通過(guò)硬膜外電刺激讓癱瘓者再次行走

據(jù)Kathe C 2022 年12 月9 日[Nature，2022，611（7936）：540-547.]報(bào)道，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的神經(jīng)學(xué)家Grégoire Courtine及其團(tuán)隊(duì)通過(guò)硬膜外電刺激（EES）與康復(fù)訓(xùn)練相結(jié)合，使得9 例嚴(yán)重運(yùn)動(dòng)障礙或完全癱瘓的脊髓損傷患者（下肢有部分感覺）能夠拄拐甚至獨(dú)立行走；同時(shí)闡明EES 技術(shù)對(duì)于下肢失去所有感覺的癱瘓患者同樣有效。

癱瘓給患者自身及其家庭帶來(lái)的創(chuàng)傷是巨大的。 造成癱瘓最常見的原因是脊髓損傷，其導(dǎo)致大腦和腦干投射到脊髓的通路被中斷，從而導(dǎo)致癱瘓，這種自上而下通路的損傷基本是不可逆的。 比如干細(xì)胞治療和外骨骼機(jī)器人等，但要使完全癱瘓患者實(shí)現(xiàn)獨(dú)立行走還是十分困難的。

研究人員試驗(yàn)選擇9 例癱瘓患者，其中有6 例患者表現(xiàn)出嚴(yán)重或完全的運(yùn)動(dòng)功能障礙，但保留了一定程度的腿部感覺，其余3 例患者表現(xiàn)出完全的感覺運(yùn)動(dòng)障礙。 將神經(jīng)刺激器植入到患者脊髓背根神經(jīng)處并開啟EES，研究了EES 治療聯(lián)合康復(fù)訓(xùn)練（EES+康復(fù)訓(xùn)練）恢復(fù)行走功能的安全性和可行性（NCT02936453）。 結(jié)果患者的行走功能可立刻獲得改善或恢復(fù)行走能力，并可在EES開啟時(shí)按照自己的抑制控制步幅的幅度。 在為期5 個(gè)月的EES+ 康復(fù)訓(xùn)練治療期間（包括每周4 到5 次開啟EES 進(jìn)行站立、行走和各種鍛煉），隨著時(shí)間的推移，患者承重行走能力明顯提高，有4 例患者在EES 關(guān)閉的情況下也能恢復(fù)行走。 這些均表明EES+康復(fù)訓(xùn)練治療可有效恢復(fù)癱瘓患者的行走功能，無(wú)論其感覺功能是否完全喪失。

行走功能的恢復(fù)必然涉及到脊髓功能的重塑。 為了檢測(cè)EES+ 康復(fù)訓(xùn)練前后脊髓神經(jīng)元活動(dòng)的改變，研究人員使用了18F-氟脫氧葡萄糖攝取正電子發(fā)射體層攝影術(shù)（18FDG-PET）來(lái)量化EES+ 康復(fù)訓(xùn)練前后脊髓代謝活動(dòng)的改變。 出乎意料的是，EES+ 康復(fù)訓(xùn)練導(dǎo)致在行走時(shí)腰髓神經(jīng)元活動(dòng)減少。 這種腰髓神經(jīng)元活動(dòng)的減少表明EES+ 康復(fù)訓(xùn)練重塑了脊髓神經(jīng)元對(duì)于行走的響應(yīng)，引導(dǎo)負(fù)責(zé)癱瘓后恢復(fù)行走功能的特定神經(jīng)元亞群的選擇性激活。

為了找到這一特定的神經(jīng)元亞群，研究人員構(gòu)建了相應(yīng)的小鼠模型，以復(fù)制人類中EES+ 康復(fù)訓(xùn)練的關(guān)鍵技術(shù)和治療特征。小鼠在受到中段胸髓的損傷后，皮質(zhì)脊髓束中斷，同時(shí)損傷平面以下的谷氨酸能脊髓網(wǎng)狀纖維也受到嚴(yán)重影響，導(dǎo)致永久性癱瘓。為了模擬EES+ 康復(fù)訓(xùn)練治療，研究人員設(shè)計(jì)了小鼠專用的脊髓刺激裝置和康復(fù)輔助機(jī)器人。 結(jié)果在EES 開啟后，在機(jī)器人輔助下，小鼠立即恢復(fù)行走能力。 而在進(jìn)行EES+ 康復(fù)訓(xùn)練治療后，所有小鼠的行走能力均有提升，且在EES 關(guān)閉時(shí)，行走功能的恢復(fù)仍然存在。同時(shí)，在EES+ 康復(fù)訓(xùn)練治療后，小鼠脊髓在行走時(shí)激活的神經(jīng)元數(shù)量同樣明顯減少。這些結(jié)果均表明該小鼠模型可復(fù)刻在人類中實(shí)現(xiàn)EES+ 康復(fù)訓(xùn)練的關(guān)鍵技術(shù)和治療特征，為識(shí)別負(fù)責(zé)癱瘓后恢復(fù)行走功能的特定神經(jīng)元亞群創(chuàng)造了條件。

研究人員通過(guò)對(duì)小鼠不同康復(fù)狀態(tài)下的脊髓進(jìn)行單核RNA 測(cè)序和空間轉(zhuǎn)錄組分析，并借助機(jī)器學(xué)習(xí)算法，找到了對(duì)重獲行走能力起到關(guān)鍵作用的兩個(gè)特定神經(jīng)元亞群，分別以表達(dá)Vsx2 和Hoxa10 為特征（Vsx2::Hoxa10 SC）。

通過(guò)跨突觸追蹤技術(shù)， 研究人員發(fā)現(xiàn)Vsx2::Hoxa10 SC 神經(jīng)元接受背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元和脊髓網(wǎng)狀纖維神經(jīng)元的直接突觸投射，而這兩者對(duì)行走功能至關(guān)重要。 EES+ 康復(fù)訓(xùn)練治療后這兩處的神經(jīng)元到Vsx2::Hoxa10 SC 神經(jīng)元的突觸投射密度大大增加。為了驗(yàn)證Vsx2::Hoxa10 SC 神經(jīng)元是EES+ 康復(fù)訓(xùn)練治療后癱瘓患者行走功能恢復(fù)的關(guān)鍵，研究人員分別通過(guò)光遺傳學(xué)和化學(xué)遺傳學(xué)抑制了Vsx2::Hoxa10 SC 神經(jīng)元的活動(dòng)，在該類神經(jīng)元被抑制后，開啟EES 導(dǎo)致的行走功能恢復(fù)也被抑制。相反Vsx2::Hoxa10 SC 神經(jīng)元的激活可模擬出小鼠行走功能恢復(fù)的表現(xiàn)，無(wú)論EES 是開啟還是關(guān)閉。

該研究再次證實(shí)了EES 可恢復(fù)癱瘓患者行走功能，并首次闡明了其內(nèi)在機(jī)制。 通過(guò)與干細(xì)胞療法結(jié)合，增強(qiáng)關(guān)鍵神經(jīng)元亞群Vsx2::Hoxa10 SC 神經(jīng)元的功能，或可增強(qiáng)EES 的療效。