Nature重磅：是什么讓癱瘓者重新行走？科學(xué)家有了新發(fā)現(xiàn)

癱瘓，是指隨意運(yùn)動(dòng)功能的降低或喪失。

癱瘓的原因，一般是神經(jīng)系統(tǒng)受損，尤其是脊髓出現(xiàn)損傷。

然而，只要大腦和受損脊髓中的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元之間還能建立聯(lián)系，借助一定的科學(xué)方法，癱瘓者就有希望重新獲得行走能力。

以往案例證明，**對(duì)脊髓進(jìn)行電刺激治療，比如諸如硬膜外電刺激（EES）療法，可以有效幫助癱瘓人士恢復(fù)行走能力。**但是，這種療法背后的潛在機(jī)制尚不明確。

（來(lái)源：Pixabay）

如今，科學(xué)家們終于有了新發(fā)現(xiàn)——

神經(jīng)科學(xué)家、洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院教授 Grégoire Courtine 團(tuán)隊(duì)及其合作者成功鑒定出了促進(jìn)癱瘓后康復(fù)的神經(jīng)元。這一發(fā)現(xiàn)增加了人們對(duì)癱瘓后如何恢復(fù)移動(dòng)能力的認(rèn)知。

圖｜正在生長(zhǎng)的神經(jīng)元。

相關(guān)研究論文以“The neurons that restore walking after paralysis”為題，于今日發(fā)表在權(quán)威科學(xué)期刊 Nature 上。

重塑脊髓神經(jīng)元

脊髓，是源自大腦的中樞神經(jīng)系統(tǒng)延伸部分，位于脊柱的椎管內(nèi)且被脊椎保護(hù)，主要負(fù)責(zé)軀干和四肢的反射動(dòng)作，以及傳輸大腦與外周之間的神經(jīng)信息。

一旦脊髓損傷，大腦和脊髓神經(jīng)元之間的聯(lián)系就會(huì)被動(dòng)中斷，輕者造成機(jī)體的部分感覺(jué)喪失，重者則導(dǎo)致半身不遂、四肢癱瘓，甚至全身癱瘓。

因此，發(fā)現(xiàn)治療癱瘓的新方法和理解其背后的潛在機(jī)制，是科學(xué)家們未來(lái)幫助癱瘓者更好地活動(dòng)甚至完全康復(fù)的重要研究課題。

在大多數(shù)情況下，大腦和受損脊髓中的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元之間仍然留有一些聯(lián)系，但這些微小的聯(lián)系可能不足以讓癱瘓者重新行走，而來(lái)自機(jī)體外部的刺激卻有可能為大腦和脊髓重新“牽線搭橋”。

早在 2018 年，Courtine 團(tuán)隊(duì)就通過(guò)電刺激療法幫助 3 名脊髓損傷患者恢復(fù)了腿部肌肉控制，并改善了他們的行走。

在此次工作中，9 名因脊髓損傷導(dǎo)致重度癱瘓或全癱的患者入組接受了 EES 治療，在治療期間立即恢復(fù)或提高了行走能力，而且在經(jīng)過(guò) 5 個(gè)月的 EES 治療和康復(fù)后，其移動(dòng)能力得到了進(jìn)一步的改善。

視頻｜9 名在此次研究中接受電刺激治療的慢性脊髓損傷患者，重新獲得了行走能力。

更進(jìn)一步，Courtine 等人試圖探究電刺激是否可以恢復(fù)某一個(gè)或多個(gè)特定的神經(jīng)元，而且這些神經(jīng)元是否在幫助癱瘓者重新行走的過(guò)程中必不可少。

為此，Courtine 等人建立了一個(gè)小鼠模型，該模型復(fù)制了人類 EES 神經(jīng)康復(fù)的關(guān)鍵特征。此外，他們還為小鼠脊髓的不同神經(jīng)元構(gòu)建了一個(gè)基因表達(dá)單細(xì)胞圖譜。

通過(guò)將上述模型與分子圖譜相結(jié)合，他們鑒定出了一類特定的興奮性神經(jīng)元，這類神經(jīng)元對(duì)于脊髓損傷后恢復(fù)行走能力十分重要，但對(duì)于沒(méi)有脊髓損傷個(gè)體的行走能力并非必要。

但是，研究團(tuán)隊(duì)也指出，大腦和脊髓的其他神經(jīng)元也能促進(jìn)行走能力的恢復(fù)，因此仍需開(kāi)展進(jìn)一步研究。

在一篇同期發(fā)表的評(píng)論文章中，索爾克生物研究所分子神經(jīng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室副教授 Eiman Azim 和博士后研究員 Kee Wui Huang 評(píng)價(jià)道，這一發(fā)現(xiàn)可以幫助人們進(jìn)一步理解 EES 的康復(fù)機(jī)制，但脊髓是如何重組的全過(guò)程還有待研究。

此外，他們也表示，盡管存在挑戰(zhàn)，增強(qiáng)神經(jīng)康復(fù)方法的發(fā)展，以及用于訪問(wèn)神經(jīng)系統(tǒng)中特定細(xì)胞類型的工具的快速增長(zhǎng)，使脊髓損傷的靶向、基于電路的治療前景看起來(lái)更加有希望。

昆士蘭大學(xué)生物醫(yī)學(xué)學(xué)院副教授、神經(jīng)學(xué)家 Marc Ruitenberg 表示，步行通常不是癱瘓者首先考慮的問(wèn)題，膀胱控制、腸道控制和性功能的喪失會(huì)對(duì)癱瘓者的生活質(zhì)量產(chǎn)生更大的影響。“看看這些功能是否也可以通過(guò)這項(xiàng)技術(shù)得到改進(jìn)，這將是非常有趣的”。

脊髓損傷不容小覷

脊髓損傷可能是由椎骨、韌帶或椎間盤(pán)或脊髓本身?yè)p傷引起。

創(chuàng)傷性脊髓損傷可能是由突發(fā)的暴力撞擊脊柱導(dǎo)致一個(gè)或多個(gè)椎骨骨折、移位、壓碎或壓縮引起，比如交通事故、砸傷、摔傷、運(yùn)動(dòng)性損傷，以及地震、礦難等災(zāi)難；而非創(chuàng)傷性脊髓損傷可能由關(guān)節(jié)炎、癌癥、炎癥、感染或脊柱椎間盤(pán)退化引起。

脊髓損傷的患者，不僅會(huì)喪失行動(dòng)能力，還會(huì)喪失對(duì)腸道或膀胱的控制能力，出現(xiàn)感覺(jué)喪失或改變（包括感覺(jué)熱、冷的能力和觸覺(jué)功能），過(guò)度反射活動(dòng)或痙攣，以及脊髓神經(jīng)纖維受損引起的疼痛或強(qiáng)烈的刺痛感等。

由脊髓損傷導(dǎo)致的癱瘓使得不幸者日常生活都難以自理，給家庭造成巨大負(fù)擔(dān)。來(lái)自 Mayo Clinic 的數(shù)據(jù)顯示，在美國(guó)，發(fā)生脊髓損傷最常見(jiàn)的原因包括：機(jī)動(dòng)車(chē)事故：汽車(chē)和摩托車(chē)事故是造成脊髓損傷的主要原因，幾乎約占每年新增脊髓損傷病例的一半；

跌倒：65 歲以后出現(xiàn)的脊髓損傷通常是由于跌倒所致；

暴力行為：約 12% 的脊髓損傷是由暴力遭遇造成的；

因運(yùn)動(dòng)和休閑活動(dòng)而受傷：體育活動(dòng)，比如沖擊運(yùn)動(dòng)和在淺水區(qū)跳水，占比約為 10%；

疾?。喊┌Y、關(guān)節(jié)炎、骨質(zhì)疏松癥和脊髓發(fā)炎也可能導(dǎo)致脊髓損傷。因此，安全駕駛、防止跌倒、運(yùn)動(dòng)前做好防護(hù)措施等都可以降低脊髓損傷的風(fēng)險(xiǎn)。

學(xué)術(shù)菌們，保護(hù)好你們的脊髓～

參考資料：

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