background image

Journal Pre-proof

iScience Therapeutic Potential of 5HT2CR in Alleviating Spasticity and Pain via

Modulation of Motor Neurons and Interneurons in Spinal Cord Injury

Han Gong, Zuliyaer Talifu, Yu-Zhe Sun, Zhao-Ming Yue, Xiao-Xia Du, Liang-Jie Du

PII:

S2589-0042(25)01750-X

DOI:

https://doi.org/10.1016/j.isci.2025.113489

Reference:

ISCI 113489

To appear in:

iScience

Received Date: 19 November 2024
Revised Date: 15 June 2025
Accepted Date: 29 August 2025

Please cite this article as: Gong, H., Talifu, Z., Sun, Y.-Z., Yue, Z.-M., Du, X.-X., Du, L.-J., iScience

Therapeutic Potential of 5HT2CR in Alleviating Spasticity and Pain via Modulation of Motor Neurons and

Interneurons in Spinal Cord Injury 

iScience

 (2025), doi: 

https://doi.org/10.1016/j.isci.2025.113489

.

This is a PDF file of an article that has undergone enhancements after acceptance, such as the addition

of a cover page and metadata, and formatting for readability, but it is not yet the definitive version of

record. This version will undergo additional copyediting, typesetting and review before it is published

in its final form, but we are providing this version to give early visibility of the article. Please note that,

during the production process, errors may be discovered which could affect the content, and all legal

disclaimers that apply to the journal pertain.

© 2025 Published by Elsevier Inc.

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

 

iScience 

 

Therapeutic  Potential  of  5HT2CR  in Alleviating  Spasticity 

and Pain via Modulation

 

of Motor Neurons and Interneurons 

in Spinal Cord Injury

 

 

Han Gong

1,2,3,4,6

, Zuliyaer Talifu

5,6

, Yu-Zhe Sun

1,3

, Zhao-Ming Yue

1,3

, Xiao-Xia Du

1,4

, Liang-

Jie Du

1,3,7* 

 

1 School of Rehabilitation, Capital Medical University, Beijing, China   

10 

2 School of Biological Science and Medical Engineering, Beihang University, Beijing 

11 

3  Department  of  Spinal  and  Neural  Functional  Reconstruction,  China  Rehabilitation  Research 

12 

Center, Beijing, China 

13 

4  School  of  Rehabilitation  Sciences  and  Engineering,  University  of  Health  and  Rehabilitation 

14 

Sciences, Qingdao, China 

15 

5 School of Population Medicine and Public Health, Chinese Academy of Medical Sciences/Peking 

16 

Union Medical College, Beijing, China     

17 

6 These authors contributed equally   

18 

7 Lead contact 

19 

*Correspondence: duliangjie-ccmu@foxmail.com(L.J.D) 

 

20 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

 

SUMMARY 

21 

Numerous adverse outcomes can be resulted in limb spasm and spasticity that occur after  spinal 

22 

cord injury (SCI). Here, we used adeno-associated virus (AAV) vectors and Cre-driver transgenic 

23 

mice to selectively overexpress 5-hydroxytryptamine2C receptor (5HT2CR) in motor, GABAergic, 

24 

and Glutamatergic interneurons. Targeted overexpression in these neuronal populations attenuated 

25 

spasticity-like  responses  and  hindlimb  motor  deficits,  and  improved  sensory  abnormalities  and 

26 

affective disturbances. These behavioral improvements were associated with changes in potassium 

27 

chloride cotransporter-2 (KCC2), gamma-aminobutyric acid type A receptor (GABAAR), and N-

28 

methyl-D-aspartate receptor (NMDAR) expression in spinal cord tissue, indicating that the activity 

29 

of motor neurons is influenced by the expression of 5HT2CR. This work indicates that 5HT2CR 

30 

represents a promising target for alleviating spasticity and neuropathic pain after SCI. 

31 

 

 

32 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

 

INTRODUCTION 

33 

Muscle spasticity is a common complication of spinal cord injury (SCI), representing a sensory-

34 

motor  control  disorder  following  upper  motor  neuron  damage,  characterized  by  intermittent  or 

35 

persistent  involuntary  muscle  activation

1

. Approximately  two-thirds  of  SCI  patients  experience 

36 

varying degrees of muscle spasticity within the first six months after injury. Spasticity can result in 

37 

stiffness of the limbs, sleep disturbances, spasmodic pain, and even spastic paralysis, significantly 

38 

impacting patients' daily care, rehabilitation training, and quality of life

2-4

. Treatment for spasticity 

39 

after SCI encompasses both conservative and surgical interventions

5-7

. While the current therapeutic 

40 

modalities lack curative efficacy and exhibit inherent deficiencies 

8

, it is imperative to seek effective 

41 

relief and treatment methods for spasticity after SCI. 

42 

The integrity of the 5HT (5-hydroxytryptamine or serotonin) system in the spinal cord is crucial for 

43 

regulating  sensation  and  coordinating  motor  functions

9

.  Cental  serotonin  deficiency  impairs 

44 

sensory-motor recovery after SCI

10

. The severity of spinal cord injury correlates positively with the 

45 

extent  of  damage  to  5HT  neuron  axons,making  the  5HT  system  a  promising  target  for  treating 

46 

muscle spasticity post-injury

11,12

. Various 5HT receptors, such as serotonin 1A

13,14

, 1B

15

,, 2A

16

, 2B

17

47 

and  2C

18

,  have  been  investigated  for  their  therapeutic  potential  in  addressing  SCI  and  its 

48 

complications.Following SCI, disruption of 5HT projections results in reduced serotonin levels at 

49 

the injury site

19

. This depletion may lead to hypersensitivity or constitutive activation of specific 

50 

5HT receptors involved in spinal cord network regulation. To date, numerous strategies targeting 

51 

the  5HT  system  have  shown  potential  in  improving  motor  function  and  coordination  in  rodent 

52 

models of spinal cord injury. The 5HT system directly affects neuronal excitability, which depends 

53 

on the location and activation of 5HT receptors that modulate Na+, K+, and Ca2+ channel states

20

54 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

 

Furthermore,  the  5HT  system  regulates  glutamatergic  and  GABAergic  neurotransmissions, 

55 

indirectly influencing motor neuron excitability by acting on spinal interneurons

21

. Thus, enhancing 

56 

the 5HT system's function may alleviate sensory and motor deficits, reduce muscle spasms, and help 

57 

restore normal physiological functions following spinal cord injury. 

58 

The  mechanisms  of  spasticity  after  spinal  cord  injury  are  complex  and  still  debated.  These 

59 

mechanisms includes:1. hyperactivity of fusiform muscle movement;2. reduction of post-activation 

60 

depression (PAD);3. reduction of presynaptic inhibition;4. reduction of Ia reciprocal inhibition;5. 

61 

increased excitability of motor neurons;6. sustained activation of persistent inward currents (PICs);7. 

62 

differential  regulation  of  spinal  cord  neurons  by  descending  drive  from  monoamine 

63 

neurotransmitters;7. dysregulation of excitation/inhibition (E/I) input in interneurons

5

. However, the 

64 

direct cause of spasticity is the excessive excitability of motor neurons. Therefore, it is an urgent 

65 

challenge to balance excitatory and inhibitory signals, regulate motor neuron activity, and suppress 

66 

the occurrence and progression of limb spasticity, all while not hindering the recovery of motor 

67 

function after spinal cord injury. 

68 

The  regulation  of  the  descending  monoaminergic  system  may  be  a  crucial  breakthrough  for 

69 

achieving the aforementioned goals. Part of the cause of muscle spasticity following spinal cord 

70 

injury is associated with the loss of the brainstem-derived serotonergic system. It has been found 

71 

that  5HT2CR  can  regulate  motor  neuron  excitability  by  modulating  persistent  inward  currents 

72 

(PICs). Although this modulation can enhance muscle contraction function lost after SCI, it also 

73 

contributes to increased spasticity

22

74 

In our previous studies, a finding that piqued our interest. we used adeno-associated virus (AAV) to 

75 

overexpress  neurotrophin-3  (NT-3)  and  insulin-like  growth  factor-1  (IGF-1)  in  SCI  rats,  which 

76 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

 

alleviated hindlimb spasticity and showed an increasing trend in 5HT2CR expression

23

. Therefore,in 

77 

this  study,  we  evaluated  the  effects  of  overexpressing  5HT2CR  in  motor  neurons,  inhibitory 

78 

interneurons,  and  excitatory  interneurons.  A  transgenic  mouse  model  with  hindlimb  spasticity 

79 

following SCI, which carries the Cre enzyme gene, was used. By utilizing AAV viruses with DIO 

80 

elements,  5HT2CR was selectively overexpressed  in different types of neurons. The aim of this 

81 

study was to evaluate the differential impact of 5HT2CR  overexpression in these three  types of 

82 

neurons on motor function and spasticity symptoms in SCI mice. 

83 

We demonstrated that 5HT2CR overexpression can alleviate spasticity in a SCI mouse model. By 

84 

using transgenic mice, we successfully induced 5HT2CR overexpression in various types of spinal 

85 

cord  neurons.  Our  findings  show  that  overexpressing  5HT2CR  in  motor  neurons  significantly 

86 

improves  muscle  spasticity,  motor  function,  and  gait  during  the  chronic  phase  of  SCI,  while 

87 

overexpressing 5HT2CR in interneurons better alleviates neuropathic pain. 

 

88 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

 

RESULTS 

89 

AAV-Mediated 5HT2CR Gene Overexpression in Target Neurons: Focus on MNs and INs 

90 

This experiment is based on the theory of the Cre-LoxP system. Firstly, we engineered an AAV, 

91 

designated  HBAAV2/BBB-CAG-DIO-m-Htr2c-3xflag-ZsGreen,  with  the  capability  to  cross  the 

92 

blood-brain barrier. This AAV vector incorporates both the 5HT2CR gene fragment  and a green 

93 

fluorescent marker (Figure 1A-B).   

94 

To evaluate the effects of 5HT2CR on spasticity, motor function, and sensory processing following 

95 

SCI, we divided mice into five groups: the sham surgery group (laminectomy without SCI), the SCI 

96 

group, the Chat group (SCI with AAV-mediated overexpression of 5HT2CR in motor neurons), the 

97 

VGAT group (SCI with AAV-mediated overexpression of 5HT2CR in GABAergic interneurons), 

98 

and  the  Vglut-2  group  (SCI  with  AAV-mediated  overexpression  of  5HT2CR  in  glutamatergic 

99 

interneurons).  Mice  were  pre-trained  for  seven  days  prior  to  the  induction  of  the  SCI  surgery. 

100 

Following  laminectomy  at  the  T9  vertebral  level,  we  generated  the  SCI  model  by  delivering  a 

101 

vertical impact injury to the T10 spinal cord using a drop-weight device. On the second day post-

102 

injury(dpi), the AAV encoding 5HT2CR was diluted to 1.5×10^10 vg/mL (100-fold dilution) using 

103 

sterile 0.9% saline. This solution was then administered via tail vein injections into ChAT-IRES-

104 

Cre, VGAT-IRES-Cre, and Vglut2-IRES-Cre mice (Figure 1A-B). 

105 

Immunofluorescence  was  subsequently  utilized  to  co-label  ChAT,  VGAT,  and  Vglut-2, 

106 

demonstrating  successful  AAV  transduction  in  the  target  cells.  This  was  evidenced  by  the 

107 

examination  of  transverse  sections  of  the  lumbar  enlargement  spinal  tissue,  where  robust  green 

108 

fluorescent labeling was consistently observed across all experimental groups. At 28 dpi, one mouse 

109 

from each group was randomly selected for detailed immunofluorescence analysis. Quantitative co-

110 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

 

localization  analysis  revealed  that  most  of  the  green  fluorescent  markers  were  localized  in  the 

111 

expected target cells. These results provide strong evidence of targeted and efficient gene delivery 

112 

to ChAT, VGAT, and Vglut-2 expressing cells, validating the specificity and effectiveness of the 

113 

AAV-mediated transduction (Figure 1C). 

114 

H-reflex tests were conducted at weekly intervals to monitor changes in spasticity in the mice on 35 

115 

dpi and 56 dpi. Additionally, the locomotor function of the mice was evaluated on both 28 dpi and 

116 

56  dpi  using  the  Basso  Mouse  Scale  (BMS)  to  provide  quantitative  scoring.  On  56  dpi,  a 

117 

comprehensive assessment was performed, including Digit Gait Analysis for detailed gait metrics, 

118 

pain threshold measurements, and the Open Field Test (OFT) to evaluate anxiety and depression-

119 

related  behaviors.  These  evaluations  collectively  provided  a  thorough  assessment  of  the 

120 

neurological and functional recovery in the mice (Figure 1D). 

121 

The Effect of 5HT2CR Overexpression in MNs and INs on Spasticity 

122 

To evaluate spastic-like behavior, we measured the Hoffman reflex(H-reflex) in the hind limbs of 

123 

mice.  The  amplitude  of  the  H-reflex  decreases  with  increasing  stimulation  frequency  under 

124 

continuous stimulation, a phenomenon known as rate-dependent depression (RDD). We utilized the 

125 

RDD of the H-reflex to assess the extent of this suppression

24

. To investigate the changes in spastic-

126 

like symptoms in the hind limbs of these SCI mice, RDD of the H-reflex were measured at 35 dpi 

127 

and 56 dpi. 

128 

We recorded both the M-wave and the H-wave. The M-wave, which is generated by the activation 

129 

of motor axons, showed minimal variation among the different groups of mice. While the Ia sensory 

130 

fibers  mediate  the  excitation  of  motor  neurons  upon  stimulation,  resulting  in  a  delayed  H-wave 

131 

(Figure 1E-G). As the stimulation frequency increases, the amplitude of the H-wave diminishes. 

132 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

 

However, in injured mice exhibiting muscle spasms due to excessive excitation of motor neurons, 

133 

the  reduction  in  H-wave  amplitude  is  suppressed

25

.  Consequently,  as  the  stimulation  frequency 

134 

increases from 0.1 Hz to 5 Hz, animals with mild spasticity show a significant decrease in RDD, 

135 

whereas animals with severe spasticity exhibit the opposite pattern. 

136 

In this experiment, the average relative amplitude of the H-wave (H%) in mice decreased when the 

137 

stimulation  frequency  reached  or  exceeded  0.5  Hz. The  RDD  of  H-wave  in  the  SCI  group  was 

138 

significantly higher than injured mice in the other three groups which overexpressed 5HT2CR. At 

139 

35 dpi, the decrease in H-wave amplitude in the SCI group was not significant (RDD decreased 

140 

from 100% at 0.2 Hz to 89.73 ± 25.99% at 5 Hz). In contrast, the H% in the VGAT, ChAT, and 

141 

Vglut-2 groups was significantly lower than that in the SCI group (decreasing to 36.70% ± 26.20%, 

142 

58.59% ± 16.5%, and 46.93% ± 24.90% at 5 Hz, respectively, all P < 0.05 compared to SCI group) 

143 

(Figure 1G). Similar RDD patterns were observed at 56 dpi, with the SCI group showing 81.8% ± 

144 

21.80% at 5 Hz, compared to 22.80% ± 21.08% in the VGAT group ,23.80% ± 15.62% in the ChAT 

145 

group and 50.2%±10.77 % in the Vglut-2 group (Figure 1G). 

146 

These findings indicate that overexpressing 5HT2CR in both motor neurons and interneurons can 

147 

significantly reduce the excessive excitation of motor neurons. This, in turn, effectively alleviates 

148 

spastic symptoms observed in the hind limbs following SCI. 

149 

5HT2CR Overexpression in Motor Neurons Reduces Anxiety-Depressive Behaviors in SCI Mice 

150 

After  SCI,  anxiety  and  depressive-like  behaviors  are  commonly  observed,  and  these  negative 

151 

emotions may be exacerbated by muscle spasticity and pathological neuropathic pain. Serotonin, an 

152 

important target for treating anxiety and depression, has rapid antidepressant effects. The OFT is an 

153 

effective method for measuring locomotor activity and anxiety-like behavior

26

. Exploration of the 

154 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

 

center area is commonly considered an indicator of the anxiety and depression levels in mice. To 

155 

investigate  the  impact  of  overexpression  of  5HT2CR  in  different  types  of  neurons  on  anxiety 

156 

behavior following SCI, the OFT was used to observe the effects of 5HT2CR overexpression in 

157 

motor neurons or interneurons on the emotional state of spinal cord injured mice. The movement 

158 

trajectories of the mice in the open field were recorded (Figure 2C). The speed and distance traveled 

159 

by mice through the all area and the center area were evaluated. Meanwhile, attention was paid to 

160 

the number of times mice passed through the center area and the duration of their traversal in the 

161 

center area (Figure 2A-B). 

162 

The traversal velocity and distance across all areas for mice of ChAT, VGAT, and Vglut-2 groups 

163 

showed no significant improvement compared to those in the SCI group (p > 0.05). Specifically, the 

164 

Vglut-2 group demonstrated minimal variation across any observed metrics relative to the SCI group, 

165 

with  a  notable  reduction  in  velocity  through  the  central  area  (15.53  cm/s  ±  3.82  cm/s,  p  < 

166 

0.001). Contrastingly, during traversal of the central area, ChAT group mice exhibited a significantly 

167 

greater  velocity  compared  to  the  SCI  group(p  <  0.05).  No  significant  difference  in  speed  was 

168 

observed between the ChAT and Sham group (p > 0.05). Mice in the ChAT group traveled 175.31 

169 

mm ± 17.62 mm, which was significantly greater than the SCI group (83.83 mm ± 6.50 mm ,p

170 

0.001) but notably less than the Sham group (911.16 mm ± 164.55 mm ,p 

0.05)(Figure 2D-E). 

171 

The duration time in the center area of the open field for mice in the ChAT group was significantly 

172 

higher than that for mice in the SCI group (P = 0.0304) (Figure 2F) The ChAT group did not show 

173 

any significant difference in bouts in the center compared to both the Sham groups(p

0.05) (Figure 

174 

2G).   

175 

In  summary,  the  ChAT  group  mice  exhibited  better  exploratory  ability. An  effect  that  was  less 

176 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

10 

 

pronounced in the VGAT and Vglut-2 groups. These results indicate that overexpression of 5HT2CR 

177 

in  motor  neurons  alleviates  anxiety  and  depressive-like  symptoms  in  SCI  mice.  However, 

178 

overexpression of 5HT2CR in interneurons does not improve anxiety and depressive-like behaviors. 

179 

Modulation of Motor Function and Gait Dynamics Through 5HT2CR Overexpression 

180 

SCI results in motor impairments, primarily due to the loss of descending signals from higher central 

181 

centers  following  spinal  cord  transection.  Additionally,  spasticity  further  exacerbates  these 

182 

impairments,  specifically  affecting  movement  and  gait.  We  performed  a  multidimensional 

183 

evaluation of hind limb motor function in mice by integrating gait analysis with the DigiGait system 

184 

and BMS scoring

27,28

185 

Utilizing the DigiGait gait analysis system, we examined the impact of 5HT2CR overexpression in 

186 

distinct neuronal populations on mouse gait patterns (Figure 2H). Key gait parameters, such as stride 

187 

time, braking time, stance time, stride frequency, hindlimb stance width, and hindlimb step angle, 

188 

were rigorously analyzed. Due to poor recovery of motor function after injury, the SCI group mice 

189 

were unable to complete the gait recording process using the DigiGait system. The results showed 

190 

that  compared  to  the  control  group,  the  Vglut-2  group  exhibited  significant  differences  in  gait 

191 

parameters compared to the Sham group, particularly in stance time and braking time. The stance 

192 

time was significantly prolonged in the Vglut-2 group (P < 0.05 for the right hind limb

P < 0.01 

193 

for the left hind limb). Moreover, braking time was significantly extended in both hind limbs, with 

194 

a particularly pronounced increase in the left hind limb (P < 0.001), indicating suboptimal regulatory 

195 

effects in the Vglut-2 group (Figure 2I). 

196 

In contrast, the ChAT and VGAT groups demonstrated notable improvements across various gait 

197 

parameters, with no significant abnormalities observed in stance time or stride frequency (Figure 

198 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

11 

 

2I).  This  suggests  enhanced  motor  autonomy  and  coordination.  In  addition,  the  Vglut-2  group 

199 

showed a significant increase in stance width and hind limb stance angles (P < 0.05), but this did 

200 

not  result  in  positive  gait  adjustments.  While  the  ChAT  and  VGAT  groups  demonstrated  stable 

201 

performance in these parameters.   

202 

Overall, the overexpression of 5HT2CR did not effectively improve gait characteristics in the Vglut-

203 

2 group, whereas the ChAT and VGAT groups demonstrated superior regulatory effects. 

204 

At 35 dpi and 56 dpi, motor function was assessed using the BMS scoring system. (Figure 2J). The 

205 

results revealed no significant difference in BMS scores between the Vglut-2 group and the SCI 

206 

group (P > 0.05), aligning with the prolonged  gait cycle  and  braking times observed  in  the gait 

207 

analysis. This finding further underscores the limited impact of Vglut-2 in modulating gait function. 

208 

In contrast, mice in the ChAT and VGAT groups exhibited significant improvements in BMS scores, 

209 

highlighting their superior efficacy in enhancing motor recovery (P < 0.01 and P < 0.05, respectively) 

210 

(Figure 2K). 

211 

This outcome is consistent with the marked enhancements observed in gait analysis, indicating that 

212 

elevating  the  expression  of  5HT2CR  in  motor  neurons  or  GABAergic  interneurons  can  offer 

213 

significant potential for recovering gait function and alleviating motor impairments after SCI. 

214 

Overexpression  of  5HT2CR  in  Glu  Interneurons  Modulates  Mechanical  and  Thermal  Pain 

215 

Thresholds after SCI 

216 

Hyperalgesia and abnormal pain can be quantitatively assessed in different mouse groups through 

217 

thermal and mechanical pain thresholds using the Hargreaves and Von Frey tests, respectively. At 

218 

55 dpi, thermal pain thresholds were determined across various mouse cohorts. The Vglut-2 group 

219 

exhibited  significantly  elevated  thermal  thresholds  relative  to  the  SCI  group  (P  <  0.01).  No 

220 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

12 

 

significant  differences  in  thermal  pain  thresholds  were  observed  between  the  ChAT  and  VGAT 

221 

groups compared to the SCI group (Figure 3A). To reduce potential confounding factors, the Von 

222 

Frey test was conducted the following day. The results revealed that mechanical pain thresholds in 

223 

the ChAT, VGAT, and Vglut-2 groups were markedly higher than those in the SCI group (P < 0.0001, 

224 

P  <  0.05,  P  <  0.001,  respectively)  (Figure  3B).  This  data  underscores  that  overexpression  of 

225 

5HT2CR in interneurons more effectively ameliorates pain hypersensitivity in SCI mice. 

226 

Overexpression of 5HT2CR in MNs or INs regulates the expression levels of GABAAR and KCC2 

227 

in motor neurons. 

228 

Immunofluorescence  analysis  was  conducted  to  assess  the  expression  levels  of  NMDAR1  and 

229 

NMDAR2A in the lumbar enlargement of different mouse groups. In the SCI group, the expression 

230 

levels of both NMDAR1 and NMDAR2A were elevated compared to the Sham group (NMDAR1

231 

210.25±36.60 for the SCI group, 158.5±23.10 for the Sham group, P > 0.05; NMDAR2A, P < 0.001) 

232 

(Figure 3C-E). This indicates that SCI induces an abnormal upregulation of NMDAR expression. 

233 

In the ChAT and VGAT groups, the number of NMDAR1-positive cells did not differ significantly 

234 

from  the  Sham  group,  whereas  the  Vglut-2  group  exhibited  a  notable  increase  in  NMDAR1 

235 

expression  (p  <  0.05).  Additionally,  the  number  of  NMDAR2A-positive  cells  in  the  lumbar 

236 

enlargement of ChAT and VGAT groups was significantly lower than that in the SCI group (P

237 

0.05,P

0.05, respectively, but no significant difference was observed between the Vglut-2 and SCI 

238 

groups (p > 0.05) (Figure 3C-E). These findings suggest differential regulation of NMDAR subunits 

239 

in response to SCI and its modulation by various neuronal subtypes. 

240 

In summary, overexpression of 5HT2CR in motor neurons and  GABAergic interneurons of SCI 

241 

mice significantly reduced the expression of NMDAR1 and NMDAR2A in the lumbar enlargement. 

242 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

13 

 

In contrast, overexpression of 5HT2CR in glutamatergic interneurons had no significant effect on 

243 

NMDAR expression in SCI mice. 

244 

The Effects of 5HT2CR Overexpression in different neurons on GABAAR and KCC2. 

245 

Initially, at 56 dpi, we conducted a Western Blot analysis on the entire spinal cord of mice to measure 

246 

the expression levels of BDNF, TrkB, KCC2, and GABAAR. The results indicated no significant 

247 

differences in the expression of BDNF and TrkB between the VGAT, ChAT, Vglut-2, and SCI groups 

248 

(P > 0.05) (Figure 4A-B). However, the expression levels of GABAAR in the VGAT and ChAT 

249 

groups  were  significantly  lower  compared  to  the  SCI  group  (p  =  0.0025  and  p  =  0.0001, 

250 

respectively). Additionally, the expression  of KCC2  was significantly reduced in the VGAT and 

251 

Vglut-2 groups compared to the SCI group (p = 0.021 and p = 0.005, respectively) (Figure 4A-B). 

252 

Therefore, the overexpression of 5HT2CR does not modulate the BDNF-TrkB pathway. 

253 

Next,  we  focused  on  the  lumbar  enlargement  region  of  the  mouse  spinal  cord,  assessing  the 

254 

expression of GABAAR and KCC2 in motor neurons via immunofluorescence. The mean intensity 

255 

of these proteins in motor neurons was our primary metric of interest (Figure 4C-D). The results 

256 

indicated that there were no significant differences in the expression levels of GABAAR and KCC2 

257 

between the VGAT, ChAT, and Vglut-2 groups when compared to the SCI group (Figure 4E-F). 

258 

However, both the VGAT and ChAT groups exhibited a trend towards decreased mean intensity of 

259 

GABAAR  and  increased  mean  intensity  of  KCC2  in  motor  neurons  relative  to  the  SCI  group. 

260 

Conversely, the Vglut-2 group showed an increasing trend in the mean intensity of GABAAR and 

261 

a decreasing trend in the mean intensity of KCC2 compared to the SCI group (Figure 4E-F). In 

262 

summary, the overexpression of 5HT2CR regulates the expression and function of GABAAR and 

263 

KCC2 in the spinal cord. 

264 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

14 

 

DISCUSSION 

265 

Serotonin reuptake inhibitors, a class of antidepressants, have been reported to exacerbate spasticity 

266 

associated with SCI as early as the last century

29,30

. 5HT2CR has been identified in various neuronal 

267 

populations.  The  Cre-LoxP  system  has  been  utilized  to  successfully  achieve  overexpression  of 

268 

5HT2CR in motor neurons, GABAergic interneurons, and glutamatergic interneurons in SCI mice. 

269 

These neurons demonstrate the physiological characteristics of spinal motor circuits in vitro. The 

270 

expression of 5HT2CR, which eventually regulates the function and excitability of motoneurons in 

271 

the  lumbar  enlargement  of  the  spinal  cord,  influences  spastic-like  symptoms,  motor  function, 

272 

neuropathic pain, and even anxiety and depressive moods following SCI. The enhancement of this 

273 

therapeutic effect suggests that improving the normal excitability of motoneurons is fundamental to 

274 

alleviating these symptoms.   

275 

The  5HT2  receptor  is  a  seven-transmembrane  G  protein-coupled  receptor  (GPCR)  that  interacts 

276 

with G proteins to stimulate phospholipase C (PLC), leading to increased Ca2+ levels

31,32

. 5HT2CR 

277 

is widely distributed in the CNS and has been the focus of research for the treatment of various 

278 

diseases. However, intriguingly, the effects of 5HT2CR agonists, antagonists, or inverse agonists 

279 

have shown inconsistency across multiple studies. For example, SERT, a classic antidepressant, is 

280 

well-known  for  its  role  in  mood  regulation.  Both  5HT2CR  agonists  and  antagonists  have  been 

281 

proposed for the treatment of anxiety and depression

33-36

. 5HT2CR inverse agonists and agonists 

282 

are  both  considered  promising  for  treating  spasticity  following  SCI. The  constitutive  activity  of 

283 

5HT2CR and mRNA editing may account for this potential. 

284 

mRNA editing and constitutive activity of 5HT2CR are two important features that influence its 

285 

function. mRNA editing of 5HT2CR supports the diversity of 5HT2CR and determines serotonin 

286 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

15 

 

signaling and drug therapeutic effects

37,38

. Constitutive activity of 5HT2CR is also related to the 

287 

extent  of  RNA  editing.  RNA  editing  of  5HT2CR  inhibits  its  constitutive  activity

39,40

.  The 

288 

constitutive activity of 5HT2CR allows it to be activated even without ligand binding, meaning its 

289 

activity is not influenced by agonists. AAV viruses carrying 5HT2C mRNA were injected into SCI 

290 

mice. We speculate that this treatment may have had an inhibitory effect on the constitutive activity 

291 

of 5HT2CR.   

292 

The Effect of 5HT2CR on the Relief of Spasticity and Motor Function 

293 

5HT2CR can form a complex with GluNR2A, activating Src protein phosphorylation and regulating 

294 

the depolarization of motor neurons

41

. Additionally, postsynaptic density protein-95 (PSD-95) has 

295 

been  shown  to  be  involved  in  the  signaling  pathway  of  5HT2CR.  Excitotoxicity  mediated  by 

296 

NMDA-PSD95-nNOS severely impacts neuronal function after injury

42

. Studies have shown that 

297 

Fluoxetine, by reducing RNA editing of 5HT2CR, can specifically block glutamate receptors and 

298 

thereby exert neuroprotective effects

43,44

. We confirmed that 5HT2CR is overexpressed in motor 

299 

neurons and inhibitory interneurons, significantly reducing the expression levels of NR1 and NR2A 

300 

in the lumbar enlargement of the spinal cord. This result is consistent with the improvement in motor 

301 

function observed in our behavioral experiments. Therefore, we hypothesize that the overexpression 

302 

of 5HT2CR in motor neurons or GABAergic interneurons may be related to the improvement in 

303 

motor function and the alleviation of spasticity, potentially through the downregulation of NMDARs 

304 

in the anterior horn of the lumbar spinal cord. 

305 

NMDAR  plays  a  key  role  in  regulating  neuronal  excitability  and  synaptic  plasticity. After  SCI, 

306 

NMDAR  may  undergo  excessive  activation,  contributing  to  pathological  processes  such  as 

307 

excitotoxicity, abnormal spinal cord circuit remodeling, cellular oxidative stress, and inflammatory 

308 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

16 

 

responses

45

.The  reduction  of  NMDAR1  and  NMDAR2A  in  the  ChAT  and VGAT  groups  likely 

309 

diminishes excessive excitatory signaling, thereby alleviating spasticity. This is supported by the 

310 

improved  motor  function  observed  in  these  groups.Although  overexpression  of  5HT2CR  in 

311 

glutamatergic inhibitory interneurons resulted in some improvement in spasticity in mice, the gait 

312 

data from the Vglut-2 group did not show significant improvement in walking function. This may 

313 

be related to the excitatory effects of glutamatergic signaling in spinal reflex regulation. After SCI, 

314 

the excessive activation of glutamatergic signaling exacerbates the excitability of neural circuits. 

315 

Motor  function,  especially  coordinated  gait,  requires  a  fine  balance  between  excitatory  and 

316 

inhibitory signaling. 

317 

It is widely recognized that motor neurons, as the final common pathway for voluntary movement, 

318 

play a direct role in regulating muscle activity

46

319 

The significant benefits observed in the ChAT group suggest that enhancing 5HT2CR signaling in 

320 

motor  neurons  may  optimize  motor  output  and  directly  improve  gait  dynamics.  In  contrast,  the 

321 

sluggish response in the Vglut-2 group indicates that simply modulating glutamatergic signaling 

322 

may be insufficient to effectively promote gait recovery. This may stem from the complexity of the 

323 

glutamatergic network, where excessive activation could disrupt rather than restore motor function, 

324 

or  from  compensatory  mechanisms  that  counteract  the  therapeutic  effects  of  5HT2CR 

325 

overexpression. 

326 

In summary, the ChAT and VGAT groups highlight the important role of 5HT2CR modulation in 

327 

motor neurons and GABAergic interneurons in influencing motor output and synaptic plasticity. 

328 

While glutamatergic signaling is crucial for modulating spasticity, its role in gait recovery is more 

329 

complex compared to the GABAergic and motor neuron-specific mechanisms. This may involve 

330 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

17 

 

combinatorial  approaches  that  balance  excitation  and  inhibition  while  optimizing  motor  neuron 

331 

performance. Further studies could provide a more holistic strategy for restoring gait function in 

332 

spinal cord injury patients. 

333 

The Expression of 5HT2CR Correlates with the Regulation of Mood and Motor Function 

334 

The results of the OFT study reveal the differential effects of 5HT2CR overexpression in different 

335 

neuronal subtypes on anxiety and depression-like behaviors in SCI mice. It was found that the ChAT 

336 

group  mice  exhibited  stronger  exploratory  behavior,  suggesting  alleviation  of  anxiety  and 

337 

depression-like symptoms. However, in the other two groups of mice, especially the Vglut2 group, 

338 

the  improvement  in  behavior  was  not  as  pronounced. Analysis  of  gait  parameters  indicated  that 

339 

5HT2CR overexpression in glutamatergic interneurons did not have an ideal regulatory effect on 

340 

the mice's motor function. Perhaps the insufficient improvement in motor function led to the lower 

341 

central area traversal speed observed in the Vglut group during the OFT. This may suggest that the 

342 

improvement in the mice

s anxiety and depressive-like behaviors is influenced by the recovery of 

343 

motor function. In other words, better motor function helps alleviate the anxiety and depression-like 

344 

behaviors in mice. 

345 

Interneurons  regulate  the  activity  of  neural  circuits  by  releasing  inhibitory  or  excitatory 

346 

neurotransmitters

47

.Glutamatergic  interneurons  are  primarily  responsible  for  excitatory  signaling 

347 

within the spinal cord and in ascending spinal regions. Overexpression of 5HT2CR in these neurons 

348 

may lead to excessive activation of excitatory neural pathways. The imbalance between excitatory 

349 

and  inhibitory  signaling  in  spinal  cord  neural  circuits  is  closely  linked  to  motor  dysfunction, 

350 

spasticity,  and  neuropathic  pain  following  SCI

48

.Although  they  play  an  important  role  in  the 

351 

regulation of neural signaling, their impact on mood regulation is more complex and indirect. 

352 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

18 

 

As an SSRI, the activation of 5HT2CR carries the possibility that it not only indirectly modulates 

353 

mood through its effects on spasticity or pain, but also interacts with neural circuits involved in 

354 

mood  regulation.  The  serotonergic  system  is  closely  linked  to  these  mood-regulating 

355 

pathways

46

.

The activity of motor neurons may also influence the release of neurotransmitters, such 

356 

as  the  serotonergic  system  itself,  or  other  neurotransmitter  systems  like  dopamine  and 

357 

norepinephrine, thereby having a direct impact on mood. 

358 

In summary, the overexpression of 5HT2CR in motor neurons may improve anxiety and depression-

359 

like behaviors in SCI mice through direct and/or indirect mechanisms. However, the direct impact 

360 

of 5HT2CR overexpression on these behaviors requires further investigation. Additionally, we are 

361 

aware that AAV vectors may be taken up by brain neurons. A study by Kawabata et al. suggests that 

362 

AAV2  capsid  variants  predominantly  target  cerebral  vascular  endothelial  cells,  with  a  lower 

363 

transduction  efficiency  in  brain  neurons

49

.We  believe  that  the  significant  impact  on  5HT2CR 

364 

expression in brain neurons and its potential influence on behavioral outcomes is unlikely.However, 

365 

we also recognize the importance of acknowledging this limitation in the study. In future research, 

366 

optogenetic manipulation or fiber-optic recording techniques may be used to more directly observe 

367 

the relationship between motor neuron activity and mood changes. 

368 

5HT2CR Overexpression in Glutamatergic Excitatory Neurons Alleviats Neuropathic Pain 

369 

Mice in the Vglut-2 group were observed to experience milder neuropathic pain, an effect that was 

370 

not significant in the other two groups. This may be due to the excessive activation of 5HT2CR in 

371 

glutamatergic excitatory interneurons, which inhibits the presynaptic release of glutamate, reducing 

372 

the  overactivation  of  pain-related  neural  circuits.  It  is  reported  that  inhibite  the  expression  and 

373 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

19 

 

function of different NMDAR subtypes can alleviate neuropathic pain after SCI

45,50

.Increasing the 

374 

expression  of  KCC2  after  SCI  has  also  been  considered  a  potential  strategy  for  alleviating 

375 

neuropathic pain

51

.However, these studies did not focus on the diverse roles of different neuronal 

376 

subtypes in the onset and treatment of pain. 

377 

Our study may provide support for the idea that targeting and modulating 5HT2CR in glutamatergic 

378 

excitatory neurons is a promising therapeutic strategy for treating neuropathic pain after SCI. Future 

379 

research should further explore the underlying mechanisms to identify treatment approaches that 

380 

enhance analgesic effects. 

381 

In summary, overexpression of 5HT2CR in glutamatergic excitatory interneurons (Vglut-2 group) 

382 

can alleviate neuropathic pain following SCI, highlighting the potential of this neuronal subtype for 

383 

pain treatment. 

384 

The  Therapeutic  Effect  of  5HT2CR  Overexpression  is  Primarily  Mediated  by  Modulating 

385 

GABAAR and KCC2, Rather than the BDNF-TrkB Pathway 

386 

Disruption  of  chloride  homeostasis  in  motor  neurons  is  thought  to  be  closely  linked  to  the 

387 

development of spasticity and neuropathic pain after SCI. Research indicates that boosting KCC2 

388 

activity can help alleviate hyperreflexia and spasticity associated with chronic SCI

52

. The BDNF-

389 

TrkB  pathway  plays  a  crucial  role  in  the  regulation  of  KCC2  and  the  recovery  of  neuronal 

390 

function

53,54

. Moreover, the activation of the BDNF-TrkB pathway and the upregulation of KCC2 

391 

expression play key roles in regulating pain hypersensitivity after SCI, contributing to the alleviation 

392 

of neuropathic pain

55

. However, our study revealed that overexpression of 5HT2CR in various types 

393 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

20 

 

of  neurons  does  not  significantly  affect  the  BDNF-TrkB  pathway  in  the  spinal  cord,  and  KCC2 

394 

expression is suppressed. Nevertheless, this observation is crucial for understanding the scope of 

395 

the therapeutic effects regulated by 5HT2CR. It may suggest that the overexpression of 5HT2CR in 

396 

specific neurons can improve motor function and reduce spasticity, but this is not mediated by the 

397 

BDNF-TrkB  pathway,  which  is  typically  associated  with  neural  plasticity  and  neuronal 

398 

recovery.Surprisingly,  results  from  the  ChAT  and  VGAT  groups  suggest  that  overexpression  of 

399 

5HT2CR in motor neurons or GABAergic interneurons might enhance KCC2 function specifically 

400 

in motor neurons. 

401 

As previously mentioned, 5HT2CR, as a GPCR, activates PLC to regulate intracellular calcium ion 

402 

levels. Additionally, changes in KCC2 and GABAAR are crucial for the regulation of intracellular 

403 

chloride ion concentration. Proper Cl

levels also play an important role in maintaining the function 

404 

of KCC2 and GABAAR. The expression and function of postsynaptic GABA receptors also regulate 

405 

the activity of voltage-gated calcium channels (Cav), thereby influencing the excitability of motor 

406 

neurons

56

. After SCI, the hyperpolarizing effect of GABAAR on neurons is reduced, leading to 

407 

abnormal ion plasticity and promoting the development of spasticity and chronic pain

30

. This has 

408 

been shown to be associated with the downregulation of KCC2

57

. The primary role of KCC2 is to 

409 

maintain a low level of Cl⁻ concentration within neurons. This function is influenced by GABAAR, 

410 

and KCC2 can also regulate GABAergic signaling and its receptors. In mature neurons, GABAAR 

411 

triggers synaptic inhibition, whereas in immature neurons, it induces synaptic excitation. Enhancing 

412 

the function of KCC2 can facilitate the efflux of intracellular Cl⁻, leading to a hyperpolarizing shift 

413 

in GABAergic activity, which aids in limiting the occurrence of neuronal damage

58-61

. Serotonergic 

414 

fibers have a significant impact on the GABAergic system and KCC2

21

. We found that by increasing 

415 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

21 

 

the expression of 5HT2CR after SCI, both VGAT and ChAT groups of mice exhibited upregulation 

416 

of KCC2 at 56dpi, accompanied by downregulation of GABAAR. This suggests that overexpression 

417 

of 5HT2CR in motor neurons or GABAergic interneurons can enhance KCC2 function in the lumbar 

418 

enlargement of the spinal cord while suppressing the expression and function of GABAAR, thereby 

419 

reversing the excessive excitability of motor neurons following injury. The observed upregulation 

420 

of KCC2 and downregulation of GABAAR in the ChAT and VGAT groups may enhance inhibitory 

421 

signaling and reduce neuronal hyperexcitability. These molecular changes are consistent with the 

422 

reduction in spasticity and improvement in motor function observed in these groups. These findings 

423 

refine our understanding of the molecular targets of 5HT2CR in the context of SCI recovery. 

424 

Given the limited efficacy and potential adverse effects of current pharmacological treatments for 

425 

spasticity and neuropathic pain after SCI, further investigation into targeting 5HT2CR is considered 

426 

to have important clinical implications. Therapeutic agents targeting 5HT2CR, including agonists, 

427 

antagonists,  and  inverse  agonists,  have  been  shown  to  demonstrate  some  promise  in  preclinical 

428 

models. However, these compounds are often characterized by low specificity and are associated 

429 

with unwanted side effects when administered over extended periods. In contrast, gene therapy has 

430 

been proposed as a potential strategy for providing more durable and precise treatments. Unlike 

431 

small-molecule  drugs,  gene  therapy  is  able  to  selectively  target  specific  neuronal  populations, 

432 

thereby minimizing off-target effects on other systems. This targeted approach is believed to offer 

433 

substantial  advantages  in  optimizing  therapeutic  outcomes  and  reducing  the  risks  of  systemic 

434 

complications,  underscoring  the  potential  of  gene  therapy  as  a  more  effective  strategy  for  SCI 

435 

management. 

436 

To  sum

in  this  study,  we  demonstrate  that  5HT2CR  has  significant  therapeutic  potential  for 

437 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

22 

 

alleviating  spasticity  and  related  complications  following  SCI.  Specifically,  overexpression  of 

438 

5HT2CR  in  motor  neurons  not  only  significantly  improves  motor  function  but  also  effectively 

439 

reduces anxiety and depression symptoms. However, this approach shows limited effectiveness in 

440 

improving mechanical and thermal pain. In contrast, overexpression of 5HT2CR in interneurons, 

441 

particularly  in  Gluergic  interneurons,  provides  better  relief  from  neuropathic  pain.  Our  research 

442 

offers new theoretical support for 5HT2CR as a drug target for chronic complications following SCI 

443 

and provides a new perspective to address past controversies regarding the function of 5HT2CR. 

444 

Given  the  limited  efficacy  and  potential  adverse  effects  of  existing  medications  for  treating 

445 

spasticity and neuropathic pain after SCI, further research on 5HT2CR holds significant clinical 

446 

relevance. 

447 

LIMITATIONS OF THE STUDY 

448 

Therapeutic effects of 5HT2CR modulation after SCI vary due to differences in constitutive activity, 

449 

mRNA editing, and neuronal subtype targeting. While AAV-mediated overexpression offers cell-

450 

type  specificity,  the  Cre-LoxP  strategy  enabled  selective  expression  in  motor,  GABAergic,  and 

451 

glutamatergic neurons, yet variability in viral transduction efficiency and the possibility of off-target 

452 

or supraspinal uptake cannot be entirely excluded. Improvements in anxiety- and depression-like 

453 

behaviors may partly reflect secondary benefits from motor recovery, complicating attribution of 

454 

direct  serotonergic  modulation.  Finally,  future  studies  integrating  electrophysiological  or 

455 

optogenetic  approaches  will  be beneficial  for  establishing causal  links  between targeted  5HT2R 

456 

modulation, circuit dynamics, and functional recovery. 

 

457 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

23 

 

RESOURCE AVAILABILITY 

458 

Lead contact 

459 

Further  information  and  requests  for  resources  and  reagents  should  be  directed  to  and  will  be 

460 

fulfilled by the lead contact, Dr.Liang-jie Du(duliangjie-ccmu@foxmail.com(L.J.D)) 

461 

Materials availability 

462 

This study did not generate new unique reagents. 

463 

Data and code availability 

464 

 

All data reported in this paper will be shared by the lead contact upon request. 

465 

 

This study does not report original code 

466 

 

Any  additional  information  required  to  reanalyze  the  data  reported  in  this  paper  is 

467 

available from the lead contact upon request. 

468 

ACKNOWLEGMENTS 

469 

We thank https://Biorender.com for its technical support.We thank the Beijing Municipal Natural 

470 

Science Foundation (Grant No. 7212140) for funding.

 

471 

AUTHOR CONTRIBUTIONS 

 

472 

Conceptualization, H.G. and Z.T. ; methodology, H.G. and Z.T. ; formal analysis, H.G.,Y.Z.S. and 

473 

Z.M.Y; writing – original draft, H.G.; writing – reviewing and editing, H.G.and Z.T ; visualization, 

474 

H.G., and R.R.; supervision, X.X.D and L.J.D.; project administration, L.J.D.; funding acquisition, 

475 

L.J.D.. 

476 

DECLARATION OF INTERESTS 

477 

The authors declare no competing interests. 

478 

STAR

METHODS . 

479 

Detailed methods are provided in the online version of this paper and include the following:     

480 

○ KEY RESOURCES TABLE   

481 

○ EXPERIMENTAL MODEL AND PARTICIPANT DETAILS   

482 

 

Mouse strains and genotyping 

483 

 

Animal surgery and post-surgery care 

484 

 

Vector Administration

Tail vein injections 

485 

 

Behavioral tests 

486 

 

In vivo electromyography recordings (H-reflex) 

487 

 

DigiGait footprint analysis 

488 

 

Basso mouse scale (BMS) 

489 

 

Open field test (OFT) 

490 

 

VonFrey filament test 

491 

 

Thermal hyperalgesia test 

492 

 

Western blot analysis 

493 

 

Tissue processing and Immunofluorescence 

494 

○ QUANTIFICATION AND STATISTICAL ANALYSIS 

495 

 

 

496 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

24 

 

References 

497 

1. 

Rekand, T., Hagen, E.M., and Grønning, M. (2012). Spasticity following spinal cord injury. 

498 

Tidsskr Nor Laegeforen 

132, 970-973. 10.4045/tidsskr.10.0872. 

499 

2. 

Finnerup, N.B. (2017). Neuropathic pain and spasticity: intricate consequences of spinal 

500 

cord injury. Spinal Cord 

55, 1046-1050. 10.1038/sc.2017.70. 

501 

3. 

Field-Fote,  E.C.,  Furbish,  C.L.,  Tripp,  N.E.,  Zanca,  J.M.,  Dyson-Hudson,  T.,  Kirshblum,  S., 

502 

Heinemann,  A.W.,  Chen,  D.,  Felix,  E.R.,  Worobey,  L.,  et  al.  (2022).  Characterizing  the 

503 

Experience of Spasticity after Spinal Cord Injury: A National Survey Project of the Spinal 

504 

Cord  Injury  Model  Systems  Centers.  Arch  Phys  Med  Rehabil 

103,  764-772.e762. 

505 

10.1016/j.apmr.2021.03.040. 

506 

4. 

Tibbett, J.A., Field-

Fote, E.C., Thomas, C.K., and Widerström

-Noga, E.G. (2020). Spasticity 

507 

and Pain after Spinal Cord Injury: Impact on Daily Life and the Influence of Psychological 

508 

Factors. Pm r 

12, 119-129. 10.1002/pmrj.12218. 

509 

5. 

Elbasiouny,  S.M.,  Moroz,  D.,  Bakr,  M.M.,  and  Mushahwar,  V.K.  (2010).  Management  of 

510 

spasticity after spinal cord injury: current techniques and future directions. Neurorehabil 

511 

Neural Repair 

24, 23-33. 10.1177/1545968309343213. 

512 

6. 

Palaz

ó

n-Garc

í

a,  R.,  Alcobendas-Maestro,  M.,  Esclarin-de  Ruz,  A.,  and  Benavente-

513 

Valdepeñas, A.M. (2019). Treatment of spasticity in sp

inal cord injury with botulinum toxin. 

514 

J Spinal Cord Med 

42, 281-287. 10.1080/10790268.2018.1479053. 

515 

7. 

Liu, H., Fan, L., Li, J., Dangol, S., Talifu, Z., Ma, X., Gong, H., and Du, L. (2022). Combined 

516 

selective peripheral neurotomy in the treatment of spastic lower limbs of spinal cord injury 

517 

patients. Acta Neurochir (Wien) 

164, 2263-2269. 10.1007/s00701-022-05265-z. 

518 

8. 

Eldahan,  K.C.,  Williams,  H.C.,  Cox,  D.H.,  Gollihue,  J.L.,  Patel,  S.P.,  and  Rabchevsky,  A.G. 

519 

(2020). Paradoxical effects of continuous high dose gabapentin treatment on autonomic 

520 

dysreflexia  after  complete  spinal  cord  injury.  Exp  Neurol 

323,  113083. 

521 

10.1016/j.expneurol.2019.113083. 

522 

9. 

Hori, Y., Endo, K., and Takahashi, T. (1996). Long-lasting synaptic facilitation induced by 

523 

serotonin in superficial dorsal horn neurones of the rat spinal cord. J Physiol 

492 ( Pt 3), 

524 

867-876. 10.1113/jphysiol.1996.sp021352. 

525 

10. 

Sysoev,  Y.I.,  Shkorbatova, P.Y.,  Prikhodko,  V.A.,  Kalinina,  D.S.,  Bazhenova,  E.Y.,  Okovityi, 

526 

S.V., Bader, M., Alenina, N., Gainetdinov, R.R., and Musienko, P.E. (2025). Central Serotonin 

527 

Deficiency Impairs Recovery of Sensorimotor Abilities After Spinal Cord Injury in Rats. Int 

528 

J Mol Sci 

26. 10.3390/ijms26062761. 

529 

11. 

Perrin, F.E., and Noristani, H.N. (2019). Serotonergic mechanisms in spinal cord injury. Exp 

530 

Neurol 

318, 174-191. 10.1016/j.expneurol.2019.05.007. 

531 

12. 

Ghosh,  M.,  and  Pearse,  D.D.  (2014).  The  role  of  the  serotonergic  system  in  locomotor 

532 

recovery after spinal cord injury. Front Neural Circuits 

8, 151. 10.3389/fncir.2014.00151. 

533 

13. 

Sobrido-Came

á

n,  D.,  Robledo,  D.,  S

á

nchez,  L.,  Rodicio,  M.C.,  and  Barreiro-Iglesias,  A. 

534 

(2019). Serotonin inhibits axonal regeneration of identifiable descending neurons after a 

535 

complete spinal cord injury in lampreys. Dis Model Mech 

12. 10.1242/dmm.037085. 

536 

14. 

Jin, B., Alam, M., Tierno, A., Zhong, H., Roy, R.R., Gerasimenko, Y., Lu, D.C., and Edgerton, 

537 

V.R. (2021). Serotonergic Facilitation of Forelimb Functional Recovery in Rats with Cervical 

538 

Spinal Cord Injury. Neurotherapeutics 

18, 1226-1243. 10.1007/s13311-020-00974-8. 

539 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

25 

 

15. 

Huang, C.X., Zhao, Y., Mao, J., Wang, Z., Xu, L., Cheng, J., Guan, N.N., and Song, J. (2021). 

540 

An injury-induced serotonergic neuron subpopulation contributes to axon regrowth and 

541 

function  restoration  after  spinal  cord  injury  in  zebrafish.  Nat  Commun 

12,  7093. 

542 

10.1038/s41467-021-27419-w. 

543 

16. 

Cao, N., Ni, J., Wang, X., Tu, H., Gu, B., Si, J., Wu, G., and Andersson, K.E. (2018). Chronic 

544 

spinal cord injury causes upregulation of serotonin (5-HT)(2A) and 5-HT(2C) receptors in 

545 

lumbosacral cord motoneurons. BJU Int 

121, 145-154. 10.1111/bju.13964. 

546 

17. 

Murray,  K.C.,  Stephens,  M.J.,  Ballou,  E.W.,  Heckman,  C.J.,  and  Bennett,  D.J.  (2011). 

547 

Motoneuron  excitability  and  muscle  spasms  are  regulated  by  5-HT2B  and  5-HT2C 

548 

receptor activity. J Neurophysiol 

105, 731-748. 10.1152/jn.00774.2010. 

549 

18. 

Takeda, A., Fujita, M., and Funakoshi, K. (2023). Distribution of 5HT receptors during the 

550 

regeneration  process  after  spinal  cord  transection  in  goldfish.  J  Chem  Neuroanat 

131, 

551 

102281. 10.1016/j.jchemneu.2023.102281. 

552 

19. 

Wienecke, J., Ren, L.Q., Hultborn, H., Chen, M., Møller, M., Zhang, Y., and Zhang, M. (2014). 

553 

Spinal  cord  injury  enables  aromatic  L-amino  acid  decarboxylase  cells  to  synthesize 

554 

monoamines. J Neurosci 

34, 11984-12000. 10.1523/jneurosci.3838-13.2014. 

555 

20. 

Salzer,  I.,  Gantumur,  E.,  Yousuf,  A.,  and  Boehm,  S.  (2016).  Control  of  sensory  neuron 

556 

excitability by serotonin involves 5HT2C receptors and Ca(2+)-activated chloride channels. 

557 

Neuropharmacology 

110, 277-286. 10.1016/j.neuropharm.2016.08.006. 

558 

21. 

Huang,  Y.J.,  and  Grau,  J.W.  (2018).  Ionic  plasticity  and  pain:  The  loss  of  descending 

559 

serotonergic fibers after spinal cord injury transforms how GABA affects pain. Exp Neurol 

560 

306, 105-116. 10.1016/j.expneurol.2018.05.002. 

561 

22. 

Murray, K.C., Nakae, A., Stephens, M.J., Rank, M., D'Amico, J., Harvey, P.J., Li, X., Harris, R.L., 

562 

Ballou, E.W., Anelli, R., et al. (2010). Recovery of motoneuron and locomotor function after 

563 

spinal cord injury depends on constitutive activity in 5-HT2C receptors. Nat Med 

16, 694-

564 

700. 10.1038/nm.2160. 

565 

23. 

Talifu, Z., Qin, C., Xin, Z., Chen, Y., Liu, J., Dangol, S., Ma, X., Gong, H., Pei, Z., Yu, Y., et al. 

566 

(2022). The Overexpression of Insulin-Like Growth Factor-1 and Neurotrophin-3 Promote 

567 

Functional Recovery and Alleviate Spasticity After Spinal Cord Injury. Front Neurosci 

16, 

568 

863793. 10.3389/fnins.2022.863793. 

569 

24. 

Boulenguez, P., Liabeuf, S., Bos, R., Bras, H., Jean-Xavier, C., Brocard, C., Stil, A., Darbon, 

570 

P.,  Cattaert,  D.,  Delpire,  E.,  et  al.  (2010).  Down-regulation  of  the  potassium-chloride 

571 

cotransporter KCC2 contributes to spasticity after spinal cord injury. Nat Med 

16, 302-307. 

572 

10.1038/nm.2107. 

573 

25. 

Calancie, B., Broton, J.G., Klose, K.J., Traad, M., Difini, J., and Ayyar, D.R. (1993). Evidence 

574 

that  alterations  in  presynaptic  inhibition  contribute  to  segmental  hypo-  and 

575 

hyperexcitability after spinal cord injury in man. Electroencephalogr Clin Neurophysiol 

89, 

576 

177-186. 10.1016/0168-5597(93)90131-8. 

577 

26. 

Kraeuter,  A.K.,  Guest,  P.C.,  and  Sarnyai,  Z.  (2019).  The  Open  Field  Test  for  Measuring 

578 

Locomotor  Activity  and  Anxiety-Like  Behavior.  Methods  Mol  Biol 

1916,  99-103. 

579 

10.1007/978-1-4939-8994-2_9. 

580 

27. 

Basso, D.M., Fisher, L.C., Anderson, A.J., Jakeman, L.B., McTigue, D.M., and Popovich, P.G. 

581 

(2006). Basso Mouse Scale for locomotion detects differences in recovery after spinal cord 

582 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

26 

 

injury 

in 

five 

common 

mouse 

strains. 

Neurotrauma 

23, 

635-659. 

583 

10.1089/neu.2006.23.635. 

584 

28. 

Piesla, M.J., Leventhal, L., Strassle, B.W., Harrison, J.E., Cummons, T.A., Lu, P., and Whiteside, 

585 

G.T. (2009). Abnormal gait, due to inflammation but not nerve injury, reflects enhanced 

586 

nociception 

in 

preclinical 

pain 

models. 

Brain 

Res 

1295, 

89-98. 

587 

10.1016/j.brainres.2009.07.091. 

588 

29. 

Stolp-Smith, K.A., and Wainberg, M.C. (1999). Antidepressant exacerbation of spasticity. 

589 

Arch Phys Med Rehabil 

80, 339-342. 10.1016/s0003-9993(99)90148-x. 

590 

30. 

del  Real,  M.A.,  Hern

á

ndez,  A.,  Vaamonde,  J.,  and  Gud

í

n,  M.  (1996).  [Exacerbation  of 

591 

spasticity induced by serotonin reuptake inhibitors. Letter]. Neurologia 

11, 272. 

592 

31. 

Barnes, N.M., and Sharp, T. (1999). A review of central 5-HT receptors and their function. 

593 

Neuropharmacology 

38, 1083-1152. 10.1016/s0028-3908(99)00010-6. 

594 

32. 

Palacios, J.M., Pazos, A., and Hoyer, D. (2017). A short history of the 5-HT(2C) receptor: 

595 

from  the  choroid  plexus  to  depression,  obesity  and  addiction  treatment. 

596 

Psychopharmacology (Berl) 

234, 1395-1418. 10.1007/s00213-017-4545-5. 

597 

33. 

Harada,  K.,  Aota,  M.,  Inoue,  T.,  Matsuda,  R.,  Mihara,  T.,  Yamaji,  T.,  Ishibashi,  K.,  and 

598 

Matsuoka,  N.  (2006).  Anxiolytic  activity  of  a  novel  potent  serotonin  5-HT2C  receptor 

599 

antagonist FR260010: a comparison with diazepam and buspirone. Eur J Pharmacol 

553, 

600 

171-184. 10.1016/j.ejphar.2006.09.042. 

601 

34. 

Berg,  K.A.,  Harvey,  J.A.,  Spampinato,  U.,  and  Clarke,  W.P.  (2008).  Physiological  and 

602 

therapeutic relevance of constitutive activity of 5-HT 2A and 5-HT 2C receptors for the 

603 

treatment of depression. Prog Brain Res 

172, 287-305. 10.1016/s0079-6123(08)00914-x. 

604 

35. 

Barbon,  A.,  Orlandi,  C.,  La  Via,  L.,  Caracciolo,  L.,  Tardito,  D.,  Musazzi,  L.,  Mallei,  A., 

605 

Gennarelli, M., Racagni, G., Popoli, M., and Barlati, S. (2011). Antidepressant treatments 

606 

change  5-HT2C  receptor  mRNA  expression  in  rat  prefrontal/frontal  cortex  and 

607 

hippocampus. Neuropsychobiology 

63, 160-168. 10.1159/000321593. 

608 

36. 

Warhaftig, G., Sokolik, C.M., Khermesh, K., Lichtenstein, Y., Barak, M., Bareli, T., Levanon, 

609 

E.Y., and Yadid, G. (2021). RNA editing of the 5-HT2C receptor in the central nucleus of 

610 

the amygdala is involved in resilience behavior. Transl Psychiatry 

11, 137. 10.1038/s41398-

611 

021-01252-7. 

612 

37. 

Herrick-Davis, K., Grinde, E., and Niswender, C.M. (1999). Serotonin 5-HT2C receptor RNA 

613 

editing alters receptor basal activity: implications for serotonergic signal transduction. J 

614 

Neurochem 

73, 1711-1717. 10.1046/j.1471-4159.1999.731711.x. 

615 

38. 

Di Narzo, A.F., Kozlenkov, A., Ge, Y., Zhang, B., Sanelli, L., May, Z., Li, Y., Fouad, K., Cardozo, 

616 

C., Koonin, E.V., et al. (2015). Decrease of mRNA Editing after Spinal Cord Injury is Caused 

617 

by Down-regulation of ADAR2 that is Triggered by Inflammatory Response. Sci Rep 

5, 

618 

12615. 10.1038/srep12615. 

619 

39. 

Berg, K.A., Dunlop, J., Sanchez, T., Silva, M., and Clarke, W.P. (2008). A conservative, single-

620 

amino  acid  substitution  in  the  second  cytoplasmic  domain  of  the  human  Serotonin2C 

621 

receptor alters both ligand-dependent and -independent receptor signaling. J Pharmacol 

622 

Exp Ther 

324, 1084-1092. 10.1124/jpet.107.131524. 

623 

40. 

Niswender,  C.M.,  Copeland,  S.C.,  Herrick-Davis,  K.,  Emeson,  R.B.,  and  Sanders-Bush,  E. 

624 

(1999). RNA editing of the human serotonin 5-hydroxytryptamine 2C receptor silences 

625 

constitutive activity. J Biol Chem 

274, 9472-9478. 10.1074/jbc.274.14.9472. 

626 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

27 

 

41. 

Bigford,  G.E.,  Chaudhry,  N.S.,  Keane,  R.W.,  and  Holohean,  A.M.  (2012).  5-

627 

Hydroxytryptamine 5HT2C receptors form a protein complex with N-methyl-D-aspartate 

628 

GluN2A subunits and activate phosphorylation of Src protein to modulate motoneuronal 

629 

depolarization. J Biol Chem 

287, 11049-11059. 10.1074/jbc.M111.277806. 

630 

42. 

Compans,  B.,  Camus,  C.,  Kallergi,  E.,  Sposini,  S.,  Martineau,  M.,  Butler,  C.,  Kechkar,  A., 

631 

Klaassen, R.V., Retailleau, N., Sejnowski, T.J., et al. (2021). NMDAR-dependent long-term 

632 

depression is associated with increased short term plasticity through autophagy mediated 

633 

loss of PSD-95. Nat Commun 

12, 2849. 10.1038/s41467-021-23133-9. 

634 

43. 

Vizi, E.S., Kisfali, M., and L

ő

rincz, T. (2013). Role of nonsynaptic GluN2B-containing NMDA 

635 

receptors in excitotoxicity: evidence that fluoxetine selectively inhibits these receptors and 

636 

may 

have 

neuroprotective 

effects. 

Brain 

Res 

Bull 

93, 

32-38. 

637 

10.1016/j.brainresbull.2012.10.005. 

638 

44. 

Li, Z., Lu, Y., Liang, S., Li, S., Chen, B., Zhang, M., Xia, M., Guan, D., Verkhratsky, A., and Li, 

639 

B. (2020). Fluoxetine improves behavioural deficits induced by chronic alcohol treatment 

640 

by  alleviating  RNA  editing  of  5-HT(2C)  receptors.  Neurochem  Int 

134,  104689. 

641 

10.1016/j.neuint.2020.104689. 

642 

45. 

Gong, H., Xu, X., Talifu, Z., Zhang, C.J., Sun, Y.Z., Yue, Z.M., Rao, J.S., Du, L.J., and Du, X.X. 

643 

(2025). Prospects and challenges in NMDAR signaling in spinal cord injury recovery and 

644 

neural circuit remodeling. Regen Ther 

29, 381-389. 10.1016/j.reth.2025.03.008. 

645 

46. 

Kanning,  K.C.,  Kaplan,  A.,  and  Henderson,  C.E.  (2010).  Motor  neuron  diversity  in 

646 

development 

and 

disease. 

Annu 

Rev 

Neurosci 

33, 

409-440. 

647 

10.1146/annurev.neuro.051508.135722. 

648 

47. 

Anjum, A., Yazid, M.D., Fauzi Daud, M., Idris, J., Ng, A.M.H., Selvi Naicker, A., Ismail, O.H.R., 

649 

Athi  Kumar,  R.K.,  and  Lokanathan,  Y.  (2020).  Spinal  Cord  Injury:  Pathophysiology, 

650 

Multimolecular  Interactions,  and  Underlying  Recovery  Mechanisms.  Int  J  Mol  Sci 

21. 

651 

10.3390/ijms21207533. 

652 

48. 

Bonthron, C., Burley, S., Broadhead, M.J., Metodieva, V., Grant, S.G.N., Chandran, S., and 

653 

Miles,  G.B.  (2024).  Excitatory  to  inhibitory  synaptic  ratios  are  unchanged  at 

654 

presymptomatic  stages  in  multiple  models  of  ALS.  PLoS  One 

19,  e0306423. 

655 

10.1371/journal.pone.0306423. 

656 

49. 

Kawabata,  H.,  Konno,  A.,  Matsuzaki,  Y.,  and  Hirai,  H.  (2023).  A  blood-brain  barrier-

657 

penetrating AAV2 mutant created by a brain microvasculature endothelial cell-targeted 

658 

AAV2 variant. Mol Ther Methods Clin Dev 

29, 81-92. 10.1016/j.omtm.2023.02.016. 

659 

50. 

Deng,  M.,  Chen,  S.R.,  and  Pan,  H.L.  (2019).  Presynaptic  NMDA  receptors  control 

660 

nociceptive transmission at the spinal cord level in neuropathic pain. Cell Mol Life Sci 

76, 

661 

1889-1899. 10.1007/s00018-019-03047-y. 

662 

51. 

Hasbargen, T., Ahmed, M.M., Miranpuri, G., Li, L., Kahle, K.T., Resnick, D., and Sun, D. (2010). 

663 

Role of NKCC1 and KCC2 in the development of chronic neuropathic pain following spinal 

664 

cord injury. Ann N Y Acad Sci 

1198, 168-172. 10.1111/j.1749-6632.2010.05462.x. 

665 

52. 

Bilchak,  J.N.,  Yeakle,  K.,  Caron,  G.,  Malloy,  D.,  and  Côté

,  M.P.  (2021).  Enhancing  KCC2 

666 

activity decreases hyperreflexia and spasticity after chronic spinal cord injury. Exp Neurol 

667 

338, 113605. 10.1016/j.expneurol.2021.113605. 

668 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

28 

 

53. 

Lee-Hotta, S., Uchiyama, Y., and Kametaka, S. (2019). Role of the BDNF-TrkB pathway in 

669 

KCC2 regulation and rehabilitation following neuronal injury: A mini review. Neurochem 

670 

Int 

128, 32-38. 10.1016/j.neuint.2019.04.003. 

671 

54. 

Talifu, Z., Pan, Y., Gong, H., Xu, X., Zhang, C., Yang, D., Gao, F., Yu, Y., Du, L., and Li, J. 

672 

(2022). The role of KCC2 and NKCC1 in spinal cord injury: From physiology to pathology. 

673 

Front Physiol 

13, 1045520. 10.3389/fphys.2022.1045520. 

674 

55. 

Tashiro, S., Shinozaki, M., Mukaino, M., Renault-Mihara, F., Toyama, Y., Liu, M., Nakamura, 

675 

M.,  and  Okano,  H.  (2015).  BDNF  Induced  by  Treadmill  Training  Contributes  to  the 

676 

Suppression of Spasticity and Allodynia After Spinal Cord Injury via Upregulation of KCC2. 

677 

Neurorehabil Neural Repair 

29, 677-689. 10.1177/1545968314562110. 

678 

56. 

Zhao,  J.,  Gao,  L.,  Nurrish,  S.,  and  Kaplan,  J.M.  (2023).  Post-synaptic  GABA(A)  receptors 

679 

potentiate transmission by recruiting CaV2 channels to their inputs. Cell Rep 

42, 113161. 

680 

10.1016/j.celrep.2023.113161. 

681 

57. 

Lu,  Y.,  Zheng,  J.,  Xiong,  L.,  Zimmermann,  M.,  and  Yang,  J.  (2008).  Spinal  cord  injury-

682 

induced attenuation of GABAergic inhibition  in spinal dorsal horn circuits is associated 

683 

with down-regulation of the chloride transporter KCC2 in rat. J Physiol 

586, 5701-5715. 

684 

10.1113/jphysiol.2008.152348. 

685 

58. 

Kahle, K.T., Deeb, T.Z., Puskarjov, M., Silayeva, L., Liang, B., Kaila, K., and Moss, S.J. (2013). 

686 

Modulation  of  neuronal  activity  by  phosphorylation  of  the  K-Cl  cotransporter  KCC2. 

687 

Trends Neurosci 

36, 726-737. 10.1016/j.tins.2013.08.006. 

688 

59. 

Jarvis,  R.,  Josephine  Ng,  S.F.,  Nathanson,  A.J.,  Cardarelli,  R.A.,  Abiraman,  K.,  Wade,  F., 

689 

Evans-Strong, A., Fernandez-Campa, M.P., Deeb, T.Z., Smalley, J.L., et al. (2023). Direct 

690 

activation  of  KCC2  arrests  benzodiazepine  refractory  status  epilepticus  and  limits  the 

691 

subsequent neuronal injury in mice. Cell Rep Med 

4, 100957. 10.1016/j.xcrm.2023.100957. 

692 

60. 

Friedel,  P.,  Kahle,  K.T.,  Zhang,  J.,  Hertz,  N.,  Pisella,  L.I.,  Buhler,  E.,  Schaller,  F.,  Duan,  J., 

693 

Khanna, A.R., Bishop, P.N., et al. (2015). WNK1-regulated inhibitory phosphorylation of 

694 

the KCC2 cotransporter maintains the depolarizing action of GABA in immature neurons. 

695 

Sci Signal 

8, ra65. 10.1126/scisignal.aaa0354. 

696 

61. 

Côme, E., Heubl, M., Schwartz, E.J., Poncer, J.C., and Lé

vi, S. (2019). Reciprocal Regulation 

697 

of  KCC2  Trafficking  and  Synaptic  Activity.  Front  Cell  Neurosci 

13,  48. 

698 

10.3389/fncel.2019.00048. 

699 

62. 

Granger, A.J., Wang, W., Robertson, K., El-Rifai, M., Zanello, A.F., Bistrong, K., Saunders, A., 

700 

Chow,  B.W.,  Nuñez,  V.,  Turrero  Garcí

a,  M.,  et  al.  (2020).  Cortical  ChAT(+)  neurons  co-

701 

transmit acetylcholine and GABA in a target- and brain-region-specific manner. Elife 

9. 

702 

10.7554/eLife.57749. 

703 

63. 

Lee,  S.,  Toda,  T.,  Kiyama,  H.,  and  Yamashita,  T.  (2014).  Weakened  rate-dependent 

704 

depression  of  Hoffmann's  reflex  and  increased  motoneuron  hyperactivity  after  motor 

705 

cortical infarction in mice. Cell Death Dis 

5, e1007. 10.1038/cddis.2013.544. 

706 

64. 

Toda, T., Ishida, K., Kiyama, H., Yamashita, T., and Lee, S. (2014). Down-regulation of KCC2 

707 

expression and phosphorylation in motoneurons, and increases the number of in primary 

708 

afferent  projections  to  motoneurons  in  mice  with  post-stroke  spasticity.  PLoS  One 

9, 

709 

e114328. 10.1371/journal.pone.0114328. 

710 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

29 

 

65. 

Ryu, Y., Ogata, T., Nagao, M., Sawada, Y., Nishimura, R., and Fujita, N. (2018). Effects of 

711 

Treadmill Training Combined with Serotonergic Interventions on Spasticity after Contusive 

712 

Spinal Cord Injury. J Neurotrauma 

35, 1358-1366. 10.1089/neu.2017.5400. 

713 

66. 

Carola, V., D'Olimpio, F., Brunamonti, E., Mangia, F., and Renzi, P. (2002). Evaluation of the 

714 

elevated plus-maze and open-field tests for the assessment of anxiety-related behaviour 

715 

in inbred mice. Behav Brain Res 

134, 49-57. 10.1016/s0166-4328(01)00452-1. 

716 

 

717 

 

 

718 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

30 

 

STAR

METHODS 

719 

KEY RESOURCES TABLES 

720 

REAGENT or RESOURCE 

SOURCE   

IDENTIFIER 

Antibodies 
Rabbit  monoclonal  anti-
BDNF 

Abcam 

Cat#ab108319, 
RRID:AB_10862052 

Rabbit monoclonal anti-TrkB  Abcam 

Cat#ab187041, 
RRID:AB_2892613 

Rabbit  monoclonal  anti-
KCC2 

Abcam 

Cat#ab259969, 
RRID

N/A 

Rabbit  monoclonal  anti-
ChAT 

Abcam 

Cat#ab181023, 
RRID:AB_2687983 

Mouse  monoclonal  anti- 
GABA  A  Receptor  alpha 
2/GABRA2 

Abcam 

Cat#ab193311, 
RRID:AB_2890213 

Rabbit  monoclonal  anti-
GAD65+GAD67 

Abcam 

Cat#Ab183999, 
RRID:AB_2890213 

Rabbit 

recombinant 

monoclonal anti-VGLUT2 

Abcam 

Cat#ab216463, 
RRID:AB_2893024 

Rabbit 

polyclonal 

anti-

5HT2CR 

Sigma-Aldrich  

Cat#SAB4501477, 
RRID:AB_10744628 

Goat 

Anti-Mouse 

IgG 

Secondary HRP 

Bioss 

Cat#bs-0296G-HRP, 
RRID:AB_10893927 

Goat  Mouse  IgG  Secondary 
HRP 

Bioss 

Cat#bs-0296G-HRP, 
RRID:AB_10893927 

Goat Anti-Rabbit IgG (H+L)  ServiceBio 

Cat#GB23303, 
RRID:AB_2811189 

Cy3  conjugated  Goat  Anti-
mouse IgG

H+L

 

ServiceBio 

Cat#GB21301, 
RRID:AB_2923552 

Cy5-labeled  goat  anti-mouse 
IgG 

ServiceBio 

Cat#GB27301, 
RRID:AB_2910251 

Alexa 

Fluorescent 

488-

conjugated  Goat Anti-Rabbit 
IgG(H+L) 

ServiceBio 

Cat#GB25303, 
RRID:AB_2910224 

Bacterial and Virus Strains 
pHBAAV-CAG-DIO-MCS-
T2A-ZsGreen 

Hanbio Biotechnology 

https://www.hanbio.net/produ
ctclass_8/productdetail_11.sht
ml 

Experimental Models: Organisms/Strains   
C57BL/6 N mice 

Beijing Vitong Lihua 
Laboratory 

https://www.vitalriver.com/#/
animalModel/conventionalAn

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

31 

 

imal?id=46&idd=9&namecod
e=productserve&title 

B6

129S6-Chat

tm2

cre

Lowl

 /J 

mice 

Jackson Laboratory 

Strain #:006410 
RRID:IMSR_JAX:006410 

B6J.129S6(FVB)-
Slc32a1

tm2(cre)Lowl

/MwarJ   

Jackson Laboratory 

Strain #:028862 
RRID:IMSR_JAX:028862 

B6J.129S6(FVB)-
Slc17a6

tm2(cre)Lowl

/MwarJ 

mice 

Jackson Laboratory 

Strain #:028862 
RRID:IMSR_JAX:028862 

Software and algorithms 
GraphPad Prism 7   

N/A 

https://www.graphpad.com/sc
ientificsoftware/prism/ 

SPSS 26.0 

N/A 

https://www.ibm.com/product
s/spss-statistics 

LabChart 8.0 

AD Instruments 

https://www.adinstruments.co
m/support/LabChart 

 

721 

 

722 

EXPERIMENTAL MODEL AND PARTICIPANT DETAILS 

723 

Mouse strains and genotyping

 

724 

All animal experiments were conducted according to protocols approved by the animal care and use 

725 

committee at Capital Medical University of Science and Technology(Ethics batch No. AEEI-2021-

726 

145). Adult  female  mice  weighing  20-25g  were  used  in  this  study. After  arrival,  all  mice  were 

727 

acclimated to the animal facility at least 7 days before experiments were initiated. Mice were housed 

728 

in  group  as  5  mice  per  cage  and  kept  in  a  12-hour  light/12-hour  dark  cycle  at  20-25

  room 

729 

temperature with water and food ad libitum. Only healthy and immunocompetent mice were used. 

730 

Mice in this study were not involved in any previous procedures. 

731 

B6

129S6-Chat

tm2

cre

Lowl

 /J mice, which express Cre recombinase in cholinergic neurons, without 

732 

tdisrupting  endogenous  Chat  expression,  are  referred  to  as  ChAT-IRES-Cre.  B6J.129S6(FVB)-

733 

Slc32a1

tm2(cre)Lowl

/MwarJ mice, which express Cre recombinase in inhibitory GABAergic neuron 

734 

cell bodies, without disrupting endogenous vesicular inhibitory aminoacid transporter expression, 

735 

are  referred  to  as  c.  B6J.129S6(FVB)-Slc17a6

tm2(cre)Lowl

/MwarJ  mice,  which  express  Cre 

736 

recombinase  in  glutamatergic  neuron  cell  bodies,  without  disrupting  endogenous  vesicular 

737 

glutamate transporter-2 expression, are referred to as Vglut2-IRES-Cre. All transgenic animals were 

738 

backcrossed  to  C57BL/6N  for  several  generations.  Heterozygous  Cre

+

  mice  were  used  in 

739 

experiments. Standard genotyping primers are available on the Jackson Lab website. Adult male 

740 

C57/BL6N  mice  of  SPF  grade  were  obtained  from  Beijing  Vitong  Lihua  Laboratory  Animal 

741 

Technology Co., Ltd. (Beijing, China). 

742 

All animals of different strain were randomized using the random number table. The assessments 

743 

persons were blinded to all the groups and all outcome analysis was carried out by independent 

744 

investigators blinded to the treatment condition.   

745 

METHOD DETAILS 

746 

Animal surgery and post-surgery care 

747 

The mice were anesthetized with isopentane (3%–4% induction, 1% to 2% maintenance in oxygen). 

748 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

32 

 

Until the mice entered deep anesthesia, the limbs of  mice were fixed in a prone position on the 

749 

operating table. Fur was shaved, after skin preparation and disinfection, a longitudinal skin incision 

750 

was made to separate fascia and muscle before exposing the spinal processes. The spinous process 

751 

and lamina of T10 verteble was removed, spinal cord was fully exposed. The thoracic 9 and 11 

752 

vertebra were fixed with a spinal cord impactor (Precision Systems and Instrumentation IH spinal 

753 

cord impactor, United States) and the exposed spinal cord was impacted with a force of 70 

±

5 kdyn. 

754 

C57BL/6 N mice were randomly divided into Sham group and SCI group.SCI group accepted the 

755 

same operation. While the sham group, only laminectomy was performed without hit. After cleaning 

756 

the operation area, muscle, fascia and skin were sutured layer by layer. At the same time, mice were 

757 

given 2

×

10

4

U penicillin intraperitoneally to prevent postoperative infection. Mice were placed on 

758 

a warm blanket throughout operation until wakeup. Five days after surgery, the mice were given 

759 

penicillin (2

×

10

4

U /day) to prevent infection.

 

The mice were assisted with urination at least once 

760 

per 12h until the autonomous urination function was restore

d. 

 

761 

Vector Administration

Tail vein injections 

762 

Conditional expression of target genes in Cre- containing neurons was achieved with recombinant 

763 

adeno-associated viruses (AAVs) encoding a double-LoxP inverted open reading frame (DIO) of 

764 

target genes. AAV2 is more effective than AAV9 in transducing cell types in the central nervous 

765 

system

62

.  For  chemogenetic  experiments  with  projection  targeting,  ChAT-IRES-Cre  mice(n=6), 

766 

Vgat-IRES-cre mice(n=6),Vglut2-IRES-cre mice(n=6) were transduced with 

   

HBAAV2/BBB-

767 

CAG-DIO-m-Htr2c-3xflag-ZsGreen  (15

×

10

12

vg/mL,  HanBio,Shanghai,  China),divided  as  ChAT 

768 

group,Vgat  group  and  Vglut2  group  respectively.  AAV  was  diluted  with  0.9%  saline  to  a 

769 

concentration of 1.5

×

10^10 vg/mL before used. 2 days after the SCI operation, we injected AAV. A 

770 

total  of  20

μ

L  of AAV  virus  solution  was  injected  via  tail  vein,and    the  needle  was  retained  30 

771 

seconds before withdrawing. For C57/BL6 N mice, we injected 20

μ

L of 0.9% saline 2 dpi after the 

772 

SCI  operation  as  SCI  group(n=6).  And  the  Sham  group(n=6),we  did  not  give  them 

773 

injection  .Coordinates  were  slightly  adjusted  based  on  mouse  age  and  size.  Viral  vectors  were 

774 

allowed to express for at least four weeks before behavioral evaluation. Furthermore, seven mice 

775 

were excluded from the study due to mortality and spinal cord impact deviation. 

776 

Behavioral tests 

777 

Behavioral tests were conducted after SCI surgery. At -7 dpi, which means 7 days before SCI surgery, 

778 

the pre-training assessment will be used to provide the mice with pre-conditioning.We did RDD by 

779 

electromyography  to  test  spasticity-like  behaviors  at  35dpi  to  56dpi weeks  after  transplantation. 

780 

Basso  mouse  scale  (BMS)  was  measured  at  35dpi  and  56dpi,  DigiGait  footprint  analysis  was 

781 

measured  at  56dpi  for  gait  analysis.  Open  field  test  before  was  performed  at  56dpi.  Thermal 

782 

hyperalgesia testand VonFrey test were performed at 55dpi and 56dpi, respectively.   

783 

In vivo electromyography recordings (H-reflex) 

784 

The mice were anesthetized with isopentane (3%–4% induction, 1 % to 2% maintenance in oxygen). 

785 

Two needle electrodes were inserted into the inner side of the lower limb ankle for stimulating the 

786 

tibial nerve. Two needle-like recording electrodes were inserted into the sole of the foot, a ground 

787 

electrode  was  attached  to  the  end  of  the  tail.  PowerLab  software  LabChart  (version  8.0,  AD 

788 

Instruments, New South Wales, Australia) was used to convert electrical signals and obtain data. By 

789 

amplifying the signal (×4000) and filtering it within the range of 300-6k Hz, we stimulate the tibial 

790 

nerve with a voltage frequency of 0.1Hz and a pulse width of 0.2ms. We measured the maximum 

791 

H-wave can be achieved with a current of 1mA. Then, to measure the RDD of the H reflex, with a 

792 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

33 

 

2-minute interval,20 consecutive stimuli of 0.2, 0.5, 1, 2, and 5 Hz were performed, respectively. 

793 

The first 5 H-waves of in each group at different stimulus frequencies were discarded, instead of 

794 

retaining  the  waves  obtained  by  last  15  stimuli  to  determine  the  RDD  at  different  stimulus 

795 

frequencies

63-65

796 

DigiGait footprint analysis 

797 

Evaluation of hind limb motor function in the SCI mice was assessed by digital footprint analysis 

798 

system (DigiGaitTM, Mouse Specifics, Inc., Massachusetts, United States). All mice were allowed 

799 

to walk on the motor-driven belt. The running speed was slowly increased to 5 cm/s. And the foot-

800 

prints and body movement were recorded with a high-speed digital video camera from the ventral 

801 

view of the treadmill belt reflected off the mirror. (Basler high speed camera, Ahrensburg, Germany). 

802 

Three  consecutive  gait  cycles  were  evaluated.  Three  images  were  recorded  for  each  rat  and 

803 

evaluation. 

804 

Basso mouse scale (BMS) 

805 

Mice were trained and adapted to the open field before the experiment. The BMS were assessed 

806 

35dpi and 56dpi after injury for knowing the locomotor function of mice

27

. Each examination was 

807 

conducted  by  two  experienced  observers  blinded  to  the  group  identity.  The  two  researchers 

808 

performing and recording the test were unaware of the experimental groupings. 

809 

Open field test (OFT) 

810 

The exploratory activity and anxiety-like behavior of the mice were evaluated using a Cleversys 

811 

TopScanLite device (Cleversys, VA, USA)

66

. During the evaluation, the mcie were placed in the 

812 

center of the open field (40 × 40 cm), the average velocity, distance traveled and time spent in the 

813 

center zone by each animal was recorded for 5 min using a high-speed camera. Before the second 

814 

test, the field area were wiped clean and disinfected with alcohol to prevent the odor of the previous 

815 

mice from affecting the results. 

816 

VonFrey filament test 

817 

The Von-Frey filament test (Aesthesio, RWD, Danmic/USA) was conducted to assess mechanical 

818 

allodynia in mice at two time points: before and 8 weeks after SCI. Investigators were blinded to 

819 

the experimental groupings and treatments. Every mouse was placed in a transparent glass box with 

820 

a  raised  wire mesh  grid  and  allowed to adjust  to  the  testing  environment  for  30 minutes. Then, 

821 

mechanical thresholds were measured by applying a Von-Frey wire (0.04–2.0 g) to the lateral plantar 

822 

surface of each hind paw. A positive reaction was recorded when the foot retracted, the mice licked, 

823 

or jumped. The left and right hind limbs underwent six tests, each separated by a 5 minute interval, 

824 

and the results were then averaged. 

825 

Thermal hyperalgesia test 

826 

The Thermal hyperalgesia test was tested to measure thermal injury threshold 1 day after the Von-

827 

Frey filament test by a hot plate test (Bioseb, Pinellas Park, FL, United States). The equipment was 

828 

calibrated to emit heat towards the heat source for determining the baseline withdrawal latency of 

829 

the animals, which was around 10 seconds. To prevent scalding, the latency limit was established at 

830 

30 seconds. Positioned beneath the mid-plantar region of the hind paw via a heat conduction plate, 

831 

a  40W  infrared  heat  source  was  used.  The  duration  between  the  start  of  the  stimulus  and  paw 

832 

withdrawal was noted for each test. Each mice underwent three evaluations, with each evaluation 

833 

spaced 10 minutes apart, and the mean value was calculated from the results. 

834 

Western blot analysis 

835 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

34 

 

Mice spine samples were removed under deep anesthesia with sodium pentobarbital. Then freezing 

836 

it with liquid nitrogen and stored at −80◦C for western blotting. The tissues were used to detect the 

837 

expression  levels  of  BDNF  (ab108319, Abcam,  Cambridge,  United  Kingdom;  dilution  1:1000), 

838 

TrkB(ab187041, Abcam, Cambridge, United Kingdom; dilution 1:5000), GABAA

α

2 (ab193311, 

839 

Abcam, Cambridge, United Kingdom; dilution 1:1000) and KCC2(ab25969, Abcam, Cambridge, 

840 

United Kingdom; dilution 1:1000). Tissues were centrifuged at 12,000 rpm for 10 min at 4◦C after 

841 

splitting. A  BCA  protein  concentrationassay  kit  (PC0020,  Solarbio,  Beijing,  China)  was  used  to 

842 

determine protein concentrations. According to the results,5

×

loading buffer and PBS were used to 

843 

adjust  the  protein  concentrations.  Then  we  conducted  SDS-PAGE  electrophoresis 

844 

(P0015L,Beyotime,China) and transferred separated proteins to a PVDF (IPVH00010, Millipore, 

845 

USA)  membra.  Membranes  were  then  probed  with  primary  antibodies  overnight  at  4◦C.  The 

846 

following morning, the membranes were washed three times, incubated with a secondary antibody 

847 

(bs-0295G-HRP, bs-0296G-HRP, Bioss, Woburn, MA, USA dilution 1:3000), washed, and analyzed 

848 

by chemiluminescence and gel image analysis.All mice were euthanized in accordance with relevant 

849 

animal ethics guidelines and regulations, ensuring compliance with animal welfare standards. 

850 

Tissue processing and Immunofluorescence 

851 

After deeply anesthetized with sodium pentobarbital, the mice quickly entered an anesthetic state 

852 

and passed away peacefully within a few minutes to minimize pain and distress. The mice were 

853 

transcardially perfused with 0.9% normal saline.Then, 4% paraformaldehyde solution were used for 

854 

fixation. Spinal cords from L2 to L6

the lumbar enlargement

were dissected out, post-fixed at 4

 

855 

overnight then sectioned on a freezing microtome at a thickness of 30 mm. The tissues designated 

856 

for staining were outlined using a histochemical pen. Subsequently, the sections were treated with 

857 

3% hydrogen peroxide at room temperature for 25 minutes in the dark, followed by three washes 

858 

with PBS (pH 7.4). Blocking was carried out using a small amount of 3% BSA before proceeding 

859 

to incubate the sections with primary antibodies after removing the blocking solution. The primary 

860 

antibodies  including:  Chat  (ab181923,  Abcam,  Cambridge,  United  Kingdom;  dilution  1:200), 

861 

BDNF (ab108319, Abcam, Cambridge, United Kingdom; dilution 1:1000),TrkB(ab187041, Abcam, 

862 

Cambridge, United Kingdom; dilution 1:5000), GABAA

α

2 (ab193311, Abcam, Cambridge, United 

863 

Kingdom;  dilution  1:5000)  and  KCC2(ab25969, Abcam,  Cambridge,  United  Kingdom;  dilution 

864 

1:5000),Vglut2(ab216463,  Abcam,  Cambridge,  United  Kingdom;  dilution  1:3000), 

865 

GAD65+67(ab25969, 

Abcam, 

Cambridge, 

United 

Kingdom; 

dilution 

1:5000), 

866 

NMDA1R(ab109182, 

Abcam, 

Cambridge, 

United 

Kingdom; 

dilution 

1:5000), 

867 

NMDA2AR(ab174636, 

Abcam, 

Cambridge, 

United 

Kingdom; 

dilution 

1:5000), 

868 

5HT2CR(SAB45014, Abcam, Cambridge, United Kingdom; dilution 1:1000). After rewarming and 

869 

incubation  with  the  corresponding.  HRP-labeled  secondary  antibody,  the  sections  were 

870 

counterstained with DAPI, washed with PBS, and sealed with an autofluorescence quenching agent 

871 

(G1221,  ServiceBio,  Wuhan,  China).  The  tissue  sections  were  imaged  under  a  fluorescence 

872 

microscope  (Eclipse  C1,  Nikon,  Tokyo,  Japan) and  analyzed  by  strata  Quest  (Tissue  Gnostics, 

873 

version 7.0.1.176). 

874 

QUANTIFICATION AND STATISTICAL ANALYSIS 

875 

The data are presented as mean ± standard error, and statistical analysis was performed using SPSS 

876 

software (version 26.0, IBM, Armonk, NY, United States). Two independent sample t-tests were 

877 

employed for pairwise group comparisons, while one-way ANOVA was utilized for comparisons 

878 

among multiple groups, with Bonferroni’s post hoc test for correction.For data that do not follow a 

879 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

35 

 

normal  distribution,  non-parametric  tests  were  employed:  Mann-Whitney  U  test  (for  two-group 

880 

comparisons) and Kruskal-Wallis test (for multiple group comparisons). Statistical significance was 

881 

defined as p < 0.05. 

882 

 

883 

 

884 

Figure 1. Selective Overexpression of 5HT2CR in Spinal Neuronal Populations and Its Impact 

885 

on H-Reflex Modulation 

886 

(A)Experimental Groups 

887 

(B)Illustration  of  viral  constructure  and  the  genetic  cross  strategy  using  ChAT-IRES-Cre, 

888 

VGAT- IRES-Cre, and Vglut2- IRES-Cre mice. 

889 

(C)Representative  confocal  images  showed  motoneurons

GABAergic  interneurons  or 

890 

glutamatergic interneurons

 transfected with AAV in 

lumbar enlargement

 of spinal cord. 

891 

(D) Diagram of Experimental Design 

892 

(E) Principle of the H-reflex.   

893 

(F)Classic electrophysiological trace. 

894 

(G)RDD of the H -reflex at various stimulus frequencies from 0.2Hz to 5Hz, comparing SCI, 

895 

VGAT-Cre, CHAT-Cre, and Vglut-2-Cre groups at different time points (35dpi,56dpi).n=5 in 

896 

each group. 

897 

*p < 0.05, **p < 0.01

***p<0.001 for VGAT vs. SCI,

 

$

p<0.05,

 $$

p<0.01, 

$$$

p<0.001 for ChAT vs. 

898 

SCI; 

#

p<0.05, 

##

p<0.01, 

###

p<0.001 for VGluT2 vs. SCI. Data are presented as means 

±

  SEM.   

899 

 

900 

 

901 

Figure2 Behavioral analysis of mice in different experimental groups. 

902 

(A-B) Schematic of the open field test setup used to evaluate anxiety-like behavior. 

903 

(C)  Representative  tracking  paths  taken  by  mice  within  the  open  field,  shown  for  each 

904 

experimental group. 

905 

(D-G)

 

Distance traveled, velocity, total movement, and central zone time were assessed in 

906 

different  experimental  groups.  n=3  in  each  group.  *p  <  0.05,  **p  <  0.01

***p<0.001.  ns 

907 

indicates no statistical difference between groups. 

908 

(H) Schematic of the Digi Gait system analysis setup used to evaluate locomotor activity. 

909 

(I)Top:

 

Right hindlimb stride time, braking time, stance time, and stride frequency, hindlimb 

910 

stride  frequency;  hindlimb  stance  width.  Bottom:  Left  hindlimb  stride  time,  braking  time, 

911 

stance time, and stride frequency, hindlimb stride frequency; hindlimb stance angle. n=5 in 

912 

each group. *p < 0.05, **p < 0.01

***p<0.001.ns indicates no statistical difference between 

913 

groups. 

914 

(J) Schematic of the BMS used to evaluate locomotor activity. 

915 

(K)Top:  BMS  at  35dpi.Bottom:  BMS  at  56dpi.n=5  in  each  group.  *p  <  0.05,  **p  <  0.01

916 

***p<0.001 for ChAT

VGAT

Vglut-2 group vs SCI group

#

p<0.05, 

##

p<0.01, 

###

p<0.001 for 

917 

ChAT

VGAT

Vglut-2 group vs Sham group. ns indicates no statistical difference between 

918 

groups. 

919 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

 

36 

 

Data are presented as means 

±

  SEM. 

920 

Figure3 Pain Assessment and Expression of NMDAR1 and NMDAR2A in Spinal Cord Tissue 

921 

(A)

 

Left: Representative schematic of the Hargreaves test used to measure the thermal pain 

922 

threshold. Right: Latency to thermal pain in different groups. n = 6 in each group.*p < 0.05, 

923 

**p  <  0.01

***p<0.001  for  SCI,ChAT,VGAT,Vglut-2  group  vs.  SCI

#

p<0.05, 

##

p<0.01, 

924 

###

p<0.001 for ChAT,VGAT,Vglut-2 group vs. Sham. n=6 in each group.Data are presented as 

925 

means 

±

  SEM. 

926 

(B)

 

Left: Representative schematic of the Von Frey test used to measure the mechanical pain 

927 

threshold. Right: Paw withdrawal threshold to mechanical pain in different groups. n = 6 in 

928 

each group.*p < 0.05, **p < 0.01

***p<0.001 for SCI,ChAT,VGAT,Vglut-2 group vs. SCI

929 

#

p<0.05, 

##

p<0.01, 

###

p<0.001  for  ChAT,VGAT,Vglut-2  group  vs.  Sham.  n=6  in  each 

930 

group.Data are presented as means 

±

  SEM. 

931 

(C-D)Immunofluorescence staining for NMDAR1 and NMDAR2A punctae on lumbar motor 

932 

neurons in the SCI group, ChAT group, VGAT group, and VGLUT-2 group.n=3 mice in each 

933 

group at 8 weeks.The inserts were magnified to show the anterior horn of spinal cord .Scale 

934 

bar: 50 mm. 

935 

(E)Quantification  of  NMDAR2  and  NMDAR2A  positive  punctae  on  lumbar  motor  neurons 

936 

shown in (C-D) . n=3 mice in each group at 8 weeks.Data are presented as means 

±

  SEM. 

937 

*p < 0.05, **p < 0.01

***p<0.001.Data are presented as means 

±

  SEM. 

938 

 

939 

Figure  4:  Expression  and  Localization  of  Neurotransmitter  Receptors  and  Transporters  in 

940 

Spinal Cord Tissue 

941 

(A-B) Immunofluorescence staining for KCC2 and GABAAR punctae,as well as co-labeling of 

942 

ChAT,showing the immunofluorescence intensity on lumbar motor neurons in the SCI group, 

943 

ChAT group, VGAT group, and VGLUT-2 group.n=4 mice in each group at 8 weeks.The inserts 

944 

were magnified to show the anterior horn of spinal cord .Scale bar: 50 mm. 

945 

(C-D) Quantification of immunofluorescence intensity for GABAAR and KCC2 on MN shown 

946 

in (A) and (B). n=3 mice in each group at 56pdi.Data are presented as means 

±

  SEM. 

947 

ns indicates no statistical difference between groups. 

948 

(E)  Representative  western  blot  of  BDNF,  TrkB,  KCC2  ,and  GABAAR  of  spinal  cord 

949 

tissue,showing  the  expression  levels  of  those  protein  in  the  SCI  group,  Sham  group,ChAT 

950 

group, VGAT group, and VGLUT-2 group.GAPDH was used as a loading control. n=3 mice in 

951 

each group at 8 weeks. 

952 

(F)Quantification of those protein levels between the four groups,normalized to GAPDH. n=3 

953 

mice in each group at 8 weeksData are presented as means 

±

  SEM.*p < 0.05, **p < 0.01

954 

***p<0.001.Data are presented as means 

±

  SEM. 

955 

 

956 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

C

E

F

G

A

B

ChAT

Cre

ChAT-IRES-Cre mouse
VGAT-IRES-Cre mouse
VGLUT2--IRES-Cre mouse

AAV with gene of 5HT2CR by loxP

VGAT

Cre

VGALUT-2

Cre

m-HT2C

ZsGreen

loxp

lox2272

5HT2CR overexpression in MNs or GABA INs or Glu INs

Viral DNA

Capsid

Spinal cord injury at T10

SCI

HBAAV2/BBB-CAG-DIO-m-

Htr2c-3xflag-ZsGreen

SCI+Overexpression 5HT2CR

Sham

M-Wave

H-Wave

Spinal Cord

Muscle

α-motor axon

Electic stimulus

Ia sensory fiber

Pre-train

0dpi

AAV tail vein injection

Spinal Cord Injury

-7dpi

2dpi

35dpi

BMS

H-Reflex Test

56dpi

BMS

Digit Gait Analysis

Von Frey Test

Open field Test

H-Reflex Test

Heat Pain Test

55dpi

D

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

Camera

Box of Open Field 

A

Center Area

All Area

Open Field Apparatus

C

SCI+Vgat

SCI+Vglut

SCI

SCI+Chat

Sham

E

D

BMS

F

G

H

I

K

Digital Gait Analysis

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

heat source

Hargreaves Test

hot thermal stimulus

glass floor

Von Frey Filament

Von Frey Test

Mechanical stimulus

barred floor

A

B

C

D

E

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

A

C

D

E

F

F

Journal Pre-proof

1-s2.0-S258900422501750X-main-html.html
background image

Highlights 

 

Overexpression of 5HT2CR on MNs or INs alleviates the degree of spasticity after SCI. 

 

Overexpression  of  5HT2CR  on  MNs  improves  motor  function  and  reduces 
anxiety/depression. 

 

Overexpression of 5HT2CR on    Glu INs better alleviates neuropathic pain.

 

 

Overexpression  of  5HT2CR  modulates  the  expression  levels  of  KCC2,GABAAR  and 
NMDAR.

 

Journal Pre-proof