一种药物帮助神经修复，让脊髓损伤后恢复功能

目前尚无促进脊髓损伤后神经修复的有效疗法，这是一个亟待满足的医疗需求。研究团队此前发现，在小鼠成年脊髓损伤后，负责人类自主运动的最重要运动系统——皮质脊髓投射会退回到胚胎期转录状态，此时皮质脊髓轴突能再生进入损伤部位的神经干细胞移植物中。

利用已建立的生物信息学方法、计算机筛选和成人运动皮层神经元培养的中通量模型，研究团队旨在寻找能复制皮质脊髓神经元再生转录状态的药物和小分子。首先，他们将损伤后再生的皮质脊髓转录组与包含数千种已在人体测试过的药物和小分子的公开数据库Connectivity Map（CMap）进行比较。通过计算机筛选，识别出几种在不同程度上模拟皮质脊髓再生转录组的化合物。随后，在新开发的成人皮质运动神经元体外筛选模型中测试这些候选化合物，发现主要作为中性内肽酶抑制剂的小分子硫代orphan（分子量253 Da）在支持总神经突生长和最长神经突长度方面效果最佳。

接着，研究团队在成年大鼠严重双侧颈中脊髓损伤后2周（一个具有临床相关性的干预时间点）测试硫代orphan促进轴突再生和功能恢复的能力。值得注意的是，硫代orphan治疗与神经祖细胞（NPC）移植相结合，显著改善了脊髓损伤后的功能恢复，且硫代orphan给药显著增强了皮质脊髓轴突向干细胞移植物中的再生。为探索硫代orphan的真正转化潜力，研究人员在成年食蟹猴运动皮层和56岁人类皮层神经元的原代培养中测试其效果，结果再次显示硫代orphan显著促进了神经突生长。

研究采用了五步药物发现流程以确定增强神经修复的候选药物，该流程路径简化，可通向人体测试：第一步，构建转录组数据集（此处使用能再生的皮质脊髓运动神经元转录组）；第二步，利用CMap进行计算机分析，寻找转录组变化与再生状态相似的化合物；第三步，中通量体外筛选（使用成人运动皮层神经元培养，相比胚胎或永生化细胞系更能反映成熟神经系统反应）；第四步，在脊髓损伤模型中进行体内验证；第五步，在成人灵长类（包括人类）皮质神经元培养中验证（因灵长类和人类神经元资源稀缺，此步骤放在体内测试之后，人类神经元样本来自肿瘤切除手术中的正常皮层活检）。

计算机分析基于 connectivity score（相似度，+1最相似）、reliability score（可靠性）和 specificity score（特异性）筛选化合物，硫代orphan等得分较高。体外筛选显示，硫代orphan在250μM剂量下使成人小鼠皮质神经元总神经突生长增加80%（P<0.001），最长神经突长度增加30%（P<0.001），呈剂量依赖性，而其他候选药物效果不显著或无效果。体内实验中，硫代orphan+NPC移植组在严重C5双侧挫伤模型中，前肢 pellet 抓取成功率较损伤对照组提高两倍（P=0.005），抓取准确率达60%（对照组30%，P=0.001），且皮质脊髓轴突向移植物中的再生增加60%（P<0.05），免疫荧光显示再生轴突与移植神经元形成突触样结构。灵长类和人类神经元测试中，硫代orphan使成年猴运动皮层神经元总神经突生长增加36%（P<0.001）、最长神经突长度增加61%（P<0.0001），使56岁人类皮层神经元总神经突生长增加30.3%（P<0.0001）、最长神经突长度增加23.0%（P=0.016）。

机制研究方面，猕猴运动皮层细胞RNA测序显示，硫代orphan处理后177个基因表达变化±1.5倍，其中16/29个生物学过程与发育相关（如神经元发育、神经系统发育、突触组装）。大鼠皮质内输注硫代orphan后，损伤区域脑源性神经营养因子（BDNF）和磷酸化AKT表达增加，这些分子在神经发育和成功再生中水平较高，支持硫代orphan通过改变细胞的发育、代谢和信号状态影响神经元再生的机制。

该研究表明，生物信息学驱动的方法结合体外筛选、体内测试和灵长类体外验证是一种新的药物发现途径。硫代orphan此前曾因其他疾病适应症进行过人体测试，这增强了其作为脊髓损伤疗法开发的可行性。这种基于已在人体测试过的化合物（可降低安全性风险，因约一半临床试验失败源于安全性问题）的研究平台，可广泛应用于其他中枢神经系统疾病，为中枢神经系统损伤和神经退行性疾病开发新候选药物。