《自然》：从重度瘫痪到恢复行走，来自9名脊髓损伤患者的康复奇迹

▎药明康德内容团队编辑 

很多年以来，脊髓损伤都被当作一种“绝症”。由于被切断的脊髓神经连接无法修复，患者从此瘫痪，失去运动能力，甚至肢体丧失感觉。

不过，在最近的一项临床研究中，有9名因脊髓损伤而重度瘫痪或完全瘫痪的患者，经过一种叫做硬膜外电刺激（EES）的治疗后，不仅重新站了起来，还奇迹般地重新获得了行走能力。

在5个月的电刺激治疗期间，结合理疗和康复训练，这9名患者可以在6分钟内平均步行50米。治疗期结束后，有4名参与者甚至可以在没有任何电刺激的情况下行走，表明运动功能得到持续改善，用于行走的神经连接已经重组成功。

▲9名瘫痪患者不同程度地恢复了行走能力（图片来源：参考资料[4]；Credit: NeuroRestore-Jimmy Ravier）

而更令人振奋的是，在这几名脊髓损伤患者的康复奇迹背后，研究人员鉴定出了对重获行走能力有关键作用的特定神经元——未来，操纵这些特定神经元，或许就能帮助更多瘫痪患者恢复运动功能。

研究论文日前发表在顶尖学术期刊《自然》上，同时也受到了《科学》杂志的关注，指出这一发现“可能为治疗瘫痪的新方法打开大门”。

硬膜外电刺激其实早在50多年前就已出现，不过最初的设计是用来缓解神经性疼痛。在这项临床试验中，瑞士洛桑联邦理工学院的神经科学家Grégoire Courtine教授和洛桑大学医院的神经外科专家Jocelyne Bloch教授合作，通过手术将他们设计的一种电极植入患者的腰椎，瞄准脊髓的“背根”区域，针对控制腿部的神经通路提供电流。在脊髓损伤的情况下，这种方法可以重新激活受伤部位以下幸存的神经元。

“我们模仿人行走时脊髓被大脑电信号激活的方式，在正确的时间对脊髓的正确位置进行电刺激，从而控制腿部肌肉。”Bloch教授解释说。为此，研究人员还利用人工智能对电刺激的模式和位置进行个体化设计，以精确匹配每个患者的活动。

▲通过植入的无线式电脉冲发生器对患者进行硬膜外电刺激（EES），在体重支持系统的帮助下实现地面行走（图片来源：参考资料[4]；Credit: NeuroRestore）

这种电刺激疗法帮助患者实质性地改善了运动功能，而研究人员的工作还刚刚开始：揭示康复背后的神经机制。因为只有弄清楚恢复行走能力的神经环路是如何重塑的，才能进一步开发更有效的治疗方法，帮助尽可能多的患者改善生活质量。

为此，研究人员建立一个小鼠脊髓损伤模型，使其后腿瘫痪，然后在其脊髓部位植入电极，通过电刺激改善小鼠的行走能力。也就是说，这一小鼠模型可以很好地再现瘫痪患者经过硬膜外电刺激治疗而康复的关键特征。

在整个治疗的不同阶段，研究人员应用单核DNA测序、空间转录组学等方法，详细绘制了瘫痪小鼠受损脊髓的分子图谱，确定脊髓的特定神经细胞类群中有哪些基因被激活，并通过算法确定哪些神经细胞类群在电刺激治疗过程中最为重要。

▲脊髓受损小鼠模拟患者接受电刺激治疗的康复过程（图片来源：参考资料[1]）

于是，研究人员发现了小鼠脊髓中特定的一群神经元，这群神经元表达Vsx2和Hoxa10两种标记物，在电刺激治疗后被激活。

通过光遗传学方法特异性地阻断这群神经元的活动，瘫痪小鼠便无法通过电刺激治疗而得到改善。与此同时，健康小鼠身上阻断这群神经元的活动，并不影响它们的活动。这些结果进一步验证了此次找出的这群神经元对于瘫痪后恢复行走能力不可或缺，但对于没有脊髓损伤个体的行走能力并非必要。

▲通过小鼠模型鉴定出促进运动能力恢复的神经元（图片来源：参考资料[1]）

对此，《自然》同期发表的专家评述指出，“理解硬膜外电刺激治疗的康复原理，鉴定出组织康复的细胞类型是一个巨大的进步。”

有了这一进步，未来医生在用硬膜外电刺激治疗脊髓损伤患者时可以更精确地瞄准正确的神经，这不仅可以提高治疗的成功率，也可以减少刺激整个脊髓而造成的副作用，例如影响膀胱排空。

不过Courtine教授也谨慎地指出，此次鉴定出的这群兴奋性神经元应该还不是唯一一类帮助患者恢复行走能力的神经元。比如研究人员发现，在电刺激治疗前后，行走时的脊髓神经活动整体下降，表明神经抑制也是康复的一部分。

在更多脊髓损伤患者能够通过治疗恢复行走能力之前，或许科研人员还有很多问题需要回答，但无疑这项研究让我们看到了希望：脊髓损伤并不等于终身瘫痪。

参考资料：

[1] Claudia Kathe et al., The neurons that restore walking after paralysis. Nature (2022) DOI: 10.1038/s41586-022-05385-7

[2] Neurons that promote recovery from paralysis identified. Retrieved Nov. 10, 2022 from https://www.nature.com/articles/d41586-022-02234-5

[3] Study pinpoints neurons that may help paralyzed people walk again. Retrieved from https://www.science.org/content/article/study-pinpoints-neurons-may-help-paralyzed-people-walk-again

[4] Scientists identify neurons that restore walking after paralysis. Retrieved Nov. 11, 2022 from https://actu.epfl.ch/news/scientists-identify-neurons-that-restore-walking-a/