撰文 | 克米特·帕蒂森（Kermit Pattison）
翻譯 | 仇豔菲
大腦是個特別容易腐爛的器官。一旦失去血液和氧氣供應，它在幾分鐘內就會開始遭受不可逆損傷。大腦是人體中最耗能的部位，在人死後幾小時內，大腦中的酶就會開始從內部將其瓦解。隨著細胞膜破裂，大腦會逐漸液化。幾天之內，微生物就將在大腦腐敗過程中消耗其殘餘部分，散發惡臭。數年後，顱骨便成了空腔。
但大腦某些情況下能比其他軟組織儲存得更久，能完好儲存數百至數千年。在一些古墓、亂葬坑甚至沉船中發現的大腦，竟然在自然狀態下儲存得十分完好，這讓考古學家感到困惑。在最近的一項研究中，英國牛津大學的研究人員回顧了跨越幾個世紀的科學文獻，統計出超過4400例儲存完好的大腦，歷史長達1.2萬年。
亞歷山德拉·莫頓-海沃德（Alexandra Morton-Hayward，該研究的主要作者）表示：“大腦腐爛的速度非常快，因此發現得以儲存的大腦真的很奇怪。我最關心的問題是，究竟為何會出現這種情況？為什麼這種現象發生在大腦而非其他器官中？”
這種不尋常的儲存現象似乎與蛋白質的錯摺疊相關，這與一些神經系統變性疾病背後的病理學機制有迷人的相似之處。蛋白質是由氨基酸分子串聯而成的鏈，就像珠子串成的項鍊一樣。人體中構成蛋白質的氨基酸通常有20種，而每種蛋白質都有獨特的氨基酸序列，這決定了它如何摺疊成正確的三維結構。然而，細胞環境中的干擾可能導致蛋白質摺疊出錯。大腦蛋白質的錯摺疊和聚集是數十種神經系統變性疾病的根本原因，包括阿爾茨海默病、帕金森病、肌萎縮側索硬化和牛海綿狀腦病（也稱“瘋牛病”）。科學家現在發現，一些錯摺疊的蛋白質可以在死後形成團塊，而這些團塊可以儲存數百甚至數千年。
科學家近些年才開始認真研究這些奇怪案例。2008年，考古學家取得了突破：他們在英國赫斯靈頓發現了一顆2500年前的男性顱骨，死者曾被絞死後斬首，並被扔進了灌溉渠。儘管其他所有軟組織早已消失，但調查人員驚訝地發現，顱骨內仍然保留著一枚萎縮的大腦。英國倫敦大學學院的神經科學家團隊分析後得出結論，是蛋白質聚集使這枚大腦得以儲存。
在某些腦部疾病中，蛋白質的錯摺疊版本會成為其熱力學上最穩定的狀態，常常導致不可逆的蛋白質聚集。德國馬克斯·普朗克生物化學研究所的弗朗茨-烏爾裡希·哈特爾（Franz-Ulrich Hartl）是蛋白質摺疊疾病領域的頂尖研究者，他表示，如果古代大腦的儲存背後也有類似機制，他並不會感到驚訝。“我感興趣的問題是，這是否在某種程度上反映了神經系統變性過程中發生的事情？”
在赫斯靈頓發現的大腦促使科學家開始對大腦儲存進行新研究。在相關研究機構中，牛津大學處於核心地位。而在牛津大學，該領域的主要研究者是莫頓-海沃德，她曾是一名殯葬從業者，後來轉行成了法醫人類學家，現在是一名博士研究生。她收集了大量古代大腦用於分析，擁有世界上最大的古代大腦藏品庫。這600多件樣本距今最遠已有8000年曆史，來自英國、比利時、瑞典、美國和秘魯等地。莫頓-海沃德運用一系列研究工具，從樣本中鑑定出了超過400種得以儲存的蛋白質，並揭示了與大腦儲存相關的礦物和分子。
奇怪的是，大腦在某些條件下很容易儲存。這張照片是顯微鏡下的腦組織。（圖片來源：Thomas Deerinck/NCMIR/Science Source）
儲存完好的大腦通常來自低窪墓地等浸水、缺氧的埋葬環境。人腦約80%由水組成，其餘部分主要是蛋白質和脂類。莫頓-海沃德的實驗表明，這些大腦透過一種名為“分子交聯”的過程得以儲存。在此過程中，大腦蛋白質的殘餘物和降解的脂類會形成一種海綿狀多聚體，該過程可能受金屬（尤其是鐵）催化。多聚體中強力的共價鍵及其高分子量，可能會使萎縮的大腦極其耐久且化學性質穩定，因此能在長達幾個世紀的時間內抵抗腐敗。莫頓-海沃德表示，這些多聚體並非澱粉樣物質（阿爾茨海默病和帕金森病等蛋白質摺疊疾病中特徵性的絲狀纖維），但大腦儲存的某些方面“與神經系統變性極為相似”。在古代大腦組織和小鼠大腦腐敗實驗中，她都發現了由鐵失調引起的氧化損傷的證據。而此前的研究表明，這種現象與大腦老化和神經系統變性疾病有關。莫頓-海沃德推測：“隨著我們自然衰老，這些過程也許生前就在發生。而在我們死後，它會繼續進行。”
這種機制似乎有別於其他身體組織變成屍蠟後的儲存方式，屍蠟是身體脂肪轉化成的一種肥皂般的蠟黃色物質。古代大腦研究先驅、英國布拉德福德大學的考古學家索尼婭·奧康納（Sonia O'Connor）說：“屍蠟形成於脂肪組織，這種組織主要分佈於臀、手臂和臉頰。大腦中沒有脂肪組織，因此化學性質與之不同。”
但大腦具有適合交聯的化學性質，因為它富含蛋白質和脂類。生前大腦的可塑性可能在死後為它賦予了韌性。在所有蛋白質中，約三分之一是固有無序蛋白（IDP）或具有無序區域的蛋白質，這兩者都能採取多種構型並結合多種分子。與正常蛋白質不同，IDP沒有穩定的三維結構，可以呈現多種形狀，這使它們成為大腦可塑性的關鍵，但它們也易於錯摺疊。
美國南佛羅里達大學的生物物理學家弗拉基米爾·烏韋斯基（Vladimir Uversky）是研究無序蛋白質的領軍人物，他懷疑IDP在赫斯靈頓發現的大腦中扮演了重要角色。分析提取蛋白質的資料集後，他證實其中儲存最多的蛋白質具有高度無序的特點。IDP可能作為“分子砂漿”，將分子黏合成堅硬的聚集體，充當“長效防腐劑”。
生前，我們有防止蛋白質錯摺疊的機制；但這些機制會隨年齡增長而減弱，並在死亡後完全停止。在死後的大腦中，交聯和聚集可以肆意進行，僅受化學和物理定律的限制。
許多儲存下來的大腦來自被莫頓-海沃德稱為“苦難之地”的地方，例如亂葬坑、暴力死亡場所，以及維多利亞時代一座濟貧院和精神病院共用的墓地。莫頓-海沃德懷疑，生前經歷的氧化應激可能會引發一些分子過程，人死後它們還會在墳墓中繼續進行。她說：“如果是這樣，我們就能在一個長得多的軌跡上研究老化，而不僅是在人類壽命範圍內。”
本文選自《環球科學》2025年02月刊“前沿”欄目。
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