Nature重磅:是什么让瘫痪者重新行走?科学家有了新发现

发布时间:2022年11月11日

瘫痪,是指随意运动功能的降低或丧失。

瘫痪的原因,一般是神经系统受损,尤其是脊髓出现损伤。

然而,只要大脑和受损脊髓中的运动神经元之间还能建立联系,借助一定的科学方法,瘫痪者就有希望重新获得行走能力。

以往案例证明,**对脊髓进行电刺激治疗,比如诸如硬膜外电刺激(EES)疗法,可以有效帮助瘫痪人士恢复行走能力。**但是,这种疗法背后的潜在机制尚不明确。

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(来源:Pixabay)

如今,科学家们终于有了新发现——

神经科学家、洛桑联邦理工学院教授 Grégoire Courtine 团队及其合作者成功鉴定出了促进瘫痪后康复的神经元。这一发现增加了人们对瘫痪后如何恢复移动能力的认知。

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图|正在生长的神经元。

相关研究论文以“The neurons that restore walking after paralysis”为题,于今日发表在权威科学期刊 Nature 上。

重塑脊髓神经元

脊髓,是源自大脑的中枢神经系统延伸部分,位于脊柱的椎管内且被脊椎保护,主要负责躯干和四肢的反射动作,以及传输大脑与外周之间的神经信息。

一旦脊髓损伤,大脑和脊髓神经元之间的联系就会被动中断,轻者造成机体的部分感觉丧失,重者则导致半身不遂、四肢瘫痪,甚至全身瘫痪。

因此,发现治疗瘫痪的新方法和理解其背后的潜在机制,是科学家们未来帮助瘫痪者更好地活动甚至完全康复的重要研究课题。

在大多数情况下,大脑和受损脊髓中的运动神经元之间仍然留有一些联系,但这些微小的联系可能不足以让瘫痪者重新行走,而来自机体外部的刺激却有可能为大脑和脊髓重新“牵线搭桥”。

早在 2018 年,Courtine 团队就通过电刺激疗法帮助 3 名脊髓损伤患者恢复了腿部肌肉控制,并改善了他们的行走。

在此次工作中,9 名因脊髓损伤导致重度瘫痪或全瘫的患者入组接受了 EES 治疗,在治疗期间立即恢复或提高了行走能力,而且在经过 5 个月的 EES 治疗和康复后,其移动能力得到了进一步的改善。

更进一步,Courtine 等人试图探究电刺激是否可以恢复某一个或多个特定的神经元,而且这些神经元是否在帮助瘫痪者重新行走的过程中必不可少。

为此,Courtine 等人建立了一个小鼠模型,该模型复制了人类 EES 神经康复的关键特征。此外,他们还为小鼠脊髓的不同神经元构建了一个基因表达单细胞图谱。

通过将上述模型与分子图谱相结合,他们鉴定出了一类特定的兴奋性神经元,这类神经元对于脊髓损伤后恢复行走能力十分重要,但对于没有脊髓损伤个体的行走能力并非必要。

但是,研究团队也指出,大脑和脊髓的其他神经元也能促进行走能力的恢复,因此仍需开展进一步研究。

在一篇同期发表的评论文章中,索尔克生物研究所分子神经生物学实验室副教授 Eiman Azim 和博士后研究员 Kee Wui Huang 评价道,这一发现可以帮助人们进一步理解 EES 的康复机制,但脊髓是如何重组的全过程还有待研究。

此外,他们也表示,尽管存在挑战,增强神经康复方法的发展,以及用于访问神经系统中特定细胞类型的工具的快速增长,使脊髓损伤的靶向、基于电路的治疗前景看起来更加有希望。

昆士兰大学生物医学学院副教授、神经学家 Marc Ruitenberg 表示,步行通常不是瘫痪者首先考虑的问题,膀胱控制、肠道控制和性功能的丧失会对瘫痪者的生活质量产生更大的影响。“看看这些功能是否也可以通过这项技术得到改进,这将是非常有趣的”。

脊髓损伤不容小觑

脊髓损伤可能是由椎骨、韧带或椎间盘或脊髓本身损伤引起。

创伤性脊髓损伤可能是由突发的暴力撞击脊柱导致一个或多个椎骨骨折、移位、压碎或压缩引起,比如交通事故、砸伤、摔伤、运动性损伤,以及地震、矿难等灾难;而非创伤性脊髓损伤可能由关节炎、癌症、炎症、感染或脊柱椎间盘退化引起。

脊髓损伤的患者,不仅会丧失行动能力,还会丧失对肠道或膀胱的控制能力,出现感觉丧失或改变(包括感觉热、冷的能力和触觉功能),过度反射活动或痉挛,以及脊髓神经纤维受损引起的疼痛或强烈的刺痛感等。

由脊髓损伤导致的瘫痪使得不幸者日常生活都难以自理,给家庭造成巨大负担。来自 Mayo Clinic 的数据显示,在美国,发生脊髓损伤最常见的原因包括:机动车事故:汽车和摩托车事故是造成脊髓损伤的主要原因,几乎约占每年新增脊髓损伤病例的一半;

跌倒:65 岁以后出现的脊髓损伤通常是由于跌倒所致;

暴力行为:约 12% 的脊髓损伤是由暴力遭遇造成的;

因运动和休闲活动而受伤:体育活动,比如冲击运动和在浅水区跳水,占比约为 10%;

疾病:癌症、关节炎、骨质疏松症和脊髓发炎也可能导致脊髓损伤。因此,安全驾驶、防止跌倒、运动前做好防护措施等都可以降低脊髓损伤的风险。

学术菌们,保护好你们的脊髓~

参考资料:

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05385-7

https://www.nature.com/articles/d41586-022-02234-5

https://www.nature.com/articles/d41586-022-03605-8

https://www.nature.com/articles/s41593-018-0262-6

https://en.wikipedia.org/wiki/Spinal_cord

https://www.mayoclinic.org/zh-hans/diseases-conditions/spinal-cord-injury/symptoms-causes/syc-20377890