原作：Maiken Nedergaard, Steven A. Goldman
我们为什么要睡觉？为什么人类、猩猩、老鼠、乃至斑马鱼、果蝇、线虫都需要睡觉？用生命中三分之一的时间失去意识，无法寻找食物，无法躲避野兽，无法……若非必要，为何如此？
原来大脑里有一套用来清除有毒废物的下水道系统。睡觉的时间就是大脑排毒的时间。
概要
神经系统内部有一套“脑淋巴系统”， 负责收集运输排除脑内产生的废物
脑淋巴系统在睡眠期间最为活跃
毒性蛋白在脑内的堆积是导致老年痴呆症、帕金森症等神经系统疾病的重要原因。 脑淋巴系统可能成为治疗这类疾病的药物靶点
人的大脑是一个异常活跃的器官，虽然重量只占成人体重的百分之二左右，却消耗身体总能量的百分之二十到二十五。在如此活跃的代谢中，大脑会产生大量的蛋白废物，其中很多是有毒有害的。一个人的大脑每天约产生7-8克废弃的蛋白质碎片，相当于每个月要更新250克左右的大脑组织，或者说每年需要合成一个新的大脑。为维持正常功能，大脑必需能有效地清除这些废物。但是直到不久之前，人们对大脑里的“下水道系统”还知之甚少。究竟有多少的废物是在大脑内部被脑细胞自身消化的，有多大比例是运输到神经系统外面去处理的？
我们从5年以前开始对大脑清除废物的过程进行研究。同时我们还关注，如果这一过程被扰乱，将对大脑的功能造成怎样的影响，以及这与退行性神经系统疾病有怎样的关联。我们认为如果大脑内的废物清理过程遇到阻碍，将引起有害蛋白碎片在脑细胞内部以及周围的异常累积，从而加速神经系统病变。
这个想法引起了我们强烈的兴趣，因为我们已经知道在多种退行性神经疾病的大脑中，已经发现某些蛋白质的异常沉积。这些蛋白沉积形成的斑块会阻碍电信号和化学信号在神经细胞之间的传导，对大脑功能造成不可修复的损伤。事实上，通过过量制造这些蛋白沉积，研究人员可以在实验动物体内重现出类似老年痴呆症和帕金森症等疾病的病理特征。
通过研究，我们发现了一个负责清理大脑内的蛋白碎片及其它代谢废物的网状管道系统，并且发现这一系统在睡眠期间最为活跃。大脑必须对代谢产生的有毒有害物质进行清理，这可能从机理上回答了动物为什么需要睡觉这个看似简单，实则深刻的问题。对这一系统的研究和理解将带领我们寻找对一系列退行性神经疾病的诊断和治疗的新方法。
脑淋巴系统
研究人员很早就发现，几乎遍布全身的淋巴系统负责把蛋白废物从身体组织里排出。淋巴管内的淋巴液携带着废物，从支线渐渐汇聚成主线，最终注入血管。淋巴系统还承担免疫功能。免疫白细胞驻扎在淋巴结内，需要时通过淋巴管流向全身，对抗感染。但是传统观念认为大脑或脊髓里不存在淋巴系统，大脑自行消化所产生的废物。我们的研究表明事实并非如此。
星形胶质细胞是具有多重功能的支持细胞，对神经元之间的网络连接，信号传导有重要作用。脑内的血管被星形胶质细胞（Astrocytes）伸出的终足紧紧包裹，在胶质细胞与血管壁之间形成一个空腔——血管周腔(Perivascular space)。这个围绕血管构成的空腔构成了大脑内的管道网络，允许液体在脑内不同区域间相对自由地流动。科学家们早在30年前就知道脑内血管周腔的存在，但不知道其确切的功能。
我们从几年前就开始研究大脑内的废物处理系统。我们注意到在星形胶质细胞的终足上，特别是在它们面向血管壁的一侧，分布着很高密度的水通道蛋白aquporin-4，其密集程度和肾脏的水通道蛋白密度接近。更为引人注目的是，在构成血管壁的内皮细胞上缺乏这种水通道。这一发现明显表明液体不能通过管周腔进出血管，而只能在管周腔内流动，或是通过星形胶质细胞的终足进入脑组织的间隙。
我们的假说是：管周腔构成了神经系统内的淋巴系统，它可能给脑脊液提供了流动的管道。动脉的搏动可能为脑脊液在管周腔里的流动提供动力。一部分的脑脊液可能通过终足进入星形胶质细胞，随后流经细胞间隙，最终进入围绕在静脉周围的管周腔，从而实现清理脑组织中的废物的功能。
杰夫·伊利夫（Jeff Iliff） 和拉希德·蒂安（Rashid Deane）的工作肯定了上述假说。借助染料对脑脊液染色，我们直接观察到了在动物脑内的脑脊液流动。我们发现脑内动脉的搏动将大量的脑脊液泵压到动脉周围的管周腔里。这些脑脊液随后经过星形胶质细胞进入细胞间隙，沿途收集脑组织内的蛋白废物，之后汇入静脉周围的管周腔，从而实现清洁脑组织的作用。携带有废物的脑脊液沿着静脉周围的管周腔运行到颈部，在那里进入淋巴系统，最终汇入全身血液循环。从身体各个器官收集的代谢废物通过血管被运往肾脏进行过滤，或者在肝脏内被降解和再利用。我们目前已经追踪到了脑内液体流动和清理废物的完整通路。我们把这一发现命名为脑淋巴系统－（Glymphatic system）。
(校阅：刘庭瑜)
编辑 高阳
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