“文献精读系列”是脊柱脊髓损伤再生修复教育部重点实验室举办的常规科研交流学习会议，旨在聚焦领域内前沿进展，探究学术尖端技术研究路线，培养锻炼青年科研人员与硕博生科研思维。
【文献精读】会议日期：2023年5月15日 审校人：林古法 报告人：黄蕊奇
神经干细胞移植对于脊髓损伤修复是一种有效的治疗手段，但是由于创伤微环境的变化导致脊髓损伤只有一段较短的治疗窗口期，且移植的干细胞不足以分化产生大量的成熟神经元。为了解决上述干细胞移植的局限性，国内外团队开展了很多相关研究。脊髓在发育的过程中有12个神经元前体区域按背腹侧分布，最后发育出20种神经元亚群，包括背侧中间神经元、腹侧中间神经元以及运动神经元等。因此，相关研究团队希望通过模拟脊髓的发育过程制造可移植的脊髓组织，用于更有效的修复损伤。
2023年3月21日中国科学院遗传与发育学研究所的戴建武团队在Bioactive Materials杂志上发表论文“Engineered human spinal cord-like tissues with dorsal and ventral neuronal progenitors for spinal cord injury repair in rats and monkeys”，研究人员通过诱导人源脊髓神经干细胞（HscNPCs）在胶原材料中预分化，制造出具有背-腹侧结构的类脊髓组织（DV-SC），在移植到大鼠和恒河猴全横断脊髓损伤模型中后显示了良好的治疗效果。
该项工作使用了从7周胚胎分离的人源脊髓神经干细胞。这些细胞大量表达Nestin、SOX2的神经干细胞标记物以及TUJ1的神经前体细胞标记物，有16%左右的细胞表达增殖细胞标记物Ki67；而成熟神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞标记物很少表达；大量表达脊髓神经前体标记PAX3以及颈段脊髓神经标记物HOXC5。
图1 HscNPCs的鉴定以及移植示意图
研究团队所构建的胶原蛋白支架具有纵向有序的结构，神经干细胞能够在支架上伸展轴突。研究人员利用小分子鸡尾酒对接种了神经干细胞的模块定向分化30天，所获得的DV-SC中含有多种类型的脊髓背腹侧中间神经元以及运动神经元和运动神经元前体细胞（图2）。
图2 具有背侧和腹侧神经元前体细胞的工程脊髓样组织的构建
研究团队将NPC进行荧光标记后构建出上述工程脊髓样组织，移植到全横断脊髓损伤大鼠模型中评估其功能。移植区域成熟神经元丰度高，并且在移植后维持了背侧或腹侧神经前体细胞的身份。同时移植细胞能够与宿主的CGRP+细胞形成突触，并且其中部分细胞为PSD95阳性，提示模块化类脊髓组织能够与宿主轴突之间形成功能性突触连接（图3）。
图3 支架+ NPCs和支架+ DV-SC移植到全横断脊髓损伤大鼠中
除了病理组织，研究团队也观察了移植类脊髓组织对运动功能恢复的作用，MEP结果显示，尽管单纯支架和支架+NPC也能够产生反应波，但模块化类脊髓组织的振幅更大，BBB评分也有显著的提高（图4）。
图4 支架+ DV-SC移植促进脊髓损伤大鼠电生理和运动功能恢复
作者也在恒河猴模型上对该工程化类脊髓组织的功能进行了验证，发现移植后2个月及6个月脊髓组织中均能够检测出一定的背侧中间神经元、腹侧中间神经元以及运动神经元的分布。作者检测了病变区域的CGRP+、5-HT+传入神经和突触的形成。结果显示术后6周，类脊髓组织移植后的细胞能够与宿主的CGRP+细胞形成PSD95+的突触，显著高于NPC组，同时宿主的5-HT神经纤维也能够与GFP阳性的供体细胞形成SYP突触，以上结果证明模块化类脊髓组织与宿主具有突触连接（图5）。
图5 支架+ NPCs和支架+ DV-SC移植到全横断脊髓损伤恒河猴中
接着作者评估了移植后的MEP和后肢运动功能恢复。DV-SC移植干预组中有两只猴上观察到了MEP反应，编号F7的猴振幅与正常猴相似，F11的振幅为41μV，但支架+NPC组没有观察到这些反应。同时F11的猴能够多次交替抬起左右膝关节，而对照组和NPC组无法活动（图6）。
图6 支架+ DV-SC移植可改善脊髓损伤恒河猴的电生理和运动功能恢复
总之，该研究显示将DV-SC移植到大鼠或恒河猴T8-9脊髓横断损伤模型后，移植物可以分化为成熟神经元，并保持其脊髓背侧和腹侧神经元的身份。在恒河猴损伤区观察到运动轴突传入和感觉轴突传入，分别与移植物源性运动轴突和感觉轴突接触，形成突触。移植物融入宿主神经纤维有助于部分恢复中断的神经元回路，从而促进动物脊髓损伤电生理信号和后肢运动功能的恢复。
参考文献：Xu B, Liu D, Liu W, Long G, Liu W, Wu Y, He X, Shen Y, Jiang P, Yin M, Fan Y, Shen H, Shi L, Zhang Q, Xue W, Jin C, Chen Z, Chen B, Li J, Hu Y, Li X, Xiao Z, Zhao Y, Dai J. Engineered human spinal cord-like tissues with dorsal and ventral neuronal progenitors for spinal cord injury repair in rats and monkeys. Bioact Mater. 2023 Mar 29;27:125-137.
