中大新聞網訊（通訊員劉夢圓）下胸段脊髓全橫斷可以導致損傷處下方脊髓神經環(huán)路喪失腦源性神經支配，致使興奮性運動神經環(huán)路功能性沉默。根據Donald Hebb的理論(1949年)—“那些被激活的神經元終歸會連接在一起”，對于不完全性脊髓損傷采取脊髓硬膜外電刺激，能夠讓損傷處下方發(fā)生功能性沉默的興奮性運動神經環(huán)路被激活，有助于改善截癱病人的肢體運動功能。然而，要想肢體運動功能得到更持久地恢復，需要依賴脊髓損傷處的內、外源性神經元中繼脊髓斷端的上、下行神經信息，尤其是來自大腦的下行神經信息，這是激活脊髓損傷處下方興奮性運動神經環(huán)路的結構基礎。如果此時再給予脊髓適宜的神經電刺激，通過電信號與中繼上、下行神經信息的神經元之間的協同效應機制就有可能更有效地激活功能性沉默的興奮性運動神經環(huán)路。
中山大學中山醫(yī)學院曾園山教授團隊前期研究表明，在全橫斷脊髓損傷處移植類脊髓組織或組織工程神經網絡組織能夠作為神經元中繼器傳遞下行的腦源性神經信息到達損傷/移植區(qū)以下的脊髓神經環(huán)路，可以改善癱瘓后肢的自主運動功能，不過這種運動功能仍有較大的改善空間。這可能與調控后肢自主運動功能的腰段興奮性運動神經環(huán)路沒有得到更有效激活有關。此外，曾園山教授團隊另一項研究也揭示，應用神經調控技術——尾神經電刺激或電針刺激可以激活全橫斷脊髓損傷處以下的腰段脊髓神經環(huán)路；例如促使腰段神經元合成神經營養(yǎng)素-3(NT-3)，增加腰段前角運動神經元的存活和維持其膽堿能神經遞質的合成，緩解癱瘓后肢的肌肉萎縮。然而，該研究沒有觀察到癱瘓后肢的運動功能顯著恢復，這可能是與脊髓損傷處沒有移植組織工程神經元中繼器傳遞下行的腦源性神經信息到達腰骶段的興奮性運動神經環(huán)路有關。
為了解決上述科學問題，曾園山教授團隊聯合廣東省人民醫(yī)院鄭秋堅教授團隊在全橫斷脊髓損傷處移植類脊髓組織作為神經元中繼器，聯合應用尾神經電刺激作為協同效應性電刺激(synergistic electrical stimulation)，設想這種聯合策略能更有效地激活功能性沉默的興奮性運動神經環(huán)路，增強癱瘓后肢的自主運動功能。該項研究成果“Tail nerve electrical stimulation promoted the efficiency of transplanted spinal cord-like tissue as a neuronal relay to repair the motor function of rats with transected spinal cord injury”近日在線發(fā)表在國際著名期刊Biomaterials上。
研究結果顯示，再生的腦源性神經纖維可以在全橫斷脊髓損傷處與移植的類脊髓組織神經元形成突觸連接。與此同時，尾神經電刺激能夠激活功能性沉默的興奮性運動神經環(huán)路，提高了類脊髓組織將腦源性神經信息中繼給EPHA4+/VGluT2+中間神經元以及調控后肢肌肉的運動神經元的傳遞效率，致使大鼠癱瘓后肢呈現支撐體重和重新站立行走。
該項研究揭示了一種神經電刺激聯合類脊髓組織移植的協同效應性機制—電刺激大鼠尾部的感覺傳入神經纖維并通過其將電信號傳遞到腰骶段脊髓神經環(huán)路，激活中樞模式發(fā)生器(CPG, EPHA4+/VGluT2+)中間神經元。這些神經元一方面分泌NT-3引導類脊髓組織過表達NT-3受體酪氨酸蛋白激酶C(TrkC)的移植神經元軸突支配它們，從而接收下行的腦源性神經信息；另一方面它們的軸突分別支配分泌NT-3的前角運動神經元。這些被激活的運動神經元促使其軸突支配靶肌肉并維護運動終板的結構和功能，提升靶肌肉代謝活動，減輕靶肌肉的萎縮，增強癱瘓后肢的自主運動功能(見圖1)。
圖1: 將類脊髓組織(SCLT)移植入大鼠全橫斷脊髓損傷處后實施尾神經電刺激(TNES)，隨后通過逆行假狂犬病毒(PRV)和熒光金(FG)示蹤以及跨背根節(jié)(DRG)霍亂毒素亞型B(CTB)示蹤脊髓神經環(huán)路解析協同效應性電刺激的作用機制（藍色三角形示意注射部位）。
該項研究亦提示在中樞神經環(huán)路功能重建方面，應用在結構和功能上可替換病傷神經組織的類脊髓組織、組織工程神經網絡組織或類腦組織與相關神經電刺激或人工智能腦–脊髓接口技術相結合，可以作為設計治療難治性中樞神經病傷的多模態(tài)方案，應得到進一步的探索。
