有些大脑不会腐烂。原因在此

大脑是一个特别容易腐烂的器官。在失去血液和氧气供应后的几分钟内，脆弱的神经系统机制开始遭受不可逆转的损害。大脑是我们身体中最耗能的部分，死后数小时内，其酶开始从内部吞噬它。随着细胞膜破裂，大脑液化。几天之内，微生物在恶臭的腐败过程中消耗掉残余物。几年后，颅骨就变成了一个空腔。

然而，在某些情况下，大脑比所有其他软组织都持久，并完整地保存数百年甚至数千年。考古学家们对在古代墓地、坟墓、万人坑甚至沉船中发现的自然保存的大脑感到困惑。在最近的一项研究中，牛津大学的研究人员调查了跨越几个世纪的科学文献，并统计了 4400 多例保存完好的大脑，这些大脑的历史可追溯到 12000 年前。

牛津大学的亚历山德拉·莫顿-海沃德是这项研究的主要作者，她说：“大脑腐烂得非常快，我们发现它被保存下来真的很奇怪。“我最主要的问题是：这怎么可能？为什么它会发生在大脑中而不是其他器官中？”

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这种不寻常的保存现象似乎与蛋白质（细胞构建块）的“错误折叠”有关，并且与导致某些神经退行性疾病的病理具有有趣的相似之处。正如每个生物学专业的学生所知，蛋白质是由氨基酸分子链串联而成，就像项链上的珠子一样。每种蛋白质都有独特的氨基酸序列——人体内有 20 种常见类型——这决定了它如何折叠成其正确的三维结构。但是细胞环境中的干扰可能会导致折叠出错。大脑蛋白质的错误折叠和聚集是数十种神经退行性疾病的根本原因，包括阿尔茨海默病、帕金森病、肌萎缩侧索硬化症和牛疾病牛海绵状脑病，也称为疯牛病。现在科学家们发现，一些错误折叠的蛋白质可能会在死后形成团块——而这些团块可以持续数百年或数千年。

直到最近几年，科学家才开始认真研究这些奇异的案例。2008 年发生了一项重大突破，当时考古学家发现了在英格兰赫斯灵顿的一个灌溉渠中被绞死、斩首并抛弃的男子的2500 年历史的头骨。所有其他软组织早已消失，但调查人员震惊地发现头骨中仍然包含一个萎缩的大脑。由伦敦大学学院神经科学家团队领导的分析得出结论，大脑是通过蛋白质聚集保存下来的。

当蛋白质折叠出错时

在生物体中，蛋白质折叠非常依赖于环境，细胞环境中的干扰可能会使其误入歧途。

一个经典的例子是蛋白。通常，它是透明的液体，但当条件发生变化时——例如当鸡蛋被煎炸或煮沸时——其蛋白质会解开、缠结并形成团块。“那是一个聚集体，”德国马丁斯里德马克斯·普朗克生物化学研究所蛋白质折叠疾病的首席研究员乌尔里希·哈特尔说。“同样的事情也发生在你的大脑中，只是在微观层面上。”许多疾病都有相似的潜在机制：蛋白质放弃其健康的天然状态，展开并与其他错误折叠的蛋白质缠结成一团。

在疾病中，错误折叠的版本成为蛋白质最热力学稳定的状态，通常使聚集不可逆转。哈特尔说，如果古代大脑保存背后存在类似的机制，他不会感到惊讶。“大脑可以在死后保存这么长时间，这很令人着迷，”他说。“我感兴趣的问题是：这是否在某种程度上反映了神经退行性变过程中发生的事情？”

持久的大脑

赫斯灵顿大脑的发现刺激了对大脑保存的新研究。牛津大学是这项工作的中心，其首席研究员是莫顿-海沃德，她是一位前殡仪业者，后来成为法医人类学家。现在是博士候选人的她收集了世界上最大的古代大脑收藏，分析了来自英国、比利时、瑞典、美国和秘鲁等地点的 600 多个标本，这些标本的历史最长可达 8000 年——她正在分析它们是如何保存下来的。（标本的收集符合牛津大学的研究伦理指南。）

为了了解这些大脑为何没有腐烂，莫顿-海沃德用强大的显微镜观察了古代大脑组织。她将小鼠大脑放入装有水或沉积物的罐子中，以测量它们随时间的分解情况。她采用了质谱法来识别古代大脑中持续存在的蛋白质和氨基酸。她已经识别出 400 多种保存完好的蛋白质。（其中最丰富的是髓鞘碱性蛋白，它有助于在我们神经线路上的形成绝缘鞘。）她切开了古代大脑组织，并将样本带到钻石光源同步加速器（英国的国家粒子加速器），用接近光速的电子轰击它们，以了解保存过程中涉及的金属、矿物质和分子。

尸体可以通过防腐、冷冻、鞣制或脱水来避免分解，但莫顿-海沃德专注于大脑是唯一剩余软组织的案例。通常保存完好的大脑来自缺氧的浸水埋葬环境，例如低洼墓地，或者在赫斯灵顿大脑的案例中，来自灌溉沟渠。人脑由约 80% 的水组成，其余部分分为蛋白质和脂质：不溶于水的脂肪、蜡状或油性化合物。莫顿-海沃德的实验表明，大脑通过一种称为分子交联的过程得以持久保存，在该过程中，大脑蛋白质残余物和降解的脂质形成海绵状聚合物。这个过程可能由金属，尤其是铁催化。聚合物强大的共价键（其中电子是共享的）和高分子量可能使萎缩的大脑极其耐用和化学抗性——因此能够抵抗数百年的分解。这些聚合物不是被称为淀粉样蛋白的线状原纤维，淀粉样蛋白是蛋白质折叠疾病（如阿尔茨海默病和帕金森病）的特征。“当我开始这段旅程时，我想知道我们是否会发现淀粉样蛋白，”她说。“但似乎我们没有。”相反，她说，来自其他分解蛋白质的氨基酸“通过相同的机制交联——这似乎是我们在这些古代大脑中看到的：聚集，但类型不同。”

然而，她说，大脑保存的某些方面“与神经退行性变非常相似”。在古代大脑组织和她的小鼠大脑腐烂实验中，她都发现了氧化损伤的证据，这会产生交联的前体成分。这种由铁失调引起的损害与大脑衰老和一系列神经退行性疾病有关。

莫顿-海沃德建议说：“也许这些过程在我们自然衰老的过程中正在发生，“然后在死后，它们会继续下去。”

这项新研究推翻了一个古老的假设，即大脑通过变成尸蜡或“墓蜡”来保存，尸蜡或“墓蜡”是在身体脂肪转化为牛脂色的肥皂状物质时形成的（通常在尸体浸没时）。尽管大脑富含脂质，但仅含有少量通常会变成尸蜡的甘油三酯脂肪。“尸蜡在脂肪组织中形成——那是臀部、手臂、脸颊，”英国布拉德福德大学的考古学家兼古代大脑的先驱研究员索尼娅·奥康纳说。“大脑中没有脂肪组织。这是错误的化学成分。”

但是，由于大脑中富含蛋白质和脂质，因此它具有适合交联的正确化学成分。它在生命中的可塑性可能使其在死后具有韧性。

永恒的紊乱

直到本世纪初，蛋白质通常被描述为以可预测的“锁和钥匙”方式结合在一起，但在过去二十年中，很明显，有些蛋白质用途更广泛。具有内在无序区域的蛋白质，包括内在无序蛋白质 (IDP)，约占所有人类蛋白质的三分之一，并且可以采取多种构型和结合伙伴——这是一个关键属性，使其能够调整其结构和功能。髓鞘碱性蛋白是无序蛋白的一个主要例子。这种脂肪绝缘鞘中神经元周围的“分子胶水”必须能够适应在每个人中形成独特的神经回路，并在整个生命周期中不断变化。

与正常蛋白质不同，IDP 缺乏稳定的 3D 结构，可以呈现多种形状。它们因其与许多伙伴结合的能力而臭名昭著。不幸的是，这种多功能性使无序蛋白质容易发生错误折叠，并且它们在诸如阿尔茨海默病、帕金森病、亨廷顿病、ALS、人类朊病毒病和牛的 BSE 等病理学中发挥着重要作用。

南佛罗里达大学生物物理学家弗拉基米尔·乌弗斯基是无序蛋白质的首席研究员，他立即怀疑 IDP 在赫斯灵顿大脑中发挥了作用。当他分析提取蛋白质的数据集时，他证实最丰富的保存蛋白质以高水平的无序为特征。他假设 IDP 充当“分子砂浆”，通过将分子粘合成刚性聚集体，从而起到“持久的防腐剂”的作用。乌弗斯基称这种现象为“不稳定性的稳定性”，它有助于解释为什么蛋白质聚集在神经退行性疾病中以及甚至在死者中变得如此持久。与牛津大学的研究人员一样，他认为分子交联增强了这些遗骸的耐久性。

蛋白质聚集的另一个阴险特征是，它成为病理增长的种子。“它会吸入一切，”乌弗斯基说。“这些东西会像黑洞一样。”

在生命中，我们有防御蛋白质错误折叠的机制，但随着年龄的增长，这些机制会减弱，并在死后完全停止。在死后的大脑中，交联和聚集可以肆虐，仅受化学和物理定律的限制。

可以肯定的是，古代大脑中顽固的分子与在活体患者中看到的蛋白质病理学不同。即便如此，研究人员对令人毛骨悚然的相似之处感到好奇。许多保存完好的大脑来自莫顿-海沃德所说的“苦难之地”，例如万人坑、暴力死亡地点以及维多利亚时代济贫院和精神病院共用的墓地。她怀疑生命中的氧化应激可能会释放出在坟墓中继续进行的分子过程。“在那种情况下，”她说，“我们可以研究比人类寿命更长轨迹的衰老。”

本文的一个版本题为“大脑耐力”，改编后收录在 2025 年 2 月号的大众科学杂志中。本文反映了该版本，并增加了一些为印刷而删节的材料。