神經(jīng)干細(xì)胞的研究進(jìn)展

江清林,李 瑩,劉金英,辛 華,朱曉峰

(佳木斯大學(xué),黑龍江 佳木斯 154007)

長(zhǎng)期以來(lái),人們普遍認(rèn)為哺乳動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)細(xì)胞是一種終末細(xì)胞,缺乏再生能力,神經(jīng)細(xì)胞的產(chǎn)生僅限于胚胎時(shí)期和出生后的短暫時(shí)期,以后神經(jīng)元的分裂即告結(jié)束,這意味著成年哺乳動(dòng)物腦內(nèi)的神經(jīng)細(xì)胞只能逐漸減少而不能被更新或替代。然而,1992年 Reynolds等和 Richards等先后從成年鼠的紋狀體和海馬中分離出 NSC,徹底打破了成體哺乳動(dòng)物神經(jīng)細(xì)胞不能再生的傳統(tǒng)觀念?，F(xiàn)在,人們已經(jīng)從胎鼠[1]、胎兒[2]、成年鼠[3]、和成人腦[4]的皮層、室管膜下區(qū)、紋狀體、海馬、中腦等腦區(qū)分離得到了神經(jīng)干細(xì)胞。神經(jīng)干細(xì)胞不僅可以作為研究神經(jīng)發(fā)育的模型,并且,作為潛在的移植細(xì)胞的來(lái)源,為臨床治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病提供了一個(gè)新的有效治療途徑[5]。因此,神經(jīng)干細(xì)胞研究成為本世紀(jì)神經(jīng)生物學(xué)領(lǐng)域的熱門。本文就神經(jīng)干細(xì)胞的研究情況進(jìn)行介紹。

1 神經(jīng)干細(xì)胞的概念及基本生物學(xué)特征

1.1 神經(jīng)干細(xì)胞的概念

神經(jīng)干細(xì)胞是一種具有自我更新能力和多種分化潛能的細(xì)胞,它處于未分化狀態(tài),可通過(guò)對(duì)稱或不對(duì)稱分裂方式分裂增殖,最終分化成中樞神經(jīng)系統(tǒng)的三種主要細(xì)胞,即神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞。神經(jīng)干細(xì)胞的特征性生物學(xué)標(biāo)志物為神經(jīng)上皮巢蛋白(Nestin),隨著神經(jīng)上皮的分化成熟而逐漸消失,其功能目前尚未完全明確。

1.2 神經(jīng)干細(xì)胞的生物學(xué)特性

1.2.1 自我更新

神經(jīng)干細(xì)胞具有高度增殖和自我更新能力,在一定條件下能不斷進(jìn)行有絲分裂。其分裂方式主要有兩種,一種是對(duì)稱分裂,此種分裂方式產(chǎn)生的兩個(gè)子細(xì)胞都是干細(xì)胞;另一種是不對(duì)稱分裂,分裂產(chǎn)生一個(gè)干細(xì)胞和一個(gè)子代分化細(xì)胞,后者最終分化成為終末細(xì)胞。神經(jīng)干細(xì)胞通過(guò)分裂進(jìn)行增殖,細(xì)胞互相聚集形成神經(jīng)球,神經(jīng)球內(nèi)含有神經(jīng)干細(xì)胞,神經(jīng)前體細(xì)胞,凋亡細(xì)胞和已分化的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞,具體成分根據(jù)具體培養(yǎng)情況不同而不同。神經(jīng)球經(jīng)過(guò)機(jī)械分離后可繼續(xù)增殖,并形成子代神經(jīng)球。傳代后的神經(jīng)干細(xì)胞與母代干細(xì)胞的生物特性完全相同。張曉梅等[6]報(bào)道,神經(jīng)干細(xì)胞可在體外傳代達(dá)3年以上。

1.2.2 多潛能分化

神經(jīng)干細(xì)胞在特定條件下可以分化形成神經(jīng)元,星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞等,其分化與局部微環(huán)境密切相關(guān),目前可通過(guò)生長(zhǎng)因子誘導(dǎo),基因調(diào)控及信號(hào)傳導(dǎo)通路調(diào)節(jié)等途徑誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞的分化,為進(jìn)一步獲取治療疾病所需要的細(xì)胞類型奠定了基礎(chǔ)。

1.2.3 遷移功能和良好的組織融合性

在人類和哺乳動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育過(guò)程中,神經(jīng)干細(xì)胞沿著發(fā)育索方向遷移。移植后的神經(jīng)干細(xì)胞則受病變部位神經(jīng)源性信號(hào)的影響,向病變部位遷移,并分化成特異性神經(jīng)細(xì)胞,與宿主細(xì)胞形成初步良好結(jié)合,參與宿主神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),形成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)整合,促進(jìn)正常腦功能的恢復(fù)。

1.2.4 處于高度未分化狀態(tài)

神經(jīng)干細(xì)胞呈巢蛋白(nestin)陽(yáng)性,但缺乏已分化細(xì)胞的抗原標(biāo)志,無(wú)成熟細(xì)胞相應(yīng)的特異性標(biāo)志,處于原始的未分化狀態(tài)。

2 神經(jīng)干細(xì)胞的分布

神經(jīng)干細(xì)胞主要存在于胚胎鼠的紋狀體、小腦半球、腦室區(qū)等。1992年,Reynolds等在成年鼠的紋狀體也發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)干細(xì)胞。Morrison等利用細(xì)胞表面標(biāo)記和流式細(xì)胞儀檢測(cè),發(fā)現(xiàn)從哺乳動(dòng)物胚胎神經(jīng)管嵴能夠分離出神經(jīng)干細(xì)胞。經(jīng)過(guò)人們的研究發(fā)現(xiàn),在一些過(guò)去曾認(rèn)為不可能存在神經(jīng)細(xì)胞再生的區(qū)域,如脊髓、隔區(qū)也分離出了神經(jīng)干細(xì)胞。1996年,Weiss等還證明了成年哺乳動(dòng)物的脊髓中央管附近的室管膜細(xì)胞具有神經(jīng)干細(xì)胞的特征。近年來(lái)的研究證明,成年哺乳動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛存在著神經(jīng)干細(xì)胞,且在成年哺乳動(dòng)物腦內(nèi)有兩個(gè)能終生產(chǎn)生神經(jīng)元而且增殖活躍的兩個(gè)區(qū)域,是前腦室下帶(subventricular zone,SV Z)和海馬齒狀回的亞顆粒帶(vsubgranularzone,SGZ)。

3 神經(jīng)干細(xì)胞的分離培養(yǎng)

神經(jīng)干細(xì)胞的體外培養(yǎng)已經(jīng)較成熟,目前主要采取的是懸浮培養(yǎng)方式,該方式下培養(yǎng)的神經(jīng)干細(xì)胞以神經(jīng)球的形式生長(zhǎng)和增殖。多數(shù)研究認(rèn)為從腦中培養(yǎng)神經(jīng)干細(xì)胞需要bFGF和 EGF的存在,在體外培養(yǎng)的培養(yǎng)液中加入 bFGF或EGF,神經(jīng)干細(xì)胞可保持非常穩(wěn)定的功能和更新能力。但盡管 EGF和 bFGF都能夠促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞的增殖和分化,但這兩種因子不可以互換使用或只使用一種,因?yàn)樵?EGF單獨(dú)存在的情況下,主要形成膠質(zhì)細(xì)胞,而多數(shù)情況下 bFGF可引起最大程度的神經(jīng)細(xì)胞發(fā)生。將從動(dòng)物體中直接分離出的神經(jīng)干細(xì)胞培養(yǎng)至含 B27,bFGF,EGF等因子的培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng),可保持神經(jīng)干細(xì)胞的穩(wěn)定生長(zhǎng)。獲得神經(jīng)干細(xì)胞的方法不只是直接從動(dòng)物體中分離,還可通過(guò)其他方法,例如定向誘導(dǎo)骨髓基質(zhì)細(xì)胞(MSCs)向神經(jīng)干細(xì)胞的轉(zhuǎn)化。已有一系列的研究證實(shí),骨髓基質(zhì)細(xì)胞移植入嚙齒類動(dòng)物的腦內(nèi)后 ,可以分化為神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞[7～10]。對(duì)這部分的研究國(guó)內(nèi)外進(jìn)行的都比較多,Woodbery等首次在體外誘導(dǎo)骨髓基質(zhì)細(xì)胞橫向分化為神經(jīng)元[11],國(guó)內(nèi)有張卉等報(bào)道,解剖出 Wistar大鼠股骨,取出骨髓細(xì)胞 ,用培養(yǎng)液(B27培養(yǎng)液 ,DM EM/F12,3:1,5μ g/mL胰島素 ,100 μg/mL入轉(zhuǎn)鐵蛋白,肝素,100 μg/mL腐胺,30nmol/mL亞硒酸鈉,5mg/mL葡萄糖 ,0.1%青霉素和鏈霉素,2.5μg/mL二性霉素 B,10%胎牛血清)調(diào)整細(xì)胞濃度至1×105個(gè) /mL,接種至培養(yǎng)板中,37℃,5%CO2,95%空氣,飽和濕度的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。培養(yǎng)第3天進(jìn)行細(xì)胞傳代,以后每3天換液一次,清除大部分雜質(zhì)細(xì)胞。若撤去 EGF、bFGF加入 BDNF、膠質(zhì)細(xì)胞條件培養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng),細(xì)胞可分化為神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞[12,13]。

由于原代培養(yǎng)的神經(jīng)干細(xì)胞在體外長(zhǎng)期培養(yǎng)過(guò)程中,很難維持穩(wěn)定不變的生存或增殖狀態(tài),因此,為了保持神經(jīng)干細(xì)胞在體外長(zhǎng)時(shí)間生存、分裂和增殖,目前應(yīng)用基因轉(zhuǎn)移技術(shù)得到了永生化的神經(jīng)干細(xì)胞系,即誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞的細(xì)胞周期不斷循環(huán),達(dá)到阻止細(xì)胞分化的目的,用于基因轉(zhuǎn)移和神經(jīng)再生方面的研究。最常用的方法是通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄病毒載體將編碼癌基因蛋白的基因轉(zhuǎn)導(dǎo)入胚胎神經(jīng)干細(xì)胞中,使細(xì)胞停留在分化過(guò)程的某一個(gè)階段,不能進(jìn)行終末分化,并獲得長(zhǎng)期傳代的能力[14]。Slinskey等利用 large T抗原的突變等位基因,即癌變的 tsA58溫度敏感性基因具有的良好性能,即在體外培養(yǎng)溫度 (33℃)條件下非常穩(wěn)定,而在體內(nèi)溫度(37～39℃)條件下會(huì)降解這一特性,應(yīng)用 SV 40的病毒質(zhì)粒載體將 large T抗原導(dǎo)入胚鼠來(lái)源的神經(jīng)干細(xì)胞中,發(fā)現(xiàn)每一個(gè)表達(dá) large T抗原的細(xì)胞系,既可以在不含 EGF的培養(yǎng)基中進(jìn)行分裂,又能夠在含10%FBS的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)增殖而不發(fā)生分化,還可以有效地抵抗凋亡的發(fā)生,尤其是其溫度敏感性,避免了移植入體內(nèi)使機(jī)體癌變的可能,因此可作為條件永生化神經(jīng)干細(xì)胞系。神經(jīng)干細(xì)胞系有以下生物學(xué)特性:①能夠自我更新,自我復(fù)制并在體外大量增殖的細(xì)胞。②移植入體內(nèi)后仍具有多分化潛能。③可被轉(zhuǎn)染并穩(wěn)定地表達(dá)外源性基因(報(bào)告基因和治療基因)④可分離出單細(xì)胞克隆[15]。因此,其可作為腦內(nèi)神經(jīng)細(xì)胞移植及作為基因轉(zhuǎn)移的工具。但同時(shí)細(xì)胞系的基因表型和蛋白表達(dá)與正常細(xì)胞有著顯著的不同,這應(yīng)當(dāng)引起研究者的注意。

4 神經(jīng)干細(xì)胞的分化微環(huán)境調(diào)控

影響神經(jīng)干細(xì)胞的分化的因素有很多,主要包括內(nèi)源性因素(基因)和外源性因素的相互作用調(diào)控。其中 ,內(nèi)源性因素起決定性作用,外源性因素是必要條件,兩者關(guān)系非常復(fù)雜。

4.1 微環(huán)境的調(diào)控

4.1.1 生長(zhǎng)因子

目前,對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞的增殖和分化有影響作用的生長(zhǎng)因子主要有表皮生長(zhǎng)因子 (EGF)和成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(FGF)兩種。EGF在發(fā)育腦和成年腦中均有表達(dá) ,在發(fā)育較晚期促進(jìn)神經(jīng)前體細(xì)胞的增殖和分化。有證據(jù)表明,EGF對(duì)膠質(zhì)前體細(xì)胞有促進(jìn)增殖的作用,能夠促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞向膠質(zhì)前體細(xì)胞分化,并可促進(jìn)體外培養(yǎng)的神經(jīng)元等多種神經(jīng)細(xì)胞的生存和生長(zhǎng)。FGF主要包括 FGF-1和 FGF-2等 ,其通過(guò)激活 FGF受體而起作用,在胚胎發(fā)育早期對(duì)維持神經(jīng)前體細(xì)胞的生存和促進(jìn)增殖起作用。有文章報(bào)道,胚胎大鼠皮質(zhì)神經(jīng)干細(xì)胞的增殖和分化呈 bFGF濃度依賴性,低濃度時(shí)有利于向神經(jīng)元方向分化,高濃度時(shí)有利于向少突膠質(zhì)細(xì)胞方向分化,若加入其他因子如膠質(zhì)細(xì)胞成熟因子和內(nèi)皮素等,則神經(jīng)干細(xì)胞可分化成星形膠質(zhì)細(xì)胞。FGF-2還對(duì)具有多分化潛能的神經(jīng)干細(xì)胞具有促進(jìn)增殖的作用。

除 EGF和 FGF外,神經(jīng)干細(xì)胞的分化還受其他生長(zhǎng)因子的調(diào)控,如胰島素樣生長(zhǎng)因子(IGF-Ⅰ ,IGF-Ⅱ )[16]能調(diào)節(jié)細(xì)胞存活、生長(zhǎng)、分化、突觸功能和神經(jīng)遞質(zhì)的釋放。血小板源性生長(zhǎng)因子(PDGF)可能通過(guò)提高神經(jīng)元方向分化的祖細(xì)胞的生存率,使得大鼠 NSC產(chǎn)生更多的神經(jīng)元,但在人胚中則完全相反。

4.1.2 細(xì)胞因子

對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞的增殖和分化有影響作用的細(xì)胞因子有許多種,主要包括睫狀神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(CN F)和白血病抑制因子(LIF)等。有報(bào)道稱,CN F可特異性地誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞分化為神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。也有報(bào)道顯示,CNF若作用于具有多分化潛能的神經(jīng)干細(xì)胞,則促進(jìn)其向膽堿能神經(jīng)元分化,若作用于少突膠質(zhì)細(xì)胞2型星形祖細(xì)胞則可誘導(dǎo)其分化為2型星形膠質(zhì)細(xì)胞。而 LIF則可促進(jìn)大鼠晚期的胚胎神經(jīng)干細(xì)胞向星形膠質(zhì)細(xì)胞分化,且能夠刺激形成干細(xì)胞群落但對(duì)人胚的神經(jīng)干細(xì)胞分化起抑制作用。

4.1.3 神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子

神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的主要作用時(shí)促進(jìn)神經(jīng)元的存活及分化,不同的因子對(duì)神經(jīng)細(xì)胞的分化有不同的調(diào)節(jié)作用。目前研究比較多的有腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDN F)、神經(jīng)生長(zhǎng)因子(NGF)和神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子3(NT3)。

BDNF對(duì)各種神經(jīng)元早期的發(fā)育、分化和生長(zhǎng)再生具有維持和促進(jìn)作用。有實(shí)驗(yàn)表明,神經(jīng)球在外源性 BDNF存在的情況下,生長(zhǎng)情況更加好。BDN F和血清聯(lián)合作用時(shí)可誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞分化為神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞,且分化為神經(jīng)元的比例較單獨(dú)用血清誘導(dǎo)要高。NGF廣泛存在于動(dòng)物體內(nèi),主要集中于大腦皮質(zhì)、海馬、隔核以及 Meynert核區(qū)。發(fā)育期 N GF受體在神經(jīng)元上有廣泛的分布。經(jīng)研究證實(shí),N GF有促進(jìn)胚胎發(fā)育期神經(jīng)干細(xì)胞分化為具有特異功能的神經(jīng)元且對(duì)神經(jīng)元的特異性功能具有維持作用,可促進(jìn)發(fā)育神經(jīng)元的生長(zhǎng)。對(duì)于 N T3的研究,目前只知道其可使神經(jīng)干細(xì)胞的增殖減少 ,促進(jìn)其分化,但分化的方向目前未見報(bào)道。雖然神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞的分化有一定的影響,但其對(duì)分化的影響似乎是通過(guò)促進(jìn)已分化的神經(jīng)干細(xì)胞更加成熟,而不是促進(jìn)未分化的多潛能神經(jīng)干細(xì)胞定向分化。

5 神經(jīng)干細(xì)胞的應(yīng)用

5.1 神經(jīng)干細(xì)胞原位誘導(dǎo)

國(guó)內(nèi)外大量實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí),成年腦中存在神經(jīng)干細(xì)胞,如果在中樞神經(jīng)受損傷時(shí)能夠激活內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞,誘導(dǎo)其增殖且遷移至受損部位補(bǔ)充損失腦細(xì)胞,就可治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)的疾病?，F(xiàn)已有實(shí)驗(yàn)證實(shí)[17],在腦室管膜下區(qū)等部位的神經(jīng)干細(xì)胞在腦損傷發(fā)生后確實(shí)能夠增殖并遷移到受損部位,分化成新的神經(jīng)細(xì)胞,取代損失的腦細(xì)胞。但實(shí)際上在大多數(shù)情況下,僅由內(nèi)源性干細(xì)胞產(chǎn)生的神經(jīng)細(xì)胞遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能彌補(bǔ)損傷后脫失的神經(jīng)組織,分析原因,可能是因?yàn)橐徽T導(dǎo)出功能特異的神經(jīng)元需要多種刺激和特定細(xì)胞因子的作用。除了直接替代丟失的神經(jīng)元外,還可以誘導(dǎo)植入的神經(jīng)干細(xì)胞生成髓鞘形成細(xì)胞或星形膠質(zhì)細(xì)胞,為損傷區(qū)神經(jīng)元提供支持。

5.2 基因治療

基因治療是通過(guò)特定載體將相關(guān)外源基因?qū)塍w內(nèi),使其得到表達(dá),達(dá)到治療由于某種基因缺陷或突變引起的疾病。由于神經(jīng)干細(xì)胞容易獲取和增殖,有遷移能力,可整合于宿主細(xì)胞且有修復(fù)功能,使其成為基因治療的最佳載體。而且,如果利用自身干細(xì)胞進(jìn)行移植,還可避免發(fā)生免疫排斥反應(yīng)。神經(jīng)干細(xì)胞的基因可操作性及可攜帶多個(gè)外源基因的特性,使我們可以通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù),將外源性基因片段導(dǎo)入神經(jīng)干細(xì)胞中,通過(guò)移植,使外源性基因得以在體內(nèi)表達(dá),達(dá)到治愈疾病的目的。但需要注意的是,若用永生化神經(jīng)干細(xì)胞作為載體,移植后有致癌的危險(xiǎn)。

5.3 神經(jīng)干細(xì)胞的移植治療

研究已經(jīng)證實(shí)成年腦內(nèi)存在神經(jīng)干細(xì)胞,且腦損傷后內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞可自行增殖并遷移至受損傷區(qū)域進(jìn)行修復(fù),但實(shí)際上在大多數(shù)情況下,單靠?jī)?nèi)源性干細(xì)胞的修復(fù)來(lái)治療神經(jīng)系統(tǒng)的損傷在現(xiàn)階段還是無(wú)法達(dá)到的,因?yàn)閮?nèi)源性干細(xì)胞產(chǎn)生的神經(jīng)細(xì)胞在數(shù)目上遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于受損傷和脫失的細(xì)胞。如果能夠通過(guò)將外源性的神經(jīng)干細(xì)胞移植入受損部位,使其替代因疾病死亡的神經(jīng)干細(xì)胞,并與宿主神經(jīng)系統(tǒng)整合,發(fā)揮神經(jīng)系統(tǒng)功能,則可達(dá)到治愈疾病的目的。這引起了神經(jīng)科學(xué)家的興趣,通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究證明,神經(jīng)替代和部分修復(fù)神經(jīng)回路是可能的。

神經(jīng)干細(xì)胞的移植治療的效果很大程度上取決于植入神經(jīng)干細(xì)胞在結(jié)構(gòu)和功能上與宿主神經(jīng)系統(tǒng)的整合程度,神經(jīng)元在未有廣泛軸突連接時(shí)移植到腦內(nèi)生長(zhǎng)良好,這與宿主腦年齡也有關(guān)系,胚胎時(shí)期整合最好,在出生后逐漸下降。研究表明,神經(jīng)干細(xì)胞移植后,在局部微環(huán)境的作用下分化成相應(yīng)的細(xì)胞來(lái)補(bǔ)充替代受損的細(xì)胞,恢復(fù)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的正常結(jié)構(gòu)和功能,移植后產(chǎn)生的細(xì)胞也可以自主釋放神經(jīng)遞質(zhì),產(chǎn)生神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子和神經(jīng)保護(hù)因子,從而控制神經(jīng)變性或促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞的再生。雖然有關(guān)神經(jīng)干細(xì)胞生物學(xué)的研究已經(jīng)證明干細(xì)胞移植的可行性,但移植到體內(nèi)的神經(jīng)干細(xì)胞更多的是分化為星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞[18,19],分化為神經(jīng)元的很少。

5.3.1 帕金森病

帕金森氏病(PD)是因位于中腦部位“黑質(zhì)”中的多巴胺能神經(jīng)元發(fā)生病理性改變后,多巴胺的合成減少,抑制乙酰膽堿的功能降低,則乙酰膽堿的興奮作用相對(duì)增強(qiáng)。兩者失衡的結(jié)果便出現(xiàn)了“震顫麻痹”。

目前臨床治療 PD主要藥物是 L-DOPA,但其只對(duì)發(fā)病初期5～10年有效,隨著病情的嚴(yán)重,藥量增加而導(dǎo)致副作用越來(lái)越重。同時(shí),在目前的研究狀況下,變性的多巴胺能神經(jīng)元定位明確,紋狀體-黑質(zhì)的解剖位置清楚,且已有比較穩(wěn)定的動(dòng)物模型,因此,利用神經(jīng)干細(xì)胞移植治療 PD是非常適合的。

在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中,向 PD模型大鼠紋狀體植入合適數(shù)目的神經(jīng)干細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)植入細(xì)胞可長(zhǎng)出神經(jīng)纖維且不易產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng),但體內(nèi) TH陽(yáng)性細(xì)胞卻很少,說(shuō)明移植的神經(jīng)干細(xì)胞不能自動(dòng)分化為多巴胺能神經(jīng)元,需要宿主信號(hào)的調(diào)節(jié)。已有研究表明,甲狀腺激素 /維甲酸核受體超家族的轉(zhuǎn)錄因子 Nurrl是中腦多巴胺能神經(jīng)元的分化誘導(dǎo)所必需的,同時(shí)還需要星形膠質(zhì)細(xì)胞提供向多巴胺能神經(jīng)元分化的信號(hào)。研究發(fā)現(xiàn),將 Nurrl轉(zhuǎn)染給神經(jīng)干細(xì)胞系 C17.2并與胎鼠(E16)中腦腹側(cè)原代神經(jīng)元共培養(yǎng)時(shí),TH表達(dá)明顯。這便為臨床應(yīng)用細(xì)胞移植治療 PD奠定了基礎(chǔ)。現(xiàn)在,臨床已有 PD患者進(jìn)行了胚胎細(xì)胞移植,Preed研究顯示,把人胚多巴胺能神經(jīng)元移植入 PD病人腦內(nèi),可顯著改善60歲以下病人的臨床癥狀,但對(duì)60歲以上病人的癥狀未見改善,這有待于我們進(jìn)行進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究。

5.3.2 亨廷頓病

亨廷頓病是一種常染色體顯性遺傳病,致病基因位于4號(hào)染色體,被成為 Hunringtin基因,該基因的表達(dá)產(chǎn)物直接損傷攜帶該基因的神經(jīng)元,并且通過(guò)長(zhǎng)期的慢性損害過(guò)程波及其他神經(jīng)元,以皮層和新紋狀體最為嚴(yán)重。目前,亨廷頓病大鼠模型已經(jīng)建立,將神經(jīng)干細(xì)胞移植入其腦內(nèi),觀察發(fā)現(xiàn)能夠保護(hù)維持運(yùn)動(dòng)習(xí)慣的能力,能夠恢復(fù)受損的運(yùn)動(dòng)習(xí)性,說(shuō)明植入的神經(jīng)干細(xì)胞已經(jīng)在體內(nèi)形成了功能性連接。而將胎兒紋狀體細(xì)胞移植入喹啉酸損傷大鼠模型的紋狀體內(nèi),12周后植入塊有神經(jīng)纖維長(zhǎng)出并爬伸到宿主腦灰質(zhì)內(nèi)。因此,干細(xì)胞移植治療亨廷頓病是有實(shí)驗(yàn)依據(jù)的,將其應(yīng)用于臨床指日可待。

5.3.3 脊髓損傷

對(duì)于脊髓損傷的治療,人們也設(shè)想能用神經(jīng)干細(xì)胞的移植來(lái)治療。有實(shí)驗(yàn)表明,將人的神經(jīng)干細(xì)胞移植入脊髓嚴(yán)重受損的大鼠模型,部分癱瘓的實(shí)驗(yàn)鼠在接受移植治療后,可依靠后肢爬行,而且后肢運(yùn)動(dòng)比較協(xié)調(diào)。對(duì)實(shí)驗(yàn)鼠的解剖顯示,神經(jīng)干細(xì)胞在其體內(nèi)分化成了少突膠質(zhì)細(xì)胞和新的神經(jīng)元細(xì)胞。其中新生的神經(jīng)元細(xì)胞提高了實(shí)驗(yàn)鼠受損的神經(jīng)元之間的“通信聯(lián)系”,而少突膠質(zhì)細(xì)胞分泌髓磷脂,髓磷脂是神經(jīng)纖維表面的髓鞘的組成物質(zhì),髓鞘可以保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞,同時(shí)還能夠加速神經(jīng)信號(hào)的傳導(dǎo)。雖然干細(xì)胞移植治療脊髓損傷的研究有了一定進(jìn)展,但需要注意的是脊髓神經(jīng)元有著較長(zhǎng)的突起,植入的神經(jīng)干細(xì)胞能夠參與這樣的神經(jīng)回路以及參與程度都有待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究。

目前,神經(jīng)干細(xì)胞的移植還應(yīng)用在缺血性中風(fēng),心臟驟停或冠狀動(dòng)脈阻塞造成的大腦血流中斷而使某些易感神經(jīng)元如海馬 CAI椎體細(xì)胞死亡 ,經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí),可利用神經(jīng)干細(xì)胞移植,使其與宿主神經(jīng)系統(tǒng)建立連接,優(yōu)先遷移到缺血區(qū)分化成機(jī)體所需要的神經(jīng)細(xì)胞。同時(shí),神經(jīng)干細(xì)胞的移植還被應(yīng)用于改善動(dòng)物的認(rèn)知功能等其他許多方面。

6 展望

雖然目前我們對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞的基本了解已經(jīng)有了巨大提高,在治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)上取得了一定的進(jìn)展,但是我們必需清醒地認(rèn)識(shí)到,我們關(guān)于干細(xì)胞所有的研究都仍然存在于理論層面,目前尚未發(fā)現(xiàn)某種物質(zhì)可以明顯提高神經(jīng)干細(xì)胞向神經(jīng)元分化的比例,且培養(yǎng)液中添加的刺激因子是否在促進(jìn)細(xì)胞增殖的同時(shí)使其喪失了凋亡能力而導(dǎo)致腫瘤的產(chǎn)生也是我們所未知的。因此,要將神經(jīng)干細(xì)胞真正應(yīng)用于治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病還需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間,還有大量的未知在等待我們?nèi)パ芯堪l(fā)現(xiàn),可謂任重而道遠(yuǎn)。

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