顯微成像助力脊髓損傷后的軸突再生和功能恢復(fù)研究新進(jìn)展

  本文作者：黃春筱 博士

同濟大學(xué)醫(yī)學(xué)院

圖1：脊髓中央模式產(chǎn)生器的作用（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

車禍、自然災(zāi)害等造成的嚴(yán)重外傷極易引發(fā)脊髓損傷，進(jìn)而導(dǎo)致機體運動、感覺等多種功能障礙，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量及平均壽命，給其家庭和社會帶來極大的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)。目前臨床針對脊髓損傷的治療，依然是固定和康復(fù)治療，無法做到有效根治。

圖2：脊髓損傷（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

相較于成年鼠等哺乳動物脊髓再生修復(fù)能力低下，成年斑馬魚脊髓再生能力強，損傷后4-6周便可以恢復(fù)運動功能，是研究脊髓內(nèi)源性修復(fù)機制的好模型。

圖3：用于脊髓損傷研究的斑馬魚模型（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

通過斑馬魚神經(jīng)系統(tǒng)再生和脊髓損傷后修復(fù)的研究，可以使人們了解控制脊髓CPG中間神經(jīng)元軸突再生和脊髓橫斷后局部CPG重連的內(nèi)在機制。
 

     2.脊髓損傷后的軸突再生和功能恢復(fù)

圖4 免疫組化成像顯示雙切斷斑馬魚模型在不同的時間后脊髓中間神經(jīng)元恢復(fù)情況

（該圖由Olympus FV3000拍攝得到）

利用Tg(tph2:Gal4;UAS:nfsB-mCherry)轉(zhuǎn)基因系（圖5），進(jìn)一步驗證了脊髓損傷后誘導(dǎo)形成的單獨脊髓中間神經(jīng)元即可促進(jìn)神經(jīng)軸突的再生、神經(jīng)環(huán)路重建及運動功能的恢復(fù)。

圖5 免疫組化成像顯示雙切斷斑馬魚模型在有/無MTZ干預(yù)下脊髓中間神經(jīng)元恢復(fù)情況

（該圖由Olympus FV3000拍攝得到）

研究人員利用Tg(vglut2a:Gal4;UAS:GFP) 和Tg(glyt2:GFP)轉(zhuǎn)基因斑馬魚系，對脊髓損傷后軸突再生的興奮性中間神經(jīng)元和抑制性中間神經(jīng)元比例進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)80%軸突再生的神經(jīng)元是興奮性中間神經(jīng)元（圖6）。

圖6 免疫組化成像顯示脊髓損傷后軸突再生的興奮性中間神經(jīng)元和抑制性中間神經(jīng)元恢復(fù)情況

（該圖由Olympus FV3000拍攝得到）

脊髓損傷誘導(dǎo)形成的脊髓中間神經(jīng)元具有成熟神經(jīng)元細(xì)胞的特性，但是又有著與損傷部位遠(yuǎn)端神經(jīng)元細(xì)胞不同的電位表現(xiàn)和鈣離子濃度變化情況，因此這是一群與非損傷脊髓部位內(nèi)神經(jīng)元不同類型的細(xì)胞。

圖7 脊髓損傷部位全細(xì)胞膜片鉗記錄電壓變化情況

以上研究用充分的數(shù)據(jù)證實了脊髓內(nèi) 5-羥色胺能系統(tǒng)的局部增強可能具備提供重建哺乳動物脊髓運動回路的潛力。

參考文獻(xiàn)：

1.https://www.msdmanuals.cn/home/injuries-and-poisoning/spinal-injuries/injuries-of-the-spinal-cord-and-vertebrae

2.Huang, CX., Zhao, Y., Mao, J. et al. An injury-induced serotonergic neuron subpopulation contributes to axon regrowth and function restoration after spinal cord injury in zebrafish. Nat Commun. 12, 7093 (2021).  

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