排版 | AiBrain 编辑团队
一直以来，脊髓损伤后患者只能接受瘫痪、失去运动能力等后果，原因在于脊髓损伤后神经连接无法得到有效修复。近年来，通过各种物理手段进行神经调控的刺激方法如火如荼的发展，并在临床上进行了大量尝试。
例如，有临床研究就发现，硬膜外电刺激能够有效恢复脊髓损伤患者的行走能力。然而，由于无法确定或优化靶点和刺激参数，即使配合高强度的训练及理疗，硬膜外电刺激“无的放矢”，治疗效果杯水车薪，治愈脊髓损伤的效果仍非常有限。
瑞士洛桑联邦理工学院Grégoire Courtine教授联合洛桑大学医院神经外科医生Jocelyne Bloch团队，通过建立脊髓损伤小鼠模型、scRNA-seq及空间转录组等方法，阐明了硬膜外电刺激治疗脊髓损伤的关键神经元类型等神经生物学机制，并成功帮助瘫痪患者恢复行走。相关研究成果以The neurons that restore walking after paralysis为题，于2022年11月9日发表于Nature。
共有九名因脊髓损伤引起的严重或完全瘫痪的患者参与了本项研究。参与者接受了五个月硬膜外电刺激治疗。随着时间的推移，参与者承重、站立、行走能力大幅提高。结合理疗和康复训练，这9名患者可以在6分钟内平均步行50米。而在五个月的治疗期结束后，其中4名参与者甚至可以在不施加电刺激的情况下自主行走，这表明其脊髓的功能已经有了非常好的恢复。
视频：接受硬膜外电刺激治疗康复治疗的脊髓损伤患者重新获得了行走能力
为了进一步阐明脊髓功能恢复的神经机制，本文的研究者推测，脊髓功能的恢复可能与行走过程相关神经元有关系。于是，该团队首先建立脊髓损伤模型，使小鼠的后腿瘫痪，并在脊髓的相应位置植入电极，通过电刺激观察小鼠行走能力的改善情况。
鉴定参与脊髓康复的神经元的工作流程
随后，在实施硬膜外电刺激治疗的不同阶段，该团队使用61个脊髓切片，通过scRNA-seq和空间转录组学等方法，详细绘制了瘫痪模型小鼠受损脊髓的高分辨率的单细胞谱图，从而找到恢复过程中基因表达的详细变化；并通过RNAscope验证所发现的关键神经元亚群的空间位置，以及算法确定在硬膜外电刺激治疗中发挥关键作用的神经细胞类群。
通过硬膜外电刺激治疗康复疗法重塑人类和小鼠的脊髓
于是，该团队定位到了小鼠脊髓中特定的一群兴奋性神经元，这群神经元表达Vsx2和Hoxa10两种标记物（SCVsx2: : Hoxa10），是脊椎动物脑干和脊髓V2a神经元的特定亚群之一，这群可将来自脑干运动区域传入的信息转换为执行命令，并传递到负责行走能力的腹侧神经元。
随后，通过光遗传学特异性地抑制这群神经元的活动，瘫痪小鼠便无法通过电刺激治疗而得到改善。然而，抑制健康小鼠的相应神经元的活动，并不影响它们的活动。这些结果进一步验证了此次找出的这群神经元对于瘫痪后恢复行走能力不可或缺，但对于没有脊髓损伤个体的行走能力并不是必须的。
SCVsx2: : Hoxa10神经元是瘫痪后恢复行走所必需的
此外，该研究还发现，除了V2a神经元，包括许多抑制性神经元（如腹侧抑制性神经元V1和V2b）在内等许多其他类型的神经元都对硬膜外电刺激治疗有响应。并且，硬膜外电刺激治疗与脊髓神经活动的整体下降有关，这表明神经抑制可能是运动恢复的关键部分。
Nature同期发表的News&Views中表示，脊髓损伤的改进治疗既需要技术的发展，也需要对康复生物学的深入了解。这篇研究中所提供的神经系统的高分辨率分子图谱和测序方法，将作为一种有用的资源，指导未来对运动恢复基础回路的研究，使得脊髓损伤的治疗前景更加光明。
AiBrain此前发布过的一篇文章，对脊髓损伤后脊髓环路重建新规律进行了详细报道。欢迎感兴趣的读者点击查看：
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