脊髓损伤后细胞桥促进轴突生长

一项新的研究表明，利用人体最小血管内微小细胞的柔韧性可能是一种有效的脊髓修复策略。

在小鼠实验中，科学家将一种特殊类型的重组蛋白引入脊髓损伤部位，这些细胞被称为周细胞，已经淹没了病变区域。结果显示，一旦接触到这种蛋白质，周细胞就会改变形状，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——轴突是神经细胞体的细长延伸，负责传递信息。

研究人员观察到，在接受单次生长因子蛋白治疗的受伤小鼠中，轴突重新生长，这些动物的后肢也恢复了运动。一项涉及人类细胞的实验表明，这一结果并不局限于小鼠。俄亥俄州立大学医学院神经科学副教授，资深研究作者Andrea Tedeschi说说：“还有很多东西可以学习，还有很多东西可以扩展，但我们研究得越多，我们就越震惊于这种单一治疗的效力和它的有效性。这一发现不仅适用于脊髓损伤，还适用于脑损伤、中风以及神经退行性疾病。”

研究人员说，这项工作强调了脊髓损伤后血管恢复对神经功能恢复的重要性。

“脊髓损伤是严重的，不仅因为它阻止了信息在受伤部位的传递，而且因为所有的血管结构和功能也受到损害，”第一研究作者、俄亥俄州立大学神经科学助理教授Wenjing Sun说。“即使你能够重新建立从一端到另一端的神经元连接，除非你处理好其他崩溃的东西，否则整体效果仍然不会最大化。”

这项研究发表在4月18日的《Molecular Therapy》杂志上。

先前的研究表明，周细胞会干扰脊髓损伤的恢复，这使得一些科学家建议从损伤部位清除周细胞以帮助修复。但是癌症研究表明，当周细胞暴露于一种叫做血小板衍生生长因子BB （PDGF-BB）的蛋白质中时，周细胞的特性会发生变化——这是肿瘤产生自身血液供应的一种方式。在癌症中，目的是阻断PDGF-BB信号。

早期的神经科学研究也表明，周细胞具有高度的“可塑性”，这意味着它们对微环境的变化非常敏感，包括PDGF-BB的存在。Tedeschi和他的同事们看到了利用细胞-蛋白质关系来稳定脊髓损伤周围血管系统的潜力。在这个过程中，他们发现新生的血管为再生的轴突建立了一条通路。

从影像学研究开始，研究小组发现，当脊髓被切断时，随着时间的推移，周细胞会迁移到损伤部位，但不会促进支持轴突再生所需的功能性血管的生长。

在细胞培养实验中，研究人员建立了一个周细胞的“地毯”，添加了PDGF-BB，然后在上面放置了一层成年小鼠感觉神经元，并评估了24小时内生长了多少轴突。在正常情况下，受治疗的轴突的生长几乎与健康轴突的生长一样多。

单独的PDGF-BB不能产生这个结果。相反，实验表明周细胞与生长因子重组的纤维连接蛋白结合，纤维连接蛋白是一种多功能粘连糖蛋白，在组织修复、细胞附着和运动中起关键作用。细胞本身也会改变形状，变得更加细长。

“我们知道这些细胞会渗透并沉积在病变中心。这些细长的纤维结构更容易促进轴突从一端到另一端的再生，从而绕过损伤，”Tedeschi说。“为了扩大我们研究结果的临床相关性，我们在暴露于PDGF-BB的人类周细胞上培养了小鼠神经元，这足以引发促进生长的效果，这表明这可能真的是一种普遍现象，并不局限于小鼠。”

在脊髓损伤动物的实验中，研究人员在损伤后等待7天——相当于成年人大约9个月的时间——然后在损伤部位注射单剂量的PDGF-BB。损伤后4周的组织分析显示，与受伤对照小鼠的轴突反应相比，PDGF-BB注射产生了强劲的轴突再生生长。

“当我们观察这些穿过损伤部位的周细胞结构的形成时，我们看到治疗促进了这些桥的生长。大多数（如果不是全部的话）再生的轴突能够通过这些在PDGF-BB的作用下形成的细胞桥逃离损伤部位。”

用PDGF-BB治疗的受伤动物的电生理和运动评估检测到病变部位以外的感觉活动，并显示与对照组小鼠相比，小鼠对后肢的控制恢复得更好。这些动物对非疼痛性刺激也不那么敏感，这表明它们没有经历通常由脊髓损伤引发的神经性疼痛。

对修复过程中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减少，但细胞保留其核心特性，不会转化为另一种细胞——例如，一种最终可能对损伤环境具有破坏性的细胞类型。

Wenjing Sun说：“一些经典的周细胞标记物有所减少，但与重建细胞桥和功能性血管有关的一些额外功能有所增加。从我们数据中的整体基因特征来看，它们仍然被归类为周细胞。”

因为Tedeschi， Sun和他的同事们之前已经在老鼠身上证明了加巴喷丁促进脊髓损伤后神经回路的再生，所以有可能考虑多管齐下的治疗方法，Sun说。

她说：“我们可以将两者结合起来——用药物调节成年神经元的内在特性，以及我们在这里所做的，调节非神经元环境，产生细胞相互作用，为神经元的生长提供更宽松的基质。”

更多的工作计划是确定PDGF-BB给药的精确时间-假设周细胞需要一些时间才能迁移到损伤处-以及理想的治疗浓度和潜在的时间释放给药系统。

这项研究得到了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。