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海軍軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院

簡稱: 上海長征醫(yī)院
公立三甲綜合醫(yī)院

推薦專家

疾病： 脊髓損傷
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脊髓損傷科普知識 查看全部

脊髓電刺激術(shù)在脊髓損傷方面的應(yīng)用脊髓電刺激術(shù)在脊髓損傷治療中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：激活神經(jīng)細(xì)胞：經(jīng)過精確調(diào)控的電流可以激活受損區(qū)域周圍的殘留神經(jīng)細(xì)胞，并可能幫助重塑神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，從而改善運動控制及感覺感知等方面。促進(jìn)神經(jīng)再生：電刺激誘導(dǎo)出的生物電信號有助于激發(fā)殘余軸突再生能力以及抑制疤痕組織形成，這有利于創(chuàng)造一個支持神經(jīng)再生的微環(huán)境。減少炎癥反應(yīng)：作為一種微創(chuàng)方法，脊髓電刺激術(shù)能減少炎癥反應(yīng)，提高局部血流量，進(jìn)而加速傷口愈合過程。改善肌張力：脊髓電刺激術(shù)可改善肌張力過高癥狀，使肢體肌張力明顯下降，為下一步康復(fù)訓(xùn)練打下良好基礎(chǔ)?；謴?fù)二便功能：通過脊髓電刺激術(shù)，患者的二便功能也可獲得有效改善。緩解疼痛：脊髓電刺激療法是一種通過弱電流刺激脊髓神經(jīng)，以改善神經(jīng)系統(tǒng)功能，阻斷疼痛信號的手術(shù)方式。綜上所述，脊髓電刺激術(shù)在脊髓損傷治療中展現(xiàn)出了巨大的潛力和價值，為患者帶來了康復(fù)的新希望。
Nat Rev Neurosci重要綜述：神經(jīng)元成熟和軸突再生機(jī)制——突觸和神經(jīng)環(huán)路形成和修復(fù)的關(guān)鍵哺乳動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）中成熟神經(jīng)元的軸突在脊髓損傷或以軸突破壞為特征的各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病和障礙中無法再生，限制了恢復(fù)。相比之下，新生神經(jīng)元具有巨大的軸突生長能力，即使在受傷的成年哺乳動物CNS甚至在抑制分子的情況下也是如此。此外，如果在神經(jīng)元發(fā)育過程中損傷得足夠早，中樞神經(jīng)系統(tǒng)軸突也可以穩(wěn)健再生。因此，神經(jīng)元在成熟時失去了中樞神經(jīng)系統(tǒng)軸突再生的能力。未成熟和成熟神經(jīng)元之間再生能力的這種差異使科學(xué)家能夠識別限制軸突再生的細(xì)胞內(nèi)在因素，包括那些參與基因表達(dá)調(diào)控的因素、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞骨架動力學(xué)。在成熟過程中，軸突從一種擅長快速生長的發(fā)育狀態(tài)過渡到一種相對靜態(tài)的、硬性連接（hard-wired）的狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，軸突專門用于傳遞信息。最近證據(jù)表明，在成熟軸突形成突觸的時期，中樞神經(jīng)系統(tǒng)軸突的再生能力喪失了。這一時期也與發(fā)育細(xì)胞死亡浪潮相吻合，存活的神經(jīng)元對凋亡具有抵抗力，并高度極化為樹突和軸突結(jié)構(gòu)域。最終，這些變化使神經(jīng)元在成年神經(jīng)系統(tǒng)中達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，從而穩(wěn)定表型并確保其終身保真度。成熟的中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元保留了有限程度的短距離軸突再生和突觸形成的能力。然而，它們長距離軸突再生能力喪失了。近日，哥倫比亞大學(xué)醫(yī)學(xué)院細(xì)胞與生理科學(xué)系BrettJ.Hilton等人在NatureReviewsNeuroscience上發(fā)表重要綜述。在這篇綜述中，作者闡述了神經(jīng)元成熟的基礎(chǔ)步驟以及它們?nèi)绾巫璧K軸突再生。1.?神經(jīng)元成熟的關(guān)鍵步驟神經(jīng)元的成熟過程在分化后立即開始[Fig.1]。神經(jīng)元開始時是簡單的對稱球體，細(xì)胞表面有l(wèi)amellipodia（stage1）。當(dāng)它們成熟時，大多數(shù)神經(jīng)元會啟動神經(jīng)突起的生長（stage2）。然后，在稱為極化的過程中，在這些過程中指定軸突（stage3）。在此階段，軸突通過生長錐進(jìn)行快速伸長生長，其中肌動蛋白在遠(yuǎn)端快速聚合，在近端解聚，為微管突起創(chuàng)造空間，從而實現(xiàn)生長。在大多數(shù)神經(jīng)元中，這種生長延伸到靶細(xì)胞之外，但隨后是樹狀分枝、靶細(xì)胞接觸和突觸前組裝（stage4）。正是在從伸長到樹枝化和突觸前組裝的過渡過程中，軸突生長能力喪失了。到stage5，神經(jīng)元已經(jīng)成熟并被整合到突觸回路中，專門用于信息傳輸。在這些變化過程中，神經(jīng)元在生理上轉(zhuǎn)變?yōu)閷ｉT用于傳輸信息的細(xì)胞。未成熟神經(jīng)元具有高靜息膜電位、低電容和高輸入電阻，因為其膜中的離子通道密度低。隨著它們的成熟，隨著膜中離子通道密度的增加，它們的輸入電阻降低，電容增加。成熟神經(jīng)元具有更高水平的電壓門控鈉和鉀通道，這是傳播動作電位所必需的，以及形成動作電位動力學(xué)的其他離子通道。成熟神經(jīng)元還通過增加突觸前位點的活性區(qū)蛋白和/或Ca2+通道密度以及突觸后位點的神經(jīng)遞質(zhì)受體密度和/或反應(yīng)性來加強突觸連接。最后，它們獲得了分泌神經(jīng)遞質(zhì)和其他信使的能力?？偟膩碚f，神經(jīng)元從以快速和細(xì)長生長為特征的時期過渡到能夠在環(huán)路中發(fā)揮作用的穩(wěn)定時期。Figure1神經(jīng)元成熟過程中從生長到穩(wěn)定的過渡2.?再生能力喪失時期最近一項關(guān)于發(fā)育中小鼠皮質(zhì)脊髓系統(tǒng)的研究預(yù)印本報告表明，正是在從軸突伸長到樹枝化的過渡過程中，這些神經(jīng)元失去了再生軸突的能力。一種常用于研究神經(jīng)元成熟對軸突生長和再生影響的模型是嚙齒動物的背根神經(jīng)節(jié)（DRG）神經(jīng)元。該系統(tǒng)的一個關(guān)鍵優(yōu)點是，DRG神經(jīng)元的軸突生長模式的不同階段可以在細(xì)胞培養(yǎng)中很容易實現(xiàn)。研究指出，小鼠DRG神經(jīng)元在細(xì)胞培養(yǎng)中隨著成熟而失去軸突生長能力。3.?限制軸突生長的成熟過程3.1突觸形成由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)軸突再生能力的喪失與突觸的初始形成相吻合，研究人員長期以來一直假設(shè)突觸形成或突觸傳遞本身會抑制軸突再生。后續(xù)研究表明，受損的軸突無法再生，因為它們被突觸樣結(jié)構(gòu)困住了（盡管這些突觸在多大程度上是真正的突觸尚不清楚），這進(jìn)一步支持了突觸可能阻止軸突再生的觀點。然而，值得注意的是，小鼠中Pten（編碼磷酸酶和張力蛋白同源物）的遺傳缺失，促進(jìn)了新再生軸突的軸突再生和突觸形成。因此，軸突生長和突觸形成不是相互排斥的過程。除了突觸的形成，突觸囊泡的釋放本身也可能抑制軸突的再生。然而，突觸相關(guān)分子抑制軸突再生的精確分子機(jī)制尚不清楚。3.2基因表達(dá)變化神經(jīng)元成熟是由轉(zhuǎn)錄和表觀遺傳學(xué)決定的基因表達(dá)變化實現(xiàn)的。即使在有絲分裂后，新生的神經(jīng)元在遷移到神經(jīng)系統(tǒng)的最終位置、形成樹突和軸突并建立連接時，其基因表達(dá)程序也會發(fā)生巨大變化。在這些階段，從一個基因表達(dá)程序到另一個的轉(zhuǎn)換是通過表觀遺傳機(jī)制實現(xiàn)的，這些機(jī)制控制著基因啟動子和增強子對轉(zhuǎn)錄因子的可及性。隨著神經(jīng)元的成熟，促再生轉(zhuǎn)錄因子靶基因的啟動子區(qū)域被染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化所掩蓋，導(dǎo)致其下調(diào)[Fig.2]。此外，神經(jīng)元在成熟時上調(diào)活性抑制軸突生長基因的表達(dá)。其中許多基因參與成熟神經(jīng)元的穩(wěn)態(tài)功能，編碼與離子轉(zhuǎn)運、神經(jīng)元興奮性和突觸功能相關(guān)的蛋白質(zhì)。Figure2未成熟和成熟神經(jīng)元之間的遺傳差異影響軸突再生3.3運輸和轉(zhuǎn)運的變化神經(jīng)元是極化的，這意味著不同的分子被運輸?shù)捷S突和樹突中。事實上，成熟神經(jīng)元的軸突含有樹突中不存在的分子，包括一些生長因子受體、Par極性復(fù)合體、RhoGTP酶及其下游信號分子和驅(qū)動蛋白1。許多其他分子，如突觸后受體，選擇性地存在于樹突中?？傮w而言，隨著神經(jīng)元成熟的進(jìn)行，運輸機(jī)制優(yōu)先將突觸前和突觸后的貨物分別輸送到軸突和樹突，而一些參與軸突生長的分子被排除在軸突之外[Fig.3]。Figure3成熟神經(jīng)元的細(xì)胞內(nèi)運輸將再生相關(guān)分子排除在軸突之外3.4信號通路的變化在早期神經(jīng)元發(fā)育過程中，各種信號通路促進(jìn)軸突生長，包括涉及受體酪氨酸激酶、鈣信號傳導(dǎo)、RhoGTP酶、磷脂信號傳導(dǎo)和蛋白激酶A的信號通路。這些信號通路通過重塑細(xì)胞骨架、觸發(fā)膜運輸和指導(dǎo)基因表達(dá)的變化來調(diào)節(jié)軸突的生長。然而，在成熟后，一些在發(fā)育過程中驅(qū)動軸突生長的信號通路變得不活躍。相反，信號傳導(dǎo)在成熟神經(jīng)元中具有三種功能。首先，它將神經(jīng)元的電活動傳遞到細(xì)胞核以觸發(fā)轉(zhuǎn)錄變化。這主要是通過鈣信號傳導(dǎo)介導(dǎo)的，由L-型電壓門控鈣通道的激活引發(fā)。其次，信號傳導(dǎo)調(diào)節(jié)樹突和軸突的興奮性以及突觸可塑性。第三，信號傳導(dǎo)能夠特異性地加強和削弱與靶細(xì)胞的突觸。因此，信號傳導(dǎo)在成年神經(jīng)元中起著完全不同的作用[Fig.4]。Figure4神經(jīng)元成熟過程中的信號變化限制軸突再生3.5細(xì)胞骨架動力學(xué)的變化在發(fā)育的早期階段，神經(jīng)突起和軸突的生長受到高度動態(tài)的肌動蛋白細(xì)胞骨架的復(fù)雜調(diào)節(jié)?；诩拥鞍椎钠瑺顐巫愫徒z狀偽足包圍著細(xì)胞體，隨后凝結(jié)成含有微管的神經(jīng)突起。在這個階段，肌動蛋白細(xì)胞骨架的一個關(guān)鍵功能是引導(dǎo)新興的微管進(jìn)入發(fā)育中的神經(jīng)突起。為此，肌動蛋白解聚因子（ADF）-輔絲蛋白家族的成員在其“老化”的負(fù)端切斷肌動蛋白絲，為聚合微管進(jìn)入神經(jīng)突起創(chuàng)造空間。在發(fā)育中的神經(jīng)元中，微管在細(xì)胞的中心無肌動蛋白區(qū)域快速聚合，但這一過程在外周減速，在外周，密集的肌動蛋白絲網(wǎng)絡(luò)限制微管突出。因此，不像在遷移的成纖維細(xì)胞中觀察到的那樣，使用肌動蛋白和肌球蛋白介導(dǎo)的收縮來推動細(xì)胞外周向前移動，中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元通過變形蟲樣運動延伸其神經(jīng)突起，其中位于外周的過渡區(qū)的致密肌動蛋白網(wǎng)絡(luò)的解體為突出的微管創(chuàng)造了空間。因此，這些神經(jīng)突生長迅速。神經(jīng)突可以發(fā)育成軸突，也可以暫時停止生長，以后變成樹突。值得注意的是，微管的這種適度穩(wěn)定，其中它們向軸突尖端的聚合是有利的，再加上肌動蛋白的不穩(wěn)定，構(gòu)成了定義軸突生長的關(guān)鍵因素[Fig.5]。Figure5協(xié)調(diào)軸突生長的細(xì)胞骨架動力學(xué)在成熟神經(jīng)元中被關(guān)閉總結(jié)總的來說，本綜述闡明，成熟是限制神經(jīng)系統(tǒng)再生能力的關(guān)鍵因素。這種成熟是由各種不同的細(xì)胞內(nèi)過程的變化決定的，包括遺傳和表觀遺傳機(jī)制、細(xì)胞內(nèi)運輸、信號傳導(dǎo)和細(xì)胞骨架動力學(xué)。單獨操縱這些過程可以幫助釋放成年后神經(jīng)元的再生潛力，但迄今為止產(chǎn)生的再生反應(yīng)遠(yuǎn)低于新生神經(jīng)元的生長能力。解讀在發(fā)育過程中推動生長的生長程序，以及隨后如何“下調(diào)”以實現(xiàn)突觸發(fā)生和環(huán)路連接，將是未來幾年神經(jīng)科學(xué)的一項重大任務(wù)?？赡苄枰牟皇遣倏v與個體成熟相關(guān)的過程，而是將神經(jīng)元作為一個整體恢復(fù)到與胚胎中類似的生長狀態(tài)的方法。原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41583-024-00849-3