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轴突再生!Nature:三管齐下再生完全脊髓损伤啮齿动物的神经纤维

2018/08/31 来源:生物探索
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导读
完全脊髓损伤(SCI)成人的横切轴突不能再生,不同的分子可以部分促进或减弱轴突在发育过程中或损伤后的生长,但想有效逆转这种再生是很难实现的。近日,加州大学洛杉矶分校、哈佛大学和瑞士联邦理工学院找到了一种三管齐下的治疗方法,它可以刺激轴突在啮齿动物脊髓损伤后再生,这一发现有望恢复脊髓损伤患者的轴突连接。


8月29日,《Nature》杂志网络版上发表了这项以“Required growth facilitators propel axon regeneration across complete spinal cord injury”为题的研究。


三管齐下

该研究的主要作者、加州大学洛杉矶分校(UCLA)大卫格芬医学院(David Geffen School of Medicine)的神经生物学教授Michael Sofroniew表示:“我们的想法是通过三种截然不同的治疗方法,来验证这种组合能否可以刺激断开的轴突在受损的脊髓中重新生长。”

之前的研究分别对这三种疗法进行了测试,但从未同时进行。而事实证明,这种结合才是关键所在。

当人们脊髓损伤时,它会损伤轴突,并阻止大脑向损伤部位以下的神经元发送信号。这会导致瘫痪和其他神经功能的丧失,如膀胱控制和手部力量等。UCLA的方法可以为解决这个问题提供第一步。

根据Sofroniew的说法,几十年的研究表明,我们的神经纤维需要三个步骤才能生长:第一,基因编程来开启轴突的生长;第二,纤维的分子路径可以捕获并生长;第三,蛋白质引诱轴突向特定方向生长。

当人类在子宫中发育时,这三个步骤都是活跃的。出生后,这些过程就停止了,但是控制生长程序的基因仍然在我们体内“沉睡”。Sofroniew的目标是唤醒这些基因,然后用三管齐下的方法重新启动整个过程。

结果喜人

首先,研究人员通过注射包装在无害病毒中的治疗方法重新激活了小鼠脊髓中的神经细胞,这种治疗方法最初是在哈佛大学(Harvard)神经科学家何志刚(Zhigang He)的实验室中研发出来的。

两周后,加州大学洛杉矶分校的研究小组对这些动物进行了麻醉,并切断了它们脊髓下部的轴突。只有啮齿类动物的后腿受到影响,它们仍然能够活动和进食。

受伤两天后,研究小组对病灶进行了第二次治疗,以创造出轴突更倾向于生长的新路径。最后,研究人员释放了第三组被称为化学引诱剂的分子。轴突嗅出了这些化学物质,这提供了一个目标——在这种情况下,脊髓组织残留在伤疤的另一侧。

当Sofroniew和他的同事检查接受了三部分治疗的老鼠的组织时,他们非常高兴。

“不仅轴突在疤痕组织中生长得很健壮,” Sofroniew说,“而且许多纤维已经渗透到病灶另一侧剩余的脊髓组织中,并与那里的神经元建立了新的连接。”

未接受联合治疗的动物在损伤部位无轴突再生。

为了验证这一发现的可重复性,研究小组在加州大学洛杉矶分校的小鼠身上和瑞士神经科学家Gregoire Courtine实验室的大鼠身上重复了多次实验,得到了同样的结果。

当他们验证新再生的轴突能否在活的动物身上进行电活动时,他们又得到了另一个惊喜。

Sofroniew说:“当我们在损伤部位上方用低电流刺激动物的脊髓时,再生的轴突在损伤部位以下传导了20%的正常电活动。相比之下,未接受治疗的动物没有表现出任何症状。”

需要训练

尽管这一发现表明新形成的连接可以在再损伤中传递信号,但啮齿类动物的移动能力并没有提高。对于Sofroniew来说,这一结果并不意外。

Sofroniew说:“我们希望这些再生的轴突就像在发育过程中新生长的轴突一样活动,它们不会立即支持协同功能。就像新生儿必须学会走路一样,损伤后再生的轴突在恢复功能之前需要训练和练习。”

责编:风铃

参考资料

A recipe for regenerating nerve fibers across complete spinal cord injury

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