徐驪馳，王公明，徐淑香，張孟元

1 山東大學(xué)附屬省立醫(yī)院麻醉科，濟南250021；2 山東大學(xué)附屬省立醫(yī)院疼痛科

海馬被認(rèn)為是與學(xué)習(xí)記憶功能密切相關(guān)的部位，而成年海馬神經(jīng)再生發(fā)生于成年哺乳動物海馬齒狀回，并與海馬體依賴的學(xué)習(xí)和記憶有關(guān)［1-2］。在成年后，海馬齒狀回內(nèi)仍存在神經(jīng)干細(xì)胞巢，可不斷產(chǎn)生新的神經(jīng)元，新產(chǎn)生的神經(jīng)元可在學(xué)習(xí)和記憶等認(rèn)知過程中發(fā)揮功能作用。海馬齒狀回的亞顆粒區(qū)（SGZ）是神經(jīng)干細(xì)胞巢的所在部位，可提供神經(jīng)干細(xì)胞增殖分化的微環(huán)境，這種微環(huán)境稱為神經(jīng)源性小生境。SGZ的神經(jīng)干細(xì)胞增殖分化并且向顆粒區(qū)遷移，形成顆粒神經(jīng)元。成年海馬齒狀回顆粒神經(jīng)元在功能整合到海馬回路之前，要經(jīng)過幾個連續(xù)的發(fā)育階段：首先神經(jīng)干細(xì)胞分化為神經(jīng)前體細(xì)胞（NPC），NPC 再分化為成神經(jīng)細(xì)胞，最后成神經(jīng)細(xì)胞分化為未成熟的神經(jīng)元，進而遷移入顆粒細(xì)胞層成為成熟的齒狀回顆粒神經(jīng)元。除了神經(jīng)干細(xì)胞巢之外，該區(qū)域還包含神經(jīng)發(fā)生的幾種支持細(xì)胞以及免疫細(xì)胞，如星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞、T 細(xì)胞等，以及與神經(jīng)發(fā)生緊密相關(guān)的密集血管網(wǎng)絡(luò)［3］。已有研究表明，衰老可導(dǎo)致成年海馬神經(jīng)再生衰退，且可能是阿爾茨海默?。ˋD）等神經(jīng)退行性疾病引起記憶缺陷的潛在機制［4-8］。但年齡相關(guān)成年海馬神經(jīng)再生的相關(guān)機制目前仍在研究中，主要涉及到以下3個學(xué)說：海馬干細(xì)胞巢隨著年齡的增長而枯竭，衰老個體的神經(jīng)源性小生境功能衰退和衰老個體神經(jīng)干細(xì)胞的表觀遺傳學(xué)變化。本文對衰老導(dǎo)致成年海馬神經(jīng)再生衰退的相關(guān)機制作一綜述，為預(yù)防和治療AD等神經(jīng)退行性疾病提供新的思路。

1 海馬干細(xì)胞巢隨著年齡增長而枯竭

隨著年齡的增長，靜止神經(jīng)干細(xì)胞的活化會產(chǎn)生越來越多的星形膠質(zhì)細(xì)胞，能夠產(chǎn)生神經(jīng)元的神經(jīng)干細(xì)胞數(shù)量顯著降低，且這種細(xì)胞為“一次性細(xì)胞”，即只具備單向分化的能力，不具備有絲分裂保留干細(xì)胞“種子”的能力。因此，隨著年齡的增加，神經(jīng)干細(xì)胞不斷分化為神經(jīng)元的同時，干細(xì)胞巢中的干細(xì)胞數(shù)量也在不斷降低。

然而，單個神經(jīng)干細(xì)胞在分化為星形膠質(zhì)細(xì)胞后，依然能夠轉(zhuǎn)化而恢復(fù)成為靜止神經(jīng)干細(xì)胞和重新活化，這一過程可延緩神經(jīng)干細(xì)胞巢的耗竭。研究表明，大鼠海馬SGZ 中神經(jīng)干細(xì)胞的密度在整個生命過程中都保持相對恒定，即使是處于老年期，靜止?fàn)顟B(tài)的神經(jīng)干細(xì)胞巢仍可被激活，增殖分化產(chǎn)生新生神經(jīng)元；老年大鼠中，神經(jīng)干細(xì)胞巢可產(chǎn)生中間神經(jīng)元，盡管數(shù)量比年輕個體要減少，但細(xì)胞結(jié)構(gòu)復(fù)雜性與年輕時相當(dāng)，并仍可在體內(nèi)現(xiàn)有的海馬回路中繼續(xù)形成一定水平的谷氨酸能突觸［9］。Arc基因是神經(jīng)元活動的標(biāo)志物，成年大鼠與幼年大鼠相比，海馬神經(jīng)元在對環(huán)境刺激做出響應(yīng)時，會以相同的頻率顯示出Arc基因的激活，這表明海馬新生神經(jīng)元的功能并不會隨著年齡的增加而減退。因此，老年個體神經(jīng)干細(xì)胞在數(shù)量與潛在功能上與年輕時并無明顯差別，神經(jīng)干細(xì)胞枯竭學(xué)說并不能解釋年齡相關(guān)海馬神經(jīng)再生降低以及與之相伴的認(rèn)知功能減退。

2 衰老個體的神經(jīng)源性小生境功能衰退

在衰老個體的大腦中，海馬神經(jīng)源性小生境中各種細(xì)胞因子的表達(dá)水平發(fā)生退行性改變，致使局部微環(huán)境發(fā)生變化，這些變化可對神經(jīng)干細(xì)胞的增殖分化產(chǎn)生影響［10-11］。神經(jīng)源性小生境功能減退的機制可能涉及以下幾種分子的表達(dá)變化以及小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量和功能的變化。

2.1 神經(jīng)源性小生境調(diào)控分子表達(dá)變化 幼年和老年大鼠海馬中神經(jīng)干細(xì)胞的數(shù)量保持不變，然而在老年大鼠中進行有絲分裂的神經(jīng)干細(xì)胞數(shù)量較幼年大鼠有所減少，造成這一現(xiàn)象的原因可能是神經(jīng)源性小生境中調(diào)節(jié)神經(jīng)再生的重要因子在老年大鼠海馬齒狀回中的表達(dá)急劇下降。神經(jīng)源性小生境內(nèi)部不同因素存在復(fù)雜的相互作用，這些因素可能會受到衰老過程的影響，從而最終影響衰老大腦中產(chǎn)生的未成熟神經(jīng)元的數(shù)量，進而調(diào)控成年海馬神經(jīng)再生。

腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中含量最豐富、分布最廣泛的神經(jīng)營養(yǎng)因子，在調(diào)控成體神經(jīng)元再生中發(fā)揮著重要作用，包括影響海馬中神經(jīng)元的分化、增殖和遷移過程［12］。cAMP 反應(yīng)元件結(jié)合蛋白（CREB）屬于亮氨酸拉鏈轉(zhuǎn)錄因子家族，在多種組織中均有表達(dá)。CREB 在記憶形成過程中發(fā)揮了重要的作用，其激活過程被認(rèn)為是促進神經(jīng)元生長和存活的主要機制，并參與調(diào)控海馬神經(jīng)再生。研究發(fā)現(xiàn)，中年個體BDNF 的表達(dá)水平與CREB 的磷酸化水平比年輕個體顯著下降，老年個體又比中年個體顯著下降，這些變化介導(dǎo)了海馬衰老過程中新生神經(jīng)元產(chǎn)生的減少［13］。Wnt信號通路被認(rèn)為是神經(jīng)源性小生境中調(diào)節(jié)海馬神經(jīng)再生的重要因子，其參與調(diào)控海馬神經(jīng)干細(xì)胞的有絲分裂。研究發(fā)現(xiàn)，老年小鼠海馬神經(jīng)再生的逐漸衰退與Wnt 信號通路介導(dǎo)的有絲分裂因子survivin 表達(dá)下調(diào)有關(guān)；與此同時，Wnt信號通路拮抗因子Dickkopf-1的表達(dá)隨著年齡增長而增加，與野生型老年小鼠相比，Dickkopf-1 基因缺陷老年小鼠海馬神經(jīng)再生增加，且海馬主導(dǎo)的認(rèn)知水平（如學(xué)習(xí)記憶功能）也得到提高［2］。

成纖維細(xì)胞生長因子2（FGF-2）、表皮生長因子（EGF）、胰島素樣生長因子1（IGF-1）和血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）等也參與調(diào)節(jié)成年海馬神經(jīng)元再生，其在嚙齒動物年齡相關(guān)的海馬神經(jīng)再生衰退中也發(fā)揮了重要作用［14］。腦室內(nèi)顯微注射FGF-2 和EGF 可以逆轉(zhuǎn)年齡相關(guān)的海馬神經(jīng)再生減低，增加海馬中成熟神經(jīng)元的數(shù)量，說明這兩種生長因子表達(dá)降低是年齡相關(guān)海馬神經(jīng)再生減退的原因之一，且老年大腦仍可受到外源性生長因子的影響，表現(xiàn)為神經(jīng)再生的恢復(fù)。衰老大鼠海馬中FGF-2、IGF-1和VEGF 表達(dá)顯著下降。大鼠海馬FGF-2 表達(dá)下降是由于隨著年齡的增長，星形膠質(zhì)細(xì)胞合成FGF-2的能力逐漸衰退。海馬也是大鼠大腦中FGF-2受體（FGFR2）表達(dá)最高和最強的區(qū)域之一，海馬星形膠質(zhì)細(xì)胞為海馬中高表達(dá)FGFR2 的細(xì)胞，且該蛋白的表達(dá)隨年齡增長而顯著下降。靜脈輸注IGF-1 可改善老年大鼠海馬神經(jīng)再生減少，而長壽命小鼠（Ames矮小鼠）模型中存在IGF-1表達(dá)增加和海馬神經(jīng)再生增強。有研究給老年小鼠注入年幼小鼠的VEGF，發(fā)現(xiàn)其海馬神經(jīng)再生增強，證明VEGF 在年齡相關(guān)海馬神經(jīng)再生衰退中發(fā)揮作用［15］。

糖皮質(zhì)激素及其受體家族的合成與釋放可隨著年齡的增長而增加，也被認(rèn)為是與年齡相關(guān)的海馬神經(jīng)再生減低的主要因素之一。機體糖皮質(zhì)激素的合成釋放增加可造成海馬萎縮，進而導(dǎo)致成年海馬神經(jīng)再生減低［16］。因此，神經(jīng)源性小生境中的相關(guān)分子表達(dá)可隨年齡呈現(xiàn)出動態(tài)變化的特征，不同分子表達(dá)的增加與減少均可對成年海馬神經(jīng)再生產(chǎn)生影響。

2.2 神經(jīng)源性小生境中小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量與功能的變化 小膠質(zhì)細(xì)胞作為神經(jīng)源性小生境的支持細(xì)胞之一，被認(rèn)為是調(diào)控海馬神經(jīng)再生的主要神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。研究表明，介導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)元相互作用的細(xì)胞因子CD200 和CX3CL1 在衰老的大腦中分解增加，致使小膠質(zhì)細(xì)胞活化增加，進而導(dǎo)致海馬神經(jīng)發(fā)生減少［17］。有研究用米諾環(huán)素將成年小鼠小膠質(zhì)細(xì)胞滅活，可觀察到伴隨著小膠質(zhì)細(xì)胞活化減少，小鼠海馬神經(jīng)再生增加，Morris 水迷宮測試小鼠的認(rèn)知水平也相應(yīng)提升［18］。然而，有研究使用腺病毒建立神經(jīng)變性疾病小鼠模型，發(fā)現(xiàn)在病理性衰老條件下可促進小膠質(zhì)細(xì)胞增殖，有利于神經(jīng)再生，而抑制小膠質(zhì)細(xì)胞增殖可導(dǎo)致神經(jīng)再生減少［19］。針對這一現(xiàn)象，有研究將小鼠進行運動訓(xùn)練，提取進行運動訓(xùn)練后小鼠的原代小膠質(zhì)細(xì)胞培養(yǎng)，將培養(yǎng)的原代小膠質(zhì)細(xì)胞注入衰老小鼠的海馬中，觀察到衰老小鼠潛伏NPC 的激活。因此，小膠質(zhì)細(xì)胞對于神經(jīng)再生的作用具有兩重性，在神經(jīng)變性疾病中，小膠質(zhì)細(xì)胞活化可吞噬變性細(xì)胞，對海馬神經(jīng)再生具有保護作用；而小膠質(zhì)細(xì)胞過度激活可導(dǎo)致海馬神經(jīng)炎癥的發(fā)生，進而抑制海馬神經(jīng)再生［18-19］。由于人體實驗的局限性，我們對小膠質(zhì)細(xì)胞參與老年人類海馬神經(jīng)再生的認(rèn)識有限。但不可否認(rèn)的是，了解小膠質(zhì)細(xì)胞調(diào)節(jié)海馬神經(jīng)發(fā)生的機制有助于了解中風(fēng)、AD等年齡相關(guān)神經(jīng)疾病的發(fā)病機制，進而優(yōu)化臨床干預(yù)策略［20］。

3 衰老個體神經(jīng)干細(xì)胞的表觀遺傳學(xué)變化

表觀遺傳學(xué)是對目的基因結(jié)構(gòu)進行一定的修飾，從而影響基因表達(dá)活性，但不改變目的基因DNA 序列的過程。引起表觀遺傳變化的機制包括DNA 甲基化、組蛋白修飾和非編碼 RNA 調(diào)節(jié)［21-23］。上述三個過程均參與了成年海馬神經(jīng)再生的調(diào)控，且這些調(diào)控因素相互影響，組成調(diào)控神經(jīng)再生各階段的復(fù)雜調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。表觀遺傳可通過影響神經(jīng)源性小生境中的分子表達(dá)來影響成年海馬神經(jīng)再生，組蛋白乙?；?、DNA 甲基化通過募集調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄的蛋白來影響 BDNF 基因轉(zhuǎn)錄［24-25］，非編碼 RNA miR-25 可靶向調(diào)節(jié)編碼IGF-1 mRNA 的轉(zhuǎn)錄水平［26］。表觀遺傳也可直接影響成年海馬神經(jīng)干細(xì)胞的增殖分化，包括 miR-106b、miR-17-92、miR-93 和 miR-25 在內(nèi)的許多miRNAs 可促進或抑制成年海馬神經(jīng)干細(xì)胞的增殖［22，26］。有研究發(fā)現(xiàn)，敲低 miR-25 表達(dá)會減少成年海馬神經(jīng)干細(xì)胞增殖，而向體外培養(yǎng)神經(jīng)干細(xì)胞中轉(zhuǎn)染慢病毒異位表達(dá)miR-25 則會促進其增殖；同時，在體外培養(yǎng)的神經(jīng)干細(xì)胞中表達(dá)整個miR-106b～25 簇，也可增加神經(jīng)干細(xì)胞的增殖分化，產(chǎn)生新神經(jīng)元的能力［27］。因此，表觀遺傳學(xué)在成年海馬神經(jīng)再生的調(diào)控中具有重要作用，可直接或間接調(diào)控成年海馬神經(jīng)元的再生。

在衰老個體中，海馬神經(jīng)干細(xì)胞標(biāo)記物NeuroD啟動子處的組蛋白H3K9三甲基化顯著增加，海馬神經(jīng)前體細(xì)胞DCX啟動子處H3K4三甲基化顯著減少，而H3K27 三甲基化顯著增加，這些變化介導(dǎo)了成年海馬神經(jīng)再生過程中分化過程的減弱［28］。在AD 患者中，海馬DNA甲基化和羥甲基化水平普遍下降，對AD 患者大腦進行的全基因組DNA 甲基化分析結(jié)果顯示，有71個離散CpG二核苷酸的DNA甲基化狀態(tài)改變，并伴有相關(guān)基因表達(dá)失調(diào)，這種失調(diào)不但介導(dǎo)了AD發(fā)病機制中的α淀粉樣蛋白沉積，也與成年海馬神經(jīng)再生減退有關(guān)。啟動子DNA 甲基化與H3K9乙?；蓞f(xié)同控制Psen1 表達(dá)，而Psen1 基因可控制NPC分化，并與學(xué)習(xí)記憶功能密切相關(guān)。

綜上所述，衰老介導(dǎo)成年海馬神經(jīng)再生衰退，其可能的機制包括海馬干細(xì)胞巢隨著年齡的增長而枯竭；衰老個體的神經(jīng)源性小生境功能衰退，無法提供干細(xì)胞進一步增殖的分子微環(huán)境；衰老個體神經(jīng)干細(xì)胞的表觀遺傳學(xué)變化。神經(jīng)源性小生境功能衰退是近些年相關(guān)臨床干預(yù)的作用靶點，單細(xì)胞測序等技術(shù)的應(yīng)用使得神經(jīng)源性小生境的組分和功能更加明確，衰老可導(dǎo)致其中的組分發(fā)生炎性與退行性改變，進而影響成年海馬神經(jīng)元再生。