脊髓損傷後的再生和修復 

重建脊髓損傷康復過程中，再生軸突能否重現發育引導？

在這篇文章中，我們將討論與神經系統發育和再生相關的重要議題。成年哺乳動物中，中樞神經系統的精確連結形成在發育期間以及之後的一段時間內進行，而這個過程伴隨著驚人的生長、引導和可塑性。然而，當成年人受傷時，這個複雜的系統無法再生。即使消除了再生的障礙，成年中樞神經系統的纖維通常仍然迷失方向，無法重新形成功能性連接。因此，我們試圖填補一個與成年人經驗相關的重要領域。具體而言，我們將成年人纖維在特定背景下成長時所面臨的困難與發育期纖維準確形成迴路的能力進行對比。除了關注刺激成年人神經生長的方法外，我們還將擴展對重現發育過程本身的方法。

CNS發育中的生長和引導：從分化到再生 

CNS發育：生長和引導 神經元分化和遷移 一組可擴散的信號分子將外胚層組織引導為早期神經管上的不同區域。抑制骨形態發生蛋白4（bone morphogenetic protein 4）信號傳導的分子將外胚層組織推向神經通路1,2。基本纖維母細胞生長因子（basic fibroblast growth factors, bFGFs）和WNT蛋白刺激向前神經結構分化，而視網膜酸（retinoids）刺激向後神經命運分化3–6。在發育中的脊髓中，地板板和附近的脊索分泌聲音刺猬蛋白（sonic hedgehog, SHH），它向腹側脊索發出信號，使其分化為運動神經元和腹側內部神經元5,7,8。

最近，許多這些形態生成物也被證明是軸突引導分子9–12（見下文）。此外，一些形態生成物在發育後仍然存在，此時它們可能繼續調節幹細胞分裂和分化13,14。成年期形態生成物在CNS損傷的情境中的作用尚不清楚。

傳統上，外胚層譜系被認為在發育早期分支成單獨的神經元和神經膠質譜系。然而，在過去十年的研究中，許多研究已經確定射線狀膠質（radial glia）是一種多能祖細胞類型，它在亞腦室周圍區和其他中樞神經系統（CNS）區域，包括脊髓中，產生神經元和神經膠質。

令人驚奇的是，在成年人中，射線狀膠質的一個群體持續存在，為海馬迴、嗅球和可能其他區域提供新的神經元來源15–18。此外，成熟的星形膠質細胞可以恢復到去分化的射線狀膠質表型，在CNS損傷後作為新生成或移植的神經元的遷移支架19,20。利用射線狀膠質儲備和去分化星形膠質細胞的能力，可以提供在CNS損傷後模擬有利的發育環境的強大工具。

軌道導向：軸突引導分子 

令人難以置信的是，一個相對有限的引導因子及其受體介導數以兆計的軸突指引到其多樣化的目標。儘管各種細胞外基質（extracellular matrix, ECM）分子會影響軸突引導，但我們專注於幾種經典的、經過充分研究的引導分子：netrins、semaphorins、SLIT家族、ephrins和斥力引導分子（repulsive guidance molecules, RGMs）21。

值得注意的是，在指導生長的軸突的分子中，大多數在發育完成後仍然存在22。然而，在它們的分佈方面存在差異，特別是在中樞神經系統損傷後，這使再生的軸突面臨極大變化的信號環境。在我們文獻搜索的50多個引導因子和受體中，大多數在成年人中保持一定表達，但沒有一種保持相同的分佈（表1；請參閱在線補充資料S1（表））。這些信號的重排使得在受傷的成年人中準確引導再生軸突的任務變得更加困難。因此，重新建立至少部分引導分子表達的發育模式，將有助於任何治療成年中樞神經系統損傷的再生方法。

Netrin是與laminin細胞外基質（ECM）分子23同源的。從果蠅到人類，Netrin在發育中的中線作為可擴散的指引信號23–25。Netrin通過DCC（deleted in colorectal cancer）受體進行信號傳導通常介導引誘反應，而通過UNC5受體進行信號傳導則介導斥力反應，與DCC受體相結合23,24。

SLIT家族是另一個具有顯著中線活性的保守引導因子群，對軸突具有主要的斥力作用26–29。從背側脊髓延伸的發育性橫束軸突抑制SLIT受體ROBO1和ROBO2的表面表達，直到它們越過中線。最近被識別的ROBO3亞型在抑制SLIT敏感性方面具有獨特的角色，直到軸突越過中線後才發揮作用30。越過中線後，ROBO1和ROBO2的表面表達上調，ROBO3的表達下調，從而增加了SLIT的敏感性，防止橫束軸突重新越過中線31。胚胎的地板板在產生SLITs、Netrin和其他中線引導因子方面起著至關重要的作用。在重現發育中引導因子環境的過程中，模擬成年中樞神經系統中地板板的功能將是一個困難之處。

從有限的分子集合中生成廣泛的位置相依性信號的一種進化經濟的機制是梯度形成32。膜結合的Ephrin配體和Eph受體的信號家族在發育和成年中樞神經系統中具有多樣的角色33,34。在發育中的視網膜-頂蓋系統中，Ephrin A配體和EphA受體之間的互補梯度對於形成視網膜和頂蓋之間的拓撲圖是至關重要的21,35,36。在小雞和可能在哺乳動物中，使用梯度形成拓撲圖存在冗餘：RGM-A的表達也呈現出從前頭到後頭的梯度37，而其受體、DCC相關蛋白neogenin在鼻側到頭側視網膜神經節細胞梯度中表達38。最近的研究提出了ephrin B3和RGM-A在脊髓損傷後抑制軸突再生的作用39,40（見方框1）。有趣的是，發育中觀察到的有序梯度可能在較低脊椎動物的成年個體中比哺乳動物更準確地保留下來22,41，這與它們在中樞神經系統損傷後更好的再生能力相一致。

電路連接與可塑性 

基於靶細胞因子的修剪 最早的突觸重塑發生在胚胎發育過程中。在許多發育中的軌跡中，初始時期有過多的軸突到達它們的目標61,62。許多初步的突觸形成後很快就會收縮。這場突觸音樂遊戲的勝利者是通過競爭來獲取有限的靶細胞源生長因子（target-derived growth factors, TDGFs）確定的。最終，多餘的神經支架分支被修剪，成功的神經支架穩定下來，許多缺乏勝利的神經終端的細胞體進行凋亡61,62。Hamburger、Levi-Montalcini等人的開創性工作使用組織消融和移植在發育中的小雞胚胎中支持了“神經營養因子假說”，顯示了胚胎修剪和細胞死亡的靶依賴性本質63–66。

不同類型、位置和最重要的是不同發育階段的神經元對於不同組合的TDGFs有不同的反應（有關評論，參見文獻67,68）。例如，胚胎背根神經節（dorsal root ganglia, DRG）神經元依賴神經生長因子（nerve growth factor, NGF）來維持生存69，而成年神經元則依賴NGF來進行神經元生長和新陳代謝的其他方面70。隨著時間的推移，關於對TDGFs反應性的變化以及其潛在的可逆性，還有很多細節有待確定。

不成熟電路的靈活性 一旦軸突的路徑選擇和修剪過程選擇了適當的突觸連接形成，進一步的可塑性以一種活動依賴性的方式發生。這導致了一些連接的強化和其他連接的抑制。通過經驗依賴性可塑性，神經網絡逐漸變得更有組織，因為有機體“學習”行為和運動反應71。

在某些年齡段內的感官體驗中斷會導致電路重組，使有機體能夠適應新的感官環境。例如，如果對貓頭鷹戴上棱鏡眼鏡，它們最初的聽覺和視覺定位的精確協調會被打亂72。然而，幾個星期後，它們學會了適應，不僅恢復了聽覺-視覺的協調，還恢復了視覺-運動的協調72。適應能力與年齡呈負相關 - 超過200天大的貓頭鷹在這種情況下無法恢復聽覺-視覺的協調73。關鍵時期界定了各種電路在感官剝奪時保持可塑性的年齡窗口（表2）。

生成脊髓可塑性 

除了大腦皮層感覺電路外，可塑性還適用於調節運動的內在脊髓電路。中央模式產生器（central pattern generators, CPGs）調節對側的拮抗性肢體肌肉群之間的協調活動（有關評論，參見文獻85–87）。CPGs使步行成為一個幾乎自動的神經程式87。例如，去大腦的貓和無腦的嬰兒顯示出協調的步行運動85,86。在EphA4-ephrin B3突變的情況下，上述軸突引導分子在協調正確的CPG電路連接方面發揮了重要作用52,54。

儘管基本的CPG電路可以在沒有感覺輸入的情況下發育88，但有效的CPG功能取決於通過下行自主輸入或傳入的感覺傳入進行可塑性的調節86,87,89。在大鼠出生後期暫時剝奪感覺反饋到CPG會導致永久的步行和游泳缺陷，定義了CPG可塑性的關鍵時期90（表2）。令人鼓舞的是，脊髓介導的行為在整個生命中都表現出一定的可塑性。例如，成年貓在胸部脊髓截斷後顯示出單突觸和CPG介導的可塑性91–93。在沒有顯著再生的情況下，這種內在可塑性使得功能恢復成為可能87。下文將討論感覺反饋對SCI後CPG可塑性的有益作用。

與視覺皮層一樣，抑制性神經傳遞物質在CPG可塑性中起著關鍵作用。在妊娠晚期，由同步的雙側節律性肢體運動向交替運動的轉變取決於甘氨酸能信號傳遞94。血清素通過5-羥色胺（5-hydroxy-tryptamine, 5-HT）受體作用，延遲了GABA介導輸入成熟到腰椎與肱骨脊髓電路之間的轉變95。

結束可塑性窗口 

理解關閉關鍵時期的機制將成為重新建立再生成年神經系統可塑性方法的基礎。我們已經提到了神經傳遞物質在定義可塑性窗口中的作用。那麼中樞神經系統非神經元組分的作用如何呢？

主要由星形細胞產生的細胞外軟骨硫酸醣蛋白聚糖（chondroitin sulphate proteoglycans, CSPGs）在關鍵時期窗口關閉時，在視覺皮層中形成周圍突觸抑制間神經元的周網96–98。CSPGs抑制神經突起生長，可能阻礙了部分支持可塑性的突觸結構動力學97。酶解CSPGs可以重新開放關鍵時期97。同樣，大腦皮層的髓鞘化成熟大致與關鍵時期的結束相吻合96。遺傳上破壞髓鞘相關抑制因子（myelin-associated inhibitors, MAIs）的作用可以防止關鍵時期的結束96。因此，成熟的星形細胞和少突胶質細胞在巩固神經可塑性方面發揮作用。

不幸的是，用於巩固可塑性電路的機制直接導致中樞神經系統損傷後無法再生。因此，可塑性和再生是緊密相關的。最有效的治療方法將解開這些途徑，使受傷的電路能夠再生，同時不破壞現有完好電路的巩固。

傷害後的重新開始：神經對傷害的反應 

傷害和疾病對複雜的神經電路產生了嚴重破壞。與神經發育的模式在物種之間存在著許多相似之處不同，對傷害的反應卻有很大差異。對傷害的反應在個體生物中也會有所不同，這取決於時間、解剖位置和傷害的類型（圖2）。最有效的傷害反應發生在較低的脊椎動物物種中，在較年輕的發育階段，以及在周邊神經系統（peripheral nervous system, PNS）而不是中樞神經系統（central nervous system, CNS）。對這些差異負責的因素有著詳細的了解，可以提供改善成年哺乳動物中樞神經系統損傷治療的思路。 

低等脊椎動物能夠完全再生 

關於脊椎動物物種再生受傷的中樞神經系統（central nervous system, CNS）軌跡的能力已在其他地方進行了廣泛的評論99,100。成年蝾螈可以完全再生被截斷的脊髓，而無尾兩棲動物（如非洲爪蛙）在幼年階段後失去了CNS的再生能力99。即使是哺乳動物在發育過程中仍然保留了一定的脊髓再生能力。負鼠在出生後約1周內可以完全從脊髓切斷中恢復101。這些成功的CNS再生例子中可以學到重要的教訓，並應用於成年哺乳動物的情境中。 

複雜性的代價 

從進化的角度來看，人們不禁想知道為什麼更高級的脊椎動物物種會在中樞神經系統（CNS）受傷後失去再生能力。顯然，這種能力將極大地造福中風和脊髓損傷的患者。然而，這種推理忽略了一個可能性，即野生動物中，自然選擇壓力在促進CNS再生能力方面幾乎沒有或根本沒有作用。會損害CNS的傷害類型幾乎肯定會在再生發生之前迅速導致動物的死亡。因此，對於CNS再生能力的“喪失”，更有可能的進化解釋是這是隨著時間推移，自然選擇壓力越來越偏愛的日益複雜的神經系統的無意選擇副產物。現在，醫療技術已經使神經功能障礙患者能夠進行長期護理，因此克服這種進化副作用的潛力和壓力也越來越大。

神經系統的複雜性不僅在種系中增加，而且在發育過程中也增加。年齡增長導致再生能力的喪失更進一步展示了這種複雜性的代價。然而，即使在成年哺乳動物的CNS中，被截斷的神經纖維似乎至少試圖進行再生，這在最近的研究中已經得到證實102,103。對針刺截斷後脊髓軸突的連續兩光子活體成像顯示，近端的殘端經歷了一個多變、雜亂的再生階段，往往會突然終止甚至反轉方向，而不跨越病變部位103。不可避免地，這些再生嘗試以失敗告終，標誌著首次由拉蒙·伊·卡哈爾（Ramón y Cajal）描述的脫退腫塊104。在這裡，我們總結了關於哺乳動物CNS中一些成功軸突再生的障礙的知識。

成熟神經元的內在局限性 

細胞自主機制部分解釋了受傷的成年中樞神經系統纖維無法再生的失敗。當來自不同發育階段動物的神經元在最佳生長條件下培養時，出生後的神經元顯示出較少的突起生長，比起胚胎時期的對應神經元要少49,105,106。其中一個解釋是年齡較大的神經元cAMP（環磷酸腺苷）水平降低46。cAMP在短期內影響神經元的反應（例如，通過將斥力信號轉化為引力信號47），並通過激活轉錄因子（如CREB，即cAMP反應元件結合蛋白）107,108，在長期內影響神經元。

有趣的是，增加成熟中樞神經系統神經元中的cAMP水平和再生能力的方法之一是在損傷中樞支的幾天前在周邊支上創建一個調節性損傷107,109。此外，儘管損傷會誘導周邊和中樞神經元中再生相關基因的表達，但成年中樞神經元缺乏適當的下游效應子來將這些信號轉化為成功的再生110-115。 Raivich等人的研究顯示，即時早期基因c-jun在刺激再生相關基因的表達中具有重要作用116。

相反，成熟神經元表達更高水平的抑制性細胞外因子的信號轉導機制。例如，與胚胎神經元相比，成年神經元中的Nogo-66受體（NgR）大幅上調117,118，而介導對netrin引起的引力反應的受體在成年和受傷後則下調119,120。

外在的成年中樞神經系統障礙 

儘管細胞自主機制有助於限制成年軸突生長，但外在因素似乎在阻止成年中樞神經系統再生方面發揮更為關鍵的作用。Tello和Ramón y Cajal以及David和Aguayo的經典實驗表明中樞神經系統對軸突生長的抑制性更強104,121。隨後Schwab等人的實驗表明，這種不適宜的環境主要是由於中樞神經系統中存在的髓鞘特異性抑制因子，而不是缺乏積極因子122,123。此外，大多數物種在SCI後失去再生能力的年齡與脊髓髓鞘化的時間相吻合124。在過去的十年中，發現並廣泛研究了幾個主要的髓鞘相關抑制因子。當這些分子表達在寡突細胞表面時，它們與軸突受體相互作用，在體外引起生長錐崩解並在體內阻止生長（BOX 1）。令人驚訝的是，幾個結構上不相關的髓鞘相關抑制因子結合到同一個軸突受體NgR117,125–127。

不幸的是，髓鞘不是成年中樞神經系統再生的唯一外在障礙。中樞神經系統損傷誘導反應性星形膠質細胞釋放出許多抑制再生的分子，包括CSPGs和其他星形疤痕組分。此外，血腦屏障的破壞導致炎症細胞和細胞激素的招募，對中樞神經系統再生產生更為複雜的影響。有趣的是，與許多軸突導向分子一樣，幾個髓鞘相關抑制因子和CSPGs在發育和成年期間均有表達。例如，在寡突細胞Nogo表達開始之前的發育階段，Nogo亞型由中樞和周邊神經元表達118,128,129。尚待確定神經元表達的Nogo和其他抑制因子的作用130。有關星形膠質抑制物和髓鞘相關抑制物的更深入討論，請參閱Yiu和He在本期的綜述131。

克服中樞神經系統再生的障礙 

根據中樞神經系統（CNS）損傷的類型，再生的嘗試可能需要重現上述發育階段中的全部或部分階段。例如，在中風或神經退行性疾病後進行完全再生，需要替換失去的神經元，然後再生並引導整個缺失束所涵蓋的距離上的投射。相比之下，脊髓損傷的顯著康復可以通過促進保留束的出芽和引導，以及最大限度地發揮保留和再生電路的可塑性（圖3）來實現。對於上一節討論的每個障礙，正在追求多種有前景的方法。廣泛認為，沒有單一方法足以實現成功的再生 - 需要結合最有效的個別治療方法的方法論132。本期由Thuret，Moon和Gage撰寫的綜述更深入地介紹了促進脊髓損傷康復的治療方法133。由Yiu和He撰寫的綜述更詳細地討論了克服外在抑制因子的方法131。 

提供新的神經元 

能夠在培養中不斷繁殖的胚胎幹細胞（ESC）系列的出現，引發了對將這些細胞分化為適合治療移植的神經元的方法進行深入研究。這些ESC衍生的神經元應更忠實地複製未成熟神經元的內在生長有利狀態。確保預分化神經元盡可能保持未成熟狀態的方法仍在不斷改進中。許多關於胚胎神經組織移植的研究已經取得了很大的進展。儘管成功再生面臨著許多艱巨的外在障礙，胚胎神經移植物可以在成年宿主中存活甚至茁壯發展134–137。

有幾個因素似乎能最大化移植神經元融入宿主中樞神經系統的能力：移植區域缺乏炎症138；給予神經營養因子，尤其是纖維母細胞生長因子2（REFS 136,139,140）；移植區域宿主神經元不完全喪失138,141；至少部分保留宿主神經元和突觸後的目標電路19,138,141,142。第三點表明，在不完全損傷中存活的神經元會釋放促進替代神經元植入的信號。第四點表明，存在與突觸後目標的存活投射能夠增強新生突觸延伸到這些目標的能力。

1: 開發內源幹細胞以提供新的神經元 

隨著幹細胞研究的進展，利用內源幹細胞來替代受損組織成為中樞神經系統再生的理想方法。然而，關於內源幹細胞是否能夠完全替代成年神經元還存在爭議。一些研究團隊成功地誘導多種不同皮層區域的細胞凋亡，從而使新的神經元誕生。這些新生的神經元似乎能夠重複上述的發育步驟，並通過星形細胞轉化為放射狀胶質的過程遷移到受損的區域。它們然後朝著原來神經元的脫落目標延伸突觸。此外，減少炎症反應、給予神經營養因子以及部分破壞目標區域等方法似乎能夠更有效地促使內源神經元與宿主中樞神經系統融合。

2: 重塑老化神經元 

隨著年齡的增長，神經元內部的cAMP水平降低，與再生能力減弱相關。因此，增加神經元的cAMP水平已被用於增強再生能力。此外，增加刺激性途徑的活性也是提高神經元再生能力的一種方法。生長錐相關蛋白GAP43和CAP23是與生長錐相關的蛋白，其在受損神經中的表達增加，有助於神經再生。對DRG中這些蛋白的轉基因過表達可增加SCI後上行纖維的再生。

3: 提供神經營養 

通過多種給藥途徑表達外源神經營養因子已在體外和中樞神經系統損傷動物模型中取得了積極的結果。這些神經營養因子可以促進軸突再生、增加神經元存活、改善髓鞘再生和刺激內源幹細胞的活化。神經營養因子的表達可能有助於神經元的保護和突觸形成。

4: 清除阻礙神經延伸的障礙 

發現三種主要的髓鞘抑制因子與同一個受體NgR結合，為克服髓鞘對中樞神經系統再生的抑制提供了明確的靶點。抑制NgR的多種方法已經取得了不同程度的效果。NgR的基因缺失改善了含有血清素的纖維的再生能力，但對錐髓束纖維的再生影響有限。藥物抑制Nogo或NgR在不同的中樞神經系統損傷模型中顯示出更強大和可重複的效果。阻斷Nogo-NgR通路的拮抗劑有望在不久的將來進入臨床試驗。除了消除或對抗髓鞘的抑制作用外，再生纖維的重髓鞘化仍然是實現有效傳導的必要條件。

5: 最佳化未受損纖維的可塑性 

即使在促進受損脊髓組織再生方面取得了重大進展，完全再生的理想目標仍然遙遠，甚至不可能實現。幸運的是，大多數發生在實驗室之外的脊髓損傷會保留一定比例的神經纖維和細胞體。無論再生能力如何，最可行的目標是最大程度地發揮這些未受損纖維的可塑性。這不僅涉及對抗阻止再生的信號，還需要建立一個有利於突觸重塑的環境。在促進視覺皮層可塑性方面取得的成功例子需要進一步應用於脊髓損傷的背景中。在這方面，對於小鼠中MAI拮抗劑的研究顯示，促使可塑性突觸的生長對不同類型的中樞神經系統損傷進行補償具有巨大的潛力。

突破阻礙

當幹細胞的潛力與消除神經再生的外在障礙取得進展時，脊髓損傷領域的樂觀情緒已經達到了15年前難以想象的水平。然而，除了一項有前途的研究外，無論是移植的還是內源性幹細胞都未能成功取代失去的錐髓束纖維。此外，通過這些方法實現的軸突生長並不完全重新建立發育中纖維的準確導向。再生的錐髓束纖維分支眾多，分散在脊髓的灰白質中，而不是重新建立高度束狀和定向的通路。因此，即使克服了所有對中樞神經系統再生的負面外在影響，仍然需要考慮其他問題：再生通常在異位途徑上進行，不規則地進展；往往不清楚“再生”的軸突是來自被切斷的纖維還是從鄰近的未受損纖維萌芽；可能發生通路的重新形成，而這些通路在完整的神經系統中並不存在；可能形成不適當的突觸連接；對於適當再生的突觸的可塑性和巩固尚未被探究。

儘管中樞神經系統再生在組織學上存在一些限制，但許多動物的脊髓損傷實驗顯示出了在運動和精細運動協調方面的功能改善。如果將這些改善應用於脊髓損傷的人類患者身上，這將意味著相對於目前的臨床治療取得了巨大的進展。然而，要充分發揮中樞神經系統再生的益處，還需要另外兩個方法。首先，正如本文一再強調的，需要確定並可能在正確的位置重新表達最重要的發育指導信號，以引導再生的軸突。其次，需要促進未受損和重建的神經回路的可塑性。我們最後討論了一種解決第二個問題的方法——感覺運動康復。

運用或丟棄：反饋治療 

大多數物種的CPG位於大部分創傷性脊髓損傷以上的低胸椎或高腰椎脊髓段，因此，在大多數情況下，CPG至少部分完好無損。這在癱瘓的人類患者中已被反覆證明，通過不同類型的感覺刺激可以誘導出不受控制的運動腿部活動。在貓和其他物種中，胸脊髓斷裂後短時間的踏步訓練可以產生驚人的康復水平。這種康復可能是通過CPG可塑性而不是直接脊髓束再生實現的。

貓和人類的實驗證明，在脊髓損傷後，恢復行走依賴於感覺反饋。一只通過踏步訓練恢復行走的貓經歷了一系列階段性的下肢皮膚神經切斷。每次進行進一步的切斷，直到最後切斷皮膚傳入，沒有任何感覺輸入，就無法再行走。事實上，感覺反饋對於各種節律運動系統的正常功能至關重要。

對於脊髓損傷的人類患者，利用體重支持式踏步訓練（BWSTT）利用了這種感覺-CPG循環以重新建立行走能力。雖然迄今為止對BWSTT進行的最為嚴格控制的臨床試驗未顯示出與傳統物理治療相比的顯著差異，但樂觀情緒仍在推動這一領域的工作。重要的是，不完全的脊髓損傷的患者從感覺運動康復中獲得的益處比完全的脊髓損傷患者更多，這強調了從未受損纖維中進行可塑性分支的重要性。

感覺運動康復是否也有助於斷裂纖維的再生尚有待確定。可能的機制包括局部釋放引導再生纖維的神經生長因子，或促進再生纖維沿著活躍的未受損纖維生長。因此，當作為其他方法的輔助時，感覺運動康復治療可以大大增強臨床康復的效果。

結論與目標 

生物醫學界在克服哺乳類中樞神經系統損傷後恢復的障礙方面取得了相當大的進展。這一進展使得一些受損的神經元和軸突得以再生。然而，我們的使命尚未完成——在重建損壞的神經回路的道路上，神經仍然面臨著許多障礙。這些障礙部分源於成年人與胚胎期間神經系統中引導信號的分布截然不同。

要真正克服中樞神經系統損傷，我們需要更多地了解並在成年人的背景下重新應用基本的發育引導機制。同時，通過藥物和康復技術充分利用未受損的回路，鼓勵可塑性。對於脊髓損傷而言，只有少數纖維需要成功重新連接到它們的目標，才能實現顯著的臨床恢復。因此，通過所有這些方法的協調努力，我們將能夠通過回顧發展中的中樞神經系統的精確生長、引導和彈性，幫助患者從中樞神經系統損傷中恢復。

調控內源性神經幹細胞活化以促進脊髓損傷修復

《細胞》期刊 2022 年 3 月 1 日出版的文章《調控內源性神經幹細胞活化以促進脊髓損傷修復》介紹了一種創新的方法，旨在改善脊髓損傷後的治療效果，即招募內源性神經幹細胞（NSCs）群體。NSCs 可以從中樞神經系統（CNS）的神經軸突中分離出來，腦和脊髓的 NSCs 群體具有共同的特性（以及區域性不同的表型）。在脊髓內，已經鑒定出一些不同的 NSC 亞群，它們展示了獨特的蛋白質表達特徵和增殖動力學。綜合來看，NSCs 對再生醫學策略的影響潛力取決於它們的基本特性，包括自我更新和多能性（生成新的神經元、星形細胞和少突胶質細胞的能力）。因此，可以利用內源性 NSCs 來替代丟失的細胞並促進脊髓損傷後的結構修復。雖然研究探索這種方法的效果仍然表明其潛力，但仍有許多問題需要解決，包括 NSC 群體內的異質性、NSCs 與其環境的相互作用以及能夠增強其反應的因素的鑒定。本文討論了有關內源性脊髓 NSCs 群體、其生境以及調控其行為的因素的現有知識。為了實現增強神經修復的目標，我們重點介紹了在損傷後促進 NSC 活化的方法，包括調節微環境和實質細胞、藥物和應用電刺激。

關鍵詞：分化；異質性；微環境；遷移；神經修復；神經幹細胞；增殖動力學；脊髓損傷；脊髓生境。

1.脊髓損傷

脊髓損傷（SCI）是一種嚴重的疾病，導致感覺和運動缺陷的不同程度的出現。目前，尚無治愈該疾病的方法，促進神經恢復的治療選擇有限。改善SCI結果的創新方法包括招募內源性神經幹細胞（NSCs）群體。NSCs可以從中樞神經系統（CNS）中的神經軸突中分離出來，腦和脊髓的NSCs具有共同的特性（以及區域性不同的表型）。在脊髓內，已經鑒定出多個NSC亞群，它們展示了獨特的蛋白質表達特徵和增殖動力學。NSCs的潛力對再生醫學策略的影響取決於它們的自我更新和多能性（生成新的神經元、星形細胞和少突胶質細胞的能力）。因此，內源性NSCs可以被利用來替代丟失的細胞並促進SCI後的結構修復。儘管研究表明這種方法具有潛力，但仍然存在許多問題，包括NSC群體的異質性、NSCs與其環境的相互作用以及能夠增強它們反應的因素的鑒定。本文將討論有關成人脊髓中不同NSC群體的特點，探索它們在損傷後的谱系動態和動力學以及對外部信號的反應。

2.內源性神經幹細胞

神經幹細胞（NSCs）是在發育和成熟的中樞神經系統（CNS）中沿整個神經軸分布的罕見、緩慢分裂的細胞[44,45,46,47,48]，並展示了兩個關鍵的幹細胞特性：自我更新和多潛能性。這些特性可以通過體外的“神經球體”試驗來展示[45,49,50]。神經球體試驗是一種強大而有效的方法，用於分離和研究NSCs及其後代的特性。在體內，來自脊髓周腔區（PVZ）的NSCs在體內穩態條件下並不表現多潛能性，而是其後代在神經發生方面呈aneurogenic現象[51,52]。這種aneurogenic表型與脊髓內的微環境相關。這在細胞移植實驗中得到了巧妙展示，其中脊髓源NPCs注射到成年前腦的神經發生區域海馬迴後，它們產生了神經元[53]。這些發現揭示了脊髓NSCs的多潛能性，在脊髓環境中被掩蓋[54,55]。在SCI後也觀察到脊髓NSCs的aneurogenic表型，激活的NSCs僅生成神經膠原細胞的後代，主要是星形細胞，它們位於損傷部位[30,56]。

3.成年神經幹細胞：一個異質細胞群

哺乳動物脊髓中的神經幹細胞（NSCs）可以細分為數個功能和分子上不同的亞群。可以從環繞中央管的脊髓周腔區（圖1）中分離出多個NSC亞群。所有NSCs共同具有在體外生成克隆衍生的多潛能細胞集團的能力[48]。與大腦中的NSCs相似，大多數脊髓中的NSCs是明確的NSCs [57]，同時還發現了一個罕見的原始NSC亞群[48]。最近，單細胞测序（scRNA-seq）和蛋白質組學的應用使得能夠全面描繪PVZ的異質性並鑒定了一個新的、MSX1+的NSC亞群[58,59]。最后，最新研究表明，在體外可以從脊髓環境細胞群中誘導出NSC特性，這些細胞被稱為腦脊液接觸神經元（CSFcNs）。這些細胞在體內具有神經元表型，但在體外，CSFcNs能夠生成多潛能的、自我更新的細胞集團，這為NSCs的潛在新來源提供了一線希望[60]。

NSC群體的異質性也可根據幹細胞的“狀態”（即靜止與活化）來界定。大多數哺乳動物中的NSCs處於靜止狀態，即無增殖或分化的有絲分裂休眠狀態[61]。一些生理元素，如生長因子和體育鍛煉，可以導致靜止的NSCs被激活，進行增殖並生成NPCs[62,63]。相反，壓力和老年等因素則會減少增殖並增強NSC的靜止狀態[62]。幹細胞在靜止和增殖之間轉換的能力對於增強內源性修復具有重要意義。

對於識別和利用不同NSC亞群的潛力，提高解析度是實現在哺乳動物中進行神經修復的基礎[59]。在這裡，我們提供了對脊髓NSC群體的當前和更詳細的描述（圖1）。

4.NSC的微環境

NSC的本質差異和谱系動力學的理解是提高SCI後內源性NSC群體潛力的基礎，並且NSC的行為與其所居住的環境或“niche”緊密相關[55,100,101,102]。幹細胞niche通過細胞間相互作用，包括釋放分泌因子和與鄰近細胞的細胞接觸介導的相互作用，以及細胞黏附[103]，在幹細胞的激活、增殖動力學和細胞命運中起著關鍵作用。在中樞神經系統（CNS）中，年齡和性別等因素也對NSC的行為起著重要作用[105]。例如，老年niche對支持幹細胞的存活和/或激活能力較差，這對於以幹細胞為基礎的治療老年人群體具有重要意義。因此，周圍的微環境對於實現幹細胞介導的神經修復可能是一個關鍵的限制因素[106,107]。

包括鄰近的實質細胞在內，環繞中央管的PVZ構成了脊髓niche（圖2）。在發育起源方面，脊髓的PVZ與大腦中廣為人知的腦下室帶（SVZ）相同。然而，脊髓內的細胞結構和分子信號的特徵較少被研究[29,58,100,108]。值得注意的是，脊髓niche中的許多形態和功能上不同的細胞具有相似的標記表達。因此，在識別幹細胞群體時，超越標記表達，並研究細胞行為，包括自我更新和多能性等基本特性是非常重要的。最近的重要研究開始揭示哺乳動物（包括人類）脊髓niche的獨特特徵[58,59]。

5.調節神經前體細胞以增強神經修復 

在哺乳動物中改善SCI後的結構修復和功能恢復仍然是再生醫學領域中一個棘手的挑戰。我們假設通過增強和調節內源性NSC及其後代的增殖、遷移和分化，以及改變niche的支持作用，而不是抑制作用，將實現更好的結果（圖3）。有幾種有前景的方法可以改善內源性NSC的反應並改變其周圍的niche。在這裡，我們描述了受傷後影響NSC的實質細胞活性。藥物促進修復和開發新的治療方法（尤其是應用電刺激）來調動SCI後的NSC。 

【5.1 微神經膠細胞、星形膠細胞和少突胶质细胞：對NSCs的實質“影響因素”】 

微神經膠細胞是中樞神經系統的免疫細胞，在受傷後首先做出反應。在體內平衡的情況下，微神經膠細胞具有分枝的形態，並在脊髓中檢測微環境中的任何紊亂[139,140,141]。受傷後，微神經膠細胞和浸潤的巨噬細胞（以下稱為“微神經膠細胞”）會因脊髓實質細胞中釋放的細胞損傷相關的細胞因子（如白細胞介素1ß（IL-1ß）、腫瘤壞死因子α（TNFα）、γ干擾素（IFN-γ）、三磷酸腺苷（ATP）和一氧化氮（NO））而縮回其突起並轉變成單鏈菌形態[140]。激活的微神經膠細胞是增殖的細胞，它們本身釋放促炎性細胞因子，如IL-1ß、IL-12、TNFα和一氧化氮合成酶（iNOS），這些細胞因子加劇了神經毒性[140,142,143]。微神經膠細胞還可以“替代性”激活並釋放抗炎因子，如IL-10、轉化生長因子ß（TGFβ）和叢集分化206（CD206），這些因子具有神經保護作用[139,144]。有趣的是，微神經膠細胞的狀態現在被確定為一個連續體，而不是靜態的狀態[145]，因此修改這個人群的特徵可能是改變NSCs的一個可能途徑。不管激活狀態是促炎性還是抗炎性，研究顯示微神經膠細胞的存在會改變NSCs的行為。使用帶微神經膠細胞調理培養基的體外測試中，相對於抗炎條件，NSCs在促炎性微神經膠細胞的存在下增殖較少並生成更多的星形膠細胞。有趣的是，在Boyden室實驗中，當存在抗炎性微神經膠細胞調理培養基時，NPC的遷移行為增加[146,147]。隨後的體內分析揭示了NSC後代的命運與微神經膠細胞的激活狀態相關，其中注入促炎性微神經膠細胞調理培養基會減少增殖和神經發生，而注入抗炎性微神經膠細胞調理培養基則增強了NSC源性神經發生並增加增殖[146,147]。

【5.2 血液和細胞外因子】 

PVZ中的細胞與血管直接接觸[114]，並且許多研究已經揭示了血液因子對NPC行為的影響[185,186,187]。迄今為止，大多數研究都集中在大腦中的NSCs上。然而，這些研究對於確定可以應用於調節脊髓中的NSCs的關鍵靶點非常有用。使用雜交異時同種融合技術的研究表明，青年血液中存在的TGF-β家族成員GDF11的輸注足以增加老年小鼠的神經發生[187]。相反，類固醇激素皮質酮和趨化因子CCL11的血液因子抑制了SVZ源性神經發生[188]。在脊髓中，已經顯示促進了髓系NSCs和少突胶质细胞的神經發生[189]。此外，循環生長激素以及催乳素也調節腦中內源性NPCs的增殖和遷移[190,191,192]。

【5.3 轉化藥物的多效力】 

應用轉化藥物是增強內源性NSCs反應的一種特別有吸引力的方法，因為它與現有臨床用藥的低侵入性和強大安全性相關[95,227,228,229,230]。已經證明，一些轉化藥物對NPCs和/或調節其行為的niche細胞具有直接影響，其中包括美黴素和二甲双胍。美黴素是一種常用的免疫抑制藥物，用於治療自身免疫性疾病和器官移植後的移植排斥反應，它對NSCs具有直接作用[231,232]。通過體外和體內測試，美黴素通過一種非鈣神經營養因子獨立的抑制線粒體通透性孔形成，阻止NPC的凋亡。美黴素擴大了大腦和脊髓中的NSC群[232,233]。以臨床相關劑量通過全身或腦內透明泵或水凝膠複合材料進行給藥，美黴素足以促進中風模型（運動和認知）和大鼠和小鼠中的功能恢復[234,235,236,237]。迄今為止，美黴素在增強SCI後結果方面的潛力尚未得到探索。鑑於美黴素的免疫調節性能，在SCI後的早期時間內並且幾天內進行給藥將具有抑制免疫反應（模仿再生能力物種中觀察到的情況）和激活內源性NSCs的雙重作用，這是一種有前途的治療策略。值得注意的是，美黴素常用於基於幹細胞移植的研究中以減少移植排斥。鑑於許多細胞移植治療策略的成功結果，探討美黴素對內源性NPCs的影響是否也有助於治療策略的成功，這是非常有趣的。

另一種被證明在治療受傷的中樞神經系統方面具有相當潛力的轉化藥物是抗糖尿病藥物二甲双胍。二甲双胍對中樞神經系統具有多效性作用。在NPCs中，它刺激腺苷單磷酸（AMP）激酶活性，進而激活非典型蛋白激酶C（aPKC）-CBP途徑，通過FOXO3和Tap73活性增加NPC的增殖和存活[228,229,238,239,240]。此外，二甲双胍通過AMPK依賴和非依賴的NF-κB抑制，具有抗發炎作用[241,242,243]。二甲双胍還已被證明可以增加葡萄糖酵解並促進血管生成[241,244,245,246]。

在腦部受傷後，二甲双胍在預臨床動物模型（中風，創傷性腦損傷和頭部輻射治療）中改善功能結果，並在獲得性腦損傷的兒童中取得了有希望的結果[98,99,240,247,248]。積極結果與增加內源性NSCs的存活/增殖，NPC遷移到損傷部位以及促進神經元和寡突胶质细胞分化[98,228,229]有關，以及通過降低損傷後內源性NSCs激活調節niche的間接作用[247,249]。二甲双胍對大腦中的NSCs具有年齡和性別依賴性效應，它擴大了成年雌性的NSC群，但對成年雄性則沒有這種作用[248]。此外，二甲双胍在脱髓鞘損傷後影響OPCs，增加了它們的增殖並促進其分化為成熟的少突胶质细胞[250]。事實上，OPC在SCI後的CNS重髓鞘化歸因於脊髓中的常駐性OPCs。新形成的OPC衍生的施萬細胞可能也在重髓鞘化中起作用[251]。對於SCI修復，最近的研究顯示，在SCI後的急性階段中給予二甲双胍可以提高雄性和雌性的功能恢复[239]。二甲双胍的多效性使得很難辨認導致治療成功的細胞機制。然而，與改善功能結果和NPC激活的強烈相關性表明，內源性NPCs，直接或通過niche調節，對積極結果發揮作用。

【5.4 利用電場調節神經幹細胞行為】 

除藥物方法外，電刺激作為一種新的方法在激活NSCs方面表現出有希望的證據，以促進神經修復的目標。電場（EF）在發育[252,253]和傷口癒合[254,255]中作為環境信號的重要作用為其在神經再生方面的潛在治療應用提供了啟示。通過優化的刺激範例，SCI後的電刺激可以幫助增強由NSCs介導的內在修復反應，促進它們的遷移並推動其分化為神經元和寡突胶质细胞。體外和體內研究顯示，沿著神經軸的NSCs是對電場敏感的細胞，它們的行為可以通過電場的存在進行調節，包括它們的動力學、遷移和分化[256,257,258]。具體而言，已經證明電場可以以劑量依賴的方式誘導僅限於未分化NSCs的變化[257]。在受到刺激的情況下，來自大腦和脊髓的NSCs在體外進行快速定向遷移[257]，並且這在脊髓NSCs中在器官型切片培養中得到了巧妙的證明[259]。電場應用有效地引導NSCs前往損傷部位，在那裡它們可以促進細胞替換、免疫調節和損傷組織重建[260]。電場應用影響多個分子和細胞信號途徑，包括上調磷酸肌醇-3-激酶（PI3K）[259]、Rac1/Tiam1/Pak-1信號通路[261]和改變鈣離子流入依賴的細胞動力學[262,263]。應用的電場足夠強大，可以有效地將NSCs從其默認的遷移路徑中改變方向[264]，這支持了電場在指導NSCs朝著特定方向遷移方面的潛力。

總結起來，微神經膠細胞、血液和細胞外因子、轉化藥物的多效性以及電場的應用都被證明對NSCs的行為產生影響。這些因素可以調節NSCs的增殖、存活、遷移和分化，並對神經修復和再生過程產生積極的影響。進一步的研究將有助於更好地理解這些影響因素的作用機制，並為開發新的治療策略和促進脊髓損傷的修復提供指導。

未来方向

内源性神经干细胞（NSCs）作为治疗脊髓损伤（SCI）的细胞靶点具有很大的潜力，可以用来替代丧失的细胞并潜在地恢复神经回路。单一的治疗方法很可能无法实现SCI的修复。因此，需要进一步研究将NSC激活和康复（例如）相结合的组合策略。全面了解NSC群体表型和调控其行为的因素，结合对于神经修复和改善功能最相关的细胞的深入了解，是开发新型治疗方法的前沿。为此，该领域必须继续通过使用病毒载体和转基因小鼠模型进行谱系追踪等基础实验来研究内源性NSC对再生过程的贡献。通过针对特定NSC亚群的消融研究等新方法，可以揭示细胞置换和/或功能恢复的基于细胞的机制。在考虑不同的损伤模型时，必须考虑到NPC介导的修复策略中的一个因素是保持室管膜NSC微环境对于提出的内源性修复策略至关重要。在考虑不同的损伤模型时，重要的是要考虑到分布式NSCs和室管膜NSCs可以在实质内迁移到损伤部位，这表明通过远程调节的NSC介导的神经修复仍然是可行的方法。此外，研究探索NSC激活的有效时间窗口以及影响结果的性别和年龄因素对于实现脊髓损伤的自我修复至关重要。

結論 

內源性神經幹細胞（NSCs）在哺乳動物中的激活能力具有很大的潛力，用於修復受損的脊髓。我們提出，對於居住的NSCs特徵、它們的譜系關係和調節其行為的因素的全面理解將增強我們發掘哺乳動物脊髓再生潛力的能力。儘管脊髓損傷後的病理生理學的複雜性仍然是一個挑戰，但值得注意的是，許多動物物種，包括魚類、有尾類和某些蜥蜴，在脊髓結構修復方面都能達到完美或不完美的能力，從而實現功能恢復。

然而，該領域仍然面臨一個挑戰，即確定改善的結構和功能結果是否通過內源性NSC的激活介導。確實，儘管已經證明了NSC激活和改善結果之間的相關性，但目前尚不清楚NSCs是否對於這些有益結果是必要和/或充分的。使用譜系追踪和NSC消融模型進行研究對於回答這個重要問題至關重要。

此外，未來的研究應該利用這些物種的再生專長，確定成功修復脊髓所需的關鍵目標、NSC亞群和環境因素。未來的目標包括識別脊髓NSC亞群並使用譜系追踪來確定它們在直接或間接通過環境途徑增強它們在受損脊髓中的活化後對神經修復的貢獻。在脊髓損傷後，考慮到時間、傷害程度以及年齡和性別，無疑會對結構和功能結果產生影響，這是必須考慮的關鍵因素，以最終實現內源性NSC激活策略來治療脊髓損傷倖存者。

脊髓損傷：分子機制與治療干預 

回顧《Signal Transduct Target Ther》的這篇文章，題為「脊髓損傷：分子機制與治療干預」，作者為Xiao Hu等人，於2023年6月26日發表。該文章主要探討了脊髓損傷的病理機制和治療策略。

脊髓損傷是一種嚴重的疾病，殘疾率極高。脊髓損傷修復的挑戰在於其複雜的病理機制以及中樞神經系統中神經再生的困難。過去幾十年來，研究人員試圖完全闡明脊髓損傷的病理機制，並找到促進軸突再生和神經回路重塑的有效策略，但結果並不理想。最近，單細胞测序和空間轉錄組分析揭示了脊髓損傷的新病理機制，特別是免疫和神經細胞反應之間的相互作用。隨著生物活性材料和幹細胞的發展，人們更關注形成中間神經網絡以促進神經再生和神經回路重建，而不僅僅是促進皮質脊髓束的軸突再生。此外，控制電、磁和超聲等物理參數的技術不斷創新和應用於神經細胞命運調控。在這些先進的新策略和技術中，幹細胞治療、生物材料移植和電磁刺激已進入臨床試驗階段，其中一些已經應用於臨床治療。

在這篇綜述中，作者概述了脊髓損傷的流行病學和病理生理學，詳細闡述了與神經再生和回路重建相關的最新研究進展，並提出了脊髓損傷修復和臨床應用的未來方向。該文章提供了關於脊髓損傷相關研究的重要信息，並對未來的研究和臨床治療提出了有價值的建議。

提供新的神經元 

能夠在培養中不斷繁殖的胚胎幹細胞（ESC）系列的出現，引發了對將這些細胞分化為適合治療移植的神經元的方法進行深入研究。這些ESC衍生的神經元應更忠實地複製未成熟神經元的內在生長有利狀態。確保預分化神經元盡可能保持未成熟狀態的方法仍在不斷改進中。許多關於胚胎神經組織移植的研究已經取得了很大的進展。儘管成功再生面臨著許多艱巨的外在障礙，胚胎神經移植物可以在成年宿主中存活甚至茁壯發展134–137。

有幾個因素似乎能最大化移植神經元融入宿主中樞神經系統的能力：移植區域缺乏炎症138；給予神經營養因子，尤其是纖維母細胞生長因子2（REFS 136,139,140）；移植區域宿主神經元不完全喪失138,141；至少部分保留宿主神經元和突觸後的目標電路19,138,141,142。第三點表明，在不完全損傷中存活的神經元會釋放促進替代神經元植入的信號。第四點表明，存在與突觸後目標的存活投射能夠增強新生突觸延伸到這些目標的能力。

1: 開發內源幹細胞以提供新的神經元 

隨著幹細胞研究的進展，利用內源幹細胞來替代受損組織成為中樞神經系統再生的理想方法。然而，關於內源幹細胞是否能夠完全替代成年神經元還存在爭議。一些研究團隊成功地誘導多種不同皮層區域的細胞凋亡，從而使新的神經元誕生。這些新生的神經元似乎能夠重複上述的發育步驟，並通過星形細胞轉化為放射狀胶質的過程遷移到受損的區域。它們然後朝著原來神經元的脫落目標延伸突觸。此外，減少炎症反應、給予神經營養因子以及部分破壞目標區域等方法似乎能夠更有效地促使內源神經元與宿主中樞神經系統融合。

2: 重塑老化神經元 

隨著年齡的增長，神經元內部的cAMP水平降低，與再生能力減弱相關。因此，增加神經元的cAMP水平已被用於增強再生能力。此外，增加刺激性途徑的活性也是提高神經元再生能力的一種方法。生長錐相關蛋白GAP43和CAP23是與生長錐相關的蛋白，其在受損神經中的表達增加，有助於神經再生。對DRG中這些蛋白的轉基因過表達可增加SCI後上行纖維的再生。

3: 提供神經營養 

通過多種給藥途徑表達外源神經營養因子已在體外和中樞神經系統損傷動物模型中取得了積極的結果。這些神經營養因子可以促進軸突再生、增加神經元存活、改善髓鞘再生和刺激內源幹細胞的活化。神經營養因子的表達可能有助於神經元的保護和突觸形成。

4: 清除阻礙神經延伸的障礙 

發現三種主要的髓鞘抑制因子與同一個受體NgR結合，為克服髓鞘對中樞神經系統再生的抑制提供了明確的靶點。抑制NgR的多種方法已經取得了不同程度的效果。NgR的基因缺失改善了含有血清素的纖維的再生能力，但對錐髓束纖維的再生影響有限。藥物抑制Nogo或NgR在不同的中樞神經系統損傷模型中顯示出更強大和可重複的效果。阻斷Nogo-NgR通路的拮抗劑有望在不久的將來進入臨床試驗。除了消除或對抗髓鞘的抑制作用外，再生纖維的重髓鞘化仍然是實現有效傳導的必要條件。

5: 最佳化未受損纖維的可塑性 

即使在促進受損脊髓組織再生方面取得了重大進展，完全再生的理想目標仍然遙遠，甚至不可能實現。幸運的是，大多數發生在實驗室之外的脊髓損傷會保留一定比例的神經纖維和細胞體。無論再生能力如何，最可行的目標是最大程度地發揮這些未受損纖維的可塑性。這不僅涉及對抗阻止再生的信號，還需要建立一個有利於突觸重塑的環境。在促進視覺皮層可塑性方面取得的成功例子需要進一步應用於脊髓損傷的背景中。在這方面，對於小鼠中MAI拮抗劑的研究顯示，促使可塑性突觸的生長對不同類型的中樞神經系統損傷進行補償具有巨大的潛力。

突破阻礙

當幹細胞的潛力與消除神經再生的外在障礙取得進展時，脊髓損傷領域的樂觀情緒已經達到了15年前難以想象的水平。然而，除了一項有前途的研究外，無論是移植的還是內源性幹細胞都未能成功取代失去的錐髓束纖維。此外，通過這些方法實現的軸突生長並不完全重新建立發育中纖維的準確導向。再生的錐髓束纖維分支眾多，分散在脊髓的灰白質中，而不是重新建立高度束狀和定向的通路。因此，即使克服了所有對中樞神經系統再生的負面外在影響，仍然需要考慮其他問題：再生通常在異位途徑上進行，不規則地進展；往往不清楚“再生”的軸突是來自被切斷的纖維還是從鄰近的未受損纖維萌芽；可能發生通路的重新形成，而這些通路在完整的神經系統中並不存在；可能形成不適當的突觸連接；對於適當再生的突觸的可塑性和巩固尚未被探究。

儘管中樞神經系統再生在組織學上存在一些限制，但許多動物的脊髓損傷實驗顯示出了在運動和精細運動協調方面的功能改善。如果將這些改善應用於脊髓損傷的人類患者身上，這將意味著相對於目前的臨床治療取得了巨大的進展。然而，要充分發揮中樞神經系統再生的益處，還需要另外兩個方法。首先，正如本文一再強調的，需要確定並可能在正確的位置重新表達最重要的發育指導信號，以引導再生的軸突。其次，需要促進未受損和重建的神經回路的可塑性。我們最後討論了一種解決第二個問題的方法——感覺運動康復。

運用或丟棄：反饋治療 

大多數物種的CPG位於大部分創傷性脊髓損傷以上的低胸椎或高腰椎脊髓段，因此，在大多數情況下，CPG至少部分完好無損。這在癱瘓的人類患者中已被反覆證明，通過不同類型的感覺刺激可以誘導出不受控制的運動腿部活動。在貓和其他物種中，胸脊髓斷裂後短時間的踏步訓練可以產生驚人的康復水平。這種康復可能是通過CPG可塑性而不是直接脊髓束再生實現的。

貓和人類的實驗證明，在脊髓損傷後，恢復行走依賴於感覺反饋。一只通過踏步訓練恢復行走的貓經歷了一系列階段性的下肢皮膚神經切斷。每次進行進一步的切斷，直到最後切斷皮膚傳入，沒有任何感覺輸入，就無法再行走。事實上，感覺反饋對於各種節律運動系統的正常功能至關重要。

對於脊髓損傷的人類患者，利用體重支持式踏步訓練（BWSTT）利用了這種感覺-CPG循環以重新建立行走能力。雖然迄今為止對BWSTT進行的最為嚴格控制的臨床試驗未顯示出與傳統物理治療相比的顯著差異，但樂觀情緒仍在推動這一領域的工作。重要的是，不完全的脊髓損傷的患者從感覺運動康復中獲得的益處比完全的脊髓損傷患者更多，這強調了從未受損纖維中進行可塑性分支的重要性。

感覺運動康復是否也有助於斷裂纖維的再生尚有待確定。可能的機制包括局部釋放引導再生纖維的神經生長因子，或促進再生纖維沿著活躍的未受損纖維生長。因此，當作為其他方法的輔助時，感覺運動康復治療可以大大增強臨床康復的效果。

基於網絡藥理學和實驗驗證的川芎治療脊髓損傷的機制

回顧《Ann Transl Med》的這篇文章，題為「基於網絡藥理學和實驗驗證的川芎治療脊髓損傷的機制」，作者為Bo Tao等人，於2021年7月發表。該研究旨在探索川芎在治療脊髓損傷中的生物活性成分和機制，並進行實驗驗證。

研究中首先從中藥系統藥理學（TCMSP）數據庫中篩選出川芎中的活性化合物和相關靶點基因。隨後，通過治療靶點數據庫（TTD）和GeneCards數據庫收集了與脊髓損傷相關的靶點基因。利用STRING數據庫構建了蛋白質相互作用（PPI）網絡。此外，使用DAVID工具對靶點進行GO功能和KEGG富集分析。然後，采用AutoDock軟件進行分子對接，驗證活性成分和關鍵靶點之間的網絡藥理學分析結果。最後，通過SCI大鼠模型動物驗證實驗，驗證了網絡藥理學結果的可靠性。

研究結果顯示，川芎中確定了7個活性成分，並收集了246個與脊髓損傷相關的靶點。然後，通過構建111個共同靶點的PPI網絡，識別出4個核心節點（ALB，AKT1，MAPK1和EGFR）。KEGG富集分析結果顯示，Ras信號通路、雌激素信號通路和血管內皮生長因子（VEGF）信號通路在脊髓損傷的發展中得到了豐富。分子對接的結果表明，川芎的效果與這4個關鍵靶點有著很強的親和力。在大鼠模型實驗中的實驗驗證結果顯示，川芎能夠有效改善脊髓損傷後運動功能和機械疼痛閾值的恢復。

總結而言，該研究揭示了川芎治療脊髓損傷的機制涉及活性成分、靶點和信號通路，為進一步研究川芎治療脊髓損傷的機制提供了科學依據。