Building 'cellular bridges' for spinal cord repair after injury

在小鼠实验中，科学家将一种特定类型的重组蛋白引入脊髓损伤部位，该处已被称为周细胞的细胞大量涌入。结果显示，一旦暴露于此蛋白，周细胞会改变形态，抑制某些分子的产生，同时分泌其他分子，形成“细胞桥”，支持轴突的再生——轴突是神经细胞体传递信息的长而纤细的突起。

研究人员观察到，接受单次生长因子蛋白注射治疗的受伤小鼠出现了轴突再生，这些动物的后肢也恢复了运动能力。一项涉及人类细胞的实验表明，该结果并不局限于小鼠。

“还有更多可研究和拓展的空间，但我们对此研究得越深入，就越惊叹于这种单一疗法的效力及其显著效果，”资深研究作者、俄亥俄州立大学医学院神经科学副教授Andrea Tedeschi表示，“这一发现超越了脊髓损伤的范畴——它对脑损伤、中风以及神经退行性疾病同样具有重要意义。”

研究人员指出，这项工作强调了血管修复对脊髓损伤后神经功能恢复的重要性。

“脊髓损伤之所以严重，不仅因为它阻碍了信息跨越损伤部位的传递，更因为所有血管结构和功能都受到了损害，”第一作者、俄亥俄州立大学神经科学助理教授孙文静（Wenjing Sun，音译）解释道，“即使你能重建神经元从一端到另一端的连接，但除非处理好所有其他崩溃的系统，否则整体效果仍无法最大化。”

该研究于4月18日发表在期刊Molecular Therapy上。

先前研究表明周细胞会干扰脊髓损伤修复，导致一些科学家建议将其从病变部位清除以助修复。但癌症研究显示，当周细胞暴露于名为血小板衍生生长因子BB（PDGF-BB）的蛋白质时，其性质会改变——这是肿瘤生成自身血液供应的途径之一。在癌症治疗中，目标是阻断PDGF-BB的信号传导。

早期的神经科学研究也表明周细胞具有高度"可塑性"，这意味着它们对微环境的改变（包括PDGF-BB的存在）反应灵敏。Tedeschi及其同事看到了利用这种细胞-蛋白质关系来稳定脊髓损伤周围血管系统的潜力。在此过程中，他们发现新生的血管为再生的轴突建立了一条可循的路径。

通过影像学研究，团队首先证明当脊髓被切断后，周细胞会随时间迁移至损伤部位，但未能促进支持轴突再生所需的功能性血管生长。

在细胞培养实验中，研究人员铺设了周细胞"地毯"，添加PDGF-BB，然后在上面放置一层成年小鼠感觉神经元，并评估24小时内轴突的生长量。经处理的轴突生长量接近于正常情况下健康轴突的延伸长度。

单独使用PDGF-BB并未产生此结果。相反，实验显示周细胞与生长因子结合后，会重构纤连蛋白（fibronectin）——一种在组织修复、细胞粘附和运动中起关键作用的多功能粘附糖蛋白。同时细胞自身形态也发生改变，变得更加细长。

"我们知道这些细胞会浸润并沉积在损伤中心区域。它们形成的这些细长纤维结构能更有效地促进轴突从一端再生至另一端并绕过损伤部位，"Tedeschi说。

"为扩展研究结果的临床相关性，我们将小鼠神经元培养在暴露于PDGF-BB的人源周细胞上，这足以触发促生长效应。这表明此现象可能具有普遍性，并不局限于小鼠。"

在针对脊髓损伤动物的实验中，研究人员等待损伤发生七天后（相当于成年人类约九个月），在损伤部位单次注射PDGF-BB。损伤四周后的组织分析显示，与受伤对照组小鼠相比，注射PDGF-BB产生了显著的轴突再生性生长。

"当我们观察这些跨越损伤部位的周细胞结构形成时，发现治疗促进了这些'桥梁'的生长。几乎所有再生轴突都能沿着PDGF-BB给药后形成的细胞桥成功逃离损伤部位，"孙文静表示。

对接受PDGF-BB治疗的受伤动物进行的电生理和运动功能评估显示，其损伤部位远端检测到感觉活动，且相比对照组小鼠，它们对后肢的控制能力恢复得更好。这些动物对非疼痛刺激的敏感性也降低，表明它们未经历脊髓损伤常诱发的神经病理性疼痛。

在修复过程中对炎症蛋白存在的分析表明，PDGF-BB给药不仅促进轴突再生，还能减轻炎症。RNA测序显示脊髓损伤导致周细胞基因表达下降，但这些细胞保留了核心特性，并未转化为其他类型细胞（例如可能最终破坏损伤环境的细胞类型）。

"部分经典周细胞标志物有所减少，但获得了与重建细胞桥和功能性血管相关的附加功能，"孙文静解释，"从我们数据的整体基因特征来看，它们仍被归类为周细胞。"

由于Tedeschi、孙文静及其同事先前已证明加巴喷丁（gabapentin）能促进小鼠脊髓损伤后的神经回路再生，孙文静表示有可能考虑采用多管齐下的治疗方法。

"我们可以将两者结合——用药物调节成年神经元的内在特性，同时通过本研究的方法调节非神经元环境，产生细胞相互作用，为神经元生长提供更有利的基质，"她说。

团队计划开展更多工作以确定PDGF-BB给药的最佳时机（前提是周细胞迁移至损伤部位需要时间），以及理想的治疗浓度和潜在的缓释递送系统。

本研究获得了美国国家神经疾病和中风研究所以及俄亥俄州立大学慢性脑损伤项目的支持。

其他合著者包括俄亥俄州立大学的Elliot Dion, Fabio Laredo, Allyson Okonak, Jesse Sepeda, Esraa Haykal, Min Zhou, Heithem El-Hodiri, Andy Fischer, Juan Peng和Andrew Sas，以及凯斯西储大学的Jerry Silver。