作者：解放军总医院京中医疗区全科诊室     李然

脊髓损伤是一种严重的破坏性疾病，会导致脊髓功能暂时或永久性改变，具有发病率高、医疗成本高、残疾率高和发病年龄低的特点。根据病理生理机制，急性脊髓损伤可分为原发性损伤和继发性损伤。文献报道，中国共有创伤性脊髓损伤患者约76万例，每年新发约6万例。然而，脊髓损伤的治疗方案有限，迫切需要了解脊髓损伤的分子机制，为治疗提供有益线索。转录组分析为揭示人类疾病的关键生物过程提供了有利证据，不仅有助于发现疾病发生发展的潜在机制，更能为疾病的分子诊断和临床治疗提供新方向。近年来，越来越多的学者应用转录组测序技术研究脊髓损伤后中枢神经系统的细胞和分子异质性以及结构变化。本文对转录组学技术在脊髓损伤中的应用进行综述，以期为临床治疗提供新思路。

揭示人类脊髓发育机制

Shi等利用单细胞RNA测序(scRNA-seq)和空间转录组测序技术，对妊娠早期至晚期发育中的人类脊髓进行全面时空转录组分析，揭示了人类脊髓发育过程中祖细胞转录因子的调控，提供了发育中人类脊髓早期神经源性和胶质源性事件的详细视图，阐明了发育中人类脊髓背角神经发生的早期和晚期波，并将妊娠第8周确定为背角发育关键期。此外，他们深入分析了负责发育的人类脊髓中运动神经元多样化的遗传程序，通过scRNA-seq和全基因组关联研究确定，发育中人类脊髓的一组疾病相关小胶质细胞样小胶质细胞群与肌萎缩侧索硬化症存在联系，为治疗神经退行性疾病提供了有潜力的替代方案，对人类脊髓发育的时空转录组格局和潜在的分子机制提出重要见解。

挖掘脊髓损伤生物标志物

Li等为探索脊髓损伤的详细分子机制和生物标志物，在基因表达综合数据库下载GSE125630的基因表达谱以筛选差异表达基因（DEG）。他们在挫伤性脊髓损伤组和未损伤的对照组中鉴定出122例DEG，在完全横断组和对照组中鉴定出409例DEG，蛋白质相互作用网络研究了包括肾上腺皮质激素释放激素、酪氨酸羟化酶和神经降压素的16个特征基因，并最终构建出包含9个转录因子和10个特征基因的转录因子-靶基因相互作用网络。构建竞争性内源性RNA网络对发现更多与脊髓损伤相关的生物标志物具有重要意义。Gong等在GSE45006和GSE20907数据集中分别发现3336和1453个差异表达RNA，随后他们构建了脊髓损伤相关的竞争性内源性RNA调控网络，鉴定出脊髓损伤的关键生物标志物，它们是8种信使RNA（mRNA），即干扰素γ受体1、信号转导及转录激活蛋白2、细胞色素b-245β链、活化T细胞核因子胞质成分1、Fcγ受体Iib、血红素氧合酶1、Toll样受体4、己糖激酶2以及RGD1564534的长链非编码RNA（lncRNA）和微RNA（miRNA）miR-29b-5p。Wang等为研究lncRNA在脊髓损伤发病中的确切作用机制，通过基因表达综合数据库构建由13个lncRNA、93个mRNA和9个miRNA节点组成的lncRNA-miRNA-mRNA调控网络，并根据节点度识别出3个节点lncRNA，即XR_350851、NR_027820和XR_591634，再进行富集分析发现，它们分别与自噬、细胞外通讯和转录因子网络相关。

鉴别脊髓损伤细胞群的异质性

细胞反应是脊髓损伤的病理生理基本单位，其具有时空特征，阐明不同细胞群的反应机制对寻找有效的脊髓损伤干预靶点具有重要意义。scRNA-seq数据可以揭示细胞类型的分子多样性。Russ等基于单细胞转录组数据，首次将可用数据集统一于1个共同参考框架中，生成了脊髓细胞类型图谱。他们报道了出生后细胞类型关系的层次结构和最高层次组织的位置，以及神经递质状态、家族和数十个精炼的群体；验证了每种神经元细胞类型的组合标记代码，绘制了它们在成人脊髓中的空间分布图，展示了出生后细胞类型之间复杂的谱系关系。Milich等首次将scRNA-seq技术应用于小鼠胸挫伤模型，对第1、3、7天受伤和未受伤脊髓中的细胞类型进行评估，表征了多种细胞类型及其亚型的独特分子特征，并确定了急性期损伤诱导亚群的短暂出现。他们的研究对早期脊髓损伤病理学以及其他中枢神经系统创伤性损伤提出新颖和全面的见解。

神经胶质细胞在协调脊髓损伤反应中具有至关重要的作用。Li等结合bulk-RNA和scRNAseq技术证明脊髓损伤后存在3个关键时期，发现沿着脊髓损伤后时间轴的12种主要细胞类型的病理变化，提出小胶质细胞是中枢神经系统修复的潜在治疗靶点。Hou等使用scRNA-seq技术，对小鼠半横断脊髓手术后0.5、1、3、7、14、60和90d的未受伤脊髓组织和损伤中心附近受损组织进行研究，对其星形胶质细胞构建转录组谱，确定了6种转录上不同的星形胶质细胞状态，揭示了这些星形胶质细胞亚型在脊髓损伤不同阶段高表达基因的演变。Wu等使用scRNA-seq方法研究少突胶质细胞谱系的异质性，揭示了脊髓损伤后不同时间点的功能变化和细胞相互作用，预测了可能发挥关键调控作用的转录因子Junb，证明Junb几乎仅在成熟的少突胶质细胞中起作用，为研究少突胶质细胞的转录机制提供了潜在靶点。

筛选脊髓损伤潜在治疗靶点

生物小分子、干细胞、生物活性物质和物理调控等途径可以促进新生神经元产生和中间神经网络形成，有利于脊髓损伤功能恢复。转录测序技术的应用为复杂疾病的分子机制研究提供了新的技术和方向，也为更好地治疗疾病提供了新的思路和策略。

探寻潜在治疗靶点       高通量测序易于发现免疫中枢基因和区分免疫细胞异质性，因而广泛应用于生物学领域。Zhang等采用微阵列技术在大批量RNA测序数据集GSE5296和GSE47681中筛选出β2微球蛋白（B2m）、整合素β5亚基（Itgb5）、Vav鸟苷酸交换因子1（Vav1）等脊髓损伤后亚急性期的关键免疫基因，随后在scRNA-seq数据集GSE189070中鉴定出10个细胞簇。分子对接表明，地西他滨能够准确结合这些关键免疫基因对应的蛋白，通过改变巨噬细胞/小胶质细胞极化状态促进脊髓损伤小鼠的脊髓再生。Jiang等采用RNA-seq技术研究脊髓损伤大鼠的mRNA表达谱，筛选出1965个DEG，随后使用加权基因共表达网络分析鉴定出10个共表达模块和5个枢纽基因。进一步的模块功能分析显示，脊髓损伤与免疫反应、细胞分裂、神经元投射发育和胶原纤维组织生长发育有关，为脊髓损伤的分子机制和治疗靶点提供了新见解。

Martins等通过荧光激活细胞分选对挫伤小鼠脊髓进行scRNA-seq分析，以探讨创伤性损伤后的血管反应。他们发现，损伤后第7天由细胞、内皮细胞和周细胞损伤诱导的白细胞分化抗原9（CD9）、肌球蛋白调节轻链相互作用蛋白（MYLIP）在损伤的尾侧高度表达，未来针对CD9和（或）MYLIP的策略可能通过减少炎症反应和改善脊髓再生微环境来保持血-脊髓屏障的完整性。Patel等[18]通过RNA-seq技术发现基因同源框蛋白（Gsx1）诱导的转录组调控与内源性神经干/祖细胞的传导及激活、神经元分化、抑制星形胶质细胞增生和瘢痕形成相关，确定了Gsx1基因治疗脊髓损伤和中枢神经系统其他部位损伤的潜力。多刺小鼠在严重脊髓损伤后能够自发和快速地恢复功能并重建后肢协调。Nogueira-Rodrigues等对多刺小鼠转录组重建后的脊髓转录组学分析显示，多刺小鼠能重新连接糖基化生物合成途径，最终在脊髓损伤位点产生特定的促再生蛋白聚糖信号，并确定一种硫酸角蛋白生物合成的关键酶β3gnt7为轴突生长的促进剂。

研究分子治疗机制       沉默调节蛋白1（SIRT1）能在内皮细胞中大量表达并促进内皮稳态，但其在脊髓损伤后血-脊髓屏障功能中的作用仍不清楚。Jiang等使用RNA-seq技术鉴定出1种氧化还原蛋白p66Shc作为SIRT1的潜在靶标。进一步的研究表明，SIRT1可以在脊髓损伤后通过脱乙酰化p66Shc减少内皮活性氧的产生并减轻血-脊髓屏障的破坏。许多研究已经证实了烟酰胺单核苷酸在神经系统疾病中的神经保护作用，但其在脊髓损伤中的作用及其分子机制尚未完全阐明。Zhang等通过RNA-seq技术系统分析全局基因表达，发现烟酰胺单核苷酸可以抑制炎症反应并调节白细胞介素（IL）-17、肿瘤坏死因子、toll样受体和趋化因子等相关信号通路，从而促进神经恢复。

近年来，间充质干细胞分泌的纳米级外泌体显示出促进脊髓损伤后功能恢复的巨大潜力。Liu等进行了miRNA微阵列分析，显示在缺氧条件下miR-216a-5p富集最多，并可能参与缺氧介导的小胶质细胞极化。周细胞可通过旁分泌信号促进血管修复。Gao等基于测序分析发现，脊髓损伤小鼠周细胞来源的外泌体miR-210-5p表现出高基础表达水平并显著上调；随后在小鼠体外实验中发现，miR-210-5p通过抑制Janus激酶（JAK）1/信号转导及转录激活因子（STAT）3信号通路调节内皮屏障功能，促进脊髓损伤后血-脊髓屏障的恢复。

开发多种治疗方案       脊髓损伤常伴有轴突断裂、神经元死亡、免疫细胞浸润、炎症反应和神经胶质瘢痕形成等，使神经元和轴突的再生受到强烈阻碍。近期，许多生物材料被设计出来，将其移植到损伤部位后可以传递药物或因子，并加速神经元再生。Zhu等通过RNA-seq技术和独创性通路分析发现，转化生长因子（TGF）-β受体2是纳米层双氢氧化物（LDH）抑制炎症反应和加速神经再生的关键基因，LDH可促进内源性神经干/祖细胞中TGF-β受体2的表达，促进其前体细胞1增殖。他们研究开发了Mg/Al-LDH功能性生物材料，用于构建有利于脊髓损伤恢复的免疫微环境。He等通过RNA-seq技术发现，神经肽前体VGF（神经生长因子诱导型）是Gel-Exo加速脊髓损伤恢复的关键调节因子，VGF介导的少突胶质细胞生成机制使Gel-Exo可用作脊髓损伤修复的生物相容性材料。

光生物调节也被称为低强度激光治疗，是经典的非侵入性物理治疗方法，具有抗炎和组织修复作用。Ju等对M1极化的小鼠骨髓巨噬细胞应用低强度激光治疗，并用转录组测序构建光生物调节巨噬细胞极化的差异基因表达谱，发现光生物调节可能通过miR-330-5p/STAT3通路发挥其生物学效应，促进脊髓损伤修复。Zhang等通过转录组测序分析发现，光生物调节可能通过趋化因子配体-10（CXCL10）和核因子-κB信号通路治疗脊髓损伤后的神经病理性疼痛。太赫兹辐射是一种新兴技术，在中枢神经系统疾病治疗中具有潜在的应用前景。Xu等为确定太赫兹对脊髓损伤的影响，采用RNA-seq筛选出DEG并进行富集分析，发现太赫兹辐射可能通过炎症反应、免疫调节和IL-17信号通路相关的基因来促进脊髓损伤的修复。

结语

随着对脊髓损伤后分子病理机制认识的深入，不同类型干预策略在动物模型上的安全性和有效性得到验证。然而，由于脊髓损伤病理机制的复杂性、神经再生能力的局限性，以及动物实验成果难以转化为临床应用等局限，脊髓损伤治疗仍然是艰巨的挑战。目前，单一的转录组学方法难以全面阐述脊髓损伤的致病和治疗机制，还需结合代谢组学、蛋白组学等进行更全面的研究，对关键功能基因表达及调控规律进一步探索。

来源：国际骨科学杂志2025年3月第46卷第2期

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