编辑推荐：
脊髓损伤（SCI）影响全球超 250 万患者，目前除康复治疗外无有效疗法。研究人员对比斑马鱼和青鳉的脊髓再生能力，发现青鳉运动功能恢复、组织重塑及轴突再生能力均低于斑马鱼。该研究为揭示脊髓再生机制提供新方向。
在浩瀚的生命科学领域，脊髓损伤（SCI）如同一个棘手的难题，困扰着全球超过 250 万患者。通常由交通事故、意外摔倒等导致的 SCI，不仅给患者的身体带来巨大创伤，还严重威胁着他们的生活质量。目前，除了康复治疗能稍微改善患者的运动功能外，尚无其他有效的治疗方法。在哺乳动物中，SCI 后损伤部位会形成瘢痕，由基质衍生的成纤维细胞、炎性免疫细胞和肥大的星形胶质细胞组成，这些瘢痕从机械和化学层面阻碍了轴突再生，使得功能恢复变得异常艰难。
而斑马鱼却有着令人惊叹的脊髓再生能力。受伤后，斑马鱼的免疫系统迅速响应，免疫细胞浸润，其中白细胞介素 - 1β 在轴突再生的早期阶段发挥关键作用，巨噬细胞分泌的肿瘤坏死因子 -α 和调节性 T 细胞产生的神经营养因子 3 也积极促进神经发生。同时，免疫细胞快速清除髓鞘碎片，为轴突再生创造有利条件。随后，ependymoradial glia（一种兼具放射状胶质细胞和室管膜细胞特征的细胞）形成胶质桥，为轴突跨越损伤部位生长提供支架。经过一系列复杂而有序的过程，斑马鱼的脊髓能重塑为接近正常的结构，游泳能力也能在约六周后自发恢复。
然而，斑马鱼与常用实验动物小鼠之间存在较大的进化距离，这给直接比较二者的组织再生能力带来困难。青鳉作为另一种模式鱼类，具有基因组完全测序、世代时间短和基因编辑方法成熟等优势，且与斑马鱼在体型、饮食、器官系统、大体解剖结构和生活环境等方面相似。但令人惊讶的是，研究发现青鳉在一些组织的再生能力上低于斑马鱼，比如心脏和视网膜。不过，此前尚未有人对斑马鱼和青鳉的脊髓再生能力进行比较。
为了深入探究脊髓再生的奥秘，来自大阪大学的研究人员 Shun Aoki、Masato Hori 等人开展了一项极具意义的研究，相关成果发表在《Neurochemical Research》上。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先是脊髓损伤模型构建，对斑马鱼和青鳉进行麻醉后，用 Vannas 弹簧剪刀在特定椎骨间完全横断脊髓，并设置假手术组作为对照。行为学测试方面，利用 idTracker 软件追踪鱼在透明水箱中的运动轨迹，计算游泳速度，以评估运动功能恢复情况。免疫组织化学（IHC）技术则用于标记 ependymoradial glia 和神经元，通过对不同时间点的鱼进行处理和染色，观察脊髓损伤部位的组织学变化。轴突追踪实验中，在损伤部位上游注射四甲基罗丹明葡聚糖胺（RDA），并使用 CUBIC 技术使鱼体透明化后，借助共聚焦激光扫描显微镜观察轴突的再生情况。此外，研究人员还对损伤后 2 周的脊髓组织进行 RNA 测序（RNA-seq），分析基因表达谱的变化。
研究结果令人瞩目。在运动功能恢复方面，手术前斑马鱼和青鳉的游泳速度无显著差异，但 SCI 后，斑马鱼的功能指数在 1 周时显著下降，随后逐渐上升，6 周后基本恢复到假手术组水平；而青鳉在 SCI 后 1 周功能指数下降更明显，且直到 8 周仍无明显恢复，表明青鳉恢复自由游泳功能的能力低于斑马鱼。
组织学变化研究发现，斑马鱼和青鳉在 SCI 后 2 周均出现胶质和轴突桥接现象。不过，斑马鱼的桥接组织在 6 周时逐渐增厚，几乎与完整组织无异；青鳉的桥接组织则始终较薄，6 周时也未能恢复到正常厚度，其 GFAP 和 AcTub 的再生率在 6 周时显著低于斑马鱼，说明青鳉在 SCI 后重塑过程中再生胶质和神经组织的能力较弱。
轴突再生实验显示，斑马鱼在 6 周时，标记的轴突能够穿过损伤部位，在损伤部位下游约 500μm 处可检测到信号；而青鳉的标记轴突仅在损伤部位上游有信号，无法跨越损伤部位，表明青鳉再生切断轴突跨越横断脊髓的能力比斑马鱼受限更多。
基因表达谱分析表明，SCI 后 2 周，斑马鱼上调的基因主要涉及解剖结构发育、再生等过程，而下调的基因与无机离子跨膜运输等相关；青鳉上调的基因多与发育过程有关，下调的基因则涉及化学突触传递、突触信号传导等。进一步分析发现，斑马鱼中与再生相关的基因如 gap43、tenascin C（tnc）和 legumain（lgmn）等显著上调，而青鳉中与突触信号传导相关的基因如多巴胺受体 D3（drd3）和 beta - synuclein（sncb）等下调。
综合研究结果和讨论部分，该研究首次明确青鳉脊髓再生能力低于斑马鱼，这为揭示脊髓再生机制提供了新的视角。通过比较二者的差异，研究人员发现了多个可能影响脊髓再生的关键基因和信号通路。例如，drd3 和 sncb 的下调可能与青鳉脊髓再生能力低有关，WNT 信号通路相关基因 dkk2 和 ndp 在斑马鱼和青鳉中的不同表达模式，也暗示了其在脊髓再生中的复杂作用。尽管该研究存在一些局限性，如鱼的年龄匹配问题、研究时间较短等，但无疑为后续研究指明了方向。未来研究可进一步探究这些关键基因和信号通路的具体功能，为开发治疗脊髓损伤的新方法奠定基础，有望为广大脊髓损伤患者带来新的希望。
