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神經(jīng)干細(xì)胞的研究及其應(yīng)用新進(jìn)展
神經(jīng)干細(xì)胞的研究及其應(yīng)用新進(jìn)展[關(guān)鍵詞] 神經(jīng)干細(xì)胞 研究
健康網(wǎng)訊: 崔桂萍 天津市腦系科中心醫(yī)院 300060 1992 年， Reynolds [1] 首次成功地從成年小鼠紋狀體中分離出神經(jīng)干細(xì)胞（ neural stem cell, NSC ），于是“神經(jīng)干細(xì)胞”這一概念被正式引入神經(jīng)科學(xué)研究領(lǐng)域。可以總結(jié)為具有分化為神經(jīng)元、星形細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞的能力，能自我更新并足以提供大量腦組織細(xì)胞的細(xì)胞。不少文獻(xiàn)中還提到神經(jīng)祖細(xì)胞和神經(jīng)前體細(xì)胞，目前認(rèn)為，神經(jīng)祖細(xì)胞是指比 NSC 更有明確發(fā)展方向的細(xì)胞，而神經(jīng)前體細(xì)胞是指處于發(fā)育早期的增殖細(xì)胞，可指代 NSC 和神經(jīng)祖細(xì)胞：與 NSC 相比，二者的分裂增殖能力較弱而分化能力較強(qiáng)，是有限增殖細(xì)胞，但三者均屬 NSC 范疇。 1. NSC 的起源、存在部位及生物學(xué)特征 中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育起源于神經(jīng)溝、神經(jīng)嵴、神經(jīng)管；研究發(fā)現(xiàn)， NSC 在神經(jīng)管壁增殖，新生細(xì)胞呈放射狀纖維遷移至腦的特定位置；主要存在于室管膜區(qū)，在成腦生發(fā)區(qū)以外的區(qū)域也廣泛分布，即具有高度可塑性的神經(jīng)前體細(xì)胞。 現(xiàn)發(fā)現(xiàn) NSC 的生物學(xué)特征為：（ 1 ）具有自我更新能力；（ 2 ）具有多向分化潛能，可分化為神經(jīng)元、星形細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞；（ 3 ）處于高度未分化狀態(tài)；（ 4 ）終生具有增殖分化能力，在有損傷的局部環(huán)境信號變化的刺激下可以增殖分化。其中（ 1 ）和（ 2 ）是 NSC 的兩個基本特征。 2. NSC 的基礎(chǔ)研究進(jìn)展 NSC 的增殖和分化調(diào)控是目前 NSC 研究的核心問題，最近的研究資料顯示， NSC 的增殖、分化、遷移調(diào)控受多種相關(guān)因素的影響。 2.1 神經(jīng)遞質(zhì) 神經(jīng)遞質(zhì)作為細(xì)胞外環(huán)境的一員，不僅介導(dǎo)神經(jīng)元之間和神經(jīng)元與效應(yīng)器之間的信號傳遞，還參與 NSC 的增殖和分化。這些神經(jīng)遞質(zhì)包括谷氨酸（ G1u ）、 5- 羥色胺（ 5-HT ）、 GABA 、甘氨酸（ G1y ）、乙酰膽堿（ Ach ）一氧化氮（ NO ）、腎上腺素與性激素等。 2.1.1 G1u ：在腦的發(fā)育過程中有高含量的 G1u 表達(dá)， Haydar 等 [2] 發(fā)現(xiàn)， G1u 可以通過大鼠胚胎皮質(zhì) AMPA/KAR 的激活調(diào)節(jié)室周區(qū)前體細(xì)胞的增殖，但 GLU 對室管膜區(qū)（ SZ ）和室管膜下區(qū)（ SVZ ）體內(nèi)細(xì)胞的影響是不同的，它可增加 SZ 細(xì)胞的增殖，減少 SVZ 細(xì)胞的增殖； GLU 還可促進(jìn)神經(jīng)元生長和分化。 2.1.2 5-HT ：許多研究表明 [3] ， 5-HT 在皮質(zhì)發(fā)育、突觸形成中起重要作用，抑制 5-HT 合成或選擇性損傷 5-HT 神經(jīng)元則引起齒狀回及腦室下區(qū)神經(jīng)元增殖活性下降， 5-HT 可促進(jìn)膠質(zhì)細(xì)胞分化和髓鞘形成。 2.1.3 GABA ： GABA 是成體腦發(fā)育過程中主要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)。 Haydar 等 [2] 發(fā)現(xiàn)， GABA 受體的激活可控制神經(jīng)前體細(xì)胞的細(xì)胞周期； Stewart 等 [4] 研究發(fā)現(xiàn)， GABA 和 G1u 對腦內(nèi)不同區(qū)域細(xì)胞增殖的影響是不同的，內(nèi)源性 GABA 激活 GABA 受體在新皮質(zhì)和調(diào)節(jié)神經(jīng)前體細(xì)胞增殖方面起重要作用。 2.1.4 G1y 及其它： G1y 受體（ G1yR ）通過增加突觸后細(xì)胞膜 C1 - 通透性而起突觸后抑制作用。 Flint 等 [5] 發(fā)現(xiàn)， G1yR 在胚胎大鼠和初生早期脊髓中為未成熟遷移和分化的神經(jīng)元中起重要作用，推測 G1yR 信號可能在突觸形成中其重要作用； Ach 可通過 α -7 樣煙堿乙酰膽堿受體激活導(dǎo)致新生大鼠嗅球原代培養(yǎng)細(xì)胞神經(jīng)突起過度生長，相反， Ach 可抑制胚胎小鼠脊髓神經(jīng)元的神經(jīng)突起生長。有資料顯示， NO 作為 CNS 的神經(jīng)遞質(zhì)廣泛參與神經(jīng)細(xì)胞的存活、分化和可塑性的發(fā)生。而腎上腺素和性激素則可使新生小鼠齒狀回新生細(xì)胞數(shù)量減少。 2.2 細(xì)胞外基質(zhì) 細(xì)胞外基質(zhì)（ ECM ）是組成間質(zhì)和上皮血管中基質(zhì)的不溶性結(jié)構(gòu)成分，主要有膠原蛋白、彈性蛋白、蛋白多糖和糖蛋白等。研究表明， ECM 可影響細(xì)胞分化、增殖、黏附、形態(tài)發(fā)生和表型表達(dá)等生物學(xué)過程。 NSC 具有位置特異性的分化潛能，其增殖、分化和遷移與 ECM 有非常密切的關(guān)系。 2.2.1 B- 鏈蛋白：新近資料表明， NSC 與 ECM 的黏附功能可以調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長和增殖。 NSC 中的 B- 鏈蛋白和 Tcy/Lef 轉(zhuǎn)錄因子家族參與了細(xì)胞的成活、增殖和分化。 Chenn 等 [6] 發(fā)現(xiàn)，在 NSC 中穩(wěn)定表達(dá) B- 鏈蛋白的轉(zhuǎn)基因小鼠，其發(fā)育的大腦皮質(zhì)表面積增大，溝回變深而寬，類似高級哺乳動物的皮質(zhì)；側(cè)腦室腔變大，與之相鄰的腦室壁有大量增生的細(xì)胞；并且其大部分 NSC 在有絲分裂后可重新進(jìn)入細(xì)胞周期，說明過度表達(dá) B- 鏈蛋白并不破壞神經(jīng)細(xì)胞正常發(fā)育分化，皮質(zhì)的擴(kuò)大是由于 NSC 增殖所致，提示 B- 鏈蛋白與 NSC 增殖有關(guān)。 2.2.2 Ree1in ： Ree1in 是 ECM 中分子質(zhì)量為 400 × 10 3 的蛋白質(zhì)，與神經(jīng)細(xì)胞表面的整合素受體 α 3 亞基、極低密度脂蛋白和載脂蛋白 E 相結(jié)合，觸發(fā) Dab-1 胞液蛋白的銜接功能。在皮質(zhì)發(fā)育過程中的神經(jīng)元以及脊髓節(jié)前神經(jīng)元遷移中起重要作用。 2.2.3 細(xì)胞黏附因子：細(xì)胞黏附因子是一種影響干細(xì)胞行為的重要信號蛋白，包括整合素和黏合素等。研究表明， ECM 中的整合素在調(diào)控 NSC 增殖、分化和遷移方面有重要的作用。腦內(nèi)整合素與配體的相互作用促進(jìn)了神經(jīng)細(xì)胞的遷移，神經(jīng)突起過度生長和少突膠質(zhì)細(xì)胞髓磷脂膜的形成，在可塑性過程的成體突觸結(jié)構(gòu)形成中也起重要作用。黏合素家族中的 TN-C 在早期發(fā)育的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛表達(dá)，但在分化過程表達(dá)下降；成腦受傷后， TN-C 表達(dá)上調(diào)，提示 TN-C 在提高中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能和可塑性方面有重要作用。 Garcion 等 [7] 用基因敲除 TN-C 的方法，發(fā)現(xiàn)小鼠少突膠質(zhì)前體細(xì)胞向視神經(jīng)方向遷移增加，但在各腦區(qū)的增殖率下降。 2.2.4 細(xì)胞生長因子： NSC 的增殖和分化還受多種細(xì)胞生長因子的調(diào)控，如成纖維的細(xì)胞生長因子（ FGF ）和表皮生長因子（ EGF ）等。 FGF 有三種受體， FGFR1 、 FGFR2 和 FGFR3 ，發(fā)育早期 FGF 在胎腦內(nèi)進(jìn)行增殖或神經(jīng)發(fā)生的區(qū)域內(nèi)表達(dá)，成年腦內(nèi)在相應(yīng)的神經(jīng)發(fā)生區(qū)內(nèi)也有 FGF 的持續(xù)表達(dá)，提示 FGF 在調(diào)節(jié) NSC 增殖中發(fā)揮重要作用， EGF 在發(fā)育腦和成年腦內(nèi)均有表達(dá)，神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞均可表達(dá) EGF 。 2.2.5 糖蛋白：糖蛋白家族包括層黏蛋白（ LM ），纖維連接蛋白（ FN ）和腱蛋白（ TN ）， LM 為基底膜的構(gòu)成成分，可促進(jìn)細(xì)胞黏附，調(diào)節(jié)細(xì)胞形態(tài)、分化及細(xì)胞遷移等； FN 具有形成 ECM ，促進(jìn)細(xì)胞黏附、伸展、遷移、吞噬及血液凝固等多種生物學(xué)作用； TN 有促進(jìn)細(xì)胞黏附，促進(jìn)或抑制細(xì)胞增殖和遷移等多種作用，并有拮抗 FN 的細(xì)胞黏附作用。 Takano 等 [8] 新近發(fā)現(xiàn)， FN 對小鼠神經(jīng)脊細(xì)胞中黑色素細(xì)胞的增殖、分化和遷移有重要作用。而 Chipperfield 等 [9] 則發(fā)現(xiàn)， ECM 中硫酸乙酰肝素葡糖胺聚糖（ HS ）可促進(jìn) FGF-1 對成體 NSC 的有絲分裂作用。 2.3 基因調(diào)控 2.3.1 Notch 基因： Notch 信號通路對于決定胚胎發(fā)生、造血和 NSC 分化起著至關(guān)重要的作用，當(dāng) Notch 被激活，干細(xì)胞進(jìn)行增殖，當(dāng) Notch 活性被抑制，干細(xì)胞進(jìn)入分化程序，發(fā)育為功能細(xì)胞。 Tanigaki [10] 等發(fā)現(xiàn)， Notch 在成體 NSC 發(fā)育為膠質(zhì)細(xì)胞中起著重要作用，表達(dá) Notch IC 明顯增加星形細(xì)胞分化，減少神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞的產(chǎn)生。 2.3.2 bHLH 基因： bHLH 基因具有高度同源性，是發(fā)育過程中轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，廣泛參與神經(jīng)和肌肉、細(xì)胞增殖分化、細(xì)胞譜系決定和性別決定等生理過程。 bHLH 基因在神經(jīng)上皮細(xì)胞發(fā)育為神經(jīng)元中起關(guān)鍵并激活下游作用，可促進(jìn)細(xì)胞脫離細(xì)胞周期，使細(xì)胞游離出皮質(zhì)，并激活下游特定神經(jīng)元分化的遺傳基因表達(dá)。 2.3.3 同源盒基因：同源合基因在生物進(jìn)化中有高度保守性，對下游靶細(xì)胞具有調(diào)節(jié)作用。同源盒基因目前有 Hox 、 Pax 和 Lim 等幾大類；目前認(rèn)為， Hox 的表達(dá)與中樞神經(jīng)在發(fā)育中的分區(qū)有關(guān)，為不同神經(jīng)元的發(fā)育提供位置特征； Pax 的早期表達(dá)與神經(jīng)發(fā)育過程中空間和時間的局限性有密切關(guān)系； Lim 絕大多數(shù)在特定的神經(jīng)元亞群中表達(dá)，參與特定神經(jīng)元的發(fā)育。 Galli 等 [11] 發(fā)現(xiàn)，成體哺乳動物室周區(qū)的 NSC 表達(dá)同源盒基因 Emx2 分化成神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞時 Emx2 基因表達(dá)明顯下調(diào)；然而， Emx2 表達(dá)停止后， NSC 對稱分化為兩個干細(xì)胞的頻率增加，隨著 Emx2 表達(dá)的增加，這種對稱分化能力逐漸降低。 2.3.4 Nestin 基因： Nestin 屬于中間絲蛋白家族，存在于分裂的 NSC 中，成熟神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞不表達(dá)，被選作 NSC 的識別物，通過檢測 Nestin 的表達(dá)即可確定多潛能干細(xì)胞的存在。 3. NSC 的應(yīng)用研究進(jìn)展 隨著對 NSC 了解的不斷深入，國內(nèi)外科學(xué)家積極開展對 NSC 的臨床應(yīng)用研究。表現(xiàn)如下： 3.1 細(xì)胞移植 試驗研究表明， NSC 可用于損傷的神經(jīng)細(xì)胞替代；如腦缺血的細(xì)胞移植治療以成為目前腦移植的新熱點。多項研究證實，移植胚胎腦組織是修復(fù)腦損害，重建神經(jīng)功能的有效治療途徑。目前有自體移植和異體移植兩種途徑，由于胎腦來源有限，并受到孕齡選擇、活力保持、異體排斥反應(yīng)及倫理道德等因素制約，使異體移植受到很大限制。于是自體移植的體外分離培養(yǎng)受到諸多科學(xué)家的深入研究并取得成功。劉輝等 [12] 將人類胎兒海馬 NSC 移植入大鼠顱腦損傷模型，一周后發(fā)現(xiàn) NSC 移植治療組與未治療損傷組相比，呈明顯運動功能改善， NSC 分裂增殖為神經(jīng)元或膠質(zhì)細(xì)胞，并向受損腦組織遷移，所以， NSC 是細(xì)胞移植治療顱腦損傷的一種良好來源。 3.2 基因載體治療 一些大分子物質(zhì)如神經(jīng)生長因子（ NGF ）、腦源性生長因子，盡管有治療作用，卻不能通過血腦屏障，其治療作用受到限制；然而，用 NSC 作載體，將編碼特定神經(jīng)遞質(zhì)或蛋白質(zhì)因子的基因轉(zhuǎn)導(dǎo)入 NSC 載體，以治療 CNS 疾病，取得可喜進(jìn)展，在腦腫瘤基因治療更為突出。 Benedetti 等 [13] 將表達(dá)白介素 -4 的基因轉(zhuǎn)導(dǎo)到 C57BL6J 小鼠原代神經(jīng)組織細(xì)胞，然后將這些細(xì)胞注入已建立的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤模型中，結(jié)果導(dǎo)致大多數(shù)帶瘤小鼠的存活，磁共振證實了大腫瘤漸進(jìn)性縮小、消失。 3.3 神經(jīng)損傷的再生 大量的試驗研究表明，腦缺血可以出現(xiàn)發(fā)生區(qū)內(nèi)源性 NSC 激活，以達(dá)到神經(jīng)再生。 Iwai 等 [14] 認(rèn)為，腦缺血后的神經(jīng)再生可分為增殖、遷移、分化三個階段；他們通過沙土鼠海馬齒狀回缺血再灌注損傷試驗?zāi)Ｐ桶l(fā)現(xiàn)，沙土鼠腦缺血后第 10 天 NSC 增殖達(dá)高峰；缺血后 20 天，開始增殖的細(xì)胞表達(dá)神經(jīng)黏附分子，并從顆粒層下區(qū)遷移至顆粒層；在到缺血后 60 天，這些遷移的細(xì)胞才分化為成熟細(xì)胞。 3.4 生命科學(xué)的研究 首先，通過干細(xì)胞的研究來檢測人體的一些數(shù)量和濃度極為稀少的蛋白質(zhì)；其次，通過研究藥物對胚胎神經(jīng)干細(xì)胞的生長分化的影響，推測某些藥物潛在的胎兒致畸作用，人胚胎干細(xì)胞還可以提供在細(xì)胞和分子水平上研究人體發(fā)育過程中極早期事件的方法，并且不會引起相關(guān)的倫理問題。目前采用移植 NSC 治療帕金森病、亨廷頓病、脊髓損傷、缺血性中風(fēng)及老年癡呆等疾病取得一定進(jìn)展，仍有待于進(jìn)一步的研究和探討。 4. 結(jié)語 近幾年，對 NSC 的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究均取得了可喜的進(jìn)展，隨著認(rèn)識的不斷深入，尚有許多問題未能明確，如：人體能獲得利用移植 NSC 的程度有多大？移植物增殖分化的關(guān)鍵基因是什么？國內(nèi)外的部分研究已發(fā)現(xiàn)神經(jīng)干細(xì)胞移植到動物腦內(nèi)后有潛在的致瘤性，等等。這些都有待于深入研究和解決，也希望我們的研究能廣泛應(yīng)用于臨床。 作者簡介：崔桂萍，女，主管檢驗師。 參考文獻(xiàn) 1. 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