《自然》封面：起死回生！耶鲁科学家让死亡4小时的猪脑恢复了代谢和细胞功能丨科学大发现
“冬，晋文公卒。庚辰，将殡于曲沃。出绛，柩有声如牛。”——《左传》
一代霸主晋文公就这么给活埋进坟墓了。不过这也怪不了古人，毕竟没有心电脑电，对于生死的判断并不是那么准确。甚至到了今天，怎样才算死亡依然是个问题，毕竟有的时候，生和死的界限并不是那样清楚，比如躺在床上只有一些基本反射的植物人，比如心死亡和脑死亡的标准之争。
今日Nature封面推荐的一项研究[1]，让生与死之间的灰色地带又大了一些。耶鲁大学的Zvonimir Vrselja和Nenad Sestan等，利用他们开发的BrainEx系统，让本已“死去”4小时的离体的猪脑，维持了大脑的正常结构，恢复了代谢能力，对一些外界刺激产生相应的反应，甚至出现了一些自发的电生理活动。
不过研究人员也强调，他们在试验中并没有观察到任何能代表意识、知觉或其它大脑高级功能的脑电活动，但这也足以在伦理和法律界引起巨大的动荡了。
Nature封面推荐
（来自Nature）
大脑是我们作为人类最重要的器官了。所谓“我思故我在”，而思想恰恰是由大脑产生的。发达的大脑使得人类拥有远超其它动物的智力，并凭此征服了地球，发展出如今的文明。
但同时，大脑也是人体最为脆弱的器官之一。且不说它娇嫩易碎的组织结构，单就它对缺血缺氧的敏感性来说，几乎就是大脑自称第二，没器官敢称第一。
动物研究显示，心脏骤停后仅仅几秒，大脑的氧气就会耗尽，意识就会消失。到了5分钟时，ATP和葡萄糖储备也消耗殆尽，脑功能完全恢复的可能性也随之降低[2]。
由于大脑的脆弱性和重要性，特别是现在有了呼吸机、ECMO等生命支持设备，死亡过程中往往是大脑先出现不可逆的功能丧失，而身体其它器官还有正常功能，可以用于器官移植，这也让脑死亡逐渐成为新的死亡标准[3]。无锡人民医院的肺移植专家陈静瑜，就曾经在人民代表大会上，三次提议脑死亡立法。
（Image by Viraj Tamakuwala from Pixabay ）
然而，一些研究似乎表明，我们的大脑可能并没有我们所想的那样脆弱。死后数小时的人类脑组织，依然可以在培养基中存活数周[4]。死后10小时的人类大脑皮层中的线粒体也仍具有功能[5]。因低温而心脏停搏数小时的人，甚至可以完全恢复神经功能，没有留下后遗症[6]。
这一切，使得Zvonimir Vrselja和Nenad Sestan等猜测，在适当的条件下，可以让哺乳动物死亡一定时间后，部分的恢复它们大脑中某些分子和细胞的功能。
BrainEx装置
（来自参考文献1）
为此研究人员设计了一整套恢复离体哺乳动物大脑微循环的装置（BrainEx，BEx），包括含有血红蛋白和一些抗凋亡药物等成分的BEx灌注液，可以模拟正常心跳血压和体温的灌注设备，以及将离体大脑连接在设备上的手术方案。
利用这一套BEx系统，研究人员对从屠宰场获得的已“死亡”4个小时的猪头进行了试验。动脉造影、血红素荧光成像等试验显示，这些猪脑在BEx系统上灌注良好，微循环流量充足，使用增加脑血流量的药物尼莫地平也同样增加了这些“死亡”大脑中的“血”流量。
CTA同样显示大脑灌注良好
（来自参考文献1）
在灌注了6个小时后，也就是这些猪死亡10小时后，研究人员对这些大脑进行了MRI检测，T1相下，接受BEx灌注的猪脑结构完整，脑室大小、灰白质对比以及解剖标志轮廓均保持正常，而未灌注的猪脑侧脑室塌陷，还有部分分解的迹象，接受对照灌注液（CP，主要为等渗PBS）灌注的猪脑也出现了广泛的组织水肿。
即使大脑中特别易受缺血缺氧损伤的海马CA1区，在接受BEx灌注后，其中的神经元也保持了正常的椎体神经元结构，而神经元间传递信息的突触的完整结构，包括突触前的装着神经递质的囊泡结构，也被保留了下来。但未接受灌注或CP灌注的大脑中，其海马CA1神经元都出现了萎缩甚至解体的现象。
只有BEx灌注保持了正常的脑室结构
（来自参考文献1）
BEx对神经胶质细胞的保护同样明显。未灌注和CP灌注的大脑中的都出现了星形胶质细胞和小胶质细胞的大量破坏，而BEx灌注的大脑中这些神经胶质细胞不但没有被破坏，还具有正常的功能，向其中注入诱导炎症的LPS依然能引起IL-6等多种细胞因子的释放。
此外，在神经元的细胞结构、室管膜纤毛上的细胞膜完整性、线粒体超微结构上，接受BEx灌注的猪脑也基本保持正常，而未灌注或灌注CP的猪脑都出现了不同程度的损伤。
只有BEx灌注保持了正常的胶质细胞，最左边死后1小时的猪脑用来代表正常情况
（来自参考文献1）
接下来，研究人员检测了“动静脉”中BEx灌注液的成分差异，发现在BEx灌注下，大脑对葡萄糖和氧气的消耗也与生理条件相似。而灌注一小时后，“静脉”中的钠钾离子浓度也恢复到了正常的生理水平，这反映了大脑中钠钾泵功能的恢复！
钠钾泵对于神经可是十分重要，它维持了胞内高钾低钠，胞外高钠低钾的离子浓度差异，是产生对神经电活动，行使大脑功能的基础。
确实，对于脑功能最为重要的电生理特性，也在BEx灌注下也得以保留。神经元的膜电容、膜电阻、静息电位等，都与正常神经元相近，也能引出正常的动作电位。甚至在试验中，研究人员还观察到了自发的兴奋性突触后电流！
不过，试验中观察到的生物电活动都是单个神经元的，整体上并没有出现全脑的脑电活动，还不能说让这些大脑“活”了过来。
并没有出现整体 脑电活动
（来自参考文献1）
爱丁堡大学的Tara Spires-Jones教授表示这项研究为研究大脑提供了一种新的方法：“更好地理解大脑功能对于理解人类的本质是很重要的，这也将帮助我们治疗像阿尔茨海默氏病这样的脑部疾病。然而，这项研究距离保存人类死后的大脑功能还有很长的路要走。相反，它只是暂时保存了猪大脑中一些更基本的细胞功能，而没有保存思想和个性。”
论文合著者，耶鲁大学的生物伦理学跨学科中心主任Stephen Latham也强调：“恢复意识从来都不是这项研究的目标，研究人员事前就准备使用麻醉剂和降温来阻止有组织的全脑电活动。所有人都同意，如果没有明确的道德标准和制度监督机制，就不会进行涉及复苏全脑活动的实验。”
编辑神叨叨
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参考文献：
1. VRSELJA Z, DANIELE S G, SILBEREIS J, et al. Restoration of brain circulation and cellular functions hours post-mortem[J]. Nature, 2019, 568(7752): 336-343.
2. Greer D M. Mechanisms of injury in hypoxic-ischemic encephalopathy: implications to therapy[C]//Seminars in neurology. Copyright© 2006 by Thieme Medical Publishers, Inc., 333 Seventh Avenue, New York, NY 10001, USA., 2006, 26(04): 373-379.
3. Wijdicks E F M. The diagnosis of brain death[J]. New England Journal of Medicine, 2001, 344(16): 1215-1221.
4. Verwer R W H, HERMENS W I M T, DIJKHUIZEN P A, et al. Cells in human postmortem brain tissue slices remain alive for several weeks in culture[J]. The FASEB journal, 2002, 16(1): 54-60.
5. Barksdale K A, Perez-Costas E, Gandy J C, et al. Mitochondrial viability in mouse and human postmortem brain[J]. The FASEB Journal, 2010, 24(9): 3590-3599.
6. Hughes A, Riou P, Day C. Full neurological recovery from profound (18.0 C) acute accidental hypothermia: successful resuscitation using active invasive rewarming techniques[J]. Emergency Medicine Journal, 2007, 24(7): 511-512.
本文作者 | 孔劭凡
“或许缸中脑真能成为现实”