張 鈺，高劍峰，2

(1.鄭州大學(xué)第三附屬醫(yī)院兒科 河南鄭州 450052;2.河南中醫(yī)學(xué)院生理學(xué)科 河南 鄭州 450008)

缺血性腦損傷是臨床上最常見(jiàn)的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，致殘率和致死率均較高，存活者因神經(jīng)元丟失而出現(xiàn)神經(jīng)功能障礙。對(duì)缺血性腦損傷的治療目前主要采用支持與對(duì)癥治療，維持生命體征的穩(wěn)定。臨床上采用的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)藥物或者神經(jīng)生長(zhǎng)因子的臨床療效未獲得國(guó)際認(rèn)可。神經(jīng)干細(xì)胞因具有增殖、分化和替代受損神經(jīng)元促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)的作用，是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。哺乳動(dòng)物包括人類(lèi)的大腦神經(jīng)干細(xì)胞主要存在于海馬齒狀回顆粒下層(Dentate gyrus，DG)、側(cè)腦室室管膜(Ventricular zone，VZ)及室管膜下區(qū)(Subventricular zone，SVZ)兩個(gè)主要聚集區(qū)域，SVZ區(qū)新生的神經(jīng)元可通過(guò)嘴側(cè)遷徙流(rostral migratorystream，RMS)移至嗅球和皮層，DG區(qū)新生的神經(jīng)元可移至海馬顆粒層［1］。機(jī)體在缺血性損傷的刺激下，一方面導(dǎo)致大量的神經(jīng)元死亡，但是另一方面作為機(jī)體的保護(hù)反應(yīng)可以刺激內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞的增殖、分化，促進(jìn)受損腦組織的結(jié)構(gòu)與功能重建。但是，由于損傷刺激神經(jīng)干細(xì)胞增生的數(shù)量有限，并且大部分在1個(gè)月左右死亡，不利于神經(jīng)功能的恢復(fù)。而外源性干細(xì)胞移植對(duì)其療效和可行性以及潛在的副作用爭(zhēng)議較大。因此，通過(guò)不同途徑和策略動(dòng)員內(nèi)源性干細(xì)胞適時(shí)的增殖、分化并抑制其死亡可能是促進(jìn)腦損傷后神經(jīng)功能修復(fù)的有效途徑。

1 神經(jīng)干細(xì)胞的生物學(xué)特征

神經(jīng)干細(xì)胞(NSC)具有自我復(fù)制能力，生理狀態(tài)下可以進(jìn)行對(duì)稱(chēng)性分裂，產(chǎn)生的子細(xì)胞均是干細(xì)胞，亦可以通過(guò)非對(duì)稱(chēng)分裂產(chǎn)生一個(gè)保持親代特征的干細(xì)胞和另一個(gè)可向多個(gè)細(xì)胞系終末分化的祖細(xì)胞，其機(jī)制與細(xì)胞漿中調(diào)節(jié)分化蛋白的不均勻分配有關(guān)，分裂后NSCs通過(guò)對(duì)稱(chēng)性分裂來(lái)增加細(xì)胞的數(shù)量，通過(guò)非對(duì)稱(chēng)分裂產(chǎn)生各種細(xì)胞系。健康成年大鼠腦組織中，NSC非對(duì)稱(chēng)性分裂占55%，對(duì)稱(chēng)性分裂為40%［2］。在不同生理和病理因素刺激下，可分別向神經(jīng)元、星型膠質(zhì)細(xì)胞及少突膠質(zhì)細(xì)胞分化。

2 神經(jīng)干細(xì)胞的增殖、遷移和分化

嚙齒類(lèi)動(dòng)物和人類(lèi)神經(jīng)干細(xì)胞主要存在于VZ、SVZ及DG等區(qū)域［3］。SVZ的神經(jīng)干細(xì)胞包括A、B和C型細(xì)胞3個(gè)細(xì)胞亞群。其中，B型細(xì)胞有B1和B2兩種亞型。A型細(xì)胞為神經(jīng)前體細(xì)胞，分裂周期頻繁。B型細(xì)胞是星形膠質(zhì)細(xì)胞，鏡下排列方式多呈鏈狀，B1細(xì)胞多位于A型細(xì)胞和室管膜細(xì)胞之間，構(gòu)成組織學(xué)上膠質(zhì)邊界，而B(niǎo)2型細(xì)胞則位于A型細(xì)胞和紋狀體之間，構(gòu)成二者之間膠質(zhì)邊界。C型細(xì)胞的增殖頻率非?；钴S。腦缺血性損傷刺激可促進(jìn)A型和C型細(xì)胞的數(shù)目明顯增加，對(duì)B型細(xì)胞的活化也有很強(qiáng)的刺激作用。用有絲分裂阻斷劑Ara－C干預(yù)后，A型和C型細(xì)胞幾乎完全消失，但B型細(xì)胞不受影響。在腦缺血后，A型和C型細(xì)胞在停用Ara－C 7 d后完全恢復(fù)，非缺血組則需14 d才能恢復(fù)，提示B型細(xì)胞是一種相對(duì)靜息狀態(tài)的神經(jīng)干細(xì)胞。Ara－C阻斷A和C型細(xì)胞之后，B型細(xì)胞分裂，產(chǎn)生新的C型細(xì)胞，后者產(chǎn)生A型細(xì)胞，重建SVZ的增殖細(xì)胞群［4－5］。腦缺血后對(duì)稱(chēng)性分裂的比例增加，向神經(jīng)元表型分化增多，腦缺血14 d后，對(duì)稱(chēng)性分裂比例回降，表明腦缺血可以暫時(shí)性地增加對(duì)稱(chēng)性分裂的細(xì)胞比例，擴(kuò)大前體細(xì)胞源，并促進(jìn)其向神經(jīng)元方向分化［6］。

生理狀態(tài)下，SVZ的NSC經(jīng)RMS遷移到嗅球［7］。腦缺血后，SVZ的NSC可呈鏈狀遷移至缺血灶周邊區(qū)域，遷移細(xì)胞聚集成群，然后分散開(kāi)并且生成樹(shù)枝狀突起。SVZ的B2型細(xì)胞因位于NSC和其下方的紋狀體之間，對(duì)NSC的遷移構(gòu)成物理屏障。腦缺血刺激可減弱物理屏障作用，促進(jìn)NSC向缺血灶遷移。NSC遷移到腦缺血灶周邊區(qū)域之后，在局部微環(huán)境刺激下分化為與周?chē)X組織相適應(yīng)的成熟的神經(jīng)元，與鄰近的神經(jīng)元形成新的突觸結(jié)構(gòu)，參與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的重新構(gòu)建，促進(jìn)結(jié)構(gòu)整合和功能恢復(fù)。內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞遷移中，可特異性表達(dá)DCX抗原。DCX+細(xì)胞胞體較小，有著單極或雙極的突起，是正在遷移過(guò)程中的不成熟的神經(jīng)前體細(xì)胞。局灶性腦缺血后，SVZ區(qū)新生的細(xì)胞可離開(kāi)RMS向損傷同側(cè)的紋狀體梗死區(qū)遷移，這些細(xì)胞中的一部分最終分化為紋狀體成熟的神經(jīng)元和星型膠質(zhì)細(xì)胞［8］。另有研究發(fā)現(xiàn)，損傷同側(cè)SVZ區(qū)的一些NSC向胼胝體和損傷區(qū)周邊皮質(zhì)遷移［9］。生理狀態(tài)下，SGZ區(qū)的NSC主要向GCL遷移，缺血性損傷后依然沒(méi)有改變。TaNaKa等［10］觀察到了腦缺血后DG的中NSCs遷移，第5 d時(shí)GCL的新生細(xì)胞開(kāi)始增加，到第30 d新生細(xì)胞中只有極少數(shù)仍位于SGZ，絕大多數(shù)最終移行到GCL，表達(dá)成熟神經(jīng)元標(biāo)志物，并具有和正常顆粒細(xì)胞相同的生長(zhǎng)過(guò)程，能與周?chē)h(huán)境進(jìn)行整合。

3 腦缺血后內(nèi)源性神經(jīng)再生調(diào)節(jié)修復(fù)

3.1 神經(jīng)干細(xì)胞增殖水平的調(diào)節(jié) 生理狀態(tài)下，興奮性氨基酸可刺激相應(yīng)跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)參與NSC的增殖分化，興奮性氨基酸受體活性下降可抑制腦缺血誘導(dǎo)的NSC增殖及突觸重塑效應(yīng)［11］。NMDA受體拮抗劑可有效抑制興奮性氨基酸毒性改變腦內(nèi)微環(huán)境，降低胞漿內(nèi)Ca2+濃度，通過(guò)bcl-2抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡，同時(shí)刺激表皮生長(zhǎng)因子(EGF)、堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(bFGF)的表達(dá)，促進(jìn)干細(xì)胞向神經(jīng)元分化。腦缺血可刺激多種生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子的表達(dá)，通過(guò)各自的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路激活NSC。缺血性腦損傷時(shí)，bFGF促使神經(jīng)干細(xì)胞向成熟神經(jīng)元方向分化增多，潛伏期短且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，EGF促進(jìn)神經(jīng)前體細(xì)胞的增殖和分化作用主要發(fā)生在NSC增殖晚期，且bFGF早期作用提高了NSC增殖晚期對(duì)其他生長(zhǎng)因子的作用效果，呈現(xiàn)增敏效應(yīng)［12］。此外，腦缺血后堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-2(FGF-2)和干細(xì)胞因子(SCF)及其各自信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)受體表達(dá)均顯著提高，尤其SVZ和SGZ區(qū)域表達(dá)升高更為明顯。將SCF注入側(cè)腦室，SVZ和SGZ區(qū)的BrdU陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)明顯增加，神經(jīng)元分化比率提高［13］。腦缺血后神經(jīng)生長(zhǎng)因子(NGF)和BDNF表達(dá)上調(diào)，其受體活性及數(shù)目也有相應(yīng)提高，梗死周邊區(qū)神經(jīng)元方向分化率提高，向梗死周邊遷移比例增加，突觸可塑性明顯提高，其促NSC增殖分化及新生神經(jīng)元存活的作用呈現(xiàn)時(shí)間依賴(lài)性［14］。但也有報(bào)道稱(chēng)BDNF的表達(dá)并不能促進(jìn)腦缺血后神經(jīng)的再生，Larsson等［15］將攜帶有BDNF基因的腺相關(guān)病毒載體注入海馬后，BDNF在海馬的長(zhǎng)期表達(dá)并沒(méi)有促進(jìn)海馬的神經(jīng)再生，反而抑制齒狀回顆粒細(xì)胞的再生，其具體詳細(xì)機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

3.2 神經(jīng)干細(xì)胞存活水平的調(diào)節(jié)修復(fù) 腦損傷可激發(fā)缺血及周邊區(qū)域腦組織產(chǎn)生炎癥反應(yīng)，炎癥與腦缺血后的神經(jīng)再生有關(guān)［16］。Yamada等［17］研究離子通道發(fā)現(xiàn)，干細(xì)胞增殖受Ca2+通道以及細(xì)胞Ca2+水平變化的調(diào)節(jié)，腦缺血后缺氧以及炎性因子可刺激Ca2+通道持續(xù)開(kāi)放，引起細(xì)胞外液Ca2+內(nèi)流，也激活了很多Ca2+信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，促進(jìn)細(xì)胞分裂后存活因子的表達(dá)和釋放，激活NSC進(jìn)入細(xì)胞周期。5-HT是缺血性腦損傷炎癥反應(yīng)釋放增多的炎性因子之一，有效抑制5-HT合成或選擇性破壞5-HT神經(jīng)元均可減少海馬齒狀回和側(cè)腦室下區(qū)新生細(xì)胞的數(shù)量。腦缺血缺氧可誘導(dǎo)EPO在星形膠質(zhì)細(xì)胞的表達(dá)，同時(shí)EPO受體在側(cè)腦室下區(qū)的表達(dá)也升高。腦缺血后腦內(nèi)EPO及其受體水平的升高是一種內(nèi)在的保護(hù)反應(yīng)，EPO也參與缺血后內(nèi)源性干細(xì)胞的激活［18］，有助于NSC向新生神經(jīng)元的分化和腦缺損功能的恢復(fù)。神經(jīng)細(xì)胞凋亡的變化在神經(jīng)再生中也發(fā)揮作用，Ekdahl等給予腦缺血成年大鼠側(cè)腦室注射caspase抑制劑，結(jié)果顯示抑制劑可使DG區(qū)BrdU陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)目增多，而TUNEL陽(yáng)性細(xì)胞顯著減少，提示采取有效措施拮抗新生細(xì)胞的凋亡可以增加該區(qū)增殖細(xì)胞的數(shù)量［19］。

3.3 遷移和分化水平的調(diào)節(jié)修復(fù) 促進(jìn)內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞向受損腦區(qū)遷移、定向分化、補(bǔ)充和替代缺失的神經(jīng)元，發(fā)揮內(nèi)源性修復(fù)作用是利用內(nèi)源性NSC治療腦損傷的主要方向。多唾液酸－神經(jīng)粘附分子(PSANCAM)可介導(dǎo)細(xì)胞的粘附和識(shí)別，促進(jìn)神經(jīng)前體細(xì)胞遷移、軸突生長(zhǎng)和突觸連接，是腦損傷后NSC可塑性的重要調(diào)節(jié)因子，常作為檢測(cè)腦缺血后神經(jīng)干細(xì)胞的數(shù)量及其增殖、遷移的指標(biāo)［20］。Hayashi等采用大鼠MCAO模型，發(fā)現(xiàn)MCAO 90 min再灌注1 h后，梨狀皮層開(kāi)始出現(xiàn)PSA-NCAM陽(yáng)性細(xì)胞，再灌注8 h后MCA供血區(qū)域的皮質(zhì)和尾狀核開(kāi)始表達(dá)PSA-NCAM，提示腦損傷后腦皮質(zhì)和尾狀核神經(jīng)元具有可塑性變化的能力［21］。Reelin是一種細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，reelin與受體VLDLR、ApoE R2和整合素結(jié)合后，調(diào)節(jié)細(xì)胞與細(xì)胞以及細(xì)胞與基質(zhì)之間的黏附分子，與神經(jīng)元的正確遷移以及大腦的正常發(fā)育有關(guān)。Golan采用孕鼠缺氧模型，觀察胚胎期缺氧對(duì)新生鼠神經(jīng)再生及遷移的影響，發(fā)現(xiàn)缺氧后2 h內(nèi)Reelin表達(dá)減少并可持續(xù)24 h，經(jīng)過(guò)MgSO4預(yù)處理后，海馬區(qū)新生細(xì)胞 Reelin表達(dá)增加，DG和CA1區(qū)的神經(jīng)干細(xì)胞遷移增多，提示妊娠缺氧可通過(guò)影響神經(jīng)細(xì)胞遷移，導(dǎo)致出生后長(zhǎng)期神經(jīng)發(fā)育及功能障礙［22］。Nishino等［23］利用體外多巴胺能神經(jīng)元培養(yǎng)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)多巴胺耗竭區(qū)組織的提取物中bFGF及GDNF活性比正常腦區(qū)明顯增高，將提取物刺激培養(yǎng)神經(jīng)元細(xì)胞，神經(jīng)元的存活率得到了提高，其軸突的延伸和胞體樹(shù)突的擴(kuò)增都有了較大發(fā)展，推測(cè)GDNF及bFGF異常增高的活性可能是多巴胺耗竭區(qū)NSC生存與分化的環(huán)境誘導(dǎo)信號(hào)。

4 外在因素對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞增殖與分化的影響

開(kāi)展內(nèi)源性NSC的康復(fù)干預(yù)規(guī)律研究，對(duì)促進(jìn)缺血性腦損傷的中樞神經(jīng)結(jié)構(gòu)再生和重建及功能恢復(fù)起到積極的作用。高壓氧可有效抑制腦缺血炎性反應(yīng)，減少“半影區(qū)”腦組織壞死和細(xì)胞凋亡，減輕腦組織水腫和梗死體積，神經(jīng)功能障礙得到恢復(fù)，其機(jī)制可能和促進(jìn)腦內(nèi)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子等的表達(dá)、促進(jìn)內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞的激活有關(guān)［24］。Kim 等［25］利用沙土鼠腦缺血模型，發(fā)現(xiàn)針刺“足三里”穴可使齒狀回中細(xì)胞增殖數(shù)量明顯增加，電針大鼠雙側(cè)“合谷”穴區(qū)能使局灶腦缺血/再灌注后SVZ和DG區(qū)神經(jīng)干細(xì)胞增殖更明顯，且病灶側(cè)多于病灶對(duì)側(cè)、病灶周?chē)植济芗?，隨著治療時(shí)間增加細(xì)胞增多更明顯，且神經(jīng)干細(xì)胞遷移軌跡呈立體模式。我們的實(shí)驗(yàn)研究也發(fā)現(xiàn)，電針穴位刺激能夠促進(jìn)幼年正常大鼠神經(jīng)干細(xì)胞的增生以及向神經(jīng)元分化［26］。電磁場(chǎng)對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞分化的調(diào)控也處于探討中，新生大鼠腦神經(jīng)干細(xì)胞分別置于5 Hz和20 Hz正弦交變磁場(chǎng)(8 mT)中誘導(dǎo)分化，發(fā)現(xiàn)干細(xì)胞向神經(jīng)元表型分化比率升高，且隨20 Hz電磁場(chǎng)干預(yù)時(shí)程的延長(zhǎng)逐漸增高［27］。我們對(duì)臨床劑量的磁共振對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞的影響進(jìn)行探討，并未發(fā)現(xiàn)磁共振對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞的增生以及分化有明顯影響［28］，但是，放射線以及臨床常用的麻醉藥異氟醚能降低神經(jīng)干細(xì)胞的數(shù)量，減少神經(jīng)元的再生，并且對(duì)未成熟腦的影響更明顯［29－30］。

5 結(jié)語(yǔ)

腦缺血可以激活自體的NSC增殖、存活、遷移、分化，但增殖的NSC數(shù)量有限，而且調(diào)節(jié)NSC存活、遷移、分化以及神經(jīng)元修復(fù)和突觸形成的作用機(jī)制尚處于探索階段。如何增加內(nèi)源性神經(jīng)發(fā)生，如何誘導(dǎo)NSC向損傷腦區(qū)遷移、向神經(jīng)元方向分化并整合到神經(jīng)環(huán)路，如何避免體內(nèi)抑制神經(jīng)發(fā)生的因素，如何防止新生神經(jīng)元的凋亡等都有待研究。但是，積極尋找并擴(kuò)增內(nèi)源性干細(xì)胞池、促進(jìn)遷移、分化及子代存活的有效方法，使NSC增殖、向受損腦區(qū)遷移、定向分化、補(bǔ)充和替代缺失的神經(jīng)元，發(fā)揮內(nèi)源性修復(fù)作用是利用內(nèi)源性NSC促進(jìn)神經(jīng)功能康復(fù)的主要措施。

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