颈髓兴奋性神经元在维持脊髓损伤小鼠呼吸功能中的作用

呼吸功能障碍是创伤性颈脊髓损伤的常见并发症，也是导致死亡的主要因素。各种脊柱退变、感染、肿瘤或血管疾病均可引起非创伤性颈脊髓损伤，进而导致严重的颈髓损伤、运动神经元损害和神经功能缺损，但呼吸功能障碍并不显著。本研究的目的在于观察非创伤性颈脊髓损伤赖以维持呼吸功能的颈脊髓微循环的变化，旨在寻找创伤性脊髓损伤后恢复呼吸功能的潜在方法。

实验组建立高位颈脊髓半切损伤的小鼠模型，类似于人类颈脊髓损伤，小鼠行C2平面脊髓半切术后出现急性同侧膈肌麻痹，通气减少；对照组建立进行性加重的脊髓型颈椎病小鼠模型，类似于人类脊髓型颈椎病，有肢体功能障碍及步态改变。监测小鼠双侧膈肌的肌电活动，采集膈运动神经元（phrenic motor neuron，PMN）相关信号传导通路上的递质，比较两组上述指标的差异。

呼吸评估方面：对照组在正常呼吸期间仅表现出轻微的呼吸变化，吸气持续时间减少28.6%，同时部分追踪PMN的递质丢失，但吸气幅度无显著变化。随着脊髓受压时间的延长，幸存PMN接受的兴奋性输入持续增加，尤其是PMN上的囊泡性谷氨酸转运蛋白2（vesicular glutamate transporter 2，VGLUT2）明显增加。第8周当PMN丢失最为显著时，对照组PMN上VGLUT2的数量是实验组的5.4倍。

膈肌肌电活动方面：对照组即使有一侧脊髓受损，也仍保持强大的吸气相关的膈肌肌电活动，双侧膈肌肌电活动是同步的；实验组则无吸气相关的同侧肌电活动。膈肌跨突触追踪结果则显示，与实验组相比，连接到对照组小鼠幸存PMN的颈中间神经元的数量增加了2.75倍，这些神经元主要存在于C4～C5水平的脊髓灰质中。

研究者对不同的脊髓损伤小鼠模型进行药物遗传学和呼吸生理学检测，发现中段颈髓兴奋性中间神经元对于维持非创伤性颈脊髓损伤小鼠的呼吸功能至关重要，同时还具有促进创伤性脊髓损伤后小鼠呼吸功能恢复的关键作用。尽管在正常状态下，这些神经元对于维持呼吸功能不是必需的，但刺激这些神经元仍可加大未受伤动物模型的吸气幅度。这一结果为我们展现了通过神经元亚群靶向治疗来恢复中枢神经系统损伤后呼吸功能的新策略。