内源性神经干细胞的原位激活与微环境

孙灵芝 庄伟端

汕头大学第一附属医院神经内科，广东汕头 515041

内源性神经干细胞的原位激活与微环境

孙灵芝 庄伟端

汕头大学第一附属医院神经内科，广东汕头 515041

研究显示，神经损伤可激活内源性神经干细胞（NSC）增殖、分化和迁移。内源性NSC的原位激活受其微环境中各种信号分子的调控。Wnt、Notch和bHLH信号途径对NSC的激活有着重要的作用。促有丝分裂因子、神经营养素可促进NSC的增殖、分化，中药、针灸亦有一定的促进作用。本文对神经干细胞的生物学特性及微环境的影响加以阐述。

内源性神经干细胞；原位激活；微环境

神经再生研究给神经科疑难病的治疗带来了新的机遇。基于神经干细胞的治疗策略可分为两类，一是原位激活内源性的神经干细胞或前体细胞达到神经再生的目的，二是将体外扩增的神经干细胞或前体细胞植入到受损的中枢神经系统，即细胞替代治疗。神经干细胞的增殖、分化及迁移受内因（基因调控）和外因（细胞微环境）的共同影响。本文主要阐述内源性神经干细胞的原位激活及其诱导微环境，为神经干细胞应用于临床提供理论依据。

1 内源性神经干细胞的特性

1.1 内源性神经干细胞的存在部位

大量研究证实，成体神经系统内存在神经干细胞，这些来源于受体自身的干细胞称为内源性干细胞。在许多成年哺乳动物的海马齿状回的颗粒下层和侧脑室的室下区，始终存在神经发生。这些神经前体细胞可增殖、分化并整合入神经回路[1-2]。

1.2 内源性神经干细胞标记蛋白

神经发生可分为增殖、迁移和分化三个阶段。增生的早期标志物主要有5-溴-2-脱氧尿嘧啶核苷 （5-bromo-2-deoxyuridine，5-BrdU）、Nestin等。BrdU是一种胸腺脱氧核苷类似物，当细胞处于DNA合成期而同时又有BrdU存在时，就会有BrdU掺入新合成的DNA中，因而视为细胞增殖的标志。Nestin是神经上皮前体细胞中的一种中间丝蛋白，属于细胞骨架的一种，其表达始于神经胚形成时，用于标记早期原始神经细胞。与神经元前体细胞的迁移相关的标志物主要有多聚唾液酸神经细胞黏附因子 （polysialylated neural cell adhesionmolecule，PSA-NCAM）、Doublecortin（DCX）等。 PSANCAM的表达与神经元的迁移和神经元回路的形成有关，以介导细胞间的黏附和识别，可作为神经可塑性的标志物；DCX内存在进化保守的重复序列，构成微管结合域，以维持微管的稳定性，可用来研究神经元前体细胞的增殖和迁移。NeuN是一种神经元特异性核蛋白，是成熟神经元标志物。GFAP是星形胶质细胞的标志物，常用于鉴别神经元分化类型。

2 内源性神经干细胞与微环境

干细胞在机体组织中的居所可称为干细胞巢 （stem cell niche）。 微环境（microenvironment）的概念是 Schofield 于 1978年首次提出的，指细胞生长发育赖以生存的环境，由基质细胞、细胞外基质以及各种调控因子等共同构成。

2.1 内源性神经干细胞与信号转导

信号转导就是各类信号通过细胞膜或细胞内信使分子引起细胞基因表达改变的过程。Wnt、Notch和bHLH信号途径对神经干细胞的激活有着重要的作用。

才礼扬等[3]研究大鼠脊髓损伤后Wnt-3a信号蛋白表达及其对脊髓神经干细胞增殖的影响，发现大鼠损伤后脊髓中央管周围和外周软膜即有BrdU阳性细胞和Wnt-3a表达明显高于对照组，且Wnt-3a表达与Brdu表达具有相关性，因此推测内源性神经干细胞的增殖可能与Wnt信号转导通路的激活和Wnt-3a表达有关。

隋毓秀等[4]应用 BrdU观察慢性氟西汀干预对正常大鼠海马齿状回神经再生的影响，发现氟西汀干预下海马BrdU阳性细胞进行性增加，Notch信号各因子基因表达均显著增高，提示 Notch参与了氟西汀调节海马齿状回神经再生的上调。

bHLH转录因子是一类重要的增强子和启动子DNA的结合蛋白。研究发现，bHLH转录调控因子 Hes-1受 Notch受体信号调节系统的调节，，在神经系统的发育过程中，Hes1广泛地表达于成年小鼠脑中，Brdu阳性细胞几乎全部表达Hes1，Hes1参与了神经干细胞分化和增殖的调控，对保持神经干细胞的数量、调控其分化至关重要[5]。

2.2 内源性神经干细胞与促细胞分裂因子类

神经干细胞在体内的分化过程均受到局部环境中各种信号分子的作用。多种细胞因子可以参与调解细胞分化。

成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor，FGF）是目前研究较为透彻的细胞因子之一。Yoshimura等[6]证实，在大鼠MCAO后，bFGF是神经干细胞扩增中的丝裂原，而且还有诱导神经干细胞分化的作用。殷勤等[7]于大鼠缺血后经鼻给予bFGF，发现缺血后数小时内给药，可以减少脑梗死的体积，显示了bFGF具有抗凋亡等神经保护作用；术后第7天时bFGF组SVZ区BrdU阳性细胞数量较对照组有明显增加，且大部分BrdU阳性细胞与不成熟神经元标志物DCX共标，证明经鼻给予bFGF能够诱导脑梗死大鼠内源性神经干细胞的增殖和存活。

表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）是促进有丝分裂的因子，作为丝裂原被广泛用于神经干细胞体外培养。李晓波等[8]分别给予局灶性脑缺血模型大鼠皮下注射bFGF、EGF及bFGF+EGF，观察对内源性神经干细胞增殖的影响，发现药物干预组Brdu阳性细胞数显著增加，且联合组Brdu阳性细胞数增加更明显，bFGF组及EGF组间差异有统计学意义。

王莉等[9]给缺氧脑瘫模型大鼠腹腔注射rhG-CS，结果发现模型组海马及大脑皮层BrdU阳性细胞、BrdU+GFAP、BrdU+NeuN及Brdu+PSA-NCAM双阳性细胞均高于模型组，提示rhG-CSF能促进缺氧脑瘫大鼠内源性NSCs的增殖、迁移和分化。

2.3 内源性神经干细胞与神经营养素家族（NGF家族）

BDNF是神经生长因子家族的重要成员，是脑组织中含量最丰富的神经营养因子，可以维持神经元的存活、影响神经元的迁移。BDNF可使新生大鼠海马EGF-r反应性干细胞分化为神经元的比例由10%上升至43%。BDNF可使E16海马FGF-2反应性干细胞分化为GABA能神经元比例达70%[10]。

晋光荣等[11]实验将GDNF微量注射到局灶性脑缺血后的成年大鼠侧脑室内，发现GDNF组大鼠缺血28 d后，部分细胞显示为BrdU/GFAP阳性双标细胞，并可见大量BrdU/NeuN和BrdU/nNOS阳性双标细胞。说明外源性GDNF不但可以增强内源性神经干细胞的增殖活性，而且还可促进其向神经元方向分化。

神经营养因子可通过酪氨酸激酶A、B、C （Tr-kA、TrkB和Trkc）受体和gp75受体促进表皮生长因子 （EGF）感应海马区及前脑室管膜下区的神经干细胞存活和分化[12]。

2.4 内源性神经干细胞与中药

中医药同样可诱导内源性神经干细胞增殖、分化，改善神经功能预后。刘丽等[13]在大鼠大脑中动脉闭塞模型中，发现经芪参还五胶囊处理后，在不同时间点 （7、14、21 d）BrdU/NeuN及BrdU/GFAP阳性细胞表达显著多于模型组和安慰剂组，提示其内源性神经干细胞增殖、分化过程更加明显、持久。高唱等[14]发现中药复方制剂HDO2水合煎剂灌胃后15 d，BrdU阳性细胞计数较慢性前脑缺血组明显增多；30 d，BrdU阳性细胞数和BrdU+NF200，BrdU+NeuroD，BrdU+GFAP免疫荧光双标细胞数明显增多，提示HDO2可促进慢性前脑缺血大鼠神经干细胞增殖分化能力，增加脑缺血后成熟神经元数量。

中药通过什么机制影响其增殖、分化，徐元翠等[15]发现应用银杏活脑干预组7 d后，其缺血BrdU阳性细胞明显增加，且周围新生微血管数增加，说明银杏活脑胶囊可以增加梗死灶周围微循环，从而促进神经功能的恢复。沈自尹等[16]发现淫羊藿的提取物EF和淫羊藿苷，能同时激活NEI网络中生长激素类相关因子基因表达，促进神经干细胞定向分化并迁移归巢。

叶飞等[17]观察不同时间点电针对大鼠脑梗死后神经干细胞增殖、分化的影响，发现电刺激治疗的大鼠运动功能的恢复较对照组明显改善，治疗组FGF-2 mRNA的表达在1、3、7 d时间点显著高于对照组。提示脑梗死后早期电针刺激促使FGF-2高表达可能是电针促使神经功能康复机制之一。

中医药调节内源性干细胞与其多靶点、多途径多用于其微环境，诱导内源性细胞因子，抑制凋亡因子，改善其血管微环境有关。

3 问题与展望

内源性神经干细胞对神经系统结构和功能重建具有巨大潜力，为治疗各种急性脑损伤提供了广阔的前景。内源性神经干细胞自我更新或是定向分化都需要合适的微环境，尤其是定向分化，微环境起决定性作用。缺血、缺氧、严重酸中毒或过氧化状态、释放一系列炎症反应介质和促凋亡因子的微环境是导致干细胞不能存活，发生凋亡或死亡的主要原因。改善内源性神经干细胞的微环境，增加内源性神经发生，保护有功能的新生神经元及成熟神经元以免发生迟发性凋亡，促使新生神经元与周围环境的神经细胞建立有生物功能的突触联系，实现正常突触连接、释放神经递质及发挥正常神经元的功能等将成为今后的研究方向。

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[2]Gould E，Tanapat P，Hastings NB， et al.Neurogenesis in adulthood： A possible role in learning[J].Trends Cogn Sci，1999，3：186-192.

[3]才礼扬，赵斌，王栓科，等.脊髓损伤后Wnt-3a表达对神经干细胞增殖的影响[J].国际骨科学杂志，2011，32（2）：129-131.

[4]隋毓秀，张志珺，郭怡菁，等.Notch1信号系统在氟西汀上调大鼠海马神经再生中的作用[J].中国神经精神疾病杂志，2011，37（5）：285-289.

[5]郇林春，杨新宇，赵旺淼，等.Hes1在成年小鼠脑中表达的免疫组织化学分析[J].中国组织工程研究与临床康复，2010，14（14）：2612-2616.

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[13]刘丽，李宝栋，王志勇，等.芪参还五胶囊对大鼠缺血脑组织内源性神经干细胞增殖和分化的影响[J].中华中医药学刊，2008，26：2641-2643.

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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

孙灵芝（1972.1-），女，主治医师，医学博士后，主要从事脑血管病研究。

2012-07-16 本文编辑：冯 婕）