IF58.7 | 全脑c-Fos检测结合光遗传，成功筛选脊髓损伤后行走功能恢复的关键脑区！

脊髓损伤(spinal cord injury,SCI)会破坏大脑与脊髓区域神经元的连接，导致不同程度的瘫痪或运动功能受损，是一种瘫痪率极高的中枢神经系统性疾病。

 

不完全性脊髓损伤虽然保留了一定的神经连接，但损伤区域神经网络的重塑和行走功能恢复研究一直是神经科学的难题。近日的一项研究取得重大突破：通过刺激下丘脑，让瘫痪者恢复行走！该研究于2024年12月2日发表在《Nature Medicine》上。

 

在这项研究中，研究者利用组织透明化，结合多种荧光标记及光片显微成像技术，精确绘制了脊髓损伤恢复过程中全脑c-Fos和脊髓神经元投射的全脑图谱，从1111个脑区筛选出具有行走功能恢复的关键脑区-下丘脑（LH）和神经元LHVglut2。

 

脊髓损伤脑恢复过程的时空全脑图

 

研究结果

 

1、全脑c-Fos神经元图谱筛选关键脑区

 

在脊髓半切SCI模型中，发现小鼠在脊髓损伤后立即瘫痪，但在8周内部分恢复行走功能，为了确定恢复过程中参与行走的大脑关键区域，研究者利用iDISCO组织透明化方法，采用c-Fos免疫染色和G蛋白缺失狂犬病毒（G-deleted Rabies Virus）示踪，结合光片显微成像技术，成功实现全脑c-Fos神经元活动与逆行标记的神经元三维可视化。

 

 

全脑c-Fos神经元活动图谱

 

利用该技术，分别在SCI后的1周和8周两个时间点对12只脊髓损伤和正常小鼠进行全脑透明化成像检测，并与Allen脑图谱配准，通过对1111个脑区c-Fos阳性神经元和脊髓连接神经元密度的定量统计分析，发现外侧下丘脑（LH）是一个重要的活跃区域，尤其是在慢性期的行走恢复过程中。

 

中枢神经系统（CNS）三维可视化

 

 

进一步的光学切片显示，未受损、急性期和慢性期小鼠的外侧下丘脑中均有c-Fos阳性神经元及逆行示踪标记的神经元，这些数据直接表明LH与脊髓损伤恢复密切相关。

 

2、光遗传学验证LH Vglut2促进SCI后的行走功能恢复

在确认外侧下丘脑（LH）可能在SCI恢复中发挥作用后，研究人员采用光遗传技术进一步验证其功能。将带有光敏感通道蛋白（Channelrhodopsin, ChR2）和腺相关病毒（Adeno-Associated Virus, AAV）注射到脊髓半切SCI模型Vglut2-Cre和Vgat-Cre鼠的LH中，以选择性地激活或抑制LHVglut2和LHVgat神经元。

 

光遗传激活Vglut2神经元显著增强慢性SCI后的行走能力

 

光遗传抑制Vglut2神经元慢性SCI后行走质量下降

 

 

实验结果显示，激活LHVglut2神经元能够显著改善小鼠的步态协调性和运动能力，且增加光刺激频率可进一步增强行走能力，相反，而光遗传抑制LHVglut2神经元则会破坏行走功能，而光遗传激活LHVgat神经元，不会改善行走能力。

3、开发DBS-LH疗法改善行走功能

基于以上研究，该团队针对外侧下丘脑（LH）开发了深部脑刺激（deep brain stimulation，简称DBS-LH）疗法，并在小鼠SCI模型和大鼠SCI模型中得到了验证，下丘脑深部刺激后，立刻增强了各种脊髓损伤的小鼠和大鼠的行走能力。

接下来，研究团队测试了对外侧下丘脑进行深部脑刺激是否能改善两名慢性不完全脊髓损伤患者的行走能力。

结果显示，这两名原本需要依靠辅助设备行走且仍有步态问题的脊髓损伤患者，在外侧下丘脑深部脑刺激后，在10米和6分钟的步行测试中，行走能力都得到了改善，下半身运动能力也有所改善。

 

 

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