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脊髓损伤（SCI）后神经元损伤机制不明，DNA 损伤与修复在其中作用不清。研究人员以小鼠为模型，研究 SCI 后神经元 DNA 损伤的时空模式。结果发现损伤后 1-3 天 DNA 损伤增加并扩散，神经元特异性受损。这为早期干预保护神经元组织提供依据。
脊髓损伤（Spinal Cord Injury，SCI）就像一场突如其来的 “风暴”，无情地破坏着脊髓的结构和生物网络，给患者带来了巨大的痛苦。SCI 往往伴随着氧化应激，大量的活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）如 “捣乱分子” 般在损伤部位肆虐。由于中枢神经系统内源性抗氧化剂稀少，这些 ROS 肆意攻击蛋白质、脂质、RNA 和 DNA 等生物大分子，其中 DNA 损伤对神经元的威胁尤为严重。
在许多神经退行性疾病中，过度的 DNA 损伤都扮演着 “重要反派” 角色，然而在 SCI 中，DNA 损伤和修复的具体作用却如迷雾般模糊不清。此前关于 SCI 中 DNA 损伤的研究存在诸多问题，比如损伤诱导方法不同、缺乏对照、动物模型多样、未进行细胞分型以及分析区域不明确等，导致研究结果相互矛盾或难以定论。为了驱散这片迷雾，深入了解 SCI 后神经元 DNA 损伤的机制，来自哈塞尔特大学（Hasselt University）等机构的研究人员踏上了探索之旅，他们的研究成果发表在《Journal of Biomedical Science》上。
研究人员为了开展此项研究，运用了多种关键技术方法。他们选用雌性 C57Bl/6J 小鼠构建脊髓挫伤模型，模拟真实的 SCI 情况。实验过程中，采用免疫组织化学技术，通过对 γH2AX、cleaved Caspase-3 等多种蛋白进行标记，来直观地观察和分析 DNA 损伤及细胞凋亡情况。利用图像采集与分析技术，借助专业的显微镜和图像分析软件，对脊髓组织切片进行详细观察和数据量化。还运用空间分析和统计分析方法，精准地探究 DNA 损伤在脊髓中的时空分布规律 。
脊髓挫伤模型的建立及实验分组：研究人员使用无限视野撞击器（Infinite Horizon Impactor），在 12 周龄雌性 C57Bl/6J 小鼠的 L1 脊髓水平施加约 75 kdyne 的力（实际平均受力 82 kdyne），诱导出严重的脊髓挫伤损伤。实验分为 SCI 组、假手术（sham）组和未处理（naive）组，每组设置多个时间点（1 hpi、1 dpi、3 dpi、7 dpi 和 28 dpi）进行观察。术后对小鼠进行精心护理和功能评分（Basso Mouse Scale，BMS），以评估其恢复情况。结果显示，SCI 小鼠后肢功能恢复缓慢，到 28 dpi 时 BMS 评分仅为 2.3，而 sham 小鼠术后很快恢复正常运动能力。
SCI 小鼠损伤区域 DNA 损伤的时间演变：研究人员以 γH2AX 作为 DNA 双链断裂（Double-Strand Breaks，DSBs）的标记物，分析脊髓损伤后 DNA 损伤的时间变化。起初分析全长脊髓时，未发现 SCI、sham 和 naive 组之间 γH2AX foci 和 pan 信号存在差异。随后重新界定损伤区域（以损伤中心为基准，向头尾侧各延伸 2500 μm）后发现，SCI 后 1 hpi 至 3 dpi，损伤区域内携带 DNA 损伤的细胞比例显著增加，7 dpi 后逐渐恢复至基线水平。同时，pan γH2AX 信号表明，早期细胞死亡在 1 hpi 至 7 dpi 也明显增加。另外，研究人员还检测了另一个 DNA 损伤标记物 53BP1，发现 SCI 样本中其阳性细胞数量在 3 dpi、7 dpi 和 28 dpi 时低于 sham 组，这表明 53BP1 在体内作为 DNA 损伤标记物可能存在局限性。
SCI 小鼠 DNA 损伤的空间扩散：通过对 γH2AX 标记细胞的空间分析发现，随着时间推移，DNA 损伤信号如波浪般从损伤中心向头尾侧扩散。1 hpi 至 1 dpi，损伤区域内 γH2AX foci 阳性细胞相对频率增加，3 dpi 时开始向头尾侧远处扩散，7 dpi 和 28 dpi 时扩散范围进一步扩大。而 pan γH2AX 阳性细胞在 1 hpi 至 7 dpi 主要集中在损伤区域，28 dpi 时均匀分布于整个脊髓，这意味着早期细胞死亡主要局限于损伤区域。
SCI 后神经元细胞中的 DNA 损伤：为探究 DNA 损伤与神经元损失的关系，研究人员对 NeuN 标记的神经元进行分析。结果显示，SCI 后 1 dpi，神经元中 γH2AX foci 阳性细胞数量显著增加。Pan γH2AX 阳性神经元在 1 hpi 和 1 dpi 时也明显增多，3 dpi 时与 naive 组相比仍有显著差异。这表明神经元在 SCI 后确实受到 DNA 损伤的影响。
细胞凋亡情况：由于 pan γH2AX 可视为早期细胞死亡信号，且 γH2AX 与 Caspase 依赖的细胞凋亡相关，研究人员对 γH2AX 和 cleaved Caspase-3（ClCasp3）的关系进行研究。在损伤区域所有脊髓细胞中，3 dpi 和 7 dpi 时 ClCasp3 相关的细胞凋亡增加；在神经元群体中，3 dpi 至 28 dpi 凋亡持续增加，且 3 dpi 时 SCI 组神经元凋亡显著高于 sham 组。由此可见，神经元细胞对 DNA 损伤更为敏感，DNA 损伤后更容易发生凋亡。
综合研究结果与讨论部分，此次研究意义重大。它首次清晰地揭示了严重 SCI 后脊髓中 DNA 损伤迅速积累，且携带 DNA 损伤的细胞从损伤区域向外呈现时空扩散的规律。神经元群体尤其容易受到影响，尽管机体启动了 DNA 修复机制，但 DNA 损伤最终仍会引发细胞凋亡。这一发现为 SCI 的治疗开辟了新的方向，未来可考虑通过增强 DNA 修复系统来减少神经元损失，如使用烟酰胺核糖（Nicotinamide Riboside，NR）等化合物，有望成为治疗 SCI 的有效策略，为众多 SCI 患者带来新的希望 。
