學(xué)術(shù)前沿 | 首次人體研究報(bào)告：硬膜外脊髓電刺激（SCS）治療脊髓性肌萎縮癥患者
來(lái)自：學(xué)術(shù)前沿 日期：2025-02-08 17:08脊髓性肌萎縮癥（SMA）是一種遺傳性神經(jīng)退行性疾病，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元功能障礙、肌肉無(wú)力、疲勞和早期死亡。
（Nature Medicine雜志，影響因子87.24，中科院1區(qū)）
來(lái)自匹茲堡大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)Marco Capogrosso等通過(guò)硬膜外脊髓電刺激（SCS）改善了3例3型SMA成人的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元功能，從而增加了力量、耐力和步態(tài)質(zhì)量。
臨床前研究表明，SMA運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元表現(xiàn)出較低的放電率，是因?yàn)槌跫?jí)感覺傳入的興奮性輸入丟失。在本研究中，假設(shè)通過(guò)電刺激感覺傳入來(lái)糾正這種損失可以改善運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的功能。為了驗(yàn)證這一假設(shè)，在三名患有SMA的成年人腰骶脊髓節(jié)段植入硬膜外電極，目標(biāo)是腿部的感覺軸突。連續(xù)4周，在運(yùn)動(dòng)任務(wù)期間每天SCS刺激2小時(shí)。脊髓電刺激的干預(yù)導(dǎo)致力量（高達(dá)+180%）、步態(tài)質(zhì)量（平均步長(zhǎng):+40%）和耐力（6分鐘步行測(cè)試的平均變化:+26米）的改善，并伴有運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元放電率的增加。即使關(guān)閉SCS刺激，這些變化仍然存在。
探索性臨床研究設(shè)計(jì)
研究招募了3名下肢無(wú)力且能夠站立和行走的SMA患者（SMA01，SMA02，SMA03）。參與者接受臨時(shí)植入兩根（每側(cè)一根）八觸點(diǎn)硬膜外電極，持續(xù)29天（之后電極被移除;圖2a）。通過(guò)術(shù)中定位，將電極置于L1-S1脊柱節(jié)段上方，以接合支配腿部肌肉的后根（圖2a）。康復(fù)后，參與者進(jìn)行了19次步行、肌肉力量、耐力和電生理評(píng)估，旨在量化SCS的輔助和治療作用，并驗(yàn)證其作用機(jī)制（圖2b,c）。評(píng)估包括步行期間的3D運(yùn)動(dòng)學(xué)、脊髓肌電圖（EMG）、單關(guān)節(jié)等距扭矩、經(jīng)顱磁刺激（TMS）和功能磁共振成像（fMRI)。
圖2
SCS對(duì)肌肉力量的影響
研究通過(guò)比較SCS開啟和SCS關(guān)閉時(shí)髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)最大自主收縮時(shí)的等距扭矩，量化了SCS對(duì)強(qiáng)度的輔助作用。所有參與者都有嚴(yán)重的腿部肌肉無(wú)力（比健全者弱220倍）。當(dāng)SCS開啟（運(yùn)動(dòng)閾值，40 Hz）時(shí)，觀察到SMA01右髖關(guān)節(jié)屈曲時(shí)所有關(guān)節(jié)都有促進(jìn)作用（即伸展或屈曲：高達(dá)+31%，SCS OFF：19.8 Nm，SCS ON：25.9 Nm；圖3a-c）。
值得注意的是，研究發(fā)現(xiàn)，隨著時(shí)間的推移，SCS關(guān)閉后，幾乎所有腿部肌肉（13/16）都出現(xiàn)了很大的改善（圖3d-f），尤其是髖屈肌（圖3d，e），SMA01左髖屈曲從術(shù)前18.4 Nm到術(shù)后52.2 Nm。這些治療上的改善超過(guò)了輔助效果，并帶來(lái)了巨大的運(yùn)動(dòng)益處。例如，隨著輔助效果建立在新獲得的力量之上，SMA01可以在第4周脊髓刺激開啟時(shí)從跪姿站起來(lái)，SMA03可以在第四周從靠在桌子上站起來(lái)，這是兩名參與者在研究開始前都無(wú)法完成的任務(wù)。
圖3
SCS對(duì)步態(tài)的影響
為了評(píng)估SCS對(duì)行走等功能性任務(wù)的影響，使用3D運(yùn)動(dòng)學(xué)系統(tǒng)（Vicon；圖4a）測(cè)量了地面行走時(shí)髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的步高、步長(zhǎng)、步速和運(yùn)動(dòng)范圍（ROM）。與力量測(cè)試結(jié)果相似，所有參與者在SCS開啟后髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)活動(dòng)度都有所改善（圖4d），這表明對(duì)行走功能有促進(jìn)作用。此外，SMA01的步速有所提高（圖4b），SMA02的步高、步長(zhǎng)和步速有所改善（圖4b）。ROM的增加與肌肉激活的增加并行。
圖4
脊髓神經(jīng)刺激改變了運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的特性
在SMA中，運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元減少了Ia傳入神經(jīng)的突觸輸入，由于不應(yīng)期較長(zhǎng)，這會(huì)引發(fā)興奮性增加和低放電率。因此，如果SCS刺激確實(shí)逆轉(zhuǎn)了SMA中的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元功能障礙，那么運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元放電率的增加應(yīng)該與運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元興奮性的降低、不應(yīng)期的縮短和突觸輸入的增加并行。
經(jīng)過(guò)4周的SCS刺激后，研究發(fā)現(xiàn)（1）大部分運(yùn)動(dòng)單元的峰值放電能力顯著增加;（2）脊髓內(nèi)BOLD fMRI信號(hào)更強(qiáng);（3）TMS MEPs的大小大幅減少;（4）運(yùn)動(dòng)單元的不應(yīng)期較短;（5）感覺突觸的強(qiáng)度增加了。
這些綜合發(fā)現(xiàn)首次證明，SCS至少在刺激時(shí)（每天2小時(shí)）逆轉(zhuǎn)了SMA患者產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元功能障礙的不適應(yīng)變化。
