成年机体脑新生神经元形成与神经退行性疾病的关系

张 锬，潘若谷，张成毅，周洋洋，谢明琦，戚双双，孙臣友*

(温州医科大学 1.第一临床医学院； 2.基础医学院 人体解剖学教研室；3.基础医学院 神经科学研究所；4.附属第二医院 药剂科， 浙江 温州 325035)



短篇综述

成年机体脑新生神经元形成与神经退行性疾病的关系

张 锬1，潘若谷1，张成毅1，周洋洋1，谢明琦2,3，戚双双4，孙臣友2,3*

(温州医科大学 1.第一临床医学院； 2.基础医学院 人体解剖学教研室；3.基础医学院 神经科学研究所；4.附属第二医院 药剂科， 浙江 温州 325035)

包括阿尔茨海默病(AD)、帕金森病(PD)和亨廷顿病(HD)在内的神经退行性疾病脑中普遍存在神经元数目进行性减少，而新生神经元形成减少在神经退行性疾病发生中更为重要。目前通过促进脑中内源性新生神经元的形成来治疗神经退行性疾病是一项新的举措。

新生神经元形成；阿尔茨海默病；帕金森病；亨廷顿病

成年机体脑大多数神经元产生于胚胎期和出生后早期，然而，有研究表明在哺乳动物整个生命期，有两个重要脑区始终存在新生神经元的发生：即侧脑室的室下区(subventricular，SVZ)和海马齿状回(dentate gyrus，DG)的颗粒下层(subgranular，SGZ)[1]。其中，SGZ中神经前体细胞或神经干细胞能够分化为颗粒细胞，并整合到海马神经环路中，参与海马相关的学习记忆功能；而来自SVZ中的新生细胞沿嘴侧迁移流到达嗅球，并在此处分化为γ-氨基丁酸能神经元[1- 2]。

包括阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)、帕金森病(Parkinson’s disease，PD)和亨廷顿病(Huntington’s disease，HD)在内的神经退行性疾病均存在着脑中神经元数目进行性减少。神经元数目

下降一般认为是由神经元凋亡的增加和/或新生神经元形成的减少所致，而后者在神经退行性疾病发生中更为重要[3]。然而，关于神经退行性疾病中新生神经元形成目前还不清楚[4]。本文就近年来关于AD、PD、HD中新生神经元形成情况，结合本课题组的研究成果对其作一综述，旨在阐明通过诱导脑中内源性新生神经元的形成来治疗神经退行性疾病的可能性。

1 AD脑中新生神经元的形成

AD是以老年痴呆为主要特征的慢性神经退行性疾病[5]，除认知功能损害外，35%～40% AD患者还出现锥体外系运动症状或PD样症状，且这些症状会随AD进程逐渐加重[6]。AD患者既有皮质和海马等脑区β-淀粉样(β-amyloid，Aβ)斑块沉积和tau蛋白过度磷酸化所形成的神经原纤维缠结(neurofibrillary tangles，NFTs)等神经病理学变化外[7]，也有黑质-纹状体通路的生物化学和结构的变化[8]。随着遗传学研究的发展，已有数种模拟人AD突变基因的小鼠产生。与β-淀粉样前体蛋白(amyloid precursor protein，APP)单转基因小鼠相比，APP/早老素- 1(presenilin- 1，PS1)双转基因AD小鼠(double-transgenic AD mouse，2xTgAD)出现Aβ斑块沉积更早[9]。文献报道，6月龄2xTgAD小鼠除纹状体出现Aβ斑块沉积外，黑质多巴胺能神经元数目也存在下降[8]，表明AD病理改变可引起多巴胺能神经元受损[10]。

此外，在同时表达APP、PS1和TAU蛋白的3月龄AD突变基因小鼠(3xTgAD)的SGZ和SVZ中，神经前体细胞的增殖明显下降，且随着年龄的增加下降更为明显[11]。在12月龄过表达indiana突变基因的转基因小鼠(PDAPP)SGZ中，神经前体细胞增殖和不成熟神经元的数量均明显减少，但并未观察到神经前体细胞增殖率下降与Aβ斑块的数量有关[12]。在PS1/M146V/KI转基因小鼠DG中发现神经前体细胞增殖下降，同时伴有新生成熟神经元数目的减少[13]。尽管6月龄APPSWE/PS1dE9双转基因小鼠SGZ中神经前体细胞增殖未发生变化，但是1个月后，神经前体细胞存活率及新生成熟神经元数目均出现明显下降，且随着年龄的增加减少更为明显[14]。

然而，有些研究结果与上述报道并不一致。例如：过表达Swedish和Indiana突变基因(APPSWE，IND)的转基因小鼠3和12月龄DG及12月龄SVZ中神经前体细胞和不成熟神经元的数目均增加[12]。3月龄J20转基因模型小鼠DG和SVZ中也观察到神经前体细胞增殖的增加，并且认为与低聚物Aβ的水平有关[13]。9月龄APP/M671N/PS1小鼠的海马中，神经前体细胞、不成熟和成熟神经元的数目均明显增高[12]。

总之，研究结果显示，AD机体脑中普遍存在着新生神经元形成下降。然而，动物模型、动物年龄、实验方案的差异可能对实验结果产生不同的影响。

2 PD脑中新生神经元的形成

PD是目前最常见的运动障碍性疾病，神经病理学特征为黑质致密部多巴胺能神经元进行性丢失以及其神经终末投射到纹状体的多巴胺含量的减少[14]。对PD患者尸检发现，在SVZ、SGZ以及嗅球等处的神经前体细胞的增生均明显下降。进一步的研究表明，多巴胺能神经元去神经支配是PD患者多巴胺能神经前体细胞产生受损的原因[15]。在表达高水平野生型人类α-突触核蛋白转基因鼠的嗅球和SGZ中，存在着α-突触核蛋白聚积，同时伴有不成熟神经元的死亡及SVZ/嗅球中新生神经元形成的明显减少，表明α-突触核蛋白影响新生神经元的形成[16]。此外，6-羟多巴胺(6-hydroxydopamine，6-OHDA)及1-甲基-4-苯基-1, 2, 3, 6-四氢吡啶(1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine, MPTP)损伤的PD模型小鼠也显示多巴胺能系统中细胞的死亡及SVZ中神经前体细胞增殖的下降[17]。

成年人或动物黑质中是否存在内源性新生的神经元目前仍不清楚[18]。文献表明，生理情况下黑质存在低水平新生的神经元[19]。在病理情况下，MPTP、6-OHDA和多巴胺受体拮抗剂均能诱导新生多巴能神经元的产生和分化[20]。我们课题组的研究表明，3月龄3xTgAD小鼠黑质中大约有100个新生的酪氨酸羟化酶(tyrosine hydroxylase, TH)阳性神经元，表明在正常成年小鼠黑质中，确实存在新生的多巴胺能神经元的产生[21]。有研究认为，黑质中存在的少量新生TH阳性神经元可能是从SVZ迁移而来，因为这些细胞能够被注入侧脑室的荧光染料所标记，表明它们是来自衬附在中脑脑室系统中的神经干细胞[22]。另有研究发现，被不成熟神经元标志物脑衰蛋白响应调解蛋白- 4标记的神经干细胞会沿中脑腹侧中线迁移。此外，通过体外实验证实，从被盖组织、中脑水管和第四脑室室管膜分离的神经前体细胞最终分化为功能性多巴胺能神经元[23]。有研究发现，CD133标记的具有静态神经干细胞属性的室管膜细胞遍布于哺乳动物前脑脑室壁上，通过观察这类细胞的分布和迁移有助于对新生多巴胺能神经元起源部位的识别[24]。

尽管左旋多巴和手术切除病灶等治疗手段能缓解PD患者的一些行为学症状，但是并未从根本上解决PD患者脑内多巴胺能神经元丢失的问题[25]。如果脑中新生的细胞能够迁移入黑质中，并进一步分化为多巴胺能神经元的话，那么通过向黑质中移植多巴胺能神经前体细胞，并延长其轴突至纹状体，将有望达到治疗PD的目的。

3 HD脑中新生神经元的形成

对HD转基因模型小鼠的研究发现，当一侧纹状体注入兴奋性毒素喹啉酸后，在损伤的脑区，可出现多棘神经元急剧减少和神经胶质细胞过度增多，但损伤侧SVZ中BrdU标志的新生细胞的数量却显著增加，而且这些新生细胞有一部分表达成神经细胞的标志物DCX，并迁移至纹状体损伤的部位。3周后，大约10%～20%被DCX标志的细胞会进一步分化为成熟神经元。新生细胞数目增加的原因至今仍不清楚，可能与小胶质细胞增生并分泌一种可促进细胞增殖的因子有关[26]。

然而，在某些HD转基因小鼠的海马中新生神经元的形成却明显受损。例如：在重症阶段R6/1和R6/2小鼠的SGZ中，发现被BrdU标记的细胞数量明显下降，用细胞周期特异性标志物Ki-67和PCNA得到进一步证实，并呈年龄依赖效应，表明R6成年小鼠海马新生神经元的增殖明显受损[27]。此外，R6/1小鼠在用5-羟色胺再摄取抑制剂氟西汀处理后，小鼠的认知功能得到改善，可能与氟西汀增加海马新生神经元的形成有关[28]。在HD转基因小鼠模型中，海马新生神经元形成的下降可能与小鼠体内激素水平、生长因子和神经递质的减少有关[29]。

4 展望

既然AD、PD和HD脑中普遍存在着新生神经元形成的下降，因此，通过促进脑内内源性新生神经元的形成对治疗神经退行性疾病具有重要的意义。首先，通过向神经退变的脑中植入外源性神经干细胞，该细胞在适当的微环境下，可以增殖分化为神经元，但在动物实验时发现，此策略很难获得成功。究其原因主要有以下几点：1)神经干细胞植入脑区技术的复杂性；2)外源性细胞在已受损脑中存活、迁移、分化和整合的困难性；3)受到免疫排斥和伦理问题的制约性；4)神经干细胞分化为神经元效率很低，且有相当部分的神经干细胞分化为肿瘤细胞，对治疗十分不利[30]。因此，该治疗手段在一定程度上受到了制约。其次，利用生长因子来刺激神经元的增殖，虽然该治疗策略相对于向脑内移植外源性神经干细胞有较大的进步，但是生长因子因分子质量大、无法透过血-脑脊液屏障，且需要长期在脑内留置导管，也限制了它的应用。相反，小分子质量、亲脂性的神经甾体激素因能透过血-脑脊液屏障，且对神经干细胞或神经前体细胞增殖的诱导具有可控性和靶向性，因此已成为促进脑内内源性新生神经元形成的理想物质[11]。本研究也证实，神经甾体激素别孕烯醇酮(allopregnanolone，APα)因具有强大的促新生神经元的形成效力而备受关注。研究发现，APα无论是在体内还是在体外对脑内神经前体细胞的增殖均具有促进作用。APα除了能够促进脑内神经前体细胞增殖外，还能够减慢神经退行性病变的退化速度，延迟神经退行性疾病的病理学进程[21]。

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结婚使男人变成“硬骨头”

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Relationship between neurogenesis in the brains
of adult organisms and the neurodegenerative disease

ZHANG Tan1, PAN Ruo-gu1, ZHANG Cheng-yi1, ZHOU Yang-yang1, XIE Ming-qi2,3,QI Shuang-shuang4, SUN Chen-you2,3*

(1.the First Clinical Medical College; 2.Dept. of Anatomy, School of Basic Medical Sciences; 3.Institution of Neuroscience, School of Basic Medical Sciences; 4.Dept. of Pharmacy, the Second Affiliated Hospital, Wenzhou Medical University, Wenzhou 325035, China)

It is very common that the number of neurons in the brain is progressively decreasing in the neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s disease, Parkinson’s disease and Huntington’s disease, etc. Moreover, it is much more important that there is a decline in the neurogenesis of adult brain in such neurodegenerative diseases. In treating neurodegenerative diseases, it is a potential therapeutic modality to promote endogenous neurogenesis in the brain.

neurogenesis; Alzheimer’s disease; Parkinson’s disease; Huntington’s disease

2014- 12- 30

2015- 04- 27

浙江省自然科学基金(LY12C11003)；浙江省钱江人才计划(2013R10077)

1001-6325(2015)10-1401-05

R322.81

A

*通信作者(corresponding author)：sunchenyou1972@aliyun.com