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长期以来，科学家一直推测，在中枢神经系统和身体的其他部位之间，存在一道神秘的屏障，阻止某些物质在血液和大脑之间自由流通。

最早意识到这一点的是德国科学家保罗·埃尔利希（Paul Ehrlich）。一百多年前，埃尔利希在做试验时，研究如何用染料给不同的组织和器官染色。他给动物注射台盼蓝（锥虫蓝）涂料以后，动物的全身组织和器官都变蓝了，唯独脑和脊髓颜色依旧。对这种现象，埃尔利希的解释是，大脑组织吸收物质的能力不如其他组织。

后来，埃尔利希的一名学生直接将染料注射进了动物大脑的脑脊液中，结果与埃尔利希所做的试验相反，脑组织被染上了色，但身体其他部分却没有变色。根据这两个发现，研究人员推论，在中枢神经系统和身体的其他部位之间，存在一道神秘的屏障。于是，血脑屏障的概念形成了。

血脑屏障（BBB）是大脑毛细血管壁与神经胶质细胞形成的血液与脑细胞之间的屏障和由脉络丛形成的血浆和脑脊液之间的屏障，这些屏障能够阻止某些物质（多半是有害的）由血液进入脑组织。

后来，随着对血脑屏障的研究步步深入，研究人员发现，对鸡胚注入谷氨酸后，谷氨酸能迅速进入鸡胚的脑组织，但谷氨酸很难进入成年鸡大脑中。对人的研究也观察到相似的现象。初生儿患重症黄疸后，胆汁色素很快透入中枢神经系统，并破坏基底神经节形成核黄疸，但成人黄疸患者的中枢神经系统则不会被胆汁色素污染。幼儿的血脑屏障的通透性比成人高，这提示，人和动物个体发育成熟后，血脑屏障的结构和功能才会完善。

到了老年，随着机体的形状和功能的退化，血脑屏障的通透性也会增加，因此可能影响到人的健康。老年人的血管会老化出现裂隙，因此血脑屏障也可能像年久失修的水管一样出现渗漏。临床上也发现，一些脑外伤、阿尔茨海默病（老年性痴呆）患者体内，某些有神经毒性的蛋白质分子容易从血管渗漏进脑组织，致使疾病恶化。一些研究也发现，血脑屏障的通透性变大与认知功能衰退有一定关系。

美国斯坦福大学的托尼·怀斯·科瑞（Tony Wyss-Coray）团队2020年7月2日发表于《自然》杂志的一篇文章指出，过去认为血脑屏障随年龄增长而产生变化，但是，这个认知并不完全正确。

研究人员对小鼠进行试验，不使用注射外源示踪剂追踪物质在血脑屏障中转运的方法，而是采用为构成血浆的内源蛋白质打上化学小标签来追踪蛋白质在小鼠血脑屏障的转运和全身的活动。

这项研究发现了两个不同的现象。一是健康的年轻小鼠的血浆蛋白通过血脑屏障进入大脑的数量比以前认为的多得多。二是年老小鼠的血浆蛋白通过血脑屏障进入大脑的数量反而比较低。这打破了旧的认知。过去认为，年轻人的血脑屏障比较强，渗透性低，而老年人的血脑屏障比较弱，渗透性比较高。

是什么原因造成了年轻小鼠的血脑屏障渗透性反而高，老年小鼠的血脑屏障渗透性反而低呢？

关键就在于血脑屏障的组成和结构，以及血脑屏障转运各种物质的方式。血脑屏障是由大脑内的连续毛细血管内皮细胞紧密连接而成，而且有周细胞以及星形胶质细胞参与，形成完整的基膜。但是，组成血脑屏障的主要细胞是血管内皮细胞。在血管内皮细胞上有许多受体，一些物质的分子，如蛋白分子等，就是通过与血管内皮细胞上的受体结合，形成像邮递包裹一样的囊泡，再由这些囊泡把蛋白分子打包并运转到大脑内，或者把大脑内的废物分子打包运转出来。

奥秘在于，年轻小鼠的血管内皮细胞上的受体较多，因而能转运很多物质，而年老小鼠的血管内皮细胞上的受体较少，运送的物质，如蛋白质就较少。这才是年轻小鼠的血脑屏障反而渗透性高，可以运送的物质较多的原因。反之年老小鼠的血脑屏障渗透性较低，运转的物质较少。同时，这也能从另一个角度解释为何年老时大脑会衰退，因为新鲜有益的物质运送进大脑的较少，而大脑产生的毒素也较少靠受体运出大脑外，只能在脑内慢慢蓄积，从而损害大脑。

发现血脑屏障其实就是血管内皮细胞靠受体转运物质的原理后，也可以运用这一原理来研发药物，治疗疾病。其中可以治疗的最严重的疾病就是阿尔茨海默病。在《自然》杂志发表科瑞团队文章前的一个多月，美国《科学》子刊《科学·转化医学》杂志也发表了两篇文章，介绍了利用血脑屏障转运药物治疗老年性痴呆的初步结果。

经过多年的研究，研究人员知道，阿尔茨海默病的发生和发展是因为大脑中聚集了太多的β-淀粉样蛋白，这种蛋白越多，痴呆症状越显著。如果能通过血脑屏障转运大脑中一种特定的能抑制β-淀粉样蛋白的物质，就可以缓解和治疗老年性痴呆。有一种物质就能抑制β-淀粉样蛋白，称为β位淀粉样前体蛋白切割酶1（BACE1），是参与β-淀粉样蛋白形成的一种酶，如果能抑制BACE1，就能抑制β-淀粉样蛋白的产生和沉积。

而且，研究人员早就发现，血脑屏障上的运铁蛋白受体就是一种典型的血管内皮细胞受体，这种受体负责把含有铁的“运铁蛋白”转运进大脑。美国Denali Therapeutics公司的创始人沃茨（Ryan Watts）团队发现，通过特定的抗体中的可结晶片段（Fc）与运铁蛋白受体结合，就能把后者转运进大脑。如果再在这个Fc片段上连接上大分子药物，如BACE1，就能治疗老年性痴呆。

沃茨等人使用了抗体的Fc片段，并不断诱导它们发生突变，使其能结合血脑屏障上的“运铁蛋白受体”，再把靶向BACE1的抗原结合片段（Fab）与Fc片段连在一起，就能把BACE1转运至大脑。

对小鼠和猴子的试验表明，利用血脑屏障中的受体可以连接和形成融合蛋白质，如结合了BACE1大分子的融合蛋白质，而且能让它们突破血脑屏障的阻碍，转运至大脑内。结果，减少了这些动物大脑中的β-淀粉样蛋白水平。

下一步，研究人员计划对人进行试验，看这种突破血脑屏障的给药方式是否能治疗或缓解阿尔茨海默病。这种药物设计也可称为“药物特洛伊木马”。

Denali Therapeutics的研究人员也使用这种特洛伊木马的方法把异氰酸酯2-硫酸酯酶转运到大脑以治疗亨特氏综合征。这是一种致命的溶酶体贮积病，患者缺乏异氰酸酯2-硫酸酯酶而不能化解溶酶体而患病，也称黏多糖贮积症。表现为，容颜粗糙、角膜混浊、关节僵硬、身材矮小、智力落后等。

能把异氰酸酯2-硫酸酯酶转运到大脑的药物称为DNL310，小鼠试验表明该药恢复了亨特氏综合征小鼠的正常的溶酶体功能，同时阻止了神经炎症和神经轴突损伤。现在，美国食品与药物管理局（FDA）已批准DNL310为孤儿药，将在2020年下半年进行临床1/2期试验。

张田勘