《Brain and Behavior》：Changes in Spinal Neural Circuit Plasticity in a Rat Sciatic Nerve Transection Model
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本研究通过大鼠坐骨神经横断（SNT）模型，系统揭示了外周神经损伤后腰椎脊髓中皮质脊髓束（CST）、运动神经元及胆碱能中间神经元（CINs）的形态学可塑性变化。结果表明，SNT虽未引起CST轴突数量与体积的显著改变，但导致运动神经元胞体体积萎缩（6周时减少29%）及其vGlut1与vAchT突触输入大幅削减；同时，CINs的vGlut1突触输入显著增加，且内侧CINs在6周时出现细胞数量减少与突触输入代偿性增强的异质性调控。该研究为解析外周神经损伤后脊髓级神经回路重构提供了关键形态学证据。
摘要
本研究旨在探讨大鼠坐骨神经横断（SNT）后腰椎脊髓中皮质脊髓束（CST）、运动神经元及胆碱能中间神经元（CINs）的可塑性变化。通过神经示踪与免疫组化技术，定量分析SNT后2、4、6周轴突数量、胞体体积及突触输入的变化。结果显示，CST轴突未发生显著改变；运动神经元胞体体积在6周时减少29%，vGlut1与vAchT突触输入分别下降82–93%与27–42%；而CINs的vGlut1突触输入显著增加，且内侧CINs在6周时出现细胞数量减少与突触输入增强的局部特异性调控。表明SNT后脊髓运动回路与调制回路发生异质性重构。
1 引言
神经可塑性是中枢神经损伤后功能恢复的关键机制。临床干预如早期康复与经颅磁刺激已证实可促进可塑性。然而，外周神经损伤后，尽管轴突再生是重要恢复途径，但功能恢复常不理想。既往研究多聚焦于运动神经元存活或瓦勒变性调控，但对神经损伤后可塑性变化的认识仍有限。
本研究通过SNT模型，结合示踪标记与免疫染色，系统分析腰椎脊髓中CST（作为中枢损伤后可塑性的关键通路）与CINs（通过vAchT突触调节运动输出）的形态学变化。旨在阐明外周神经损伤后脊髓级神经回路的突触与细胞可塑性特征。
2 材料与方法
2.1 实验动物与SNT手术
选用5周龄雌性Wistar大鼠，分为假手术组（Sham）与SNT术后2、4、6周组。SNT手术包括左坐骨神经横断、近端结扎埋入肌肉，远端缝合固定以抑制再生。所有动物饲养条件一致，无自残行为发生。
2.2 神经示踪
前向示踪采用脑皮质注射生物素化葡聚糖胺（BDA）标记CST轴突；逆向示踪通过坐骨神经注射氟金（FG）标记运动神经元。示踪时间点与灌注固定时间匹配以确保标记有效性。
2.3 免疫组化染色
取L4–5脊髓节段，制备50 μm厚切片，进行vAchT与vGlut1免疫荧光染色，并通过共聚焦显微镜成像。针对CST、运动神经元及CINs分别设定成像参数与区域。
2.4 图像分析
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CST定量：通过NIS-Elements软件重建轴突三维结构，计算背柱轴突数量、灰质内轴突体积及穿入灰质的轴突数量。
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运动神经元分析：利用IMARIS软件重建FG标记的胞体与vAchT/vGlut1突触，量化胞体体积、表面积及突触密度。
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CINs分析：按距中央管距离分为内侧（<100 μm）与外侧（100–400 μm）CINs，统计细胞数量、胞体尺寸（长/短径）及突触输入数。
2.5 统计分析
采用单因素方差分析（ANOVA）与Dunnett事后检验，以Sham组为对照，显著性阈值设为p< 0.05。
3 结果
3.1 CST轴突数量与体积无显著变化
SNT后各时间点，CST在背柱的轴突数量、穿入灰质的轴突数量及灰质内轴突体积均未出现统计学差异，表明腰椎水平CST未发生明显可塑性重组。
3.2 运动神经元胞体体积与突触输入减少
SNT后运动神经元胞体体积在6周时显著减少29%，表面积减少18%。vGlut1突触输入自2周起下降82–93%，vAchT突触输入减少27–42%。突触密度分析显示类似趋势，提示SNT引发运动神经元萎缩与突触剥离。
3.3 CINs突触输入增加且具局部特异性
总CINs数量在6周时呈下降趋势（p= 0.092），但vGlut1突触输入在2周与6周显著增加，vAchT输入在2周与4周升高。按位置细分后：
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外侧CINs：细胞数量无变化，vGlut1突触输入自2周起增加98–68%，vAchT输入趋势性升高但未达显著性。
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内侧CINs：6周时细胞数量减少44%，vGlut1突触输入增加107%，vAchT输入无显著变化。
胞体尺寸分析显示外侧CINs大于内侧，但SNT未引起尺寸显著改变。
4 讨论
本研究首次系统描绘了SNT后腰椎脊髓中CST、运动神经元与CINs的时空可塑性图谱。CST的稳定性提示外周损伤未直接触发脊髓级下行通路重组；而运动神经元的突触剥离与萎缩印证了既往报道的“突触剥离”现象。CINs的异质性反应尤为突出：外侧CINs可能通过增加vGlut1输入代偿感觉输入缺失，内侧CINs则可能因微介导的细胞丢失或神经递质表型转换（如乙酰胆碱向GABA切换）出现数量减少与输入代偿性增强。
局限性包括缺乏行为学关联分析、仅使用年轻雌性动物、未实现CINs胞体三维重建等。未来需结合多年龄/性别模型、电生理与行为学验证，并探索微glia与神经递质动态在可塑性中的作用。
5 结论
SNT未诱导CST显著变化，但引发运动神经元与CINs的突触与细胞水平可塑性重构，且CINs反应具局部特异性。本研究为解析外周神经损伤后脊髓回路重塑提供了形态学基础，为靶向神经可塑性的治疗策略开发提供新视角。
