楊立恒 蔡敬怡

神經(jīng)干細(xì)胞(neural stem cell，NSCs)是指神經(jīng)系統(tǒng)中終生保持增殖和分化潛能的細(xì)胞，處于分化的終末狀態(tài)，可通過對稱或不對稱分裂，生成新的干細(xì)胞和分化潛能逐漸降低的子細(xì)胞，最終生成中樞神經(jīng)系統(tǒng)的三種主要細(xì)胞，即神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞。雖然神經(jīng)干細(xì)胞研究還處于起步階段，但已在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中呈現(xiàn)出誘人的光輝前景，其臨床應(yīng)用具有巨大的潛力。

1 神經(jīng)干細(xì)胞特性及調(diào)節(jié)其分化的因素

1.1 神經(jīng)干細(xì)胞體內(nèi)分布及生物學(xué)特性 研究發(fā)現(xiàn)，NSCs不僅存在于胚胎早期的腦室和腦室下區(qū)中，也存在于發(fā)育成熟的腦部(包括人腦)，主要在室管膜下區(qū)(subventricular zone，SVZ)和海馬齒狀回的顆粒細(xì)胞下層(subgranular zone，SGZ)。在局部損傷和局部環(huán)境變化時(shí)，如處于豐富環(huán)境(enriched environment)、多種生長因子存在等情況下可出現(xiàn)增生性反應(yīng)，而在緊張、年齡增加等情況下會(huì)發(fā)生反應(yīng)性增生下降［1］。

1.2 影響神經(jīng)干細(xì)胞分化的因素

1.2.1 生長因子類 ①成纖維細(xì)胞生長因子(fibroblast growth factor，F(xiàn)GF)。FGF家族包括22名成員和4類受體。其中FGF-1和FGF-2發(fā)揮主要作用。體外實(shí)驗(yàn)已證明FGF-2能夠直接刺激神經(jīng)干細(xì)胞的增殖與分化［2］。FGF-2對NSCs分化的影響呈濃度依賴性，低濃度時(shí)促進(jìn)分化為神經(jīng)元，高濃度時(shí)，促進(jìn)向神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的分化。肝素硫酸葡糖胺(HSPG)影響FGF作用的發(fā)揮，即FGF/HS(肝素硫酸)/FGFR復(fù)合物共同調(diào)節(jié)干細(xì)胞發(fā)育，但從腦發(fā)育的不同時(shí)期分離出來的HSPG對FGF具有不同的反應(yīng)性［3］，原因可能與不同時(shí)期肝素硫酸葡糖胺側(cè)鏈長度不同有關(guān);②表皮生長因子EGF(epidermal growth factor，EGF)。EGF是促進(jìn)有絲分裂的因子，能促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞分化增殖。EGF受體是酪氨酸激酶受體，由ErbB基因編碼。在E13鼠基底節(jié)、E15鼠中腦原始區(qū)域及E17鼠內(nèi)側(cè)神經(jīng)節(jié)突起的腦室區(qū)EGF都有表達(dá)，但不如FGF分布廣泛。EGFR在E15鼠中腦原始區(qū)域和小腦皮質(zhì)外顆粒層有所表達(dá)，但持續(xù)表達(dá)在小腦皮質(zhì)顆粒層及齒狀回顆粒層，成鼠EGFR表達(dá)則只限于室下區(qū)和齒狀回。側(cè)腦室長期在EGF刺激下雖不明顯誘導(dǎo)齒狀回或嗅球顆粒神經(jīng)元產(chǎn)生，但卻誘導(dǎo)室管膜下區(qū)星形膠質(zhì)細(xì)胞的產(chǎn)生;③胰島素樣生長因子(insulin-like growth factor，IGF)。IGF-1在NSCs調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用，體外培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，在缺乏IGF-1的情況下，EGF與FGF-2都不能發(fā)揮原有作用，F(xiàn)GF-2主要促進(jìn)早期NSCs的增殖，在體外培養(yǎng)傳代第四代之前不需要IGF-1的參與，而EGF主要促進(jìn)胚胎晚期NSCs的增殖，且需IGF-1的參與。

1.2.2 甲狀腺激素(thyroid hormone，T3)和維甲酸(retinoic acid，RA) T3和RA通過細(xì)胞內(nèi)核受體家族發(fā)揮作用。T3受體表達(dá)在胚鼠的海馬區(qū)、小腦區(qū)和皮質(zhì)腦室區(qū)域。配體受體混合物對靶基因區(qū)域的DNA成分具有高親和力并直接調(diào)節(jié)這些基因的表達(dá)。RA能夠引起NeuroD和P21表達(dá)水平的迅速上調(diào)，使NSCs分化為未成熟神經(jīng)元的數(shù)量增加3倍，同時(shí)促使trkA、trkB、trkC和p75N GFR表達(dá)增加，促使神經(jīng)前體細(xì)胞分化成熟［4］。

1.2.3 神經(jīng)遞質(zhì)類 神經(jīng)遞質(zhì)主要包括氨基酸遞質(zhì)和神經(jīng)活性肽類，其中氨基酸遞質(zhì)中較重要的為谷氨酸與GABA，神經(jīng)活性肽類包括阿片肽與血管活性腸肽(vasoactive intestinal polypeptide，VIP)及垂體腺苷酸環(huán)化酶腸肽(PACAP)。谷氨酸通過四種受體發(fā)揮作用，即NMDA受體、AMPA受體、Kainate受體和Metabotropic受體。缺乏NMDA受體時(shí)，谷氨酸可以使細(xì)胞數(shù)量減少近60%。GABA和谷氨酸一樣，可抑制皮質(zhì)前體細(xì)胞增殖而促進(jìn)細(xì)胞分化，起作用發(fā)揮依賴于GABAA受體。在體外實(shí)驗(yàn)中，已經(jīng)證實(shí)了腦室區(qū)域與皮質(zhì)區(qū)域有GABAA受體存在，并影響細(xì)胞的增殖分化。神經(jīng)活性肽類中的阿片肽能夠抑制CNS細(xì)胞增殖。藥理學(xué)研究表明，阿片肽影響神經(jīng)發(fā)育只通過未克隆的4型受體而發(fā)揮作用，該型受體對Met5-enkephalin具有高親和力，而對細(xì)胞增殖無任何影響的δκμ配體具有低親和力。體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證明，VIP和PACA P具有促進(jìn)細(xì)胞增殖作用，在神經(jīng)嵴源性的頸神經(jīng)節(jié)前體細(xì)胞PACAPI受體可促進(jìn)其增殖。

2 神經(jīng)干細(xì)胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷中的治療作用

目前對于中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷的主要治療策略有:采用神經(jīng)生長因子或者抵消神經(jīng)生長抑制劑作用的因子來促進(jìn)損傷組織的再生;以含有生長因子的橋架來連接損傷區(qū)域，促進(jìn)軸突的再生;修復(fù)受損的髓鞘，恢復(fù)神經(jīng)沖動(dòng)的傳導(dǎo);增強(qiáng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的可塑性。臨床上腦損傷后期治療的主要方法包括神經(jīng)功能康復(fù)訓(xùn)練及神經(jīng)營養(yǎng)藥物的應(yīng)用，但是療效都不很確切，主要是很難達(dá)到修復(fù)受損神經(jīng)元、突觸聯(lián)系及恢復(fù)神經(jīng)功能的目的。而NSCs的研究則為腦損傷的治療提供了新的方向。

2.1 自體NSCs的治療研究 Dash等發(fā)現(xiàn)興奮毒性和機(jī)械損傷海馬顆粒細(xì)胞層(granule cell layer)可刺激前體細(xì)胞增殖，這提示該處的神經(jīng)損傷可能導(dǎo)致神經(jīng)再生。實(shí)際上，大部分外傷后的神經(jīng)再生都形成了星形膠質(zhì)細(xì)胞。這些實(shí)驗(yàn)說明自體的NSCs在神經(jīng)組織損傷后有一定的代償能力，但是這種能力畢竟有限，不能夠達(dá)到完全修復(fù)損傷的目的。因而，僅依靠內(nèi)源性的神經(jīng)再生來修復(fù)腦損傷，不能完全實(shí)現(xiàn)修復(fù)的目的。因此人們開始嘗試異體NSCs移植來治療腦損傷。

2.2 異體NSCs的治療研究 NSCs移植后能分化為神經(jīng)元或膠質(zhì)細(xì)胞，其分化趨勢可能受微環(huán)境影響，移植能改善運(yùn)動(dòng)功能，但是對于認(rèn)知功能的改善其作用并不明顯。其中NSCs改善運(yùn)動(dòng)損傷可能的機(jī)制為:細(xì)胞替代作用以減少組織損失和膠質(zhì)瘢痕形成。但從以往的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中不難發(fā)現(xiàn)，移植入體內(nèi)的NSCs的存活率并不高。為了提高NSCs的存活率，目前的主要方法有以下幾種。

2.2.1 改善移植細(xì)胞的局部生存環(huán)境 由于損傷后還存在局部炎癥等后期效應(yīng)，使得新植入的NSCs不易存活;損傷區(qū)周邊的細(xì)胞或NSCs自身可能存在某些細(xì)胞因子的旁分泌或自分泌作損傷部位用，可影響干細(xì)胞的存活和分化。微環(huán)境影響干細(xì)胞的存活、遷移和分化，可誘導(dǎo)特殊表型的神經(jīng)元或膠質(zhì)細(xì)胞的分化，這一作用可能強(qiáng)于NSCs自身的特性。成年脊髓來源NSCs在移植入DG后能分化為神經(jīng)元，但在移植回脊髓后，卻不能出現(xiàn)神經(jīng)元表型［5］。同樣，成年海馬來源的NSCs在移植到SVZ或吻側(cè)遷移路徑(rostral migratory stream，RMS)時(shí)，可分化成嗅球神經(jīng)元，出現(xiàn)嗅球中的神經(jīng)傳遞表型，而在移植到海馬時(shí)則不能進(jìn)行上述分化。

2.2.2 體外預(yù)分化NSCs，選擇合適的移植細(xì)胞 在大多數(shù)NSCs移植研究中，移植的是多潛能NSCs(pluripotent NSCs)，依靠細(xì)胞自身的分化能力在體內(nèi)分化。但這樣移植后，大多數(shù)NSCs分化成膠質(zhì)細(xì)胞，只有少數(shù)能成為神經(jīng)元，而分化為正常功能的神經(jīng)元細(xì)胞則更少。體外預(yù)分化NSCs，使其在體外成為譜系限制性的前體細(xì)胞(lineage committed precursors)，可提高對損傷的治療作用。神經(jīng)元限制性前體細(xì)胞(neuronal restricted progenitor，NRPs)是一種能定向朝神經(jīng)元方向分化的細(xì)胞，從胚胎中樞神經(jīng)系統(tǒng)組織、胚胎干細(xì)胞、增殖中的多潛能NSCs中均可分離出NRPs。移植的NRPs呈現(xiàn)出與原位宿主神經(jīng)元一樣的表型。可以說NSCs在體內(nèi)的存活、增殖和分化是局部微環(huán)境和干細(xì)胞自身特性相互作用的結(jié)果。

3 問題與展望

3.1 神經(jīng)干細(xì)胞來源問題 成年NSCs多位于腦和脊髓中軸部位，難以大量取材，而且目前尚無法對NSCs的增殖分化進(jìn)行精確調(diào)控，另外培養(yǎng)時(shí)間也是一個(gè)限制因素。Kondo等發(fā)現(xiàn)在一定細(xì)胞外信號誘導(dǎo)下，少突細(xì)胞前體細(xì)胞可以逆分化為多功能NSCs，后者可以自我更新并分化為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞。

3.2 調(diào)控問題 目前人們對于NSCs的分化調(diào)節(jié)機(jī)制還不十分清楚。如何選擇有效的移植部位和方法，控制其分化方向，預(yù)測其發(fā)展結(jié)果，達(dá)到期望目的等問題還有待進(jìn)一步的研究。

3.3 免疫排斥 移植后的免疫排斥也是一個(gè)有待解決的問題。大多數(shù)實(shí)驗(yàn)顯示神經(jīng)干細(xì)胞的移植無論自體和異體都未發(fā)生免疫排斥反應(yīng)。也有研究顯示存在免疫排斥，其主要機(jī)制與MHC-Ⅱ有關(guān)，實(shí)驗(yàn)中用長效環(huán)胞菌素A免疫抑制劑可以保護(hù)抑制細(xì)胞的生長分化。

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