背根神經(jīng)殘端導(dǎo)引靶向再生修復(fù)脊髓損傷的實驗研究.pdf

1、脊髓損傷（spinal cord injury，SCI）是臨床常見創(chuàng)傷，隨著交通業(yè)及建筑業(yè)的發(fā)展，其發(fā)生率呈逐年上升趨勢。脊髓損傷后，患者不僅會出現(xiàn)運動和感覺功能障礙，還會出現(xiàn)大小便功能障礙，以及疼痛、壓瘡、泌尿系統(tǒng)感染、腎積水等并發(fā)癥。這不僅嚴重損害患者的身心健康，也給其家庭帶來沉重的經(jīng)濟負擔(dān)。脊髓損傷包括原發(fā)性損傷和繼發(fā)性損傷兩個病理過程，后者包括：炎癥反應(yīng)、興奮性氨基酸毒性、神經(jīng)元及膠質(zhì)細胞凋亡、膠質(zhì)疤痕形成，以及神經(jīng)元電生理特性

2、改變等，這將進一步加重脊髓損傷的程度。減輕繼發(fā)性損傷，不僅可以減輕脊髓損傷及遠期致殘的程度，也是目前各種治療手段的主要作用機制。然而，中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS）內(nèi)存在著不利于神經(jīng)再生的環(huán)境。因而，目前的很多治療方案，如干細胞治療、外周神經(jīng)移植、神經(jīng)保護劑、神經(jīng)營養(yǎng)因子、去除神經(jīng)生長抑制因子、康復(fù)訓(xùn)練，以及功能性電刺激治療等的療效仍欠佳。
　　雖然脊髓損傷后，脊髓中的某些傳導(dǎo)束，如皮質(zhì)脊髓束

3、（cerebrospinal tract，CST）等，可以再生并長入損傷遠端的脊髓內(nèi)，但這并沒有明顯改善脊髓損傷后大鼠的運動功能。這主要是因為脊髓損傷后，雖然皮質(zhì)脊髓束內(nèi)的部分神經(jīng)纖維可以出芽生長，但因其沒能與損傷下位原先支配的神經(jīng)環(huán)路形成正確的再支配，所以影響了原有神經(jīng)功能的恢復(fù)。只有重建和修復(fù)損傷上結(jié)構(gòu)對于損傷下位運動中樞模式發(fā)生器（central pattern generator，CPG）等神經(jīng)環(huán)路的正確再支配，才有可能真正恢復(fù)

4、脊髓損傷后的自主運動功能。基于上述理論，我們實驗室經(jīng)過近16年的探索，提出了治療脊髓損傷的全新策略，即通過背根神經(jīng)殘端導(dǎo)引上位肋間神經(jīng)靶向再生，使來自損傷上結(jié)構(gòu)的再生神經(jīng)纖維長入損傷遠端的脊髓中，并與遠端脊髓內(nèi)的相應(yīng)中間神經(jīng)元建立聯(lián)系。通過中間神經(jīng)元的級聯(lián)放大作用，將來自脊髓上結(jié)構(gòu)的神經(jīng)信號放大并傳向相應(yīng)的脊髓前根及外周神經(jīng)，從而對目標效應(yīng)器產(chǎn)生有意識的支配。在前期實驗中，我們發(fā)現(xiàn)用該修復(fù)策略不僅可以重建損傷上位肋間神經(jīng)與損傷下位中樞模

5、式發(fā)生器之間的解剖學(xué)聯(lián)系，還能部分恢復(fù)脊髓完全橫斷損傷大鼠的后肢運動功能。因此，通過背根神經(jīng)殘端導(dǎo)引靶向再生的修復(fù)策略在理論上和實踐上均是可行的。
　　然而，關(guān)于該修復(fù)策略的神經(jīng)機制研究，以及通過該修復(fù)策略能否重建損傷上結(jié)構(gòu)對盆腔迷走神經(jīng)的再支配，從而改善脊髓損傷大鼠的大小便功能等方面的研究尚未開展。本實驗研究通過順行和逆行神經(jīng)示蹤技術(shù)，聯(lián)合免疫熒光染色技術(shù)，初步闡明了該修復(fù)策略的神經(jīng)解剖學(xué)機制。結(jié)果顯示：L4背根神經(jīng)傳入纖維在脊

6、髓中的投射范圍非常廣泛，其神經(jīng)纖維及膨體結(jié)構(gòu)主要分布于同側(cè)T12-S4節(jié)段脊髓灰質(zhì)后角、T10-L2節(jié)段的Clarke’s柱及L1-L5節(jié)段脊髓灰質(zhì)前角。定量分析的結(jié)果顯示：從L4背根神經(jīng)投射來的神經(jīng)膨體結(jié)構(gòu)在L4脊髓節(jié)段中非常濃密，特別是在灰質(zhì)后角第Ⅰ-Ⅲ板層中（2466678/mm3）。而越遠離 L4脊髓節(jié)段，膨體的密度越小。各脊髓節(jié)段中神經(jīng)膨體均主要分布于灰質(zhì)第Ⅰ-Ⅳ板層中，中等量分布于第Ⅴ-Ⅶ板層中，而少量分布于第Ⅷ-Ⅹ板層中。

7、而且這些膨體結(jié)構(gòu)與脊髓灰質(zhì)中 NeuN、ChAT、GABA、GAD65&67、GS陽性的神經(jīng)元，以及前角運動神經(jīng)元的胞體和突起間存在緊密接觸，形成了類似突觸結(jié)構(gòu)的解剖學(xué)聯(lián)系。這說明：背根神經(jīng)傳入纖維與脊髓內(nèi)的多種神經(jīng)環(huán)路，如：CPG等，存在廣泛的聯(lián)系，來自背根神經(jīng)的感覺信號廣泛參與了對脊髓神經(jīng)環(huán)路的調(diào)控。而且，來自L3背根神經(jīng)的傳入纖維，以及來自皮質(zhì)脊髓束或者紅核脊髓束（rubrospinal tract，RST）的下行神經(jīng)纖維與L4背

8、根神經(jīng)的傳入纖維之間存在交叉分布，并可同時與 NeuN、ChAT、GABA、GAD65&67、GS陽性的同一個中間神經(jīng)元形成聯(lián)系，且這些聯(lián)系結(jié)構(gòu)主要分布于脊髓灰質(zhì)后角的第Ⅲ-Ⅶ板層中。這說明：脊髓內(nèi)的神經(jīng)環(huán)路非常復(fù)雜，上述不同來源的神經(jīng)信號共同調(diào)控著脊髓內(nèi)不同神經(jīng)環(huán)路的運行。另外，我們通過順行和逆行示蹤的方法，進一步闡述了該修復(fù)策略的神經(jīng)解剖學(xué)原理。結(jié)果顯示：通過L3背根神經(jīng)殘端的導(dǎo)引，來自損傷上位的T11肋間神經(jīng)的再生纖維可以通過神經(jīng)

9、吻合口以及背根神經(jīng)進入?yún)^(qū)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)/周圍神經(jīng)系統(tǒng)移行帶，順利長入損傷下位的 L3節(jié)段脊髓實質(zhì)中，并深達灰質(zhì)第Ⅳ、Ⅴ板層。因此，該修復(fù)策略可以重建損傷上結(jié)構(gòu)與損傷下位脊髓的解剖學(xué)聯(lián)系，這為該策略修復(fù)脊髓損傷提供了堅實的神經(jīng)解剖學(xué)理論基礎(chǔ)。
　　另外，我們通過雙側(cè)T11肋間神經(jīng)與S2背根神經(jīng)殘端吻合的方法，試圖修復(fù)脊髓完全橫斷損傷后大鼠的盆腔臟器功能。實驗結(jié)果顯示：脊髓損傷的大鼠均出現(xiàn)大小便功能障礙，各項尿流動力學(xué)檢測指標與正常組

10、大鼠比較均存在明顯差異（p<0.05）。雖然修復(fù)組大鼠與對照組大鼠在最大逼尿肌壓力、最大尿道閉合壓等多個尿流動力學(xué)指標上結(jié)果無統(tǒng)計學(xué)差異（p>0.05），但修復(fù)組大鼠的膀胱逼尿肌與尿道括約肌之間的協(xié)調(diào)性，以及尿道功能曲線長度均優(yōu)于對照組大鼠。而且，修復(fù)組大鼠在脊髓損傷4周后尚未發(fā)生腎積水、輸尿管擴張等病理學(xué)損害，而對照組大鼠卻出現(xiàn)了明顯的腎積水及輸尿管擴張征像。這說明該修復(fù)策略在一定程度上可以改善脊髓損傷大鼠的排尿功能。另外，順行及逆行

11、示蹤的結(jié)果顯示：通過S2背根神經(jīng)殘端的導(dǎo)引，損傷上位T11肋間神經(jīng)的再生神經(jīng)纖維可以順利長入S2節(jié)段脊髓實質(zhì)內(nèi)，從而重建脊髓損傷上下結(jié)構(gòu)之間的解剖學(xué)聯(lián)系。因而，該修復(fù)策略不僅可以修復(fù)脊髓損傷后大鼠的部分運動功能，還有望修復(fù)盆腔的迷走神經(jīng)功能，從而改善脊髓損傷大鼠的大小便功能。
　　本課題研究首次定量分析了單一背根神經(jīng)膨體結(jié)構(gòu)在脊髓中的分布情況，并初步闡述了背根神經(jīng)殘端導(dǎo)引靶向再生修復(fù)脊髓損傷理論的神經(jīng)機制，為進一步實驗研究及臨床應(yīng)