癱瘓有救了！科學家找到了修復脊髓損傷的關鍵神經元，并開發出基因療法

　　近日，瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）、加州大學洛杉磯分校（UCLA）和哈佛大學醫學院的研究團隊在國際頂尖學術期刊 Science 上發表了題為：Recovery of walking after paralysis by regenerating characterized neurons to their natural target region 的研究論文。

　　該研究找到了參與脊髓自然修復的關鍵神經元，促進這些神經元的軸突生長并穿越脊髓斷裂區，再與其天然投射目標區域的神經元重新建立連接，就能恢復因脊髓受損而導致的運動功能障礙。

　　更重要的是，基于上述發現，研究團隊進一步開發了基因療法用于治療完全性脊髓損傷的小鼠，成功地大幅度恢復了小鼠癱瘓后肢的行走能力，這一突破性結果為脊髓損傷修復領域再創里程碑！

　　2018年，瑞士洛桑聯邦理工學院的 Grégoire Courtine 和加州大學洛杉磯分校的 Michael Sofroniew 合作，證明了神經纖維可以在解剖完整的脊髓損傷中再生，該文章發表在 Nature 期刊【2】，一度引發學界轟動，并成為脊髓損傷研究領域的里程碑事件之一。

　　遺憾的是，雖然研究團隊親眼見證了神經元的軸突從脊髓斷裂面的一側延伸到另一側，兩側神經元成功建立了連接，甚至連神經電信號都部分恢復了，但癱瘓小鼠的運動能力卻沒有絲毫改善。

　　這一倒在終點前的“失敗”讓 Mark Anderson（上述Nature論文的第一作者，Science論文的通訊作者）及其團隊意識到，僅僅是簡單地讓神經元的軸突生長并不足以恢復運動功能，因為新生的軸突無法連接到脊髓斷裂面另一側的正確位置上。

　　Mark Anderson

　　Mark Anderson的主要研究興趣在于揭示中樞神經系統（CNS）損傷后再生失敗的細胞和分子機制，并利用這些知識來開發細胞類型特異性修復策略，以逆轉脊髓損傷（SCI）后的癱瘓。他的最終目標是將這些發現應用到人類身上。

　　值得一提的是，長期以來，科學家們注意到一個關于脊髓自然修復的有趣現象：人和實驗動物在發生脊髓損傷后的頭幾個月，會出現不同程度的自發性功能恢復，而這種自愈現象與中胸段脊髓的神經元有關。

　　在這項發表于 Science 的最新研究中，研究團隊使用熒光蛋白標記和單細胞核RNA測序（snRNA-seq）技術來鑒定不完全性脊髓損傷后那些參與運動功能修復的神經元亞群。他們發現，在脊髓受損后恢復運動能力的小鼠中，有一類神經元的樹突棘形態發生、突觸增強程序和肌動蛋白細胞骨架重組的相關基因表達上調，這與脊髓自然修復的基因表達模式一致。

　　參與脊髓自然修復的神經元的轉錄鑒定

　　研究團隊將這類神經元命名為SCVsx2::Hoxa7:Zfhx3→lumbar，以下簡稱SC神經元。

　　進一步研究表明，在中胸段脊髓的不同神經元亞群中，SC神經元不僅是脊髓自然恢復過程中轉錄擾動最大的神經元亞群，而且還表現出相關的解剖學特征，使得來自脊髓上游的神經信號通過脊髓斷裂面傳遞到腰椎脊髓中的運動神經元。

　　SC神經元的投射和連接組特征

　　在吸取了五年前 Nature 研究的失敗教訓之后，Mark Anderson 等人推測SC神經元在脊髓斷裂面的另一側必然存在天然投射目標區域，只有當其軸突正確地與這片區域連接時，才能真正完成對脊髓損傷的修復，并恢復運動功能。

　　為了實現SC神經元軸突的長距離和定向再生，研究團隊開發了一種基因療法，使用慢病毒遞送來持續提供神經營養因子（GDNF），以類似于發育的方式引導SC神經元軸突在遠端的兩個節段上廣泛再生并與其天然投射目標區域的神經元重新建立連接。

　　SC神經元在解剖學上完全性脊髓損傷中再生

　　研究人員在30只（5組，每組6只）完全性脊髓損傷的、后肢癱瘓的小鼠身上測試了SC神經元再生療法的療效。在治療4周后，有27只（90%）小鼠的后肢運動功能有了實質性的恢復，雖然沒有完全恢復到正常小鼠的水平，但與經歷了自然修復的不完全脊髓損傷小鼠的運動能力相當。

　　更簡單的說，這些小鼠的癱瘓被逆轉了——恢復程度相當于人類從完全不能動彈的輪椅狀態恢復到可以拄拐杖行走的程度。

　　該研究的第一作者 Jordan Squair 博士表示，這些研究結果不僅暴露了必須再生的特定神經元軸突，還揭示了這些軸突必須重新連接到它們的天然投射目標區域，才能真正修復脊髓損傷并恢復運動功能。

　　SC神經元軸突的正確投射對于完全性脊髓損傷小鼠恢復行走能力是必要的

　　總而言之，該研究開發了一種針對完全脊髓損傷的基因療法——通過激活特定神經元（SC神經元）的軸突生長，并引導其與脊髓損傷下游的天然投射目標區域形成突觸連接，跨越脊髓斷裂面將神經信號傳遞到運動神經元中，從而大幅度恢復癱瘓小鼠的運動能力。

　　值得一提的是，這兩篇論文的共同通訊作者 Grégoire Courtine 及其團隊此前通過植入脊髓電刺激電極，成功幫助多名完全癱瘓的脊髓損傷人類患者恢復了獨立運動能力。

　　為了提高療效，研究團隊計劃將基因療法與脊髓電刺激治療相結合——基因治療以再生相關的神經軸突，脊髓電刺激以最大限度地提高這些神經纖維和損傷下游的脊髓產生運動的能力。雖然在這種基因療法應用于人類之前，仍然必須克服許多障礙，但科學家們已經邁出這一壯舉所需的技術的第一步，也是最為關鍵的一步！