頸髓興奮性神經(jīng)元在維持脊髓損傷小鼠呼吸功能中的作用

呼吸功能障礙是創(chuàng)傷性頸脊髓損傷的常見并發(fā)癥，也是導(dǎo)致死亡的主要因素。各種脊柱退變、感染、腫瘤或血管疾病均可引起非創(chuàng)傷性頸脊髓損傷，進(jìn)而導(dǎo)致嚴(yán)重的頸髓損傷、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元損害和神經(jīng)功能缺損，但呼吸功能障礙并不顯著。本研究的目的在于觀察非創(chuàng)傷性頸脊髓損傷賴以維持呼吸功能的頸脊髓微循環(huán)的變化，旨在尋找創(chuàng)傷性脊髓損傷后恢復(fù)呼吸功能的潛在方法。

實(shí)驗(yàn)組建立高位頸脊髓半切損傷的小鼠模型，類似于人類頸脊髓損傷，小鼠行C2平面脊髓半切術(shù)后出現(xiàn)急性同側(cè)膈肌麻痹，通氣減少；對(duì)照組建立進(jìn)行性加重的脊髓型頸椎病小鼠模型，類似于人類脊髓型頸椎病，有肢體功能障礙及步態(tài)改變。監(jiān)測(cè)小鼠雙側(cè)膈肌的肌電活動(dòng)，采集膈運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元（phrenic motor neuron，PMN）相關(guān)信號(hào)傳導(dǎo)通路上的遞質(zhì)，比較兩組上述指標(biāo)的差異。

呼吸評(píng)估方面：對(duì)照組在正常呼吸期間僅表現(xiàn)出輕微的呼吸變化，吸氣持續(xù)時(shí)間減少28.6%，同時(shí)部分追蹤PMN的遞質(zhì)丟失，但吸氣幅度無顯著變化。隨著脊髓受壓時(shí)間的延長，幸存PMN接受的興奮性輸入持續(xù)增加，尤其是PMN上的囊泡性谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2（vesicular glutamate transporter 2，VGLUT2）明顯增加。第8周當(dāng)PMN丟失最為顯著時(shí)，對(duì)照組PMN上VGLUT2的數(shù)量是實(shí)驗(yàn)組的5.4倍。

膈肌肌電活動(dòng)方面：對(duì)照組即使有一側(cè)脊髓受損，也仍保持強(qiáng)大的吸氣相關(guān)的膈肌肌電活動(dòng)，雙側(cè)膈肌肌電活動(dòng)是同步的；實(shí)驗(yàn)組則無吸氣相關(guān)的同側(cè)肌電活動(dòng)。膈肌跨突觸追蹤結(jié)果則顯示，與實(shí)驗(yàn)組相比，連接到對(duì)照組小鼠幸存PMN的頸中間神經(jīng)元的數(shù)量增加了2.75倍，這些神經(jīng)元主要存在于C4～C5水平的脊髓灰質(zhì)中。

研究者對(duì)不同的脊髓損傷小鼠模型進(jìn)行藥物遺傳學(xué)和呼吸生理學(xué)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)中段頸髓興奮性中間神經(jīng)元對(duì)于維持非創(chuàng)傷性頸脊髓損傷小鼠的呼吸功能至關(guān)重要，同時(shí)還具有促進(jìn)創(chuàng)傷性脊髓損傷后小鼠呼吸功能恢復(fù)的關(guān)鍵作用。盡管在正常狀態(tài)下，這些神經(jīng)元對(duì)于維持呼吸功能不是必需的，但刺激這些神經(jīng)元仍可加大未受傷動(dòng)物模型的吸氣幅度。這一結(jié)果為我們展現(xiàn)了通過神經(jīng)元亞群靶向治療來恢復(fù)中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后呼吸功能的新策略。