斑马鱼以令人惊讶的方式再生脊髓

科学家首次绘制了斑马鱼神经细胞的详细图谱。该图谱告诉科学家这些特殊的鱼如何完全治愈被切断的脊髓，并可能为如何制定人类脊髓损伤的治疗策略提供线索。该研究结果详见 8 月 15 日发表在《自然通讯》杂志上的一项研究。

干细胞并不孤单

体型微小、半透明的斑马鱼属于一类精英脊椎动物，它们能够完全治愈被切断的脊髓。该类群的其他成员包括有尾两栖动物，如蝾螈和墨西哥钝口螈，以及鳗鱼状的七鳃鳗。对于人类来说，脊髓损伤可能会彻底改变其一生，并导致永久性的感觉或运动能力丧失。部分原因是受损的神经元总会死亡。

如果斑马鱼的脊椎受伤，受损的神经元会通过显著改变其细胞功能来做出反应。它们在协调使它们能够愈合的非常精确的事件中扮演着新的和核心的角色。虽然科学家知道斑马鱼神经元在脊髓损伤后能够存活下来，但这项新研究揭示了如何做到这一点。

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被切断的神经元本身的存活和适应性是脊髓完全再生的必要条件。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的核心，它们在这里发挥着更为互补的作用。另一组预防损伤的神经元引领着这一进程。

“我们发现，我们试图在人类身上实现的大多数（如果不是全部的话）神经修复方面都可以在斑马鱼身上自然发生，”这项研究的合著者、华盛顿大学圣路易斯医学院的发育生物学家 Mayssa Mokalled 在一份声明中说。“我们得出的令人惊讶的观察结果是，在受伤后立即出现了强大的神经元保护和修复机制。”

研究小组认为，这些保护机制首先使神经元能够在损伤后存活下来。然后，它们会呈现出一种“自发可塑性”，即功能灵活性。这让斑马鱼有时间重新长出完全康复所需的新神经元。

莫卡尔德说：“我们的研究已经确定了有助于我们促进人类和其他哺乳动物细胞中这种可塑性的基因目标。”

通过绘制再生过程中各种细胞类型的进化作用，研究人员发现，幸存的受伤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一系列事件。如果受伤后幸存的神经元被禁用，即使再生干细胞仍然存在，鱼也无法恢复正常的游泳能力。

有毒神经元

在人类和其他哺乳动物中，如果构成脊髓的长神经被切断或压碎，就会引发一系列毒性事件，杀死神经元，使脊髓环境变得有毒，不利于修复机制。这种神经元毒性可能是利用干细胞治疗人类脊髓损伤的尝试没有取得好结果的原因之一。新论文建议，治愈人类脊髓损伤的新方法不应专注于干细胞再生，而应从拯救受损神经元免于死亡开始。

“神经元本身无法存活，因为它们没有与其他细胞连接，”Mokalled 说。“我们认为，在斑马鱼中，被切断的神经元可以克服受伤的压力，因为它们的灵活性有助于它们在受伤后立即建立新的局部连接。我们的研究表明，这是一种暂时的机制，可以争取时间，保护神经元免于死亡，并允许系统在构建和再生主要脊髓的同时保留神经回路。”

有证据表明，这种治愈能力确实存在，但在哺乳动物的神经元中处于休眠状态。研究小组表示，找到这些可能成为新疗法的途径。

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Mokalled 表示：“我们希望识别出在斑马鱼中调控这一保护过程的基因（其版本也存在于人类基因组中）将帮助我们找到方法保护人类的神经元免受脊髓损伤后出现的细胞死亡浪潮的影响。”

虽然这项研究的重点是神经元，但脊髓再生是一个极其复杂的过程。未来的研究可能会深入研究这个新的细胞图谱，以了解其他细胞类型在脊髓再生过程中的作用。除了免疫细胞之外，该团队特别感兴趣的是一些非神经元细胞（称为神经胶质细胞）在中枢神经系统中发挥的作用。正在进行的研究也在进行中，将斑马鱼的发现与小鼠和人类神经组织中的情况进行比较。