Cell发布再生研究新突破

在一项新研究中，来自加州大学圣地亚哥分校和和圣地亚哥老龄健康体系的研究人员在大鼠严重脊髓损伤位点成功地恢复了“惊人程度”的轴突生长。他们的研究表明早期阶段的神经元具有让轴突存活和延伸在成人中枢神经系统（CNS）损伤位点形成新的功能性神经元继电器（neuronal relay）的能力。

　　

生物通报道 在一项新研究中，来自加州大学圣地亚哥分校和和圣地亚哥老龄健康体系的研究人员在大鼠严重脊髓损伤位点成功地恢复了“惊人程度”的轴突生长。他们的研究表明早期阶段的神经元具有让轴突存活和延伸在成人中枢神经系统（CNS）损伤位点形成新的功能性转接神经元（neuronal relay）的能力。

研究还表明至少某些类型的成人中枢神经系统轴突可以克服通常的抑制性生长环境长距离生长。重要的是，跨越物种的干细胞显示出这些特性。这项研究工作在线发表在9月14日的《细胞》（Cell）杂志上。

科学家们将神经干细胞植入到一种纤维蛋白（fibrin，一种凝血关键蛋白现已用于人类神经元操作中）基质中，与生长因子混合形成一种凝胶。随后他们将这种凝胶用到了完全切断脊髓的大鼠损伤位点。

研究的负责人、加州大学圣地亚哥分校神经科学系教授和神经修复中心主任Mark Tuszynski博士说：“采用这种方法，6周后在损伤位点出现了之前所见200倍数量的轴突。这些轴突生长的长度是从前所有研究中轴突长度的10倍。重要的是，这些轴突的再生导致了显著的功能改善。”

此外，损伤位点上的成体细胞再生为神经干细胞，建立了一个可以用电测量的新继电器回路。“通过刺激损伤以上脊髓四个节段，并记录这一电刺激下面三个节段，我们检测了跨越处理位点的转接，”Tuszynski说。

为了确认恢复的基本机制是由于形成了新继电器，当大鼠恢复时，它们的脊髓在植入处上被再切断。大鼠丧失运动功能，证实跨越损伤形成了转接。

这一移植操作导致了显著的功能改善：在21点步行尺度上，没有治疗的大鼠得分只有1.5；在干细胞治疗后，它上升到了7，这一分数反映了动物能够移动所有受累大腿关节的能力。

研究结果随后在两种人类干细胞系中得到复制，其中一种细胞系已用于肌萎缩侧索硬化症（ALS）人类试验。“我们利用人类细胞获得了与我们在大鼠细胞中一样的精确结果，”Tuszynski说。

该研究利用了绿色荧光蛋白（GFP），这一技术过去从未用于追踪神经干细胞生长。“通过用GFP标记这些细胞，我们能够观察干细胞生长，成为了神经元和轴突，向我们显示了这些细胞生长并与宿主神经元生成连接的全部能力。这是非常令人兴奋的，因为此前并不存在这一技术，”文章的第一作者、加州大学圣地亚哥分校神经修复中心助理研究员Paul Lu博士说。

根据研究人员所说，研究表明早期神经元可以克服存在于成人神经系统中抑制子。这些抑制子通常的作用是维持精细的中枢神经系统，防止成人中枢神经系统中的细胞异常生长。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Long-Distance Growth and Connectivity of Neural Stem Cells after Severe Spinal Cord Injury

Neural stem cells (NSCs) expressing GFP were embedded into fibrin matrices containing growth factor cocktails and grafted to sites of severe spinal cord injury. Grafted cells differentiated into multiple cellular phenotypes, including neurons, which extended large numbers of axons over remarkable distances. Extending axons formed abundant synapses with host cells. Axonal growth was partially dependent on mammalian target of rapamycin (mTOR), but not Nogo signaling. Grafted neurons supported formation of electrophysiological relays across sites of complete spinal transection, resulting in functional recovery. Two human stem cell lines (566RSC and HUES7) embedded in growth-factor-containing fibrin exhibited similar growth, and 566RSC cells supported functional recovery. Thus, properties intrinsic to early-stage neurons can overcome the inhibitory milieu of the injured adult spinal cord to mount remarkable axonal growth, resulting in formation of new relay circuits that significantly improve function. These therapeutic properties extend across stem cell sources and species.