中大新聞網(wǎng)訊（通訊員劉夢(mèng)圓）下胸段脊髓全橫斷可以導(dǎo)致?lián)p傷處下方脊髓神經(jīng)環(huán)路喪失腦源性神經(jīng)支配，致使興奮性運(yùn)動(dòng)神經(jīng)環(huán)路功能性沉默。根據(jù)Donald Hebb的理論(1949年)—“那些被激活的神經(jīng)元終歸會(huì)連接在一起”，對(duì)于不完全性脊髓損傷采取脊髓硬膜外電刺激，能夠讓損傷處下方發(fā)生功能性沉默的興奮性運(yùn)動(dòng)神經(jīng)環(huán)路被激活，有助于改善截癱病人的肢體運(yùn)動(dòng)功能。然而，要想肢體運(yùn)動(dòng)功能得到更持久地恢復(fù)，需要依賴(lài)脊髓損傷處的內(nèi)、外源性神經(jīng)元中繼脊髓斷端的上、下行神經(jīng)信息，尤其是來(lái)自大腦的下行神經(jīng)信息，這是激活脊髓損傷處下方興奮性運(yùn)動(dòng)神經(jīng)環(huán)路的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。如果此時(shí)再給予脊髓適宜的神經(jīng)電刺激，通過(guò)電信號(hào)與中繼上、下行神經(jīng)信息的神經(jīng)元之間的協(xié)同效應(yīng)機(jī)制就有可能更有效地激活功能性沉默的興奮性運(yùn)動(dòng)神經(jīng)環(huán)路。
中山大學(xué)中山醫(yī)學(xué)院曾園山教授團(tuán)隊(duì)前期研究表明，在全橫斷脊髓損傷處移植類(lèi)脊髓組織或組織工程神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組織能夠作為神經(jīng)元中繼器傳遞下行的腦源性神經(jīng)信息到達(dá)損傷/移植區(qū)以下的脊髓神經(jīng)環(huán)路，可以改善癱瘓后肢的自主運(yùn)動(dòng)功能，不過(guò)這種運(yùn)動(dòng)功能仍有較大的改善空間。這可能與調(diào)控后肢自主運(yùn)動(dòng)功能的腰段興奮性運(yùn)動(dòng)神經(jīng)環(huán)路沒(méi)有得到更有效激活有關(guān)。此外，曾園山教授團(tuán)隊(duì)另一項(xiàng)研究也揭示，應(yīng)用神經(jīng)調(diào)控技術(shù)——尾神經(jīng)電刺激或電針刺激可以激活全橫斷脊髓損傷處以下的腰段脊髓神經(jīng)環(huán)路；例如促使腰段神經(jīng)元合成神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素-3(NT-3)，增加腰段前角運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的存活和維持其膽堿能神經(jīng)遞質(zhì)的合成，緩解癱瘓后肢的肌肉萎縮。然而，該研究沒(méi)有觀(guān)察到癱瘓后肢的運(yùn)動(dòng)功能顯著恢復(fù)，這可能是與脊髓損傷處沒(méi)有移植組織工程神經(jīng)元中繼器傳遞下行的腦源性神經(jīng)信息到達(dá)腰骶段的興奮性運(yùn)動(dòng)神經(jīng)環(huán)路有關(guān)。
為了解決上述科學(xué)問(wèn)題，曾園山教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合廣東省人民醫(yī)院鄭秋堅(jiān)教授團(tuán)隊(duì)在全橫斷脊髓損傷處移植類(lèi)脊髓組織作為神經(jīng)元中繼器，聯(lián)合應(yīng)用尾神經(jīng)電刺激作為協(xié)同效應(yīng)性電刺激(synergistic electrical stimulation)，設(shè)想這種聯(lián)合策略能更有效地激活功能性沉默的興奮性運(yùn)動(dòng)神經(jīng)環(huán)路，增強(qiáng)癱瘓后肢的自主運(yùn)動(dòng)功能。該項(xiàng)研究成果“Tail nerve electrical stimulation promoted the efficiency of transplanted spinal cord-like tissue as a neuronal relay to repair the motor function of rats with transected spinal cord injury”近日在線(xiàn)發(fā)表在國(guó)際著名期刊Biomaterials上。
研究結(jié)果顯示，再生的腦源性神經(jīng)纖維可以在全橫斷脊髓損傷處與移植的類(lèi)脊髓組織神經(jīng)元形成突觸連接。與此同時(shí)，尾神經(jīng)電刺激能夠激活功能性沉默的興奮性運(yùn)動(dòng)神經(jīng)環(huán)路，提高了類(lèi)脊髓組織將腦源性神經(jīng)信息中繼給EPHA4+/VGluT2+中間神經(jīng)元以及調(diào)控后肢肌肉的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的傳遞效率，致使大鼠癱瘓后肢呈現(xiàn)支撐體重和重新站立行走。
該項(xiàng)研究揭示了一種神經(jīng)電刺激聯(lián)合類(lèi)脊髓組織移植的協(xié)同效應(yīng)性機(jī)制—電刺激大鼠尾部的感覺(jué)傳入神經(jīng)纖維并通過(guò)其將電信號(hào)傳遞到腰骶段脊髓神經(jīng)環(huán)路，激活中樞模式發(fā)生器(CPG, EPHA4+/VGluT2+)中間神經(jīng)元。這些神經(jīng)元一方面分泌NT-3引導(dǎo)類(lèi)脊髓組織過(guò)表達(dá)NT-3受體酪氨酸蛋白激酶C(TrkC)的移植神經(jīng)元軸突支配它們，從而接收下行的腦源性神經(jīng)信息；另一方面它們的軸突分別支配分泌NT-3的前角運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。這些被激活的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元促使其軸突支配靶肌肉并維護(hù)運(yùn)動(dòng)終板的結(jié)構(gòu)和功能，提升靶肌肉代謝活動(dòng)，減輕靶肌肉的萎縮，增強(qiáng)癱瘓后肢的自主運(yùn)動(dòng)功能(見(jiàn)圖1)。
圖1: 將類(lèi)脊髓組織(SCLT)移植入大鼠全橫斷脊髓損傷處后實(shí)施尾神經(jīng)電刺激(TNES)，隨后通過(guò)逆行假狂犬病毒(PRV)和熒光金(FG)示蹤以及跨背根節(jié)(DRG)霍亂毒素亞型B(CTB)示蹤脊髓神經(jīng)環(huán)路解析協(xié)同效應(yīng)性電刺激的作用機(jī)制（藍(lán)色三角形示意注射部位）。
該項(xiàng)研究亦提示在中樞神經(jīng)環(huán)路功能重建方面，應(yīng)用在結(jié)構(gòu)和功能上可替換病傷神經(jīng)組織的類(lèi)脊髓組織、組織工程神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組織或類(lèi)腦組織與相關(guān)神經(jīng)電刺激或人工智能腦–脊髓接口技術(shù)相結(jié)合，可以作為設(shè)計(jì)治療難治性中樞神經(jīng)病傷的多模態(tài)方案，應(yīng)得到進(jìn)一步的探索。
