據(jù)Kathe C 2022 年12 月9 日[Nature，2022，611（7936）：540-547.]報道，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院的神經(jīng)學家Grégoire Courtine及其團隊通過硬膜外電刺激（EES）與康復訓練相結合，使得9 例嚴重運動障礙或完全癱瘓的脊髓損傷患者（下肢有部分感覺）能夠拄拐甚至獨立行走；同時闡明EES 技術對于下肢失去所有感覺的癱瘓患者同樣有效。

癱瘓給患者自身及其家庭帶來的創(chuàng)傷是巨大的。 造成癱瘓最常見的原因是脊髓損傷，其導致大腦和腦干投射到脊髓的通路被中斷，從而導致癱瘓，這種自上而下通路的損傷基本是不可逆的。 比如干細胞治療和外骨骼機器人等，但要使完全癱瘓患者實現(xiàn)獨立行走還是十分困難的。

研究人員試驗選擇9 例癱瘓患者，其中有6 例患者表現(xiàn)出嚴重或完全的運動功能障礙，但保留了一定程度的腿部感覺，其余3 例患者表現(xiàn)出完全的感覺運動障礙。 將神經(jīng)刺激器植入到患者脊髓背根神經(jīng)處并開啟EES，研究了EES 治療聯(lián)合康復訓練（EES+康復訓練）恢復行走功能的安全性和可行性（NCT02936453）。 結果患者的行走功能可立刻獲得改善或恢復行走能力，并可在EES開啟時按照自己的抑制控制步幅的幅度。 在為期5 個月的EES+ 康復訓練治療期間（包括每周4 到5 次開啟EES 進行站立、行走和各種鍛煉），隨著時間的推移，患者承重行走能力明顯提高，有4 例患者在EES 關閉的情況下也能恢復行走。 這些均表明EES+康復訓練治療可有效恢復癱瘓患者的行走功能，無論其感覺功能是否完全喪失。

行走功能的恢復必然涉及到脊髓功能的重塑。 為了檢測EES+ 康復訓練前后脊髓神經(jīng)元活動的改變，研究人員使用了18F-氟脫氧葡萄糖攝取正電子發(fā)射體層攝影術（18FDG-PET）來量化EES+ 康復訓練前后脊髓代謝活動的改變。 出乎意料的是，EES+ 康復訓練導致在行走時腰髓神經(jīng)元活動減少。 這種腰髓神經(jīng)元活動的減少表明EES+ 康復訓練重塑了脊髓神經(jīng)元對于行走的響應，引導負責癱瘓后恢復行走功能的特定神經(jīng)元亞群的選擇性激活。

為了找到這一特定的神經(jīng)元亞群，研究人員構建了相應的小鼠模型，以復制人類中EES+ 康復訓練的關鍵技術和治療特征。小鼠在受到中段胸髓的損傷后，皮質(zhì)脊髓束中斷，同時損傷平面以下的谷氨酸能脊髓網(wǎng)狀纖維也受到嚴重影響，導致永久性癱瘓。為了模擬EES+ 康復訓練治療，研究人員設計了小鼠專用的脊髓刺激裝置和康復輔助機器人。 結果在EES 開啟后，在機器人輔助下，小鼠立即恢復行走能力。 而在進行EES+ 康復訓練治療后，所有小鼠的行走能力均有提升，且在EES 關閉時，行走功能的恢復仍然存在。同時，在EES+ 康復訓練治療后，小鼠脊髓在行走時激活的神經(jīng)元數(shù)量同樣明顯減少。這些結果均表明該小鼠模型可復刻在人類中實現(xiàn)EES+ 康復訓練的關鍵技術和治療特征，為識別負責癱瘓后恢復行走功能的特定神經(jīng)元亞群創(chuàng)造了條件。

研究人員通過對小鼠不同康復狀態(tài)下的脊髓進行單核RNA 測序和空間轉錄組分析，并借助機器學習算法，找到了對重獲行走能力起到關鍵作用的兩個特定神經(jīng)元亞群，分別以表達Vsx2 和Hoxa10 為特征（Vsx2::Hoxa10 SC）。

通過跨突觸追蹤技術， 研究人員發(fā)現(xiàn)Vsx2::Hoxa10 SC 神經(jīng)元接受背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元和脊髓網(wǎng)狀纖維神經(jīng)元的直接突觸投射，而這兩者對行走功能至關重要。 EES+ 康復訓練治療后這兩處的神經(jīng)元到Vsx2::Hoxa10 SC 神經(jīng)元的突觸投射密度大大增加。為了驗證Vsx2::Hoxa10 SC 神經(jīng)元是EES+ 康復訓練治療后癱瘓患者行走功能恢復的關鍵，研究人員分別通過光遺傳學和化學遺傳學抑制了Vsx2::Hoxa10 SC 神經(jīng)元的活動，在該類神經(jīng)元被抑制后，開啟EES 導致的行走功能恢復也被抑制。相反Vsx2::Hoxa10 SC 神經(jīng)元的激活可模擬出小鼠行走功能恢復的表現(xiàn)，無論EES 是開啟還是關閉。

該研究再次證實了EES 可恢復癱瘓患者行走功能，并首次闡明了其內(nèi)在機制。 通過與干細胞療法結合，增強關鍵神經(jīng)元亞群Vsx2::Hoxa10 SC 神經(jīng)元的功能，或可增強EES 的療效。