2024年1月19日，蘇州大學神經科學研究所劉耀波教授團隊的最新成果以“Dual electrical stimulation at spinal-muscular interface reconstructs spinal sensorimotor circuits after spinal cord injury”為題在線發(fā)表于國際知名期刊Nature Communications（一區(qū)，Top 期刊，Nature Index 收錄，2023 IF：16.6），論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-44898-9。

脊髓損傷（Spinal Cord Injury，SCI）是一種嚴重的神經系統(tǒng)疾病，它導致患者的運動功能受到嚴重損傷。盡管醫(yī)學界一直在努力尋找有效的治療方法，但目前還沒有完全治愈的方法。然而，隨著神經調控技術的不斷發(fā)展，我們看到了治療脊髓損傷的新希望。

神經調控技術是一種利用電信號或化學物質來調節(jié)神經系統(tǒng)的治療方法。近年來，越來越多的研究表明，神經調控技術對治療脊髓損傷具有巨大的潛力。例如，深部腦刺激和脊髓刺激等神經調控方法已經在一些臨床試驗中顯示出顯著的效果。這些技術通過發(fā)送微弱的電流到大腦或脊髓，刺激神經網絡，幫助恢復失去的功能。然而，目前仍不清楚電刺激是否可用于精確地重組神經環(huán)路的結構并恢復其相應的功能。此外，利用電刺激重建脊髓神經環(huán)路的確切機制仍不清楚。

為了解決這一科學問題，研究人員選擇了T9脊髓全橫斷模型，利用支配后肢屈肌-脛骨前?。═A）收縮的脊髓感覺運動神經環(huán)路作為研究重點。通過模擬正常生理狀態(tài)時，感覺運動神經環(huán)路的閉環(huán)運行規(guī)律，建立了一種結合脊髓-肌肉的雙重電刺激系統(tǒng)（EEMS）。脊髓硬膜外電刺激（EES）用于模擬脊髓運動指令的發(fā)放，肌肉電刺激（MS）用于模擬外周的感覺反饋指令。

在此項研究中，研究人員比較了EEMS，EES和MS對感覺運動神經環(huán)路的結構和功能的促進作用，發(fā)現僅有在10-20 Hz刺激頻率條件下的EEMS可以有效恢復感覺運動神經環(huán)路的多突觸電傳導功能，以及后肢的運動功能。

此外，通過神經環(huán)路示蹤，在體電生理記錄和光纖記錄，研究人員發(fā)現10-20 Hz的EEMS重塑了脊髓感覺運動神經環(huán)路（運動神經元-肌肉間的連接，感覺神經元-運動神經元間的連接，中間神經元-運動神經元間的連接），增強了谷氨酸能神經元對運動神經元的支配。

此外，通過單細胞轉錄組測序技術和神經遞質探針檢測，研究人員發(fā)現10-20 Hz的EEMS通過激活運動神經元的內在軸突生長信號增強運動神經元的可塑性，同時提高了脊髓谷氨酸能神經元的爆發(fā)頻率，抑制了脊髓GABA能神經元的爆發(fā)頻率，這有助于脊髓感覺運動神經環(huán)路的激活，進而促進SCI后的功能恢復。

該研究建立了一種脊髓-肌肉界面的雙重電刺激系統(tǒng)，模擬脊髓感覺運動神經環(huán)路的閉環(huán)運行規(guī)律，發(fā)現僅有10-20 Hz的特定刺激頻率才能激活大量與神經元軸突發(fā)育相關的基因，通過激活Akt通路增強了運動神經元可塑性，從而在結構和功能水平重建脊髓感覺運動神經環(huán)路。簡而言之，這項研究使人們對神經調控在神經環(huán)路重組中的作用有了更深入的了解，并為中樞神經損傷后的臨床治療提出了一個潛在的框架。

圖1 10-20 Hz EEMS在結構和功能水平重建脊髓感覺運動神經環(huán)路

蘇州大學劉耀波教授團隊博士研究生周凱，博士研究生魏位，博士研究生楊丹（現為貴州醫(yī)科大學副教授）是本文的共同第一作者。蘇州大學劉耀波教授為通訊作者。該研究獲得了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、江蘇省重點研發(fā)計劃、江蘇省高等學校優(yōu)勢學科建設工程等科研項目的資助。

劉耀波教授團隊長期從事中樞神經環(huán)路構建以及損傷修復的研究工作，致力于中樞神經再生的分子細胞調控機制和干預靶點、以及神經信號調控中樞神經環(huán)路重建的機制和關鍵技術的轉化神經科學研究。在Nat Neurosci、J Neurosci、Cell Res、Cell Discov、EMBO J、Adv Funct Mater、Nat Commun 等期刊發(fā)表系列研究論文。課題組長期招聘博士后，待遇從優(yōu)，歡迎垂詢。

參考文獻：

Zhou, K., Wei, W., Yang, D. et al. Dual electrical stimulation at spinal-muscular interface reconstructs spinal sensorimotor circuits after spinal cord injury. Nat Commun15, 619 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-44898-9

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