《Brain Research》：High-frequency repetitive transcranial magnetic stimulation promotes motor recovery after spinal cord injury associated with spinal–cortical plasticity
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摘要脊髓损伤会导致持续的运动功能缺陷，而目前用于促进神经修复的有效策略仍然有限。有研究指出重复经颅磁刺激可提升神经可塑性，但其对脊髓损伤后皮质脊髓束重塑的影响尚未完全明确。本研究中，成年雌性大鼠被分为假手术组、脊髓损伤组以及重复经颅磁刺激组。从损伤后第1天开始，每日进行高频重复经
摘要
脊髓损伤会导致持续的运动功能缺陷，而目前用于促进神经修复的有效策略仍然有限。有研究指出重复经颅磁刺激可提升神经可塑性，但其对脊髓损伤后皮质脊髓束重塑的影响尚未完全明确。本研究中，成年雌性大鼠被分为假手术组、脊髓损伤组以及重复经颅磁刺激组。从损伤后第1天开始，每日进行高频重复经颅磁刺激，持续28天。通过Basso–Beattie–Bresnahan评分法及步态分析来评估运动功能，利用运动诱发电位检测皮质脊髓传导情况。同时检查脊髓和初级运动皮层中的组织学变化、与可塑性相关的蛋白质以及MEK/ERK信号通路的变化。通过顺行追踪法评估皮质脊髓束的重建情况。与脊髓损伤对照组相比，重复经颅磁刺激显著提升了大鼠的运动功能恢复和步态协调性，增强了运动诱发电位反应，并减少了组织损伤。这些功能改善伴随着皮质脊髓束在损伤部位远端投射的增加。此外，重复经颅磁刺激还提高了MEK和ERK的磷酸化水平，同时部分恢复了脊髓和初级运动皮层中GAP-43、SYN1和PSD-95蛋白的表达。这些发现表明，高频重复经颅磁刺激有助于脊髓损伤后的功能恢复，这一过程伴随着皮质脊髓束重塑及与可塑性相关的信号通路的增强。
引言
脊髓损伤是一种严重的中枢神经系统疾病，常常导致长期的运动和感觉功能障碍，大大降低患者的生活质量，同时也给医疗系统带来巨大负担（Lu等人，2025）。尽管在急性期处理和康复策略方面已取得一定进展，但能够有效提升脊髓损伤后运动功能恢复的干预措施仍然有限。越来越多的证据表明，脊髓损伤后的功能改善在很大程度上取决于中枢神经系统自身的神经可塑性重组能力，包括轴突再生与萌发（Gluck等人，2025）、突触重塑（Wu等人，2025）以及下行运动通路的机能重构（Ying等人，2025）。因此，寻找能够有效促进这些内在修复过程的策略，仍是神经康复研究中的核心课题。
重复经颅磁刺激是一种非侵入性的神经调节技术，可通过调控大脑皮层的兴奋性来诱导依赖活动的神经可塑性（Kobayashi和Pascual-Leone，2003）。在针对中风（Gao等人，2023）、帕金森病（Xie等人，2024a）以及脊髓损伤（Lin等人，2023）的临床和动物实验中，重复经颅磁刺激都展现出了治疗潜力。不过，不同研究之间在刺激频率、干预时机以及作用机制的解释上存在较大差异。值得注意的是，重复经颅磁刺激的效果与频率密切相关：高频刺激（≥5 Hz）通常能提升大脑皮层的兴奋性和皮质脊髓输出，从而促进突触可塑性（Tan等人，2024），而低频刺激则多与抑制性调节作用相关（Buetefisch等人，2023）。大多数脊髓损伤模型研究都表明，高频重复经颅磁刺激能够改善运动功能并提升皮质脊髓通路的兴奋性（Boato等人，2023，Hu等人，2024）；然而，这些效果背后的下游信号传导机制及结构重塑过程至今尚未得到系统阐明。
从机制层面来看，MEK/ERK信号通路在调控神经元存活、轴突生长、突触可塑性以及依赖活动的基因表达过程中起着关键作用（Pastuhov等人，2015）。先前的研究表明，脊髓损伤后MEK/ERK的激活具有明显的时间和细胞类型特异性（Huang等人，2024，Kang和Lee，2019，Lin等人，2025）。Jiang等人（2023）和He等人（2025）发现，脊髓损伤后某些细胞群中早期出现的MEK/ERK激活可能与炎症和继发性损伤有关。相反，Miao等人（2023）和Zhang等人（2023）则认为，在恢复阶段持续或重新激活的神经元MEK/ERK信号通路与更强的可塑性和更好的功能恢复更为相关。这些发现表明，MEK/ERK信号通路的调控时机及其作用的细胞靶点可能直接影响康复效果。
需要强调的是，脊髓损伤并非仅仅是局部脊髓的损伤，功能恢复还依赖于脊髓与大脑皮层之间神经网络的大规模重组（He等人，2023）。皮质脊髓束起源于大脑皮层，经过内囊、大脑脚、脑干（包括延髓）以及外侧索，最终终止于脊髓灰质的前角，是负责精细运动控制的主要下行通路（Roze等人，2025）。因此，皮质脊髓束的结构和功能完整性对于运动功能的恢复至关重要。所以，同时评估脊髓和初级运动皮层的情况，有助于更全面地了解重复经颅磁刺激如何影响与可塑性相关的分子变化、突触重塑以及皮质脊髓束的重组过程。
基于以上考虑，本研究探讨了在脊髓损伤大鼠模型中连续28天施加高频重复经颅磁刺激的效应。我们系统地评估了运动功能、神经生理传导情况以及组织病理学改变；通过生物素化右旋糖胺顺行追踪法检测皮质脊髓束的重建情况；同时还分析了脊髓和初级运动皮层中MEK/ERK信号通路的激活状况以及与可塑性相关的蛋白质GAP-43、SYN1、PSD-95的表达情况。通过整合这些评估结果，本研究全面分析了脊髓损伤后长期接受高频重复经颅磁刺激所引发的脊髓-大脑皮层协同可塑性变化。此外，我们还研究了在恢复阶段，脊髓损伤部位及初级运动皮层中MEK/ERK磷酸化水平的升高与可塑性相关蛋白质恢复之间的时间关联，从而为重复经颅磁刺激处理后的分子、结构、电生理及功能变化提供了相互印证的证据。
章节节选
动物模型与实验设计
所有动物实验均获得了安徽医科大学第一附属医院伦理委员会的批准（批准号LLSC20232177），并且严格按照中国《实验动物管理条例》的要求进行。样本量的确定是基于主要的行为评估指标——BBB评分，以此确保合理使用动物。功效分析采用G*Power 3.1软件完成，分析方法为F检验和单因素方差分析，显著性水平设定为α=0.05，要求统计功效为（1?β）=0.80，同时还需考虑效应大小
高频重复经颅磁刺激可改善脊髓损伤后的运动功能恢复
如图2A所示，手术前三组的BBB评分水平相当。脊髓损伤发生后，脊髓损伤组和重复经颅磁刺激组的BBB评分在术后第1天就出现了显著下降，这证实了损伤模型的建立成功。在整个观察期内，假手术组的BBB评分一直维持在接近正常水平。与脊髓损伤组相比，接受重复经颅磁刺激处理的大鼠从术后开始就表现出明显的运动功能恢复改善趋势
讨论
本研究结果表明，早期开始并持续施加高频重复经颅磁刺激，能够显著促进成年大鼠脊髓损伤后的运动功能恢复。通过行为学、电生理学、组织病理学、分子生物学以及解剖学等多方面的证据，我们一致观察到，重复经颅磁刺激不仅提升了大鼠后肢的运动表现，还增强了皮质脊髓通路的完整性，同时减轻了损伤部位的继发性组织变性。这些结果相互印证
结论
总之，本研究证明，早期且持续的高频重复经颅磁刺激能够显著改善脊髓损伤后的运动功能恢复，提升皮质脊髓传导功能，同时减轻损伤部位的组织病理学损害。在分子层面，重复经颅磁刺激处理会导致MEK和ERK的磷酸化水平上升，而总蛋白质含量并未发生变化，同时与可塑性相关的GAP-43、SYN1和PSD-95蛋白的表达也得以恢复，这些变化表明轴突生长得到了促进
作者贡献说明
钱磊：论文撰写——初稿撰写、实验实施、数据分析、数据整理、概念构思。任国荣：项目管理、实验实施、数据整理。郑珊：结果可视化、数据分析、数据整理。胡梦轩：项目管理、实验方法设计。杨梦宇：结果可视化、结果验证。刘金秀：结果可视化、实验实施。陈世：论文撰写——审阅与编辑、实验指导、资源提供、实验方法设计。陈德生：实验指导、软件应用。宋娟：资源提供
伦理审批与知情同意
本实验方案遵循《实验动物福利与伦理准则》执行，并已获得安徽医科大学实验动物伦理委员会的批准[批准号LLSC20232177]。
资金支持
本研究得到了安徽省教育厅（资助编号2022AH051160和2023AH052771）以及安徽省卫生科研计划（资助编号AHWJ2024Aa20008）的支持。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。
致谢
作者感谢安徽医科大学实验动物中心在实验过程中给予的宝贵帮助。
钱磊|任国荣|郑珊|胡梦轩|杨梦宇|刘金秀|陈世|陈德生|宋娟|徐青琴|陈赫木
安徽医科大学第一附属医院康复科，安徽医科大学，中国合肥230032
