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癱瘓，一個沉重的字眼，給患者自身及其家庭帶來的創(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。

科學(xué)家們想了很多辦法試圖使癱瘓患者能夠重新站起來，比如干細(xì)胞治療[1]和外骨骼機(jī)器人[2]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。

2018年，來自瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的神經(jīng)學(xué)家Grégoire Courtine及其團(tuán)隊(duì)報道通過硬膜外電刺激（EES）與康復(fù)訓(xùn)練相結(jié)合，使得三名嚴(yán)重運(yùn)動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[3]，但這項(xiàng)技術(shù)對連感覺也完全喪失的脊髓損傷患者是否有效并不明確。同時，EES起效的內(nèi)在機(jī)制也未得到深入分析。

近日，Grégoire Courtine團(tuán)隊(duì)聯(lián)合同單位的Jordan W. Squair和Jocelyne Bloch團(tuán)隊(duì)再次在《自然》雜志發(fā)文，報道了EES技術(shù)的最近進(jìn)展[4]。研究表明，EES技術(shù)對于下肢失去所有感覺的癱瘓患者同樣有效，試驗(yàn)納入的9位患者中3位完全癱瘓且腿部無任何感覺，在EES開啟后，患者的行走功能可立刻獲得改善或恢復(fù)。

在進(jìn)行EES治療聯(lián)合康復(fù)訓(xùn)練5個月后，9位患者在EES開啟和穩(wěn)定裝置輔助下可抵抗自身重力行走，且有4位在EES關(guān)閉情況下也恢復(fù)了行走能力。研究人員還找到了對重獲行走能力起到關(guān)鍵作用的特定神經(jīng)元亞群。

《自然》雜志同期對該研究的評論表示，該項(xiàng)技術(shù)將為脊髓損傷癱瘓患者帶來巨大的希望[5]。

論文首頁截圖

該研究首先在9位脊髓損傷造成的癱瘓患者中再次驗(yàn)證了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）。在這9位患者中，有6位患者表現(xiàn)出嚴(yán)重或完全的運(yùn)動功能障礙，但保留了一定程度的腿部感覺，剩下的3位患者表現(xiàn)出完全的感覺運(yùn)動障礙。

在將神經(jīng)刺激器植入到患者脊髓背根神經(jīng)處并開啟EES后，9位患者均能夠在機(jī)器人輔助下改善或恢復(fù)行走能力，并可在EES開啟時按照自己的抑制控制步幅的幅度。

 EES裝置示意圖及EES開啟時患者部分恢復(fù)行走能力

在為期5個月的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），隨著時間的推移，患者承重行走能力明顯提高，有4位患者在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，因此，為了檢測EES+康復(fù)訓(xùn)練前后脊髓神經(jīng)元活動的改變，研究人員使用了¹⁸F-氟脫氧葡萄糖攝取正電子發(fā)射斷層掃描（¹⁸FDG-PET）來量化 EES+康復(fù)訓(xùn)練前后脊髓代謝活動的改變。出乎意料的是，EES+康復(fù)訓(xùn)練導(dǎo)致在行走時腰髓神經(jīng)元活動減少。

EES+康復(fù)訓(xùn)練導(dǎo)致在行走時脊髓神經(jīng)元活動減少

這種腰髓神經(jīng)元活動的減少表明EES+康復(fù)訓(xùn)練重塑了脊髓神經(jīng)元對于行走的響應(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)計了小鼠專用的脊髓刺激裝置和康復(fù)輔助機(jī)器人。

小鼠脊髓損傷模型及小鼠專用的脊髓刺激裝置和康復(fù)輔助機(jī)器人

和在人類中觀察到的現(xiàn)象一致，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，行走功能的恢復(fù)仍然存在。同時，在EES+康復(fù)訓(xùn)練治療后，小鼠脊髓在行走時激活的神經(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。

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

通過單核RNA測序和空間轉(zhuǎn)錄組分析找到對重獲行走能力起到關(guān)鍵作用的特定神經(jīng)元亞群

通過跨突觸追蹤技術(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，而這兩者對行走功能至關(guān)重要，而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。

緊接著，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，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)，無論EES是開啟還是關(guān)閉。

通過光遺傳學(xué)和化學(xué)遺傳學(xué)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

總的來說，本研究再次證實(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，該技術(shù)對脊髓損傷患者來說無疑是“夜空中一顆明亮的星辰”。通過與干細(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。

此外，除了步行功能，膀胱控制、排泄控制和性功能的喪失同樣對脊髓損傷患者的生活質(zhì)量產(chǎn)生巨大的影響，這些功能是否也可通過EES來進(jìn)行改善呢？這些都需要進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)

1.Curtis E, Martin JR, Gabel B, Sidhu N, Rzesiewicz TK, Mandeville R, Van Gorp S, Leerink M, Tadokoro T, Marsala S et al: A First-in-Human, Phase I Study of Neural Stem Cell Transplantation for Chronic Spinal Cord Injury. Cell Stem Cell 2018, 22(6):941-950 e946.

2.Burton A: Expecting exoskeletons for more than spinal cord injury. Lancet Neurol 2018, 17(4):302-303.

3.Wagner FB, Mignardot JB, Le Goff-Mignardot CG, Demesmaeker R, Komi S, Capogrosso M, Rowald A, Seanez I, Caban M, Pirondini E et al: Targeted neurotechnology restores walking in humans with spinal cord injury. Nature 2018, 563(7729):65-71.

4.Kathe C, Skinnider MA, Hutson TH, Regazzi N, Gautier M, Demesmaeker R, Komi S, Ceto S, James ND, Cho N et al: The neurons that restore walking after paralysis. Nature 2022, 611(7936):540-547.

5.https:///10.1038/d41586-022-03605-8

責(zé)任編輯丨應(yīng)雨妍