脊髓受損的癱瘓小鼠恢復行走能力

新聞 07-23

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以兩種不同方式著色的小鼠脊髓橫截面，展示了抑制神經元中KCC2表達程度增加的情況。KCC2表達程度增加會發送運動機能，包括踝關節運動和行走。圖片來源：Zhigang He Lab, Boston Children"s Hospital

大多數脊髓損傷患者都會從受傷部位癱瘓，即使脊髓沒有被完全切斷也是如此。為什麼脊髓沒有受損的部分也不能正常工作了呢？近日已發表在《Cell》上的一篇研究為我們闡述了為什麼這些神經通路會保持靜默。研究人員還展示了一種小分子化合物，可以恢復癱瘓小鼠的神經通路，使它們能夠再次具有行走的能力。該研究由中南通大學國工程院院士顧曉松及哈佛大學醫學院Zhigang He（何志剛）博士領導。

何志剛說：「對於非常嚴重的脊髓損傷來說，這是我們所知道的最具效果的機能恢復方法。在接受這種化合物治療的小鼠中，有80%都恢復了走路的能力。」

喚醒休眠的脊髓迴路

很多關於修復脊髓損傷的動物研究都關注於神經纖維（軸突）再生，或者從健康軸突生成新軸突。雖然在He的實驗室和其他的研究中軸突再生和新生都已經成功了，但是這種方法對於嚴重受傷之後的動物運動機能的作用尚不明確。一些研究嘗試使用神經調節劑如5-羥色胺能藥物來模擬脊髓迴路，但結果只能使動物的四肢實現短暫的、不受控的運動。

研究團隊採取了另一種方法，他們受到硬膜外電刺激策略成功的啟發。這是已知對脊髓損傷患者唯一有效的治療方法。該治療將電流施加到脊髓的下部，並結合康復訓練。有些患者已經通過這種療法恢復了運動能力。

何志剛說：「硬膜外電刺激似乎能夠影響神經元的興奮性。然而，在這些研究中，當你關閉電刺激時，這種效果就消失。我們嘗試採用藥理學方法來模擬電刺激，以更好地理解這種方法的工作原理。」

研究團隊選擇了一些已知可改變神經元興奮性且能穿越血腦屏障的化合物。他們將小鼠分為10組，通過腹膜內注射向這些小鼠施用這些化合物。所有的這些小鼠都遭遇了嚴重的脊髓損傷，但是有些神經是完好無損的。每組小鼠（包括使用安慰劑的對照組）都接受為期8到10周的治療。

通過重新激活KCC2來抑制「抑制信號」

一種名為CLP290的化合物效果最為明顯，使癱瘓小鼠在治療四至五周後能夠恢復踩踏能力。肌電圖記錄顯示，兩組小鼠的後肢肌肉活躍。在停止治療後的兩周內，這些接受治療的小鼠仍然比對照組小鼠的行走能力要強，而且副作用非常微弱。

已知CLP290能激活一種名為KCC2的蛋白質，KCC2存在於細胞膜中，它能夠將氯離子從神經元中轉運出來。這項新研究表明，受損脊髓中的抑制性神經元對於運動機能的恢復來說至關重要。在脊髓受傷之後，這些神經元生成的KCC2會顯著下降。這就導致神經元無法正確地響應來自大腦的信號。因為無法處理抑制信號，神經元只能對讓它們保持釋放脈衝的興奮性信號進行響應。因為這些神經元信號是抑制性的，就會導致整個脊髓迴路中充滿了過多的抑制信號。事實上，大腦告訴四肢去運動的指令並沒有被傳遞出去。