人死后大脑为何能保存上万年?牛津揭开谜底
在实验初始阶段，不同环境中的脑组织变化大致相似。首先启动的是自溶和水解，大量完整蛋白质被切割成更小的片段。但随着时间推移，四组样本逐渐表现出明显差异。
在能够持续获得氧气补充的环境下，可检测到的蛋白数量持续下降。其中潮湿有氧组别降解最为剧烈，到实验结束时，可检测到的蛋白数量下降约一个数量级。
缺氧环境则呈现出不同趋势。尽管大量容易降解的蛋白质同样消失，但另一部分肽段并没有继续减少，反而由于周围物质不断流失，在剩余蛋白质中的相对比例逐渐升高。研究人员将这些片段称为“耐降解肽段”。
潮湿缺氧组产生了规模最大的耐降解肽段集合，研究人员共检测到 2,647 种，占该环境相关肽段的 37.4%。与有氧条件相比，缺氧样本中还出现了更多与氧化还原反应、金属结合和钙结合有关的蛋白类别。
这意味着，决定脑组织能否长期留下来的，并不只是有没有水。真正重要的是，水分和氧气共同塑造了怎样的化学环境。
潮湿环境让分子具有一定活动空间，也为氧化反应提供了相关条件；但当氧气受到限制时，这些反应不容易发展成持续扩散的破坏过程。它们可能仅局限于局部发生，并很快在局部终止，最终把附近的蛋白质连接到一起。
进一步分析显示，耐降解肽段留下来的规律“有迹可循”。与容易分解的肽段相比，它们更富含色氨酸、酪氨酸和蛋氨酸等具有氧化还原活性的氨基酸，同时较少出现容易发生水解、破坏性氧化或断裂的部分。
图丨 Alexandra Morton-Hayward 收集的脑组织样本（来源：《卫报》）
更重要的差异来自蛋白质的空间结构。蛋白质的局部结构大致可以分为 α 螺旋、β 折叠等形式。研究人员发现，耐降解肽段中以 β 折叠为主的比例达到 50.2%，高于易降解肽段的 40.8%；相反，耐降解肽段中的 α 螺旋结构相对较少。
β 折叠内部排列紧密，依靠密集的氢键相互连接，与更灵活、暴露程度更高的 α 螺旋相比，通常更不容易受到酶和水解反应的攻击。
他们还发现，耐降解肽段大量集中于与细胞膜结合的蛋白质区域。其中，钙依赖性磷脂结合结构域在耐降解肽段中的出现频率，最高可达到易降解肽段的 16 倍。
细胞死亡后，细胞膜逐渐失效，钙离子平衡被打破。部分蛋白质会持续附着在富含脂质的膜表面。在这些空间狭窄的微环境中，脂质、蛋白质和金属元素聚集在一起，氧气扩散却受到限制。
需要了解的是，大脑本身拥有较丰富的铁，包括血红素、铁蛋白以及分布在髓鞘、线粒体等结构中的不同铁储备。活着时，这些铁受到细胞严格控制；死亡后，调控系统崩溃，铁可能参与局部自由基反应。
由此产生的自由基既可能破坏蛋白质，也可能使相邻分子形成共价连接。在氧气充足的情况下，氧化反应可以持续传递，最终造成广泛断裂；在缺氧、扩散受限的环境中，反应更可能在局部被终止，并以交联的形式把蛋白质“锁”在一起。
随着交联不断积累，蛋白质的活动性和溶解性下降，酶和水也越来越难进入内部，最终形成不易分解的聚集网络。这张由蛋白质、脂质和金属共同参与形成的分子网络，可能就是古脑保存数千年的关键。
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好新闻没人评论怎么行，我来说几句
在能够持续获得氧气补充的环境下，可检测到的蛋白数量持续下降。其中潮湿有氧组别降解最为剧烈，到实验结束时，可检测到的蛋白数量下降约一个数量级。
缺氧环境则呈现出不同趋势。尽管大量容易降解的蛋白质同样消失，但另一部分肽段并没有继续减少，反而由于周围物质不断流失，在剩余蛋白质中的相对比例逐渐升高。研究人员将这些片段称为“耐降解肽段”。
潮湿缺氧组产生了规模最大的耐降解肽段集合，研究人员共检测到 2,647 种，占该环境相关肽段的 37.4%。与有氧条件相比，缺氧样本中还出现了更多与氧化还原反应、金属结合和钙结合有关的蛋白类别。
这意味着，决定脑组织能否长期留下来的，并不只是有没有水。真正重要的是，水分和氧气共同塑造了怎样的化学环境。
潮湿环境让分子具有一定活动空间，也为氧化反应提供了相关条件；但当氧气受到限制时，这些反应不容易发展成持续扩散的破坏过程。它们可能仅局限于局部发生，并很快在局部终止，最终把附近的蛋白质连接到一起。
进一步分析显示，耐降解肽段留下来的规律“有迹可循”。与容易分解的肽段相比，它们更富含色氨酸、酪氨酸和蛋氨酸等具有氧化还原活性的氨基酸，同时较少出现容易发生水解、破坏性氧化或断裂的部分。
图丨 Alexandra Morton-Hayward 收集的脑组织样本（来源：《卫报》）
更重要的差异来自蛋白质的空间结构。蛋白质的局部结构大致可以分为 α 螺旋、β 折叠等形式。研究人员发现，耐降解肽段中以 β 折叠为主的比例达到 50.2%，高于易降解肽段的 40.8%；相反，耐降解肽段中的 α 螺旋结构相对较少。
β 折叠内部排列紧密，依靠密集的氢键相互连接，与更灵活、暴露程度更高的 α 螺旋相比，通常更不容易受到酶和水解反应的攻击。
他们还发现，耐降解肽段大量集中于与细胞膜结合的蛋白质区域。其中，钙依赖性磷脂结合结构域在耐降解肽段中的出现频率，最高可达到易降解肽段的 16 倍。
细胞死亡后，细胞膜逐渐失效，钙离子平衡被打破。部分蛋白质会持续附着在富含脂质的膜表面。在这些空间狭窄的微环境中，脂质、蛋白质和金属元素聚集在一起，氧气扩散却受到限制。
需要了解的是，大脑本身拥有较丰富的铁，包括血红素、铁蛋白以及分布在髓鞘、线粒体等结构中的不同铁储备。活着时，这些铁受到细胞严格控制；死亡后，调控系统崩溃，铁可能参与局部自由基反应。
由此产生的自由基既可能破坏蛋白质，也可能使相邻分子形成共价连接。在氧气充足的情况下，氧化反应可以持续传递，最终造成广泛断裂；在缺氧、扩散受限的环境中，反应更可能在局部被终止，并以交联的形式把蛋白质“锁”在一起。
随着交联不断积累，蛋白质的活动性和溶解性下降，酶和水也越来越难进入内部，最终形成不易分解的聚集网络。这张由蛋白质、脂质和金属共同参与形成的分子网络，可能就是古脑保存数千年的关键。
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