內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞與缺血性卒中

陳 淼，詹 青

1. 上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院急診科，上海 200092 2. 上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬第七人民醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，上海 200137 3. 上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬第七人民醫(yī)院神經(jīng)康復(fù)科，上海 200137

綜述

內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞與缺血性卒中

陳 淼1，詹 青2，3

1. 上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院急診科，上海 200092 2. 上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬第七人民醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，上海 200137 3. 上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬第七人民醫(yī)院神經(jīng)康復(fù)科，上海 200137

神經(jīng)干細(xì)胞自1992年被發(fā)現(xiàn)以來，已成為治療神經(jīng)系統(tǒng)各類疾病的新希望。缺血性卒中因其高發(fā)病率、高致死率和高致殘率而倍受關(guān)注。本文對近年來內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞在缺血性卒中后的神經(jīng)再生和血管生成中的作用、神經(jīng)再生與血管生成的相互關(guān)系以及相關(guān)調(diào)控因素進(jìn)行綜述，為促進(jìn)缺血性卒中后的神經(jīng)修復(fù)提供新的治療思路。

腦缺血；神經(jīng)干細(xì)胞；神經(jīng)再生；新生血管化，病理性

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1992年，REYNOLDS等［1］首次分離出神經(jīng)干細(xì)胞（neural stem cell，NSC）。這一劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)顛覆了神經(jīng)細(xì)胞不可再生的傳統(tǒng)觀念，也揭開了神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療的新篇章。此后，科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了NSC的聚集區(qū)——紋狀體室管膜下區(qū)（subependymal zone，SEZ）和海馬齒狀回顆粒下區(qū)（subgranular zone，SGZ）［1］。2000年，GAGE［2］提出了NSC的定義：NSC是能夠生成神經(jīng)組織或來自于神經(jīng)系統(tǒng)的具有一定的自我更新能力且能夠通過不對稱分裂產(chǎn)生一個(gè)與自己相同的細(xì)胞和一個(gè)與自身不同的細(xì)胞（神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞）的細(xì)胞群。2009年，LLOYD-JONES等［3］提出腦缺血損傷后的NSC聚集區(qū)是最重要的補(bǔ)充神經(jīng)細(xì)胞的區(qū)域。由于NSC具有多能分化潛能，因此已成為治療神經(jīng)系統(tǒng)各類疾病（包括缺血性卒中）的新希望。

缺血后神經(jīng)功能的修復(fù)涉及神經(jīng)元、膠質(zhì)細(xì)胞、血管細(xì)胞和基質(zhì)成分之間的相互作用。目前，缺血后神經(jīng)功能修復(fù)研究的熱點(diǎn)包括：（1）神經(jīng)再生；（2）血管重塑，即血管新生和血管發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)系統(tǒng)受損后的再生與具有自我更新和多能分化潛能的NSC密切相關(guān)［4］，包括外源性途徑和內(nèi)源性途徑。其中，外源性途徑是指外源輸入NSC以替換受損組織細(xì)胞或者植入基因工程細(xì)胞［5］；然而，由于存在的定向分化、趨化、排異、瘤化和倫理學(xué)等問題至今尚未得到解決，因此阻礙了NSC的臨床應(yīng)用［6］。內(nèi)源性途徑則是通過誘導(dǎo)內(nèi)源性NSC的增殖和分化并遷移至受損部位，使損傷的中樞神經(jīng)系統(tǒng)獲得自我修復(fù)。內(nèi)源性NSC在正常狀態(tài)下處于靜息狀態(tài)；而在缺血和缺氧的刺激下，內(nèi)源性NSC在損傷原位或異位進(jìn)行增殖，并向缺血損傷區(qū)域進(jìn)行遷移并分化，從而參與神經(jīng)功能的修復(fù)［7］。由于內(nèi)源性途徑不會遭遇外源性途徑中存在的上述問題，因此日益受到國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。本文闡述了內(nèi)源性NSC在腦缺血后神經(jīng)再生和血管生成中作用的研究進(jìn)展。

1 NSC與缺血性卒中引發(fā)的神經(jīng)再生和血管生成

1.1 缺血性卒中引發(fā)的神經(jīng)再生與NSC

神經(jīng)再生是指NSC在一定的誘導(dǎo)因素作用下增殖和分化為神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的過程，新分化的增殖細(xì)胞即可參與神經(jīng)功能的修復(fù)［8］，是機(jī)體對局灶性腦缺血損傷的一種反應(yīng)。這一過程可分為3個(gè)步驟：NSC的增殖、遷移和分化。

1.1.1 NSC的增殖

缺血性卒中后，SEZ和SGZ內(nèi)的內(nèi)源性NSC被激活并開始增殖。研究發(fā)現(xiàn)，大鼠海馬區(qū)域5-溴脫氧尿嘧啶核苷（5-bromodeoxyuridine，5-BrdU）陽性細(xì)胞數(shù)在缺血性卒中后第1天即開始增多，并在第7天達(dá)到高峰，第28天接近正常水平。由此說明，大鼠發(fā)生缺血性卒中后可以激活自體內(nèi)源性NSC發(fā)生原位增殖，并且大多數(shù)增殖的NSC可分化成神經(jīng)元并具有可塑性［9］。

1.1.2 NSC的遷移

生理狀態(tài)下，SEZ內(nèi)的NSC經(jīng)吻側(cè)遷移流遷移至嗅束；缺血性卒中后，SEZ內(nèi)的神經(jīng)前體細(xì)胞呈鏈狀向紋狀體缺血灶周邊區(qū)域遷移，SEZ內(nèi)增殖的神經(jīng)細(xì)胞向嘴側(cè)遷移至嗅球，而SGZ內(nèi)增殖的神經(jīng)細(xì)胞則遷移至顆粒細(xì)胞層，從而完成內(nèi)源性NSC的遷移過程［10］。

1.1.3 NSC的分化

NSC具有分化成神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞的能力。SEZ內(nèi)的NSC遷移至嗅球后可分化為神經(jīng)元，促進(jìn)嗅神經(jīng)再生；SGZ內(nèi)的NSC遷移至顆粒細(xì)胞層后可分化為神經(jīng)元，新生的神經(jīng)元參與了海馬神經(jīng)元的再生。動物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，缺血后7 d，缺血病灶側(cè)的巢細(xì)胞與膠質(zhì)纖維酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）可同時(shí)表達(dá)，尤其是在腦損傷的中心區(qū)域，并在缺血后28 d消失，但反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量仍在增加；由此證明，NSC可以誘導(dǎo)分化成星形膠質(zhì)細(xì)胞［11-12］。NSC在體內(nèi)的分化方向受到腦內(nèi)局部調(diào)節(jié)因子或環(huán)境因素的調(diào)控，但大多數(shù)被激活的NSC分化成星形膠質(zhì)細(xì)胞而參與膠質(zhì)瘢痕的形成，分化成神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞的NSC則較少，因此使神經(jīng)修復(fù)受到了一定的限制［13］。

1.2 缺血性卒中引發(fā)的血管生成與NSC

血管生成是指從原來的血管上生長出新的毛細(xì)血管。一般認(rèn)為，血管生成可分為血管新生、血管發(fā)生和動脈形成［14］。其中，血管新生是指已經(jīng)存在的主血管內(nèi)靜止的內(nèi)皮細(xì)胞被激活而發(fā)生“沖破管壁基質(zhì)”的遷移、增殖和重構(gòu)，并以發(fā)芽或非發(fā)芽方式形成新生血管網(wǎng)。中樞神經(jīng)系統(tǒng)的血管新生對于神經(jīng)系統(tǒng)的成形和保護(hù)具有重要的作用［15］。MARTI等［16］開展的動物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，腦梗死后24 h時(shí)血管內(nèi)皮細(xì)胞開始增殖，血管樣結(jié)構(gòu)從軟腦膜和腦實(shí)質(zhì)區(qū)向缺血區(qū)發(fā)展，這種新血管的形成可持續(xù)28 d。卒中患者的尸檢結(jié)果顯示，患側(cè)腦的微血管數(shù)量明顯多于對側(cè)腦；臨床研究結(jié)果顯示，拯救半暗帶區(qū)的組織有利于康復(fù)；彌散加權(quán)成像結(jié)果顯示，新生血管與血流量增加區(qū)相吻合，提示新生血管具有增加局部血流量的功能，可直接影響患者的預(yù)后［17］。

NSC在缺血性卒中引發(fā)的血管生成中也具有重要的作用。INOUE等［18］開展的動物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，NSC與腦梗死區(qū)域的血管生成密切相關(guān)。其他的類似研究也發(fā)現(xiàn)，缺血后期毛細(xì)血管的新生部位與神經(jīng)分布及其走向存在一定的相關(guān)性。上述研究結(jié)果提示，在神經(jīng)血管的損傷性病變中，NSC分化成的神經(jīng)細(xì)胞及其分泌的細(xì)胞因子在促進(jìn)有功能的微血管形成中具有重要作用［19］。

2 神經(jīng)再生與血管生成的關(guān)系及相關(guān)調(diào)控因子

2.1 神經(jīng)再生與血管生成的關(guān)系

神經(jīng)再生與血管生成的關(guān)系密切。研究表明，神經(jīng)再生常發(fā)生于血管生成之后［20］。血管為神經(jīng)生長提供了良好的微環(huán)境，并且血管內(nèi)皮細(xì)胞對神經(jīng)細(xì)胞具有保護(hù)作用。神經(jīng)血管單元（neurovascular unit，NVU）概念的提出充分體現(xiàn)了血管與神經(jīng)之間的密切關(guān)系。NVU由微血管、神經(jīng)元及軸突和血管周圍星形膠質(zhì)細(xì)胞組成，其中神經(jīng)細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞之間相互偶聯(lián)，通過細(xì)胞與細(xì)胞之間的信號傳遞和串話等機(jī)制，共同參與神經(jīng)和血管的重塑，調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)達(dá)到動態(tài)平衡，維護(hù)血-腦屏障和血-脊髓屏障的穩(wěn)定，而這一過程也與NSC密切相關(guān)［21］。

2.2 與神經(jīng)再生和血管生成相關(guān)的調(diào)控因子

缺血性卒中發(fā)生后2個(gè)月內(nèi)，神經(jīng)再生和血管生成基本完成［22］。許多因子參與調(diào)控這一過程，其中炎性介質(zhì)（腫瘤壞死因子α、腫瘤壞死因子受體2、干擾素γ、白細(xì)胞介素1β和白細(xì)胞介素6等［23-24］）、胰島素樣生長因子1（insulinlike growth factor 1，IGF-1）、堿性成纖維細(xì)胞生長因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）、表皮生長因子（epidermal growth factor，EGF）、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（glial cell line-derived neurotrophic factor，GDNF）、睫狀神經(jīng)營養(yǎng)因子（ciliary neurotrophic factor，CNTF）、轉(zhuǎn)化生長因子α和缺氧誘導(dǎo)因子1α（hypoxia-inducible factor 1α，HIF-1α）等主要促進(jìn)神經(jīng)再生，而血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、BDNF和bFGF等因子及其相關(guān)通路共同促進(jìn)血管生成［25-28］。此外，這一過程還受到遺傳因素、年齡、微環(huán)境、基因、信號調(diào)控系統(tǒng)、炎性反應(yīng)、激素水平及環(huán)境等多種因素的調(diào)控，繼而對預(yù)后產(chǎn)生直接的影響［29-30］。

3 NSC促進(jìn)神經(jīng)再生和血管生成的其他途徑

NSC除了替換受損神經(jīng)細(xì)胞而實(shí)現(xiàn)神經(jīng)再生功能以外，還可通過調(diào)節(jié)免疫、營養(yǎng)、神經(jīng)保護(hù)或刺激血管發(fā)生等途徑，在缺血性卒中后的神經(jīng)再生和血管生成中發(fā)揮作用，但目前尚未闡明其具體的作用機(jī)制及其影響因素。因此，今后有必要開展更多的相關(guān)研究［31］。

4 小 結(jié)

總之，缺血性卒中后的神經(jīng)再生和血管生成是一個(gè)多環(huán)節(jié)相互作用的過程。內(nèi)源性NSC因其具有多能分化的潛能以及在神經(jīng)再生和血管生成中的作用，有望為缺血性卒中的治療提供一條新的途徑。研究發(fā)現(xiàn)，中醫(yī)藥和高壓氧治療缺血性卒中所取得的顯著療效可能與促進(jìn)NSC的遷移、增殖和分化有關(guān)［8，32］。因此，今后對缺血性卒中后的NSC及其調(diào)控機(jī)制進(jìn)行深入研究，有望為缺血性卒中及難治性神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療帶來新的思路和方法。

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Endogenous neural stem cells and ischemic stroke

CHEN Miao1， ZHAN Qing2，3
1. Department of Emergency， Xinhua Hospital， Shanghai Jiao Tong University School of Medicine， Shanghai 200092， China 2. Department of Neurology， Seventh People’s Hospital of Shanghai University of Traditional Chinese Medicine， Shanghai 200137， China 3. Department of Neurorehabilitation， Seventh People’s Hospital of Shanghai University of Traditional Chinese Medicine，Shanghai 200137， China

Neural stem cell therapy， as a new therapeutic method for all kinds of nervous system diseases， has aroused wide concern for over 20 years since being first found in 1992. Ischemic stroke is highly concerned because of its high incidence， high mortality and high disability rate. The research advances in functions of endogenous neural stem cells in nerve regeneration and neovascularization and their interactions as well as the related regulators in these two important processes after ischemic stroke are summarized in this review，hoping to provide new ideas of accelerating neural functional recovery after ischemic stroke.

Brain ischemia； Neural stem cells； Nerve regeneration； Neovascularization， pathologic

ZHAN Qing

10.12022/jnnr.2016-0044

詹 青

E-MAIL zhanqing@#edu.cn

上海市進(jìn)一步加快中醫(yī)藥事業(yè)發(fā)展三年行動計(jì)劃“高級中西醫(yī)結(jié)合人才培養(yǎng)計(jì)劃”（編號：ZY3-RCPY-4-2009）；缺血性卒中的急診早期管理及流程優(yōu)化的研究項(xiàng)目（編號：201440496）

FUNDlNG/SUPPORT: Advanced Talents Training Program of lntegrated Chinese and Western Medicine， Shanghai Three-year Action to Further Accelerate the Development of Traditional Chinese Medicine （No. ZY3-RCPY-4-2009）； Study Program of Early Emergency Management and Process Optimization of lschemic Stroke （No. 201440496）

CONFLlCT OF lNTEREST: The authors have no conflicts of interest to disclose. Received May 25， 2016； accepted for publication Aug. 15， 2016 Copyright ? 2016 by Journal of Neurology and Neurorehabilitation

陳 淼，詹 青. 內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞與缺血性卒中［J］. 神經(jīng)病學(xué)與神經(jīng)康復(fù)學(xué)， 2016， 12（3）:157-160.

To cite: CHEN M， ZHAN Q. Endogenous neural stem cells and ischemic stroke. J Neurol and Neurorehabil， 2016， 12（3）:157-160.