孫靈芝 莊偉端

汕頭大學(xué)第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，廣東汕頭 515041

內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞的原位激活與微環(huán)境

孫靈芝 莊偉端

汕頭大學(xué)第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，廣東汕頭 515041

研究顯示，神經(jīng)損傷可激活內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞（NSC）增殖、分化和遷移。內(nèi)源性NSC的原位激活受其微環(huán)境中各種信號(hào)分子的調(diào)控。Wnt、Notch和bHLH信號(hào)途徑對(duì)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(jìn)NSC的增殖、分化，中藥、針灸亦有一定的促進(jìn)作用。本文對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞的生物學(xué)特性及微環(huán)境的影響加以闡述。

內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)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(jī)遇。基于神經(jīng)干細(xì)胞的治療策略可分為兩類，一是原位激活內(nèi)源性的神經(jīng)干細(xì)胞或前體細(xì)胞達(dá)到神經(jīng)再生的目的，二是將體外擴(kuò)增的神經(jīng)干細(xì)胞或前體細(xì)胞植入到受損的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，即細(xì)胞替代治療。神經(jīng)干細(xì)胞的增殖、分化及遷移受內(nèi)因（基因調(diào)控）和外因（細(xì)胞微環(huán)境）的共同影響。本文主要闡述內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞的原位激活及其誘導(dǎo)微環(huán)境，為神經(jīng)干細(xì)胞應(yīng)用于臨床提供理論依據(jù)。

1 內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞的特性

1.1 內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞的存在部位

大量研究證實(shí)，成體神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)存在神經(jīng)干細(xì)胞，這些來源于受體自身的干細(xì)胞稱為內(nèi)源性干細(xì)胞。在許多成年哺乳動(dòng)物的海馬齒狀回的顆粒下層和側(cè)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(xì)胞可增殖、分化并整合入神經(jīng)回路[1-2]。

1.2 內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞標(biāo)記蛋白

神經(jīng)發(fā)生可分為增殖、遷移和分化三個(gè)階段。增生的早期標(biāo)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(dāng)細(xì)胞處于DNA合成期而同時(shí)又有BrdU存在時(shí)，就會(huì)有BrdU摻入新合成的DNA中，因而視為細(xì)胞增殖的標(biāo)志。Nestin是神經(jīng)上皮前體細(xì)胞中的一種中間絲蛋白，屬于細(xì)胞骨架的一種，其表達(dá)始于神經(jīng)胚形成時(shí)，用于標(biāo)記早期原始神經(jīng)細(xì)胞。與神經(jīng)元前體細(xì)胞的遷移相關(guān)的標(biāo)志物主要有多聚唾液酸神經(jīng)細(xì)胞黏附因子 （polysialylated neural cell adhesionmolecule，PSA-NCAM）、Doublecortin（DCX）等。 PSANCAM的表達(dá)與神經(jīng)元的遷移和神經(jīng)元回路的形成有關(guān)，以介導(dǎo)細(xì)胞間的黏附和識(shí)別，可作為神經(jīng)可塑性的標(biāo)志物；DCX內(nèi)存在進(jìn)化保守的重復(fù)序列，構(gòu)成微管結(jié)合域，以維持微管的穩(wěn)定性，可用來研究神經(jīng)元前體細(xì)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(biāo)志物。GFAP是星形膠質(zhì)細(xì)胞的標(biāo)志物，常用于鑒別神經(jīng)元分化類型。

2 內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞與微環(huán)境

干細(xì)胞在機(jī)體組織中的居所可稱為干細(xì)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(xì)胞生長發(fā)育賴以生存的環(huán)境，由基質(zhì)細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)以及各種調(diào)控因子等共同構(gòu)成。

2.1 內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)就是各類信號(hào)通過細(xì)胞膜或細(xì)胞內(nèi)信使分子引起細(xì)胞基因表達(dá)改變的過程。Wnt、Notch和bHLH信號(hào)途徑對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞的激活有著重要的作用。

才禮揚(yáng)等[3]研究大鼠脊髓損傷后Wnt-3a信號(hào)蛋白表達(dá)及其對(duì)脊髓神經(jīng)干細(xì)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(xì)胞和Wnt-3a表達(dá)明顯高于對(duì)照組，且Wnt-3a表達(dá)與Brdu表達(dá)具有相關(guān)性，因此推測內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞的增殖可能與Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的激活和Wnt-3a表達(dá)有關(guān)。

隋毓秀等[4]應(yīng)用 BrdU觀察慢性氟西汀干預(yù)對(duì)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(yù)下海馬BrdU陽性細(xì)胞進(jìn)行性增加，Notch信號(hào)各因子基因表達(dá)均顯著增高，提示 Notch參與了氟西汀調(diào)節(jié)海馬齒狀回神經(jīng)再生的上調(diào)。

bHLH轉(zhuǎn)錄因子是一類重要的增強(qiáng)子和啟動(dòng)子DNA的結(jié)合蛋白。研究發(fā)現(xiàn)，bHLH轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子 Hes-1受 Notch受體信號(hào)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，，在神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育過程中，Hes1廣泛地表達(dá)于成年小鼠腦中，Brdu陽性細(xì)胞幾乎全部表達(dá)Hes1，Hes1參與了神經(jīng)干細(xì)胞分化和增殖的調(diào)控，對(duì)保持神經(jīng)干細(xì)胞的數(shù)量、調(diào)控其分化至關(guān)重要[5]。

2.2 內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞與促細(xì)胞分裂因子類

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

成纖維細(xì)胞生長因子（fibroblast growth factor，F(xiàn)GF）是目前研究較為透徹的細(xì)胞因子之一。Yoshimura等[6]證實(shí)，在大鼠MCAO后，bFGF是神經(jīng)干細(xì)胞擴(kuò)增中的絲裂原，而且還有誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)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(shí)內(nèi)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(hù)作用；術(shù)后第7天時(shí)bFGF組SVZ區(qū)BrdU陽性細(xì)胞數(shù)量較對(duì)照組有明顯增加，且大部分BrdU陽性細(xì)胞與不成熟神經(jīng)元標(biāo)志物DCX共標(biāo)，證明經(jīng)鼻給予bFGF能夠誘導(dǎo)腦梗死大鼠內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞的增殖和存活。

表皮生長因子（epidermal growth factor，EGF）是促進(jìn)有絲分裂的因子，作為絲裂原被廣泛用于神經(jīng)干細(xì)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(duì)內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞增殖的影響，發(fā)現(xiàn)藥物干預(yù)組Brdu陽性細(xì)胞數(shù)顯著增加，且聯(lián)合組Brdu陽性細(xì)胞數(shù)增加更明顯，bFGF組及EGF組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

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

2.3 內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)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(yīng)性干細(xì)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(yīng)性干細(xì)胞分化為GABA能神經(jīng)元比例達(dá)70%[10]。

晉光榮等[11]實(shí)驗(yàn)將GDNF微量注射到局灶性腦缺血后的成年大鼠側(cè)腦室內(nèi)，發(fā)現(xiàn)GDNF組大鼠缺血28 d后，部分細(xì)胞顯示為BrdU/GFAP陽性雙標(biāo)細(xì)胞，并可見大量BrdU/NeuN和BrdU/nNOS陽性雙標(biāo)細(xì)胞。說明外源性GDNF不但可以增強(qiáng)內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞的增殖活性，而且還可促進(jìn)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(jìn)表皮生長因子 （EGF）感應(yīng)海馬區(qū)及前腦室管膜下區(qū)的神經(jīng)干細(xì)胞存活和分化[12]。

2.4 內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞與中藥

中醫(yī)藥同樣可誘導(dǎo)內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞增殖、分化，改善神經(jīng)功能預(yù)后。劉麗等[13]在大鼠大腦中動(dòng)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(shí)間點(diǎn) （7、14、21 d）BrdU/NeuN及BrdU/GFAP陽性細(xì)胞表達(dá)顯著多于模型組和安慰劑組，提示其內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞增殖、分化過程更加明顯、持久。高唱等[14]發(fā)現(xiàn)中藥復(fù)方制劑HDO2水合煎劑灌胃后15 d，BrdU陽性細(xì)胞計(jì)數(shù)較慢性前腦缺血組明顯增多；30 d，BrdU陽性細(xì)胞數(shù)和BrdU+NF200，BrdU+NeuroD，BrdU+GFAP免疫熒光雙標(biāo)細(xì)胞數(shù)明顯增多，提示HDO2可促進(jìn)慢性前腦缺血大鼠神經(jīng)干細(xì)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(jī)制影響其增殖、分化，徐元翠等[15]發(fā)現(xiàn)應(yīng)用銀杏活腦干預(yù)組7 d后，其缺血BrdU陽性細(xì)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(jìn)神經(jīng)功能的恢復(fù)。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(shí)激活NEI網(wǎng)絡(luò)中生長激素類相關(guān)因子基因表達(dá)，促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞定向分化并遷移歸巢。

葉飛等[17]觀察不同時(shí)間點(diǎn)電針對(duì)大鼠腦梗死后神經(jīng)干細(xì)胞增殖、分化的影響，發(fā)現(xiàn)電刺激治療的大鼠運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)較對(duì)照組明顯改善，治療組FGF-2 mRNA的表達(dá)在1、3、7 d時(shí)間點(diǎn)顯著高于對(duì)照組。提示腦梗死后早期電針刺激促使FGF-2高表達(dá)可能是電針促使神經(jīng)功能康復(fù)機(jī)制之一。

中醫(yī)藥調(diào)節(jié)內(nèi)源性干細(xì)胞與其多靶點(diǎn)、多途徑多用于其微環(huán)境，誘導(dǎo)內(nèi)源性細(xì)胞因子，抑制凋亡因子，改善其血管微環(huán)境有關(guān)。

3 問題與展望

內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)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(yán)重酸中毒或過氧化狀態(tài)、釋放一系列炎癥反應(yīng)介質(zhì)和促凋亡因子的微環(huán)境是導(dǎo)致干細(xì)胞不能存活，發(fā)生凋亡或死亡的主要原因。改善內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞的微環(huán)境，增加內(nèi)源性神經(jīng)發(fā)生，保護(hù)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(xì)胞建立有生物功能的突觸聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)正常突觸連接、釋放神經(jīng)遞質(zhì)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(xué)博士后，主要從事腦血管病研究。

2012-07-16 本文編輯：馮 婕）