脊髓“圖譜”有望為損傷患者開發新治療方法
近日，瑞士聯邦理工學院的神經生物學家Mark Anderson和同事使用機器學習算法，通過繪制RNA測序和其他細胞生物學技術的數據構建了脊髓圖譜，有望幫助研究人員為脊髓損傷患者開發新的治療方法。相關研究成果發表于《自然》。
脊髓從大腦底部通過脊椎中心的一根管延伸到下背部。
圖片來源：Zephyr/Science Photo Library
研究人員開發了一個小鼠脊髓損傷的四維模型，該模型顯示了脊髓中近50萬個細胞如何隨著時間的推移對不同嚴重程度的損傷做出反應，可以幫助研究人員解決懸而未決的問題。
“如果你知道脊髓上的每一個細胞對損傷的反應，你就可以利用這些知識來開發量身定制的、基于機制的療法。”瑞士聯邦理工學院的神經生物學家Mark Anderson說。
研究人員檢查了52只受傷和未受傷小鼠的脊髓切片，分別在受傷后1、4、7、14、30和60天取樣。他們的分析涉及18種實驗性脊髓損傷情況，包括不同類型的損傷和嚴重程度。他們使用RNA測序工具來探索482825個細胞如何隨時間的推移對損傷做出反應。
脊髓和大腦一樣，是由脆弱的組織組成的，這些組織通過限制免疫細胞進入的物理屏障與身體免疫系統隔離。但當脊髓受損時，身體的免疫細胞會滲透到損傷部位并激活炎癥反應。這樣可以使損傷免受感染，但也會影響愈合，使損傷惡化。研究人員表明，在受傷后7到14天內，血流量會達到峰值。
他們還發現，損傷會立即損害形成血液-脊髓屏障和蛛網膜屏障的細胞的功能。蛛網膜屏障是覆蓋脊髓的保護膜。
在損傷后的前四天，與這些屏障功能障礙相關的基因越來越多地被激活，但在第七天，它們的表達開始減少。
研究人員還比較了年輕和年老小鼠對損傷的細胞反應。當脊髓損傷發生時，被稱為星形膠質細胞的特化細胞在脊髓病變周圍形成一層薄薄的邊界，并將其密封以保護鄰近組織。這些保護性屏障在傷口修復和恢復中起著至關重要的作用。
研究發現，在年老小鼠中，星形膠質細胞失去了對損傷的反應能力，并在病變周圍形成保護邊界，但在年輕小鼠中卻沒有。
Anderson說：“通過觀察組織學圖像，你可以用肉眼看到，這些屏障在年輕動物身上形成得非常牢固，但在年老小鼠身上卻完全功能失調。”
結果，年齡較大的小鼠病變更大，神經元損失更大，免疫細胞侵襲更大。他們從脊髓損傷中恢復的能力也降低，導致功能損傷和癱瘓。
利用圖譜中的見解，研究人員設計了一種基因療法，以促進年老小鼠脊髓損傷后的傷口修復。他們使用一種病毒將被編程為表達三種生長因子（EGF、FGF2和VEGF）的基因輸送到脊髓細胞。這些蛋白質可以促進星形膠質細胞和形成血脊髓屏障的細胞的生長。
當在脊髓損傷前兩天將其注射到年老小鼠的下胸脊髓時，治療增加了形成邊界的星形膠質細胞的數量，減少了有害免疫細胞的浸潤，并有助于恢復血脊髓屏障的完整性。結果，接受治療的小鼠的脊髓損傷更小、更可控，并且恢復了與經歷過類似損傷的年輕小鼠一樣好的行走能力。
研究人員表示，該研究的基因治療部分提供了原理證據，但他們警告說，這種方法用于類似損傷的人類之前，還需要做更多工作。
美國波士頓大學的醫學工程師Timothy O'Shea說。一個關鍵的挑戰將是控制基因治療效果的持續時間，確定實施此類治療的最佳時間也至關重要。
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