小布解读 | “一侧半球管双手”，CC7移位术为治疗脑损伤提供新策略！

8月31日，华山医院手外科徐文东教授团队在Science子刊Science Advances在线发表《Crossing nerve transfer drives sensory input–dependent plasticity for motor recovery after brain injury》一文，首次在成年小鼠中建立了神经移位诱导功能恢复实验模型，并揭示了连接同侧感觉皮层和瘫痪前肢功能通路的形成机制。

为了建立CC7手术治疗单侧创伤性脑损伤小鼠模型，研究人员首先使用电子大脑皮质挫伤撞击仪(eCCI)损伤左半球感觉运动皮质，然后在急性损伤期结束后，切断左侧（健侧）C7神经远端和右侧（患侧）C7神经近端，通过显微手术将左侧C7神经根缝合至右侧C7神经根。

电子显微镜、电刺激、RV逆行示踪结果显示，CC7术后6周，左侧C7神经纤维再生，并通过传入纤维和传出纤维在功能上有效地传导运动和感觉信号，成功支配右前肢。

将小鼠分为未损伤+假手术组、TBI+假手术组和TBI+CC7组。对于假手术，选择性地切断左侧C7神经。术后12周内，每2周以双盲的方式进行一次行为测试。此外，在术后12周切除移位的C7神经，每2周进行一次行为测试。行为测试包括检测大肌肉运动技能的旷场试验和旋转试验，检测精细动作运动技能的单丸到达试验、圆筒试验和网格行走试验。结果表明，除了移位的C7神经通路（对侧通路）外，其他神经通路也有助于受损前肢大肌肉运动功能恢复。受损前肢的大肌肉运动功能在术后12周基本恢复，说明此时新的神经通路基本形成。

为了探讨CC7手术后控制患侧前肢大肌肉运动功能神经元是否发生改变，以及如何改变，研究人员在术后12周将编码EGFP的伪狂犬病毒(PRV)多位点注射到受损前肢肌肉。结果显示，与TBI+假手术组相比，TBI+CC7组健侧C7段的脊髓背角和腹角神经元更多，说明移位的C7神经成功介导了受损前肢对侧神经的支配。对侧未受损大脑皮层神经元标记情况显示，CC7手术后对侧皮层被分隔成了未受损前肢功能区和受损前肢功能区，并且大多数受损肌肉受对侧感觉皮层支配。

CC7手术后12周，受损前肢通过对侧移位的C7神经和同侧BP神经与对侧皮层连接，同侧BP神经包括C5、C6、C8、T1神经。PRV逆行示踪结果显示，对侧移位的C7神经和同侧BP神经被追踪的神经元主要位于S1皮层。结果表明，在运动功能恢复后，S1皮层神经元不仅通过对侧通路(对侧C7)，也通过同侧通路(C5、C6、C8和T1)与受损前肢相互连接。

为了检测CC7手术后对侧皮层功能重新定位情况，研究人员通过在Thy1-GCamp6s小鼠中进行宽场钙成像来确定SFA对感觉刺激的反应。结果表明，CC7手术可以将感觉输入从受损前肢传递到对侧感觉运动皮层内侧SFA。通过光遗传学操控对侧皮质的活动，并记录术后Thy1-ChR2小鼠在多个时间点前肢肌肉的肌电图(EMGs)，研究人员评估了双侧前肢的皮质运动表征。结果显示，在术后12周，右前肢SFA被重新定位到对侧感觉运动皮层的内侧部分，而运动反应区被重新定位到感觉运动皮层的外侧部分。

为了研究不同实验组运动反应区皮层神经元的投射模式，研究人员将两种腺相关病毒AAV-CaMKII-ChR2-EYFP和AAV-CaMKII-ChR2-mCherry分别注射到TBI+CC7组和TBI+假手术组小鼠的SFA和RFA中。结果表明，交叉神经移位术促进了轴突从未受损SFA皮质神经元萌发到脊髓去神经侧，从而加强了受损前肢的神经支配。

为了确定CC7手术后皮质脊髓神经元(CSNs)的分布模式，将两种腺相关病retro-AAV-EGFP和retro-AAV-tdTomato分别注射到第七颈脊髓的健侧和受损侧。结果显示，CC7手术后被tdTomato标记的同侧投射皮质脊髓神经元(ipsiCSNs)数量显著增加。值得注意的是，大多数被tdTomato标记的ipsiCSNs同时也被EGFP标记，表明这些神经元最初与健侧的脊髓相连，然后通过侧枝发芽与受损的前肢重新连接。化学遗传学实验结果显示，ipsiCSNs在维持已恢复精细动作技能中起着至关重要的作用。

为了进一步探讨移位的C7神经(对侧投射CST，conCST)功能，在CC7手术后2周即移位的C7神经尚未完全支配受损前肢时及CC7术后8周，切除了CC7手术连接部位远端的神经。行为测试、顺行示踪和光遗传等结果显示，移位的C7神经(conCST)对术后早期功能恢复起着至关重要的作用，并促进了ipsiCST的形成，而患侧前肢行为的改善对C7神经的依赖性较小。宽场钙成像、行为测试和顺行示踪结果，进一步证实了之前的发现(见“CC7手术使未受损的SFA重新映射到皮层运动区”部分)，表明移位的C7神经（对侧通路）将感觉刺激从患侧传递到SFA，诱导可塑性，形成同侧通路，最终促进精细动作运动功能的改善。

接下来，研究人员对SFA组织进行RNA测序(RNA-seq)来研究交叉神经移位术的分子机制。结果表明，交叉神经移位术通过诱导成人神经可塑性来发挥作用，特别是诱导轴突投射的发生和延伸，这是一系列涉及大脑发育和修复的过程。为了鉴定SFA皮层锥体神经元的特异性分子靶点，对CC7手术组和TBI组小鼠SFA脑区细胞进行了单核RNA测序(snRNA-seq)，结果表明，交叉神经移位术引起SFA脑区可塑性改变是通过改变中间神经元和锥体神经元功能来实现的。

综上所述，CC7手术改善单侧皮质损伤成年小鼠受损前肢运动功能的机制是手术后重建的同侧感觉输入，来自于瘫痪手的感觉信息上行传递到健侧大脑的感觉皮层，诱发皮质脊髓束发生大量侧枝生长，重新建立了同侧下行通路。同侧感觉输入作为触发器，可以激发神经可塑性，从而实现脑损伤后的运动康复。这一发现对脑科学研究的科学意义重大，同时为治疗一侧脑损伤提供了一种全新策略。

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