2025年11月24日，美國(guó)德克薩斯農(nóng)工大學(xué)Jennifer N. Dulin在Nature communications發(fā)表：Functional synaptic connectivity of engrafted spinal cord neurons with hindlimb motor circuitry in the injured spinal cord，揭示了移植脊髓神經(jīng)元與損傷脊髓中后肢運(yùn)動(dòng)環(huán)路的功能性突觸連接。

脊髓損傷（SCI）會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的神經(jīng)功能缺損，目前尚缺乏治愈性療法。神經(jīng)前體細(xì)胞（NPC）移植展現(xiàn)出良好前景，因?yàn)橐浦瞾碓吹纳窠?jīng)元（GDNs）能夠整合到宿主脊髓中并支持軸突再生。本研究在小鼠胸段挫傷型脊髓損傷模型中，評(píng)估了GDNs與后肢運(yùn)動(dòng)環(huán)路的突觸整合情況?？缤挥|示蹤結(jié)果顯示，GDNs能夠與宿主運(yùn)動(dòng)環(huán)路形成突觸連接。軸突投射圖譜進(jìn)一步揭示，膽堿能神經(jīng)元和V2a中間神經(jīng)元在宿主脊髓內(nèi)具有不同的終末分布模式。化學(xué)遺傳學(xué)激活GDNs可在部分移植動(dòng)物中誘發(fā)肌肉活動(dòng)，但僅進(jìn)行NPC移植本身并未改善運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)。這些發(fā)現(xiàn)表明，GDNs能夠整合入宿主環(huán)路并調(diào)節(jié)其活動(dòng)，然而有限的突觸連接限制了功能恢復(fù)的效果。

圖一 僅有少量移植來源的神經(jīng)元與腰段脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元形成單突觸連接

多項(xiàng)研究表明，移植NPC可改善脊髓損傷后的運(yùn)動(dòng)功能，普遍認(rèn)為其分化出的GDNs通過在移植物與宿主間建立中繼通路起作用。但GDNs能否自發(fā)連接控制后肢運(yùn)動(dòng)的宿主環(huán)路，尚不清楚。為此，作者在T12脊髓挫傷8周后的ChAT-Cre小鼠中，移植E12.5來源的NPC并結(jié)合單突觸狂犬病毒（RABV）和多突觸偽狂犬病毒（PRV）兩種病毒示蹤策略。

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結(jié)果：

22只小鼠中僅13只在移植物內(nèi)檢測(cè)到RABV+神經(jīng)元，包括興奮性、膽堿能和GABA能亞型，比例相近。以宿主運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元為起點(diǎn)，計(jì)算出平均每個(gè)宿主神經(jīng)元僅連接約1.6個(gè)GDNs，表明自發(fā)突觸形成極為有限。雖然移植物大小不影響連接數(shù)量，但RABV+神經(jīng)元密度與其向尾側(cè)延伸1.5 mm的軸突數(shù)顯著正相關(guān)。說明連接依賴軸突延伸，而NPC移植物自身延伸能力較弱（僅數(shù)百條軸突/移植物）。值得注意的是，在移植后8周的曠場(chǎng)測(cè)試中，NPC移植組與未移植組運(yùn)動(dòng)功能無顯著差異，提示在此模型中，單純NPC移植未能有效促進(jìn)功能恢復(fù)。盡管NPC可分化并形成少量突觸，但其自發(fā)整合入宿主運(yùn)動(dòng)環(huán)路的能力有限，可能不足以驅(qū)動(dòng)行為改善。

圖二 移植神經(jīng)元的亞型特異性脊髓投射圖譜

研究通過使用特定基因型的供體細(xì)胞（Syn1-cre、ChAT-cre、Chx10-cre）構(gòu)建脊髓NPC移植物并利用AAV-SynTag病毒載體在移植后四周標(biāo)記神經(jīng)元，以可視化軸突及其突觸前終末。

結(jié)果：

Syn1-cre移植物的軸突數(shù)量顯著多于其他類型，在尾側(cè)2.5 mm范圍內(nèi)最為明顯。大多數(shù)突觸位于腰段脊髓的V層和VII-VIII層。Syn1-cre產(chǎn)生的突觸點(diǎn)最多；膽堿能GDNs（ChAT-cre）突觸富集于V層；V2a GDNs（Chx10-cre）突觸富集于VII-VIII層。這表明不同亞型的GDNs根據(jù)其特性選擇性地與宿主脊髓的不同區(qū)域建立連接。

圖三 移植神經(jīng)元可被化學(xué)遺傳學(xué)激活并實(shí)現(xiàn)功能整合

作者發(fā)現(xiàn)膽堿能和V2a型GDN可與宿主后肢運(yùn)動(dòng)環(huán)路形成突觸。為驗(yàn)證其在T12挫傷模型中的功能性整合，將表達(dá)hM3Dq（Gq-DREADD）的Syn1-cre脊髓NPC移植至野生型小鼠損傷部位。

結(jié)果：

移植4周后，腹腔注射CNO可顯著激活移植物中GDN（c-Fos表達(dá)升高）；電生理記錄也顯示，CNO處理后hM3Dq移植物神經(jīng)元放電頻率迅速增加，而GFP對(duì)照組無變化。結(jié)果表明，移植的GDN可通過化學(xué)遺傳學(xué)手段被有效調(diào)控，具備功能性整合的潛力。

圖四 激活移植來源的神經(jīng)元足以引發(fā)后肢肌肉活動(dòng)

作者評(píng)估激活GDNs能否驅(qū)動(dòng)后肢肌肉活動(dòng)。在T12挫傷小鼠中移植三類表達(dá)hM3Dq的NPC：全GDN（Syn1-cre）、膽堿能（ChAT-cre）或V2a型（Chx10-cre）。

結(jié)果：

移植9周后腹腔注射CNO，傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)評(píng)分無變化，但更敏感的運(yùn)動(dòng)序列分析（MoSeq）顯示：Syn1-cre組在理毛、行走、直立等行為上顯著改變；三組均出現(xiàn)從靜止轉(zhuǎn)向直立概率上升、理毛概率下降的共同模式，提示移植物影響行為動(dòng)態(tài)。第10周肌電圖記錄顯示：CNO處理后，三組部分動(dòng)物后肢肌肉放電顯著增強(qiáng)（>30次/分鐘，遠(yuǎn)超未移植對(duì)照），個(gè)別高達(dá)數(shù)百次/分鐘；但也有動(dòng)物無反應(yīng)，表明連接強(qiáng)度存在個(gè)體差異。總之，激活GDNs可功能性驅(qū)動(dòng)宿主腰段運(yùn)動(dòng)環(huán)路引發(fā)后肢肌肉活動(dòng)，但依賴于移植物與宿主的有效整合。

綜上所述，該研究證實(shí)移植的脊髓神經(jīng)元可在損傷脊髓中與宿主后肢運(yùn)動(dòng)環(huán)路形成功能性突觸連接并在激活后驅(qū)動(dòng)肌肉活動(dòng)，為細(xì)胞移植修復(fù)脊髓損傷提供了關(guān)鍵機(jī)制依據(jù)和潛在治療方向。

文章來源

https://doi.org/10.1038/s41467-025-65395-7

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