2024年1月19日，苏州大学小草嫩芽研究视频刘耀波教授团队的最新成果以“Dual electrical stimulation at spinal-muscular interface reconstructs spinal sensorimotor circuits after spinal cord injury”为题在线发表于国际知名期刊Nature Communications（一区，Top 期刊，Nature Index 收录，2023 IF：16.6），论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-44898-9。

脊髓损伤（Spinal Cord Injury，SCI）是一种严重的神经系统疾病，它导致患者的运动功能受到严重损伤。尽管医学界一直在努力寻找有效的治疗方法，但目前还没有完全治愈的方法。然而，随着神经调控技术的不断发展，我们看到了治疗脊髓损伤的新希望。

神经调控技术是一种利用电信号或化学物质来调节神经系统的治疗方法。近年来，越来越多的研究表明，神经调控技术对治疗脊髓损伤具有巨大的潜力。例如，深部脑刺激和脊髓刺激等神经调控方法已经在一些临床试验中显示出显著的效果。这些技术通过发送微弱的电流到大脑或脊髓，刺激神经网络，帮助恢复失去的功能。然而，目前仍不清楚电刺激是否可用于精确地重组神经环路的结构并恢复其相应的功能。此外，利用电刺激重建脊髓神经环路的确切机制仍不清楚。

为了解决这一科学问题，研究人员选择了T9脊髓全横断模型，利用支配后肢屈肌-胫骨前肌（TA）收缩的脊髓感觉运动神经环路作为研究重点。通过模拟正常生理状态时，感觉运动神经环路的闭环运行规律，建立了一种结合脊髓-肌肉的双重电刺激系统（EEMS）。脊髓硬膜外电刺激（EES）用于模拟脊髓运动指令的发放，肌肉电刺激（MS）用于模拟外周的感觉反馈指令。

在此项研究中，研究人员比较了EEMS，EES和MS对感觉运动神经环路的结构和功能的促进作用，发现仅有在10-20 Hz刺激频率条件下的EEMS可以有效恢复感觉运动神经环路的多突触电传导功能，以及后肢的运动功能。

此外，通过神经环路示踪，在体电生理记录和光纤记录，研究人员发现10-20 Hz的EEMS重塑了脊髓感觉运动神经环路（运动神经元-肌肉间的连接，感觉神经元-运动神经元间的连接，中间神经元-运动神经元间的连接），增强了谷氨酸能神经元对运动神经元的支配。

此外，通过单细胞转录组测序技术和神经递质探针检测，研究人员发现10-20 Hz的EEMS通过激活运动神经元的内在轴突生长信号增强运动神经元的可塑性，同时提高了脊髓谷氨酸能神经元的爆发频率，抑制了脊髓GABA能神经元的爆发频率，这有助于脊髓感觉运动神经环路的激活，进而促进SCI后的功能恢复。

该研究建立了一种脊髓-肌肉界面的双重电刺激系统，模拟脊髓感觉运动神经环路的闭环运行规律，发现仅有10-20 Hz的特定刺激频率才能激活大量与神经元轴突发育相关的基因，通过激活Akt通路增强了运动神经元可塑性，从而在结构和功能水平重建脊髓感觉运动神经环路。简而言之，这项研究使人们对神经调控在神经环路重组中的作用有了更深入的了解，并为中枢神经损伤后的临床治疗提出了一个潜在的框架。

图1 10-20 Hz EEMS在结构和功能水平重建脊髓感觉运动神经环路

苏州大学刘耀波教授团队博士研究生周凯，博士研究生魏位，博士研究生杨丹（现为贵州医科大学副教授）是本文的共同第一作者。苏州大学刘耀波教授为通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金、国家重点研发计划、江苏省重点研发计划、江苏省高等学校优势学科建设工程等科研项目的资助。

刘耀波教授团队长期从事中枢神经环路构建以及损伤修复的研究工作，致力于中枢神经再生的分子细胞调控机制和干预靶点、以及神经信号调控中枢神经环路重建的机制和关键技术的转化神经科学研究。在Nat Neurosci、J Neurosci、Cell Res、Cell Discov、EMBO J、Adv Funct Mater、Nat Commun 等期刊发表系列研究论文。课题组长期招聘博士后，待遇从优，欢迎垂询。

参考文献：

Zhou, K., Wei, W., Yang, D. et al. Dual electrical stimulation at spinal-muscular interface reconstructs spinal sensorimotor circuits after spinal cord injury. Nat Commun15, 619 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-44898-9