脊髓損傷後大腦運動皮質的重塑在何處發生？

2020-12-23 中國神經再生研究雜誌

突觸是神經元之間連接及信息傳遞的基礎組成部分，包括突觸前組成部分、突觸間隙及突觸後組成部分。來自中國人民解放軍總醫院（301醫院）的張科學團隊使用磨薄小鼠顱骨結合雙光子顯微成像技術研究發現，脊髓損傷小鼠的上遊神經中樞大腦運動皮質在突觸水平發生重塑，且重塑主要發生在突觸的後組成部分而非前組成部分。該研究還發現脊髓半切以後，雙側大腦運動皮質均發生不同程度重塑，並且這種重塑水平隨著時間變化而變化。

功能性磁共振成像和神經電生理只能在大體上粗略評估重塑變化，離體切片後共聚焦顯微鏡觀察的方法只能通過切片斷面的形式在不同的動物身上觀察到樹突棘合併後的變化，僅能夠部分且粗略地評估脊髓損傷後樹突棘形態和數量的變化。缺乏在同一隻動物觀察同一個樹突棘或是軸突膨體隨著時間動態變化的方法。

針對以上問題，張科學等在研究方法和動物模型上獨闢蹊徑，使用雙光子顯微鏡結合磨薄小鼠顱骨活體觀察技術，通過此項技術與轉基因螢光小鼠相結合，使得在體研究脊髓損傷後相關皮質神經的神經可塑性成為可能。這項創新研究的成果為將為深入理解脊髓損傷後皮質神經重塑的相關病理生理提供幫助，並為針對重塑進行特異性幹預治療奠定理論基礎，同時也為脊髓損傷的治療新方法拓展了新的思路。

這項研究成果發表於《中國神經再生雜誌（英文版）》雜誌2021年4期。

文章摘要： 脊髓損傷可嚴重阻礙中樞神經系統和周圍神經系統間的信息交換,且脊髓損傷後運動皮質中突觸的命運也未少有研究｡為探索脊髓損傷後大腦運動皮質中突觸重組的情況,實驗建立了T12脊髓半切小鼠模型,通過磨薄顱骨結合雙光子顯微成像技術研究觀察活體小鼠大腦運動皮質錐體神經元中突觸後樹突棘和突觸前軸突｡結果發現,脊髓半切可導致小鼠大腦雙側運動皮質中樹突棘的重塑,且隨時間的延長,重塑區域會發生變化｡脊髓損傷會使大腦雙側皮質中穩定樹突棘變得不穩定,且退化的樹突棘更加難以重生,對側運動皮質中新生樹突棘則明顯增加,但其存活率很低,即新生樹突棘很脆弱;但突觸前軸突沒有明顯的變化｡結果說明髓損傷小鼠的上遊神經中樞大腦運動皮質可在突觸水平發生重塑,且重塑主要發生在突觸的後組成部分而非前組成部分｡實驗於2015年4月16日經解放軍總醫院倫理委員會批准,批准號201504168S｡

文章關鍵詞:中樞神經系統;脊髓;損傷;修復;保護;再生;可塑性;突觸

文章來源：Zhang KX, Zhao JJ, Chai W, Chen JY, Gao Y (2021) Synaptic remodeling in mouse motor cortex after spinal cord injury. Neural Regen Res 16(4):744-749.

相關焦點

  • 脊髓損傷後神經修復研究進展
    、腫瘤或炎症等因素導致的脊髓完整性和連續性受到破壞，從而引起機體運動、感覺及自主功能障礙的疾病。亞急性期為急性期後的繼發性組織損傷期。此時，大量巨噬細胞、T細胞、小膠質細胞及中性粒細胞浸潤，導致血－脊髓屏障受損，大量炎性因子釋放，引發一系列炎症瀑布效應，造成組織二次損傷。脊髓的二次損傷會進一步影響突觸重塑及神經環路再生，成為脊髓損傷修復的主要障礙之一。
  • 大腦皮質構築與功能定位
    在中央前回運動區，此層有巨大錐體細胞，胞體高120μm，寬80μm，稱Betz細胞，其頂樹突伸到分子層，軸突下行到腦幹和脊髓。多形細胞層（polymorphiclayer）：以梭形細胞為主，還有錐體細胞和顆粒細胞。    大腦皮質的Ⅰ- Ⅳ層主要接受傳入衝動。
  • 血小板衍生生長因子能促進脊髓損傷後運動功能的恢復
    來自中國溫州醫科大學的張宏宇團隊最新研究發現，血小板衍生生長因子能夠通過調節自噬流來促進內皮細胞的修復，改善血脊髓屏障的功能，減輕脊髓損傷後運動功能的障礙。在脊髓損傷後，自噬流被阻斷，內皮細胞不能進行正常的新陳代謝，在血小板衍生生長因子給藥後的早期，自噬流部分恢復通暢，屏障蛋白損傷減少，進而促進了血脊髓屏障的修復，揭示了自噬流在損傷修復中的關鍵作用，為血小板衍生生長因子能減輕脊髓損傷後運動功能障礙的後續研究奠定了基礎。
  • 建立利於脊髓損傷後運動功能重建的脊髓電刺激定位
    來自中國南通大學的沈曉燕團隊最新研究發現，脊髓損傷後，控制大鼠下肢運動的運動功能核心區域會發生遷移，並繪製出了適用於椎管內微刺激的運動功能圖譜，這將為運動功能重建研究中的電極精確定位提供指導，以更接近生理狀況的方式、以有限的刺激電極數目更有效地進行運動功能的重建，從電子
  • 如何解決脊髓損傷後瘢痕組織產生?Nature今日文章給出答案
    脊髓損傷（Spinal cord injury）常導致患者損傷平面以下截癱。脊髓損傷病人的運動功能喪失,主要是由於腦至脊髓下行的神經纖維束（例如控制隨意運動的皮質脊髓束--CST）被切斷導致。
  • 大腦皮質的功能定位
    大腦皮質的功能定位:人類的大腦皮質得到高度的發展,非特化出具有定位關係的皮質功能區(即中樞),但這些皮質區只是執行某種功能的核心部分,其他皮質也有類似功能
  • 創傷性脊髓損傷後脊髓微環境失衡的研究進展
    Kang等將小鼠髓系細胞的IκBkinaseIKK-β基因敲除並損傷小鼠脊髓後，發現小鼠的中性粒細胞的浸潤顯著減少、運動功能受損減輕；此外，該研究團隊還發現中性粒細胞中IKK-β基因的缺失可導致核因子κB（NF-κB）失活，白細胞介素6（IL6）、白細胞介素1β（IL1β）和腫瘤壞死因子α（TNFα）的表達下調，降低神經元的死亡。
  • 揭開大腦皮質功能分區的神秘面紗
    大腦皮層，又稱為大腦皮質，或簡稱為皮質或皮層，是大腦的一個解剖結構。人類在長期進化過程中，大腦皮質的不同部位，逐漸形成接受某種刺激，完成某些反射活動的較集中區域，稱大腦皮質功能區，又稱為功能中樞。因此，一側視區損傷，可引起雙眼視野同向性偏盲。
  • 運動傳導通路——這些概念終於搞清楚了!
    運動傳導通路(motor pathway)：從大腦皮質至軀體效應器(及內臟活動的效應器)的神經聯繫(見下圖)。它包括錐體系和錐體外系。錐體系(pyramidal system)：由上運動神經元和下運動神經元兩級神經元組成。可以理解為運動傳導通路的主體。
  • 新藥物有望恢復脊髓損傷者運動能力
    新華社華盛頓７月１９日電（記者周舟）美國《細胞》雜誌１９日發表的一項研究顯示，一種小分子藥物可使癱瘓的小鼠重新行走，這項成果為脊髓損傷患者的康復帶來新希望。　　美國波士頓大學兒童醫院何志剛團隊發現，使用這種藥物後，８０％脊髓損傷但脊髓沒有完全斷裂的實驗小鼠恢復了行走能力。
  • 「換頭術」的世界難題:脊髓損傷修復不解決,則「毫無意義」
    在脊髓再生、免疫排斥、大腦缺血灌注的幾個難點中，脊髓再生是最具攻堅意義的世界級難題。「脊髓組織是人體信號傳遞的中樞，像電纜，大腦皮層與外周運動與感覺的信號都是通過脊髓組織傳遞的。」中國科學院遺傳與發育生物學研究所再生醫學中心主任戴建武向澎湃新聞（www.thepaper.cn）介紹。異體頭身重建需要切斷受體和供體的脊髓，再進行拼接、再生。
  • 一種試驗性藥物 有助於修復脊髓損傷
    原標題：一種試驗性藥物 有助於修復脊髓損傷 　　新華社倫敦電 （記者劉石磊）英國《自然》雜誌4日報導說，動物實驗顯示，一種新藥可使受傷脊柱中的脊髓神經細胞重新生長，並修復損傷，受試實驗鼠的運動能力和小便控制能力都有所恢復。
  • Nature:利用無線神經接口讓癱瘓的猴子恢復腿部運動
    論文共同作者、布朗大學工程學助理教授David Borton說，「我們開發出的這種腦-脊髓接口系統利用從大腦運動皮質中記錄到的信號促使脊髓中負責運動的神經遭受協調性電刺激。當這種系統開啟時，在我們研究中使用的這些動物擁有幾乎正常的運動。」這項研究可能有助為脊髓損傷患者開發一種類似的系統。
  • 脊髓損傷後的免疫抑制研究進展
    由於免疫系統可由中樞神經系統通過下丘腦-垂體-腎上腺軸（HPA）、交感神經系統（SNS）和副交感神經系統（PNS）進行調節，所以中樞神經系統的損傷可引起免疫相關的神經功能受損，進而引起免疫抑制，同時亦可造成內分泌功能障礙，間接引起免疫功能障礙。明確SCI導致機體防禦系統受損的相關機制及脊髓平面、損傷程度等相關因素對發生SCI後免疫功能的影響，對治療SCI、提高患者的生存質量至關重要。
  • 脊髓 - 脊髓- 專區 - 生物谷
    第IX層————————————前角運動細胞 　　第X層————————————-中央灰質 　　3、白質 　　上行傳導束 　　薄束和楔束：本體感覺和精細觸覺—-骶腰胸頸由外向內—-經脊髓後根內側部—-同側第四胸節以下的脊神經節細胞的中樞突組成薄束、同側第四胸節以上的脊神經節細胞中樞突組成楔束。
  • 【Neurosurgery】(中文版)脊柱脊髓與功能分冊:運動皮質刺激後的生活質量:臨床結果及文獻的系統評價
    Teixeira, MD, PhD*Clement Hamani, MD, PhD8*‡§作者單位：*Division of Neurosurgery, Department of Neurology, University of São Paulo Medical School, São Paulo, Brazil; ‡Division of Neurosurgery
  • 「黑盒子」神經幹細胞移植成功修復脊髓損傷
    近日，加州大學聖地牙哥分校的科學家成功將神經幹細胞移植入小鼠脊髓損傷處，並揭示了其中的機制。近年來，神經幹細胞研究成為治療神經退行性疾病和中樞神經系統損傷的熱點，而長期以來，利用幹細胞恢復患者因脊髓損傷（SCI）而喪失的功能，也一直是科學家和醫生的雄心壯志。
  • 神經幹細胞移植治療脊髓損傷的研究進展
    在損傷後期，膠質瘢痕形成及再生抑制因子表達等微環境改變造成損傷後神經再生困難。神經幹細胞移植後可分化為神經元，填補、替代損傷部位，並形成神經突觸，重建神經迴路；其分化產生少突膠質細胞，促進新生的神經纖維和殘存脫髓鞘纖維髓鞘化，恢復神經纖維的完整性；此外，移植的神經幹細胞還可通過以下方式對脊髓損傷的恢復產生積極作用:分泌多種神經營養因子，改善脊髓局部微環境，促進神經再生；產生細胞外基質，填充損傷後遺留空腔，為神經再生提供支持物；改善局部免疫狀態，減少繼發損傷。
  • 脊髓損傷後只能坐輪椅? iPS細胞療法要讓患者站起來
    原標題：脊髓損傷後只能坐輪椅？ iPS細胞療法要讓患者站起來 由於脊髓受到損傷，中國數百萬人不得不一輩子坐在輪椅上。遺憾的是，脊髓損傷的治療依然是醫學難題中的一個堡壘，成為難以逾越的「世界屋脊」。
  • 大腦皮質的部位及功能
    腦位於顱腔內，可以分為端腦、間腦、小腦、中腦、腦橋和延髓，端腦是腦的最高級部位，由左右大腦半球和半球間連合及其內腔構成。其中，大腦半球表面的灰質層稱大腦皮質，大腦皮質不同部位有不同功能，在事業單位的考試中，大腦皮質的功能也經常出現在考題當中。掌握好大腦皮質的功能，能夠幫助我們快速準確地做題。針對這個問題。首先我們一起看一道題目：1.