通过硬膜外电刺激让瘫痪者再次行走

据Kathe C 2022 年12 月9 日[Nature，2022，611（7936）：540-547.]报道，瑞士洛桑联邦理工学院的神经学家Grégoire Courtine及其团队通过硬膜外电刺激（EES）与康复训练相结合，使得9 例严重运动障碍或完全瘫痪的脊髓损伤患者（下肢有部分感觉）能够拄拐甚至独立行走；同时阐明EES 技术对于下肢失去所有感觉的瘫痪患者同样有效。

瘫痪给患者自身及其家庭带来的创伤是巨大的。 造成瘫痪最常见的原因是脊髓损伤，其导致大脑和脑干投射到脊髓的通路被中断，从而导致瘫痪，这种自上而下通路的损伤基本是不可逆的。 比如干细胞治疗和外骨骼机器人等，但要使完全瘫痪患者实现独立行走还是十分困难的。

研究人员试验选择9 例瘫痪患者，其中有6 例患者表现出严重或完全的运动功能障碍，但保留了一定程度的腿部感觉，其余3 例患者表现出完全的感觉运动障碍。 将神经刺激器植入到患者脊髓背根神经处并开启EES，研究了EES 治疗联合康复训练（EES+康复训练）恢复行走功能的安全性和可行性（NCT02936453）。 结果患者的行走功能可立刻获得改善或恢复行走能力，并可在EES开启时按照自己的抑制控制步幅的幅度。 在为期5 个月的EES+ 康复训练治疗期间（包括每周4 到5 次开启EES 进行站立、行走和各种锻炼），随着时间的推移，患者承重行走能力明显提高，有4 例患者在EES 关闭的情况下也能恢复行走。 这些均表明EES+康复训练治疗可有效恢复瘫痪患者的行走功能，无论其感觉功能是否完全丧失。

行走功能的恢复必然涉及到脊髓功能的重塑。 为了检测EES+ 康复训练前后脊髓神经元活动的改变，研究人员使用了18F-氟脱氧葡萄糖摄取正电子发射体层摄影术（18FDG-PET）来量化EES+ 康复训练前后脊髓代谢活动的改变。 出乎意料的是，EES+ 康复训练导致在行走时腰髓神经元活动减少。 这种腰髓神经元活动的减少表明EES+ 康复训练重塑了脊髓神经元对于行走的响应，引导负责瘫痪后恢复行走功能的特定神经元亚群的选择性激活。

为了找到这一特定的神经元亚群，研究人员构建了相应的小鼠模型，以复制人类中EES+ 康复训练的关键技术和治疗特征。小鼠在受到中段胸髓的损伤后，皮质脊髓束中断，同时损伤平面以下的谷氨酸能脊髓网状纤维也受到严重影响，导致永久性瘫痪。为了模拟EES+ 康复训练治疗，研究人员设计了小鼠专用的脊髓刺激装置和康复辅助机器人。 结果在EES 开启后，在机器人辅助下，小鼠立即恢复行走能力。 而在进行EES+ 康复训练治疗后，所有小鼠的行走能力均有提升，且在EES 关闭时，行走功能的恢复仍然存在。同时，在EES+ 康复训练治疗后，小鼠脊髓在行走时激活的神经元数量同样明显减少。这些结果均表明该小鼠模型可复刻在人类中实现EES+ 康复训练的关键技术和治疗特征，为识别负责瘫痪后恢复行走功能的特定神经元亚群创造了条件。

研究人员通过对小鼠不同康复状态下的脊髓进行单核RNA 测序和空间转录组分析，并借助机器学习算法，找到了对重获行走能力起到关键作用的两个特定神经元亚群，分别以表达Vsx2 和Hoxa10 为特征（Vsx2::Hoxa10 SC）。

通过跨突触追踪技术， 研究人员发现Vsx2::Hoxa10 SC 神经元接受背根神经节神经元和脊髓网状纤维神经元的直接突触投射，而这两者对行走功能至关重要。 EES+ 康复训练治疗后这两处的神经元到Vsx2::Hoxa10 SC 神经元的突触投射密度大大增加。为了验证Vsx2::Hoxa10 SC 神经元是EES+ 康复训练治疗后瘫痪患者行走功能恢复的关键，研究人员分别通过光遗传学和化学遗传学抑制了Vsx2::Hoxa10 SC 神经元的活动，在该类神经元被抑制后，开启EES 导致的行走功能恢复也被抑制。相反Vsx2::Hoxa10 SC 神经元的激活可模拟出小鼠行走功能恢复的表现，无论EES 是开启还是关闭。

该研究再次证实了EES 可恢复瘫痪患者行走功能，并首次阐明了其内在机制。 通过与干细胞疗法结合，增强关键神经元亚群Vsx2::Hoxa10 SC 神经元的功能，或可增强EES 的疗效。