內源性神經(jīng)干細胞的原位激活與微環(huán)境

孫靈芝 莊偉端

汕頭大學第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內科，廣東汕頭 515041

內源性神經(jīng)干細胞的原位激活與微環(huán)境

孫靈芝 莊偉端

汕頭大學第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內科，廣東汕頭 515041

研究顯示，神經(jīng)損傷可激活內源性神經(jīng)干細胞（NSC）增殖、分化和遷移。內源性NSC的原位激活受其微環(huán)境中各種信號分子的調控。Wnt、Notch和bHLH信號途徑對NSC的激活有著重要的作用。促有絲分裂因子、神經(jīng)營養(yǎng)素可促進NSC的增殖、分化，中藥、針灸亦有一定的促進作用。本文對神經(jīng)干細胞的生物學特性及微環(huán)境的影響加以闡述。

內源性神經(jīng)干細胞；原位激活；微環(huán)境

神經(jīng)再生研究給神經(jīng)科疑難病的治療帶來了新的機遇?；谏窠?jīng)干細胞的治療策略可分為兩類，一是原位激活內源性的神經(jīng)干細胞或前體細胞達到神經(jīng)再生的目的，二是將體外擴增的神經(jīng)干細胞或前體細胞植入到受損的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，即細胞替代治療。神經(jīng)干細胞的增殖、分化及遷移受內因（基因調控）和外因（細胞微環(huán)境）的共同影響。本文主要闡述內源性神經(jīng)干細胞的原位激活及其誘導微環(huán)境，為神經(jīng)干細胞應用于臨床提供理論依據(jù)。

1 內源性神經(jīng)干細胞的特性

1.1 內源性神經(jīng)干細胞的存在部位

大量研究證實，成體神經(jīng)系統(tǒng)內存在神經(jīng)干細胞，這些來源于受體自身的干細胞稱為內源性干細胞。在許多成年哺乳動物的海馬齒狀回的顆粒下層和側腦室的室下區(qū)，始終存在神經(jīng)發(fā)生。這些神經(jīng)前體細胞可增殖、分化并整合入神經(jīng)回路[1-2]。

1.2 內源性神經(jīng)干細胞標記蛋白

神經(jīng)發(fā)生可分為增殖、遷移和分化三個階段。增生的早期標志物主要有5-溴-2-脫氧尿嘧啶核苷 （5-bromo-2-deoxyuridine，5-BrdU）、Nestin等。BrdU是一種胸腺脫氧核苷類似物，當細胞處于DNA合成期而同時又有BrdU存在時，就會有BrdU摻入新合成的DNA中，因而視為細胞增殖的標志。Nestin是神經(jīng)上皮前體細胞中的一種中間絲蛋白，屬于細胞骨架的一種，其表達始于神經(jīng)胚形成時，用于標記早期原始神經(jīng)細胞。與神經(jīng)元前體細胞的遷移相關的標志物主要有多聚唾液酸神經(jīng)細胞黏附因子 （polysialylated neural cell adhesionmolecule，PSA-NCAM）、Doublecortin（DCX）等。 PSANCAM的表達與神經(jīng)元的遷移和神經(jīng)元回路的形成有關，以介導細胞間的黏附和識別，可作為神經(jīng)可塑性的標志物；DCX內存在進化保守的重復序列，構成微管結合域，以維持微管的穩(wěn)定性，可用來研究神經(jīng)元前體細胞的增殖和遷移。NeuN是一種神經(jīng)元特異性核蛋白，是成熟神經(jīng)元標志物。GFAP是星形膠質細胞的標志物，常用于鑒別神經(jīng)元分化類型。

2 內源性神經(jīng)干細胞與微環(huán)境

干細胞在機體組織中的居所可稱為干細胞巢 （stem cell niche）。 微環(huán)境（microenvironment）的概念是 Schofield 于 1978年首次提出的，指細胞生長發(fā)育賴以生存的環(huán)境，由基質細胞、細胞外基質以及各種調控因子等共同構成。

2.1 內源性神經(jīng)干細胞與信號轉導

信號轉導就是各類信號通過細胞膜或細胞內信使分子引起細胞基因表達改變的過程。Wnt、Notch和bHLH信號途徑對神經(jīng)干細胞的激活有著重要的作用。

才禮揚等[3]研究大鼠脊髓損傷后Wnt-3a信號蛋白表達及其對脊髓神經(jīng)干細胞增殖的影響，發(fā)現(xiàn)大鼠損傷后脊髓中央管周圍和外周軟膜即有BrdU陽性細胞和Wnt-3a表達明顯高于對照組，且Wnt-3a表達與Brdu表達具有相關性，因此推測內源性神經(jīng)干細胞的增殖可能與Wnt信號轉導通路的激活和Wnt-3a表達有關。

隋毓秀等[4]應用 BrdU觀察慢性氟西汀干預對正常大鼠海馬齒狀回神經(jīng)再生的影響，發(fā)現(xiàn)氟西汀干預下海馬BrdU陽性細胞進行性增加，Notch信號各因子基因表達均顯著增高，提示 Notch參與了氟西汀調節(jié)海馬齒狀回神經(jīng)再生的上調。

bHLH轉錄因子是一類重要的增強子和啟動子DNA的結合蛋白。研究發(fā)現(xiàn)，bHLH轉錄調控因子 Hes-1受 Notch受體信號調節(jié)系統(tǒng)的調節(jié)，，在神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育過程中，Hes1廣泛地表達于成年小鼠腦中，Brdu陽性細胞幾乎全部表達Hes1，Hes1參與了神經(jīng)干細胞分化和增殖的調控，對保持神經(jīng)干細胞的數(shù)量、調控其分化至關重要[5]。

2.2 內源性神經(jīng)干細胞與促細胞分裂因子類

神經(jīng)干細胞在體內的分化過程均受到局部環(huán)境中各種信號分子的作用。多種細胞因子可以參與調解細胞分化。

成纖維細胞生長因子（fibroblast growth factor，F(xiàn)GF）是目前研究較為透徹的細胞因子之一。Yoshimura等[6]證實，在大鼠MCAO后，bFGF是神經(jīng)干細胞擴增中的絲裂原，而且還有誘導神經(jīng)干細胞分化的作用。殷勤等[7]于大鼠缺血后經(jīng)鼻給予bFGF，發(fā)現(xiàn)缺血后數(shù)小時內給藥，可以減少腦梗死的體積，顯示了bFGF具有抗凋亡等神經(jīng)保護作用；術后第7天時bFGF組SVZ區(qū)BrdU陽性細胞數(shù)量較對照組有明顯增加，且大部分BrdU陽性細胞與不成熟神經(jīng)元標志物DCX共標，證明經(jīng)鼻給予bFGF能夠誘導腦梗死大鼠內源性神經(jīng)干細胞的增殖和存活。

表皮生長因子（epidermal growth factor，EGF）是促進有絲分裂的因子，作為絲裂原被廣泛用于神經(jīng)干細胞體外培養(yǎng)。李曉波等[8]分別給予局灶性腦缺血模型大鼠皮下注射bFGF、EGF及bFGF+EGF，觀察對內源性神經(jīng)干細胞增殖的影響，發(fā)現(xiàn)藥物干預組Brdu陽性細胞數(shù)顯著增加，且聯(lián)合組Brdu陽性細胞數(shù)增加更明顯，bFGF組及EGF組間差異有統(tǒng)計學意義。

王莉等[9]給缺氧腦癱模型大鼠腹腔注射rhG-CS，結果發(fā)現(xiàn)模型組海馬及大腦皮層BrdU陽性細胞、BrdU+GFAP、BrdU+NeuN及Brdu+PSA-NCAM雙陽性細胞均高于模型組，提示rhG-CSF能促進缺氧腦癱大鼠內源性NSCs的增殖、遷移和分化。

2.3 內源性神經(jīng)干細胞與神經(jīng)營養(yǎng)素家族（NGF家族）

BDNF是神經(jīng)生長因子家族的重要成員，是腦組織中含量最豐富的神經(jīng)營養(yǎng)因子，可以維持神經(jīng)元的存活、影響神經(jīng)元的遷移。BDNF可使新生大鼠海馬EGF-r反應性干細胞分化為神經(jīng)元的比例由10%上升至43%。BDNF可使E16海馬FGF-2反應性干細胞分化為GABA能神經(jīng)元比例達70%[10]。

晉光榮等[11]實驗將GDNF微量注射到局灶性腦缺血后的成年大鼠側腦室內，發(fā)現(xiàn)GDNF組大鼠缺血28 d后，部分細胞顯示為BrdU/GFAP陽性雙標細胞，并可見大量BrdU/NeuN和BrdU/nNOS陽性雙標細胞。說明外源性GDNF不但可以增強內源性神經(jīng)干細胞的增殖活性，而且還可促進其向神經(jīng)元方向分化。

神經(jīng)營養(yǎng)因子可通過酪氨酸激酶A、B、C （Tr-kA、TrkB和Trkc）受體和gp75受體促進表皮生長因子 （EGF）感應海馬區(qū)及前腦室管膜下區(qū)的神經(jīng)干細胞存活和分化[12]。

2.4 內源性神經(jīng)干細胞與中藥

中醫(yī)藥同樣可誘導內源性神經(jīng)干細胞增殖、分化，改善神經(jīng)功能預后。劉麗等[13]在大鼠大腦中動脈閉塞模型中，發(fā)現(xiàn)經(jīng)芪參還五膠囊處理后，在不同時間點 （7、14、21 d）BrdU/NeuN及BrdU/GFAP陽性細胞表達顯著多于模型組和安慰劑組，提示其內源性神經(jīng)干細胞增殖、分化過程更加明顯、持久。高唱等[14]發(fā)現(xiàn)中藥復方制劑HDO2水合煎劑灌胃后15 d，BrdU陽性細胞計數(shù)較慢性前腦缺血組明顯增多；30 d，BrdU陽性細胞數(shù)和BrdU+NF200，BrdU+NeuroD，BrdU+GFAP免疫熒光雙標細胞數(shù)明顯增多，提示HDO2可促進慢性前腦缺血大鼠神經(jīng)干細胞增殖分化能力，增加腦缺血后成熟神經(jīng)元數(shù)量。

中藥通過什么機制影響其增殖、分化，徐元翠等[15]發(fā)現(xiàn)應用銀杏活腦干預組7 d后，其缺血BrdU陽性細胞明顯增加，且周圍新生微血管數(shù)增加，說明銀杏活腦膠囊可以增加梗死灶周圍微循環(huán)，從而促進神經(jīng)功能的恢復。沈自尹等[16]發(fā)現(xiàn)淫羊藿的提取物EF和淫羊藿苷，能同時激活NEI網(wǎng)絡中生長激素類相關因子基因表達，促進神經(jīng)干細胞定向分化并遷移歸巢。

葉飛等[17]觀察不同時間點電針對大鼠腦梗死后神經(jīng)干細胞增殖、分化的影響，發(fā)現(xiàn)電刺激治療的大鼠運動功能的恢復較對照組明顯改善，治療組FGF-2 mRNA的表達在1、3、7 d時間點顯著高于對照組。提示腦梗死后早期電針刺激促使FGF-2高表達可能是電針促使神經(jīng)功能康復機制之一。

中醫(yī)藥調節(jié)內源性干細胞與其多靶點、多途徑多用于其微環(huán)境，誘導內源性細胞因子，抑制凋亡因子，改善其血管微環(huán)境有關。

3 問題與展望

內源性神經(jīng)干細胞對神經(jīng)系統(tǒng)結構和功能重建具有巨大潛力，為治療各種急性腦損傷提供了廣闊的前景。內源性神經(jīng)干細胞自我更新或是定向分化都需要合適的微環(huán)境，尤其是定向分化，微環(huán)境起決定性作用。缺血、缺氧、嚴重酸中毒或過氧化狀態(tài)、釋放一系列炎癥反應介質和促凋亡因子的微環(huán)境是導致干細胞不能存活，發(fā)生凋亡或死亡的主要原因。改善內源性神經(jīng)干細胞的微環(huán)境，增加內源性神經(jīng)發(fā)生，保護有功能的新生神經(jīng)元及成熟神經(jīng)元以免發(fā)生遲發(fā)性凋亡，促使新生神經(jīng)元與周圍環(huán)境的神經(jīng)細胞建立有生物功能的突觸聯(lián)系，實現(xiàn)正常突觸連接、釋放神經(jīng)遞質及發(fā)揮正常神經(jīng)元的功能等將成為今后的研究方向。

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In situ activation and m icroenvironment of endogenous neural stem cells

SUN Lingzhi ZHUANGWeiduan
Departmentof Neurology,the First Affiliated Hospital of Shantou University,Guangdong Province,Shantou 515041,China

Studies have shown that,the endogenous neural stem cellsmay proliferate,migrate,and differentiate into neurons and astrocytewhen injury occurs.The activation endogenous neural stem cells in situ can be controlled by gene signal regulation,improved by cytokines growth factors and neurotrophic factors,and the traditional Chinese medicine and acupuncture can perform further function.In this review we focus on the speciality endogenous neural stem cells and the effection of themicroenvironment.

Endogenous neural stem cell;In situ activation;Microenvironment

R318

A

1673-7210（2012）12（a）-0039-03

孫靈芝（1972.1-），女，主治醫(yī)師，醫(yī)學博士后，主要從事腦血管病研究。

2012-07-16 本文編輯：馮 婕）