持续微电刺激改善周围神经损伤后手部功能的机制研究

Hand function recovery is the most difficult task in peripheral nerve injury treatment. Cortex reorganization and extending of adjacent areas is the main central mechanism.This adjacent area invasion could hardly fully recover even when peripheral nerve reinnervates target muscles. Previous studies demonstrated that continuous peripheral nerve electrical stimulation could prevent the functional areas of the cortex being occupied, but the central dynamic process and molecular mechanism have not been clarified yet. In the present study, we will make use of the homemade implantable peripheral micro electrical stimulation system to continuously stimulate the transected nerves that originally controlled hand. Combined use of fMRI and in vivo laser- electrophysiology was applied to outline the dynamic change process of forepaw somatosensory and motor cortical reorganization. The micro-PET molecular imaging method is used for the detection of the motor cortex NMDA/GABA receptors, especially the expression of NR2B subunit of NMDA receptors to reveal the synaptic plasticity mechanism. The present study will clarify that continuous perihpheral stimulation could protect the functional area of hand from invasion by adjacent areas and inhibitation of NR2B-related synaptic plasticity is the main molecular mechanism. This could be a new mehtod and theoretical basis for the intervention of hand function recovery after peripheral nerve injury.

周围神经损伤后手功能的恢复最为困难。其中枢机制是周围神经损伤后手部皮层功能区被邻近功能区皮层侵占，造成即使外周恢复后手部功能区仍旧无法恢复到正常。有研究发现,持续电刺激损伤的周围神经近端能够维持其相关大脑功能区不被侵占，但其功能区的动态变化过程及分子机制未阐明。本研究拟采用自主设计的半植入式周围神经微电刺激系统持续刺激切断的手部感觉、运动神经干，联合运用fMRI、在体激光-电生理检测技术动态观察前爪的体感、运动皮层重组性变化过程；并通过micro-PET分子影像学方法检测运动皮层NMDA/GABA受体的动态变化，尤其是NMDA受体的NR2B亚单位表达水平。预期结果是证实持续电刺激能够抑制周围神经损伤后手部功能区被侵占，其分子机制是抑制了NR2B相关的突触可塑性变化。这将为提高周围神经损伤后手功能的恢复提供全新思路和理论基础。

周围神经严重损伤，尤其是高位损伤，常因恢复时间长、恢复效果差导致严重后遗症，给社会家庭造成沉重负担。中枢功能代表区被侵占造成的恢复瓶颈是其重要因素之一。如何抑制中枢的不良失传入重塑成为进一步功能恢复的重要一环。本研究通过持续微电刺激的手段，尝试抑制延期修复的正中神经尺神经损伤手功能失用模型的中枢有害重塑，并深入探讨其相关机制。研究分三个层面。首先通过构建延期修复的大鼠正中神经尺神经离断伤模型模拟高位神经损伤，给予损伤肢体持续微电刺激干预，通过行为学组织学等判断神经再生情况。再通过micro-PET判断中枢失传入重塑是否被抑制，并寻找相关的中枢作用位点。最后进一步探索相关的分子机制。本研究成功构建带半植入电极装置的延期修复手功能区失传入模型，并给予持续微电刺激，4周后拆除刺激装置并移植双侧腓肠神经修复正中神经、尺神经，以避免电刺激对神经生长的直接促进作用。电刺激组比假刺激对照组在肌肉神经重支配时间上具有明显统计学优势，电刺激不增加痛觉过敏的发生率。组织学切片证实了神经再生的情况。功能影像学研究发现电刺激组的患肢手功能相关的运动皮层兴奋性明显高于对侧，并高于假刺激组，有统计学差异（p<0.05）。电刺激组较对照组双侧丘脑VPL核团位置均出现有统计学意义的代谢降低，提示丘脑VPL部位受到抑制。在分子机制研究上，不论是脊髓层面还是运动皮层，BDNF和GDNF在刺激过程中均出现与刺激时程相关的有统计学意义的显著升高。对各组运动皮层做NR2B相关的蛋白印迹分析，未发现统计学差异，提示微电刺激抑制手功能区被占据从而促进功能恢复的中枢机制可能不在于NR2B受体亚基的调控上。结论：持续微电刺激可以有效抑制周围神经损伤后导致的失传入有害中枢重塑，在脊髓、丘脑、皮层等多个层面上调控通路反应的变化，促进BDNF、GDNF等神经生长因子的分泌，促进神经再生及功能恢复。