段遺傳代碼siRNA填入外來體,最后將外來體重新注入實驗鼠體內(nèi)。結(jié)果證明,siRNA被順利地遞送到了大腦內(nèi),并于腦細胞內(nèi)的受體結(jié)合,成果地關(guān)閉了一種與阿爾茨海默病有關(guān)的基因BACE1,該基因的活動能力因此降低了60%。
“令牌在手”暢通無阻
2011年9月,美國康奈爾大學的研究者發(fā)現(xiàn)腺嘌呤核苷分子有調(diào)節(jié)大分子進入大腦的能力。當血腦屏障細胞上的腺嘌呤核苷受體被激活后,即能建立穿越血腦屏障的通道。這一發(fā)現(xiàn)在醫(yī)學史上尚屬首次。
在實驗中,這個團隊成功地使一種大分子——乙型淀粉樣蛋白抗體穿過了轉(zhuǎn)基因老鼠的血腦屏障,并觀察到該抗體與乙型淀粉樣蛋白斑結(jié)合的過程(蛋白斑是導致轉(zhuǎn)基因小鼠患阿爾茨海默病的原因)。雖然實驗的主要對象是小鼠,但研究者同樣在人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了腺嘌呤核苷受體,并發(fā)現(xiàn)一種以腺嘌呤核苷分子為基本成分的藥物Lexiscan,可暫時打開血腦屏障的通道。
研究者表示,一直以來,人們都在考慮如何逃開血腦屏障的“監(jiān)視”秘密潛入或“找熟人、托關(guān)系”,卻沒有想到還有一種東西叫“通關(guān)令牌”——有了它,大搖大擺暢通無阻才是真正有保障的做法。腺嘌呤核苷受體就是這樣的“令牌”。相信在這道“令牌”幫助下,人類對大腦相關(guān)疾病的研究和治療,將會進入一個全新的階段。
如果說腦組織是指揮人體的司令部,那么血腦屏障就是保衛(wèi)司令部的忠誠衛(wèi)隊,甚至成了各種神經(jīng)系統(tǒng)藥物面臨的最大障礙——不能進入大腦,再好的治療也只是隔靴搔癢,不得其法。雖然以上實驗還處于初期階段,但它們啟發(fā)了突破血腦屏障的各種可能,相信最終目標已經(jīng)為期不遠了。