在一項由瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院神經(jīng)科學(xué)教授Grégoire Courtine、洛桑大學(xué)醫(yī)院神經(jīng)外科醫(yī)生Jocelyne Bloch和Jordan W. Squair協(xié)調(diào)的多年研究計劃中，因脊髓損傷而癱瘓的患者在對控制腿部運動的腰部脊髓進(jìn)行定向硬膜外電刺激后，得以恢復(fù)一些運動功能。

在一項新的研究中，Courtine、Bloch、Squair及其研究團(tuán)隊不僅在9名患者身上證明了這種療法的有效性，而且在神經(jīng)康復(fù)過程結(jié)束和電刺激關(guān)閉后，患者的運動功能改善仍然持續(xù)。這表明用于行走的神經(jīng)纖維已經(jīng)重組。他們認(rèn)為，確切了解這種神經(jīng)纖維重建是如何發(fā)生的至關(guān)重要，以便開發(fā)更有效的治療方法，并盡可能改善更多患者的生活。相關(guān)研究結(jié)果于2022年11月9日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“The neurons that restore walking after paralysis”。

Vsx2神經(jīng)元重組以恢復(fù)行走

為了獲得這一理解，這些作者首先研究了小鼠的基本機制。他們揭示了表達(dá)Vsx2基因的神經(jīng)元群體的一個令人驚訝的特性：雖然這些神經(jīng)元對于健康小鼠的行走并不是必需的，但它們對于脊髓損傷后的運動功能的恢復(fù)是必不可少的。

這一發(fā)現(xiàn)是幾個階段的基礎(chǔ)研究的結(jié)果。這些作者首次能夠可視化觀察患者在行走時的脊髓活動。這導(dǎo)致了一個意想不到的發(fā)現(xiàn)：在這種脊髓刺激過程中，神經(jīng)元的活動實際上在行走過程中減少了。他們推測，這是因為神經(jīng)元活動被選擇性地引向恢復(fù)運動功能。

為了測試他們的假設(shè)，這些作者開發(fā)了先進(jìn)的分子技術(shù)。Courtine說，“我們建立了首個脊髓的三維分子圖譜。我們的模型讓我們以更大的顆粒度----在神經(jīng)元水平---觀察這種運動恢復(fù)過程。”由于他們高度精確的模型，他們發(fā)現(xiàn)這種脊髓刺激激活了Vsx2神經(jīng)元，并且這些神經(jīng)元隨著這種重組過程的展開變得越來越重要。

一種多功能的脊髓植入物

論文共同作者、洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的Stéphanie Lacour利用她的實驗室開發(fā)的硬膜外植入物驗證了他們的發(fā)現(xiàn)。Lacour通過添加發(fā)光二極管對這種硬膜外植入物進(jìn)行了調(diào)整，使得它不僅能刺激脊髓，還能通過光遺傳學(xué)過程使Vsx2神經(jīng)元單獨失活。當(dāng)這種方法用于脊髓損傷的小鼠時，由于Vsx2神經(jīng)元失活，小鼠立即停止了行走，但對健康小鼠沒有影響。這意味著Vsx2神經(jīng)元對于脊髓刺激療法發(fā)揮療法并導(dǎo)致神經(jīng)重組既是必要的也是充分的。

神經(jīng)康復(fù)期間施加的腰部脊髓硬膜外電刺激重塑了人類和小鼠的脊髓。圖片來自Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05385-7。

Bloch說，“對于神經(jīng)科學(xué)家們來說，能夠了解每個神經(jīng)元亞群在像行走這樣的復(fù)雜活動中發(fā)揮的具體作用是至關(guān)重要的。在我們的新研究中，由于我們的硬膜外植入物，9名臨床試驗患者能夠恢復(fù)一定程度的運動功能，這讓我們對脊髓神經(jīng)元的這種重組過程有了寶貴的了解。”

Squair說，“這為癱瘓患者的更有針對性的治療鋪平了道路。我們?nèi)缃裣胍倏v這些神經(jīng)元以實現(xiàn)脊髓再生的目標(biāo)。”（生物谷 Bioon.com）

參考資料：

Claudia Kathe et al. The neurons that restore walking after paralysis, Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05385-7.