神經(jīng)干細(xì)胞的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用前景

神經(jīng)干細(xì)胞的研究現(xiàn)狀

與應(yīng)用前景

龍躍生2008年9月26日主要內(nèi)容基本知識(shí)

神經(jīng)干細(xì)胞的定義、特點(diǎn)、標(biāo)志、分布及分化因素等基本知識(shí)成年神經(jīng)干細(xì)胞的研究現(xiàn)狀研究方法神經(jīng)干細(xì)胞的來(lái)源、分離、培養(yǎng)及鑒定方法應(yīng)用前景神經(jīng)干細(xì)胞技術(shù)在神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療中的應(yīng)用神經(jīng)干細(xì)胞與神經(jīng)心理學(xué)基本知識(shí)干細(xì)胞（Stemcell，SC）是一類具有自我更新（self-renewing）能力的多潛能細(xì)胞，即干細(xì)胞保持未定向分化狀態(tài)和具有增殖能力，在合適的條件或給予合適的信號(hào)，它可以分化成多種功能細(xì)胞或組織器官，醫(yī)學(xué)界稱其為“萬(wàn)用細(xì)胞”，也有人通俗而形象地稱其為“干什么都行的細(xì)胞”。干細(xì)胞來(lái)源于胚胎、胎兒組織和成年組織如骨髓、臍帶等。干細(xì)胞技術(shù)最顯著的作用就是：能再造一種全新的、正常的甚至更年輕的細(xì)胞、組織或器官。干細(xì)胞技術(shù)是近年現(xiàn)代生物科技繼克隆技術(shù)、基因工程之后的第三大科學(xué)成就。它不僅促使人們重新熟悉細(xì)胞生長(zhǎng)與分化的基本生命原理，也為多種難治性疾病的治療帶來(lái)了劃時(shí)代的革命。21世紀(jì)是生命科學(xué)的時(shí)代，也是為人類的健康長(zhǎng)壽創(chuàng)造世界奇跡的時(shí)代，干細(xì)胞的應(yīng)用將有廣闊前景。干細(xì)胞的概念神經(jīng)干細(xì)胞的定義1989年，Temple等從13天大鼠胚胎腦隔區(qū)取出細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞發(fā)育成神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。其后從成年鼠紋狀體、海馬齒狀回等處分離出能在體外不斷增殖，并具有向神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞分化潛能的細(xì)胞群。20世紀(jì)90年代后，許多實(shí)驗(yàn)都證實(shí)，人腦內(nèi)也同樣存在神經(jīng)干細(xì)胞。目前得到普遍認(rèn)可的神經(jīng)干細(xì)胞的概念是由Mckay在1997年提出的：神經(jīng)干細(xì)胞(neuralstemcell，NSC)是指具有分化為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞的能力，能自我更新并能提供大量腦組織細(xì)胞的細(xì)胞群。(Okanoetal.2002)神經(jīng)干細(xì)胞的分化、增殖及其影響因素1．生長(zhǎng)因子：FGF－2（堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子－2）在胚胎早期維持神經(jīng)祖細(xì)胞的的生存，促進(jìn)其增殖。ECG（神經(jīng)表皮生長(zhǎng)因子）在發(fā)育較晚期促使神經(jīng)祖細(xì)胞增殖和分化。BDNF（腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子）及IGF1（胰島素樣生長(zhǎng)因子1）主要促進(jìn)祖細(xì)胞向神經(jīng)元方向分化。2．細(xì)胞因子：紅細(xì)胞生成素、集落刺激因子、白介素家族等影響神經(jīng)元的發(fā)育；BMP（骨架多型性蛋白）促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞向星形膠質(zhì)細(xì)胞方向分化。3．移植區(qū)域的信號(hào)：一是選擇性調(diào)控，即信號(hào)只能調(diào)節(jié)干細(xì)胞的存活和增殖而不能影響其分化方向。二是指導(dǎo)性作用，指特異性指導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞、祖細(xì)胞向特定譜系分化。4．神經(jīng)干細(xì)胞和神經(jīng)祖細(xì)胞自身產(chǎn)生多種調(diào)控信號(hào)。5．Nestin基因和Notch基因：人nestin基因第二個(gè)內(nèi)含子中存在一個(gè)（〈400bp區(qū)域〉對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞起增強(qiáng)作用。這個(gè)增強(qiáng)子也對(duì)早期神經(jīng)干細(xì)胞其他基因表達(dá)起作用，包括Notch基因。Notch基因是在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過(guò)程中確定神經(jīng)元數(shù)量的重要調(diào)控基因。神經(jīng)干細(xì)胞的形態(tài)神經(jīng)干細(xì)胞的特征①有增殖能力。②有自我維持和自我更新能力，對(duì)稱分裂后形成的兩個(gè)子細(xì)胞為干細(xì)胞，不對(duì)稱分裂后形成的兩個(gè)子細(xì)胞中的一個(gè)為干細(xì)胞，另一個(gè)為祖細(xì)胞，祖細(xì)胞在特定條件下可分化為多種神經(jīng)細(xì)胞。③具有多向分化潛能，在不同因子下，可以分化成不同類型的神經(jīng)細(xì)胞，損傷或疾病可以刺激神經(jīng)干細(xì)胞分化。自我更新能力和多向分化潛能是神經(jīng)干細(xì)胞的兩個(gè)基本特征。神經(jīng)干細(xì)胞的分類神經(jīng)管上皮細(xì)胞1.根據(jù)分化潛能及產(chǎn)生子細(xì)胞種類不同分為：放射狀膠質(zhì)神經(jīng)元神經(jīng)母細(xì)胞大腦中皮質(zhì)及神經(jīng)核等的基本神經(jīng)組織細(xì)胞神經(jīng)前體細(xì)胞各類神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞神經(jīng)元各類神經(jīng)細(xì)胞的前體細(xì)胞胚胎期幼年期成年期2.根據(jù)部位分類主要有兩類：

神經(jīng)嵴干細(xì)胞(neuralcreststemcell，NC-SC)和中樞神經(jīng)干細(xì)胞(CNS-SC)。

NCSC為外周神經(jīng)干細(xì)胞(PNS-SC)，既可發(fā)育為外周神經(jīng)細(xì)胞、神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞和Schwann氏細(xì)胞，也能分化為色素細(xì)胞(pigmentedcell)和平滑肌細(xì)胞等。NSC一般是指存在于腦部的中樞神經(jīng)干細(xì)胞(CNS-SC)，其子代細(xì)胞能分化成為神經(jīng)系統(tǒng)的大部分細(xì)胞。胚胎期：神經(jīng)干細(xì)胞主要分布在大腦的皮層、紋狀體、海馬、室管膜下層和中腦等區(qū)域。成年期：中樞神經(jīng)系統(tǒng)仍有神經(jīng)干細(xì)胞存在，只不過(guò)這些細(xì)胞平時(shí)處于靜止?fàn)顟B(tài)。成年腦區(qū)神經(jīng)干細(xì)胞主要局限在海馬齒狀回、紋狀體和環(huán)繞側(cè)腦室的室腦膜下層。神經(jīng)干細(xì)胞的分布海馬齒狀回側(cè)腦室的室腦膜下層尾狀核豆?fàn)詈吮硞?cè)丘腦皮質(zhì)髓質(zhì)基底核側(cè)腦室尾狀核與豆?fàn)詈撕戏Q紋狀體成年神經(jīng)干細(xì)胞的研究現(xiàn)狀以前的觀點(diǎn)認(rèn)為成年大腦中的神經(jīng)元數(shù)量是穩(wěn)定不變的，由這些神經(jīng)元構(gòu)成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是相對(duì)穩(wěn)定的，神經(jīng)結(jié)構(gòu)上的可塑性僅發(fā)生在樹(shù)突、軸突和突觸等部位。而目前對(duì)神經(jīng)再生和成年神經(jīng)干細(xì)胞的研究增加了新的認(rèn)識(shí)。成年神經(jīng)干細(xì)胞的功能小結(jié)成年海馬的神經(jīng)再生與海馬功能有著密切關(guān)系。學(xué)習(xí)或奔跑可以改變動(dòng)物海馬細(xì)胞存活或細(xì)胞增殖水平，從而增加海馬的新生神經(jīng)元的數(shù)目。緊張、濫用鴉片和癲癇發(fā)作等都可以影響到成年海馬齒狀回新生神經(jīng)元的增殖和分化水平。人為減少海馬顆粒樣神經(jīng)元的數(shù)目，經(jīng)過(guò)處理后的動(dòng)物其海馬依賴的記憶功能受到損害。成年海馬神經(jīng)干細(xì)胞產(chǎn)生的新生神經(jīng)元不僅在形態(tài)上與成熟海馬神經(jīng)元相同，而且對(duì)突觸刺激有動(dòng)作電位反應(yīng)，并且可以有效地整合到神經(jīng)環(huán)路中去。人們推測(cè)，這些由神經(jīng)干細(xì)胞產(chǎn)生的新生神經(jīng)元是參與其所在海馬區(qū)域的正常功能。神經(jīng)干細(xì)胞和學(xué)習(xí)記憶關(guān)系的研究是復(fù)雜的。盡管海馬具有記憶的存儲(chǔ)功能，但這種記憶的存儲(chǔ)是短暫的，只是為皮層區(qū)域的長(zhǎng)時(shí)程記憶做時(shí)空上的準(zhǔn)備。成年神經(jīng)干細(xì)胞對(duì)腦損傷的修復(fù)作用controlkindledExamplesofBrdUpositivenucleiinhippocampalsectionsfromcontrol正常情況下，成年嚙齒類動(dòng)物大腦中有大量的新生神經(jīng)元不斷產(chǎn)生，顯然這些細(xì)胞是來(lái)補(bǔ)充已經(jīng)缺失的神經(jīng)元，這樣成年大腦神經(jīng)元數(shù)目才能保持相對(duì)穩(wěn)定。研究表明在成年大腦神經(jīng)再生區(qū)域里存在著普遍的神經(jīng)元凋亡現(xiàn)象。神經(jīng)再生活躍區(qū)域的死亡細(xì)胞數(shù)倍于大腦其他部位，因而干細(xì)胞增殖、祖細(xì)胞遷徙并且分化成神經(jīng)元從而替代死亡的神經(jīng)元。有人推測(cè)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病形成的原因就是由于內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞不能對(duì)這些疾病產(chǎn)生的信號(hào)起反應(yīng)，內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞不能替代變性的神經(jīng)元，而最終導(dǎo)致老年性疾呆，癲癇，精神分裂癥等神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病的發(fā)生。成年神經(jīng)干細(xì)胞導(dǎo)?？赡軐?dǎo)致疾病發(fā)生1.成年神經(jīng)再生和早期發(fā)育中的神經(jīng)生成有哪些不同？2.為什么神經(jīng)再生只存在于成年大腦的某些特定的區(qū)域？3.這些區(qū)域的局部微環(huán)境對(duì)成年神經(jīng)干細(xì)胞的遷徙和分化有些什么影響？4.成年大腦的神經(jīng)可塑性的功能意義？5.神經(jīng)干細(xì)胞和認(rèn)知等高級(jí)功能神經(jīng)活動(dòng)的關(guān)系？成年神經(jīng)干細(xì)胞研究面臨的問(wèn)題研究方法來(lái)源于神經(jīng)組織：目前從哺乳動(dòng)物胚胎期大部分腦區(qū)、成年期的腦室下區(qū)、海馬回的顆粒下層、脊髓等部位均成功分離出神經(jīng)干細(xì)胞來(lái)源于胚胎：胚胎干細(xì)胞(embryonicstemcells,ESCs)、胚胎生殖細(xì)胞(embryonicgermcells,EGCs)等細(xì)胞的定向誘導(dǎo)分化而來(lái)。來(lái)源于血液系統(tǒng)：骨髓間質(zhì)干細(xì)胞(bonemarrowmesenchymalstemcells,MSCs)、成年多能祖細(xì)胞(multipotentadultprogenitorcells,MAPCs)［10］及臍血細(xì)胞(umbilicalcordblood)［11］。來(lái)源于永生化細(xì)胞系：C17.2細(xì)胞系［12］、MHP36細(xì)胞系［13］、NT2細(xì)胞系。體核細(xì)胞轉(zhuǎn)移技術(shù)獲得神經(jīng)干細(xì)胞：將體細(xì)胞核植入去核的卵母細(xì)胞漿中,再程序化后形成治療性克隆,讓其發(fā)育到一定階段后在相應(yīng)部位獲得神經(jīng)干細(xì)胞,可重建組織相容性。神經(jīng)干細(xì)胞的來(lái)源（1）反復(fù)傳代法：取3～4個(gè)月齡的人胚胎紋狀體或孕14～16天小鼠、大鼠胚胎大腦，機(jī)械分離制作單細(xì)胞懸液。在含多種神經(jīng)因子的無(wú)血清培養(yǎng)基中培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)NSC的體外穩(wěn)定有效擴(kuò)增。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期培養(yǎng)反復(fù)傳代可使NSC得到純化。（2）流式細(xì)胞術(shù)：Sasaki等采用流式細(xì)胞儀對(duì)約60種細(xì)胞表面抗原進(jìn)行篩選，結(jié)果發(fā)現(xiàn)分選出的具有CD133+/CE34+/CD45-（細(xì)胞表面抗原）的細(xì)胞為NSC。（3）基因轉(zhuǎn)導(dǎo)：Keyou