陳佳樹，宋灝哲，陳 天，謝川平，趙格晶娃，李力卓

創(chuàng)傷性腦損傷(TBI)致死率和致殘率居創(chuàng)傷首位，中國每年有60萬TBI患者，其中大多數(shù)為重度腦損傷患者，其病死率高于20%、致殘率高于50%[1]。TBI主要致傷原因有跌倒、交通事故、運動或槍傷等，包括直接損傷和二次損傷，二次損傷主要包括炎癥反應釋放對受損組織完整性造成嚴重傷害的信號分子和由于腦血流量、顱內(nèi)壓的改變等引起繼發(fā)性損傷區(qū)域周圍水腫帶的出現(xiàn)。隨著創(chuàng)傷系統(tǒng)和急救技術的發(fā)展，腦損傷的愈后已經(jīng)有很大改善。但是TBI造成的二次損傷還沒有一個好的解決方法。因此，除傳統(tǒng)手術等治療手段，還需要研究新的治療技術來阻止甚至逆轉(zhuǎn)腦損傷。近年來神經(jīng)干細胞(neural stem cells,NSCs)成為治療神經(jīng)系統(tǒng)損傷與神經(jīng)退行性病變的研究焦點，但其移植后成活率和神經(jīng)元的轉(zhuǎn)化率嚴重限制了臨床的應用。本文主要探討NSCs在腦損傷中的作用以及其已知的機制與方法。

1 NSCs的基本特性

NSCs有兩個基本屬性：無限的自我更新能力和分化為成熟細胞表型的能力[2-3]。首先，NSCs有永久的增殖能力，并終生存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中[4]；其次，NSCs有分化多向性，可以產(chǎn)生中樞神經(jīng)系統(tǒng)中神經(jīng)元、神經(jīng)膠質(zhì)細胞等細胞[5]。NSCs存在于大腦的側(cè)腦室室管膜下區(qū)(SVZ區(qū))和海馬齒狀回顆粒下區(qū)(SGZ區(qū))，這兩個區(qū)域存在著活躍狀態(tài)的NSCs，激活后可分化產(chǎn)生神經(jīng)細胞；而大腦其他結(jié)構(gòu)中則存在著休眠狀態(tài)的NSCs，這些細胞在一定條件下可激活，這些激活后的NSCs可增殖分化成為新的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞[6]。NSCs存在于高度特異的微環(huán)境中，這些微環(huán)境在發(fā)育和成年過程中具有區(qū)域和成分上的差異[7]。這些微環(huán)境由許多細胞和細胞外成分組成，如室管膜細胞、脈管系統(tǒng)、細胞外基質(zhì)蛋白、可溶性因子、星形膠質(zhì)細胞、小膠質(zhì)細胞和周細胞[8-10]。這些細胞與細胞的相互作用、自我調(diào)節(jié)(如轉(zhuǎn)錄因子)及細胞因子(如形態(tài)因子、生長因子、神經(jīng)遞質(zhì)、激素、信號分子)的釋放都能夠影響NSCs的增殖與分化[9]。NSCs的多能性、無限增殖能力、遷移能力及修復損傷腦組織的能力受這些細胞因子的影響。

NSCs在腦損傷治療中有指導性的關鍵特征是指在一定條件下NSCs可以從聚集處移動到指定的區(qū)域(如損傷區(qū)域)。據(jù)估計，成年的嚙齒動物每天有30 000個神經(jīng)細胞產(chǎn)生[11]，這些神經(jīng)細胞在腦中快速移動(30～122μm /h)很長的距離。在嚙齒動物中NSCs每天移動5mm，猴子可達到20mm[12-14]。NSCs的遷移與血管和成熟的星形膠質(zhì)細胞有非常重要的關系，這些血管和細胞組成的結(jié)構(gòu)被稱為星形膠質(zhì)細胞隧道或膠質(zhì)管，膠質(zhì)管被證明是引導NSCs遷移的支架[12]。

2 NSCs與TBI

近年的研究顯示，腦損傷后神經(jīng)組織的慢性炎癥是阻礙NSCs遷移、增殖、分化的主要原因。Obora等[15]通過表達NSCs中的miRNA-155，從而抑制了NSCs增殖分化相關的蛋白(Msi1、Hes1和Bmi1)，進而抑制了NSCs的增殖分化。有研究顯示成人室管膜下區(qū)NSCs可在一定條件下快速增殖分化和自我更新[6]。基于NSCs無限的增殖分化特點， NSCs移植成為治療腦損傷以及神經(jīng)退行性疾病的新方法。 然而目前的問題是移植后的存活率并不高，且移植后的分化方向無法控制[16]。

近年，NSCs定向分化方面的研究有了很大的進展。Shirazi等[17]研究發(fā)現(xiàn)，1,25-二羥維生素D3增強NSCs增殖和少突膠質(zhì)細胞分化。有研究發(fā)現(xiàn)腦室-室下區(qū)(LVCP)除了執(zhí)行重要的穩(wěn)態(tài)支持功能外，還分泌促進純化靜止和活化的V-SVZ干細胞因子以及傳遞擴增細胞聚集形成和增殖的因子。LVCP是將生理變化轉(zhuǎn)化為直接影響NSCs行為的分子信號的關鍵部位。

NSCs移植目前已經(jīng)開始應用于臨床實驗。Mazzini等[18]已經(jīng)在老年癡呆患者的研究發(fā)現(xiàn)NSCs移植可以減慢病情發(fā)展。有研究發(fā)現(xiàn)NSCs移植可以減少阿爾茨海默病轉(zhuǎn)基因小鼠的神經(jīng)炎癥反應[19]。然而這項研究最初的重點在于使用NSCs來替換退化的神經(jīng)元，但最近的研究表明NSCs介導的神經(jīng)營養(yǎng)素的變化是影響治療效果的主要原因[20]。在NSCs移植對TBI的研究中，國外已通過單細胞轉(zhuǎn)錄術證明了休眠的NSCs在腦損傷時被激活[21]。國外臨床實驗發(fā)現(xiàn)NSCs移植可改善TBI后的認知障礙，這可能與抑制創(chuàng)傷性腦損傷大鼠模型的凋亡、凋亡抑制基因(Bcl-xL)上調(diào)和神經(jīng)功能恢復有關[22-23]。最近有研究顯示，硫酸軟骨素糖胺聚糖基質(zhì)、甲氧基歐芹酚(Osthole)、銀杏內(nèi)酯B在TBI后可促進NSCs的維持和神經(jīng)保護[24-26]。而EphrinB3蛋白則會引導創(chuàng)傷性腦損傷后內(nèi)源性NSCs的遷移[27]。Zamproni等[28]通過向TBI的損傷區(qū)注射含有基細胞衍生因子(SDF-1)的納米顆粒，發(fā)現(xiàn)其可刺激NSCs發(fā)生聚集。

Ahmad等[29]通過轉(zhuǎn)錄抑制因子Capicua調(diào)控NSCs的增殖分化。也有研究顯示腦脊液流量可調(diào)節(jié)NSCs增殖[30]。Ziegler等[31]研究發(fā)現(xiàn)胰島素和促生長因子(IGF)受體在NSCs中起著維持細胞穩(wěn)定的作用。Lange等[32]的研究發(fā)現(xiàn)選擇性干擾血管特異性Gpr124零胚的腦血管新生，阻止了低氧的緩解，以犧牲分化為代價增加了NSCs的增殖，通過提供氧氣可能調(diào)節(jié)NSCs代謝，因此完好的血管功能是促使大腦皮層中產(chǎn)生有效分化的NSCs所必需的。在成熟細胞向NSCs的誘導方面，有研究發(fā)現(xiàn)通過信號定向轉(zhuǎn)錄激活將成纖維細胞逆分化成NSCs[33]。

而近期有研究顯示，雌二醇對NSCs的增值分化也有一定影響。一定濃度的苯甲酸雌二醇能夠促進培養(yǎng)基培養(yǎng)的NSCs增殖和分化，使NSCs更多地向神經(jīng)元分化。實驗者發(fā)現(xiàn)苯甲酸雌二醇處理NSCs后,細胞活性明顯升高,并且神經(jīng)元特異性核蛋白(NeuN)陽性細胞所占比例升高,而神經(jīng)膠質(zhì)纖維酸性蛋白(GFAP)細胞陽性的比例下降。雌二醇還可促進膠質(zhì)源神經(jīng)營養(yǎng)因子受體α1 (GFRα1)、神經(jīng)膠質(zhì)源神經(jīng)營養(yǎng)因子(GDNF)、轉(zhuǎn)染重排蛋白(Ret)的表達[34]。這為雌激素聯(lián)合NSCs移植治療腦挫傷提供了思路。筆者前期研究發(fā)現(xiàn)，雌激素可通過Hippo通路作用于yes相關蛋白(YAP1)，使YAP1高表達，高表達的YAP1可明顯抑制細胞凋亡。因此推測雌激素可抑制NSCs凋亡，有利于NSCs對腦挫傷的恢復。

研究表明,中樞神經(jīng)系統(tǒng)受到損傷后，NSCs會定向遷移到損傷部位并可替代損傷的細胞，周圍的神經(jīng)元重建聯(lián)系，從而使受損腦組織得到修復。 Koch等[35]研究發(fā)現(xiàn)卷曲納米膜的維數(shù)控制著NSCs的遷移機制。 Rabenstein等[36]通過骨橋蛋白的預處理以及趨化因子受體4的阻斷，證明了骨橋蛋白可通過趨化因子受體4來調(diào)控NSCs的增殖分化。Dai等[37]研究發(fā)現(xiàn)新生成年大鼠中有一種腱糖蛋白C(TNC)，可能與NSCs分化為星形膠質(zhì)細胞有關。

3 NSCs損傷修復的可能機制

目前可能調(diào)控NSCs的細胞同路有兩個，分別是Hippo通路和Notch通路。研究發(fā)現(xiàn)， Hippo通路對NSCs的增殖、分化有著很大的影響。有研究顯示在果蠅大腦上皮中，過度活躍的Yorkie蛋白(YKI，與YAP相同)可促進神經(jīng)上皮細胞過度生長，抑制其分化；而失活的YKI則抑制其生長，促進凋亡、分化[38]。YAP蛋白在小鼠、青蛙和小雞神經(jīng)管中表達，與神經(jīng)標記物Sox2共表達。在這里，Mst1/2或Lats1/2的丟失，或YAP-TEAD的激活可導致神經(jīng)祖細胞的顯著擴張。分析其原因是細胞周期重啟和干細胞基因的上調(diào)，以及通過抑制關鍵基因而導致的分化阻滯。相反，YAP功能的喪失會導致細胞死亡和神經(jīng)分化[39]。

NSCs調(diào)控的關鍵信號通路之一是Notch信號通路。在小鼠中，Notch受體和通路下游成分的表達開始于胚胎8～9周的神經(jīng)管，在神經(jīng)發(fā)育過程中繼續(xù)進入額葉內(nèi)含腦室區(qū)(VZ)和SVZ[40]。從Notch突變小鼠模型中可以明顯看出Notch信號在胚胎生長發(fā)育中的重要作用。核內(nèi)重組信號結(jié)合蛋白(RBPJ)是典型Notch信號通路的轉(zhuǎn)錄因子和中心成分，其缺失導致E9.5位點發(fā)育受阻和胚胎死亡。RBPJ缺失的胚胎也顯示神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育遲緩[41]。同樣，Notch1缺陷小鼠在胚胎9d左右死亡，表現(xiàn)出與RBPJ突變體相似的形態(tài)學缺陷[42]。Notch1缺乏也導致NSCs過早停止細胞周期，這表明Notch1在通過胚胎NSCs調(diào)控神經(jīng)元分化的開始起著相當重要的作用[43]。這些研究說明了Notch信號組分在大腦NSCs維持和存活中是非常重要的。

4 展望

近年來NSCs在神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療方面的研究越來越深入，揭示了其在神經(jīng)系統(tǒng)生長發(fā)育、維持穩(wěn)態(tài)、損傷修復中的作用及機制，為神經(jīng)系統(tǒng)損傷、神經(jīng)退行性病變的治療提供了理論基礎。然而,NSCs神經(jīng)系統(tǒng)中的增殖分化機制仍不明確,尤其是誘導定向分化，很多關鍵問題仍有待解決，如在神經(jīng)系統(tǒng)損傷中如何誘導其定向分化成為神經(jīng)元，如何重建神經(jīng)元之間的聯(lián)系。誘導分化及機制的研究為其提供了新的想法，但是，利用NSCs治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病，要走的路還很遠。