斑马鱼以惊人方式重生其脊髓 研究有新发现

斑马鱼在水族箱中游动。（Shutterstock）

科学家们首次绘制出斑马鱼神经细胞的详细图谱。该图谱揭示了这些特殊鱼类如何能够彻底修复被截断的脊髓，这可能为人类脊髓损伤的治疗策略提供重要线索。这项研究发表于8月15日的《自然‧通讯》期刊（Nature Communications）。

干细胞不是唯一因素

透明细小的斑马鱼（zebrafish）是少数能够彻底修复断裂脊髓的脊椎动物之一。这个特殊群体还包括蝾螈和墨西哥隐鳃鱼等有尾两栖动物，以及类似鳗鱼的七鳃鳗。对于人类来说，脊髓损伤可能会彻底改变生活，造成永久性的感觉或运动功能丧失，这在一定程度上是因为受损的神经细胞死亡所致。

当斑马鱼的脊椎受损时，受损的神经细胞会戏剧性地改变它们的细胞功能，并在促进愈合过程中扮演新的核心角色。科学家们已经知道斑马鱼的神经细胞能在脊髓受伤后存活，而这项新研究揭示了它们是如何做到的。

断裂神经细胞本身的存活和适应能力对于脊髓的完全再生至关重要。意外的是，原本被认为是再生核心、能够形成新神经细胞的干细胞，在这里其实更多地扮演了辅助的角色。另一组具有防伤害功能的神经细胞则起到了领头作用。

“我们发现，大部分我们试图在人类身上实现的神经修复，在斑马鱼身上自然就会发生。”华盛顿大学医学院的发育生物学家、研究共同作者Mayssa Mokalled在一份声明中表示，“我们惊讶地观察到，强大的神经保护和修复机制会在受伤后立即启动。”

研究团队相信，这些保护机制首先让神经细胞在受伤后存活下来。随后，这些细胞展现出“自发的可塑性”，即在其功能上的灵活性，这为斑马鱼提供了时间来重新生长出必要的新神经细胞，从而达到完全康复。

“我们的研究确定了基因目标，这将帮助我们在人类和其它哺乳动物的细胞中促进这种可塑性。”Mokalled说。

通过描绘参与再生过程的各种类型细胞的角色变化，研究团队发现，存活的受伤神经细胞的灵活性及其在受伤后立即重新编程的能力，是完全再生脊髓所需的事件链的关键起点。如果受伤后存活的神经细胞失去功能，即使具有再生功能的干细胞依然存在，斑马鱼也无法恢复其正常的游泳能力。

对受损神经元的毒害

在人类及其它哺乳动物中，若脊髓的长距离神经纤维受到切断或压迫，会引发一系列有害事件，造成神经元死亡，并使脊髓环境变得对修复机制极为不友善。这种对神经元的毒害可能解释了为何利用干细胞治疗人类脊髓损伤的试验并未能取得预期成效。新的研究报告建议，治疗人类脊髓损伤的新方法应从如何挽救那些受损神经元、从而使之免于死亡着手。

“神经元若无法与其它细胞建立连结，便无法存活。”Mokalled表示，“在斑马鱼身上，我们认为被切断的神经元能够克服创伤带来的压力，因为它们的适应性让它们能在受伤后立即建立新的局部连结。我们的研究指出，这是一种暂时性的机制，能够赢得时间，保护神经元使其免于死亡，同时让系统在重建和修复主要脊髓的同时，保持神经回路的完整。”

有证据显示，这种愈合能力虽然存在于哺乳动物的神经元中，但却处于休眠状态。团队认为，发掘这些能力可能是开发新疗法的关键。

“我们乐观地认为，识别斑马鱼中负责这一保护机制的基因——这些基因的不同版本也存在于人类基因组中——将有助于我们找到方法，保护人类神经元免受脊髓损伤后所引发的大量细胞死亡。”Mokalled说。

尽管这项研究主要关注神经元，脊髓再生实则是一个极为复杂的过程。未来的研究将可能深入探讨这个新的细胞图谱，以理解在脊髓再生过程中其它细胞类型的角色。团队特别针对一些被称为胶质细胞的非神经细胞在中枢神经系统中的功能，以及免疫细胞的作用。目前正在进行的研究，包括将斑马鱼的研究结果与老鼠和人类神经组织中的情况进行比较。