科学家们首次构建了斑马鱼神经元的详细图谱。该图谱揭示了这些特别的鱼如何能够完全治愈被切断的脊髓，并可能为开发人类脊髓损伤的治疗策略提供线索。这些研究结果已在 8 月 15 日于《自然·通讯》杂志上发表的一项研究中详细介绍。
干细胞并非唯一的主角
小巧而半透明的斑马鱼属于一类特殊的脊椎动物，它们能够完全治愈被切断的脊髓。该类动物的其他成员包括有尾两栖动物，如蝾螈和墨西哥蝾螈，以及像鳗鱼一样的七鳃鳗。在人类身上，脊髓损伤可能完全改变生活，并导致感觉或运动的永久性丧失。这部分原因在于受损的神经元总是会死亡。
如果斑马鱼的脊髓受伤，受损的神经元会通过大幅改变其细胞功能来做出反应。它们承担起一项新的、核心的作用，负责协调那些使其能够治愈的精确事件。虽然科学家们知道斑马鱼的神经元可以在脊髓损伤后存活，但这项新研究揭示了它们是如何做到的。
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受损神经元本身的生存和适应能力对于脊髓的完全再生是必不可少的。令人惊讶的是，能够形成新神经元的干细胞，通常被认为是再生能力的核心，在这里起着更为辅助性的作用。另一组损伤预防神经元则起到了主导作用。
“我们发现，我们试图在人类身上实现的大部分（如果不是全部）神经修复，在斑马鱼身上是自然发生的，”圣路易斯华盛顿大学医学院的发育生物学家、该研究的合著者 Mayssa Mokalled 在一份声明中说。“我们令人惊讶的发现是，在受伤后立即存在强大的神经元保护和修复机制。”
该团队认为，这些保护机制首先允许神经元在受伤后存活。然后，它们表现出“自发可塑性”，即功能的灵活性。这为斑马鱼争取了时间来重新生长新神经元，以实现完全康复。
“我们的研究确定了基因靶点，这将有助于我们促进人类和其他哺乳动物细胞的这种可塑性，”Mokalled 说。
通过绘制参与再生过程的各种细胞类型不断演变的作用，研究团队发现，幸存的受损神经元的灵活性及其在受伤后立即重新编程的能力，启动了完全再生脊髓所需的事件链。如果损伤幸存神经元受损，即使再生干细胞仍然存在，鱼也无法恢复正常的游泳能力。
有毒的神经元
在人类和其他哺乳动物中，如果构成脊髓的长神经纤维被切断或压碎，就会引发一系列毒性事件，导致神经元死亡，使脊髓环境对修复机制产生毒性和敌对。这种神经毒性可能解释了为什么尝试利用干细胞治疗人类脊髓损伤的方法效果不佳。新的论文认为，与其专注于通过干细胞进行再生，不如开发新的方法来治疗人类脊髓损伤，应该从挽救受损神经元免于死亡开始。
“神经元本身，如果没有与其他细胞的连接，是无法存活的，”Mokalled 说。“在斑马鱼身上，我们认为受损的神经元可以克服损伤的压力，因为它们的灵活性帮助它们在受伤后立即建立新的局部连接。我们的研究表明，这是一种临时的机制，可以争取时间，保护神经元免于死亡，并使系统在构建和再生主要脊髓的同时保持神经元回路。”
有一些证据表明，这种愈合能力是存在的，但在哺乳动物神经元中处于休眠状态。该团队认为，找到这些能力可能是新疗法的途径。
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“我们希望，识别出在斑马鱼中协调这种保护过程的基因——这些基因的版本也存在于人类基因组中——将有助于我们找到保护人类神经元免受脊髓损伤后细胞死亡浪潮的方法，”Mokalled 说。
虽然这项研究侧重于神经元，但脊髓再生是一个极其复杂的过程。未来的工作可能会深入研究这个新的细胞图谱，以了解在脊髓再生过程中其他细胞类型的作用。该团队特别对一些称为胶质细胞的非神经元细胞在中枢神经系统中的作用，以及免疫细胞的作用感兴趣。目前还在进行正在进行的研究，将斑马鱼的发现与小鼠和人类神经组织的情况进行比较。
