神经干细胞向神经元分化调控的研究进展

1、神经干细胞向神经元分化调控的研究进展岳英杰（综述）费昶张健（审校）【摘要】神经干细胞是一类具有分裂潜能和自更新能力的母细胞，它可以通过对称分裂和不对称分裂方式产生神经组织的各类细胞，包括神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞。中枢神经系统受到损伤后，神经元和胶质细胞的损伤导致了临床症状，内源性神经干细胞的修复作用不大，原因是干细胞的数量有限，微环境的不允许。移植的神经干细胞进入体内后，由于受到多种因素的影响，常保持未分化状态或大部分分化为胶质细胞。神经干细胞向神经元分化的调控机制及其影响因素直接决定神经干细胞源性神经元的比例和神经元之间功能性突触的数量。现就其研究进展做一综述。【关键词】神经干细胞；神经元；分化；调控机制；影响因素Abstract:Neuralstemcellsisakindofsplitpotentialandtheupdateabilitymothercells,itcanthroughthesymmetricaldivisionandasymmetricsplittingmethodsofgeneratingneuralorganizationofcells,inc。

2、ludingneurons,astrocytesandoligodendrocytes.Thecentralnervoussystemdamageneuronsandglia,afterthedamageresultedinclinicalsymptoms,endogenousneuralstemcellsrepaireffectisnotbig,thereasonisthenumberofstemcellsislimited,themicroenvironmentdonotallowthis.Transplantedneuralstemcells,afterentersthebodyduetotheinfluenceofmanyfactors,oftenkeepundifferentiatedstateormostdifferentiatedintoglialcells.Neuralstemcellstoneuronscontrolmechanismanditsinfluencingfactorsofneuralstemcellsinthesourcesexdirectlydeter。

3、minetheproportionofneuronsbetweenneuronsandthenumberoffunctionalsynapses.Theresearchprogressisreviewedinthispaper.Keywords:Neuralstemcells;Neurons;Differentiation;Regulationmechanism;Influencefactors1神经干细胞的来源：神经干细胞(neuralstemcell，NSCs)可来源于神经组织，也可来源于其他组织，如从哺乳动物胚胎期的大部分脑区、成年期的脑室下区、海马齿状回的颗粒下层、脊髓等部位均成功分离出神经干细胞；可由胚胎干细胞、胚胎生殖细胞等定向诱导分化而来，也可来源于血液系统的骨髓间质干细胞、成年多能祖细胞及脐血细胞等。其中SVZ（室管膜下区）和SGZ（海马齿状回颗粒层）区已被证实是神经前体细胞产生最为活跃的区域[1-3]。2神经干细胞向神经元分化的过程：刚取材分离的神经干细胞呈圆球状，细胞比较饱满，折光性强。继续原代培养可见由多个神经干细胞组成的细胞团，细胞团呈不规则的圆形，大小不一致，。

4、细胞与细胞之间结合比较松散。继之，神经干细胞团变大，形态呈不规则状，细胞间结合较前紧密，边缘清晰。继续培养，神经球旁可见单离的细胞出现，细胞胞体较小，周边可见晕环，并发出短小的突起，有的突起细长类似轴突，有的有树状分支类似树突，似多极或双极类神经元细胞。随培养时间的延长，其细胞胞体增大，突起数量增多，长度增长，细胞逐渐远离细胞球并分离。继之多个细胞突起间建立细胞接触，形成突触样结构。3神经干细胞向神经元分化的影响因素及机制：神经干细胞向神经细胞分化的过程、神经元占各种神经细胞的比例及神经元后期轴突和树突的生长等受到很多影响因子的影响。其中研究较多的包括：胰岛素样生长因子(IGF)、成纤维细胞生长因子(FGF)、表皮生长因子(EGF)、血管内皮生长因子(VEGF)、神经营养素3(NT-3)、脑源性神经营养因子(BDNF)、肝细胞生长因子(HGF)及三磷酸腺苷(ATP))等。3.1胰岛素样生长因子（insulin-likegrowthfactor,IGF）胰岛素样生长因子家族有三种肽类生长因子:胰岛素(Ins)、IGF－Ⅰ、IGF－Ⅱ。其中IGF-1在神经系统的发生发展中起到重要的作用。胰。

5、岛素样生长因子-1(IGF-1)是由70个氨基酸组成的具有内分泌、自分泌及旁分泌特性的单链多肽，分子量约为7.5ku，主要由人的肝细胞合成和分泌，对集体的生长发育起着重要的作用。IGF-1在神经干细胞调节中发挥着重要的作用，可以增加神经干细胞向神经元和少突胶质细胞分化的比例。体外研究表明，无论培养大鼠小脑细胞还是培养人类神经纤维细胞，若加入适量的IGF-1，均可抑制多巴胺诱导的细胞凋亡，提示IGF-1具有神经保护作用[4]。同时，有研究指出IGF-1可通过激活磷酯酰肌醇3激酶(PI-3K)通路和丝分裂素活化蛋白激酶(MAPK)通路发挥抗凋亡作用[5]。3.2成纤维细胞生长因子（fibroblastgrowthfactor,FGF）。FGF家族包括22名成员和4类受体。目前研究较多的包括FGF-1、FGF-2、bFGF。体外实验已证明FGF-2能够直接刺激神经干细胞的增殖与分化。FGF-2对NSCs分化的影响是呈浓度依赖性的，低浓度时促进分化为神经元，高浓度时促进向神经胶质细胞的分化。研究表明bFGF可以促进NSC向神经元方向分化。Yoshimura发现bFGF对脑损伤后大鼠的海马神经祖。

6、细胞增殖有明显的促进作用，并且这些增殖的祖细胞以后主要分化成为神经细胞[6]。bFGF促进神经元发生的机理可能包括：①bFGF诱导并促进神经干细胞核的有丝分裂。②调控钙调蛋白基因、血小板凝血酶敏感蛋白1基因等及细胞因子诱导的核蛋白表达。③调节神经干细胞的端粒酶活性。3.3表皮生长因子（epidermalgrowthfactor,EGF）是一种常用于体外细胞培养、促进细胞增殖的神经营养因子，其促细胞有丝分裂和增强神经元轴突生长的强效作用已得到公认。研究表明，EGF，bFGF是神经于细胞进行增殖的丝裂原，由于它们的存在，神经干细胞得以不断的更新增殖，去除丝裂原后则神经干细胞进入自行分化阶段，其分化为神经元的比例不足l％，随传代次数增加，这个比例还将进一步下降[7-8]。3.4血管内皮生长因子(vascularendothelialgrowthfactor,VEGF)是目前所发现的促血管生成作用最强的一种生物因子。它可促进血管内皮细胞增殖，增加血管通透性，对活体血管的生成有着强烈的诱发作用。近来体外研究结果显示VEGF对一些类型的神经元有着直接的神经营养和保护作用[9]。3.5神经营养素3（。

7、Neurotrophin3,NT-3）是神经生长因子家族的成员之一，它能维持神经干细胞的存活，促进其增殖和分化，提高向神经元转化的比率[10]。Park等将NT-3用于神经干细胞的体外培养，发现表达神经元特异性标记的细胞能够达到90%，并至少持续3周[11]。3.6脑源性神经营养因子（Brainderivedneurotrophicfactor，BDNF)。BDNF是1982年由德国神经生物学家Barde首次从猪脑中纯化，并发现其具有防止神经元死亡功能的一种蛋白质，主要促进神经元和神经胶质细胞的产生。其基因定位于11q13，分子量为13500，在体内以二聚体的形式存在。发挥作用主要是通过和酪氨酸激酶受体B(TrkB)结合，激活丝裂原活化蛋白（Ras-MAPK）信号途径[12]。研究表明BDNF可促进神经元的成活和分化，可促进周围神经轴突的生长、髓鞘的形成和突触形成。3.7肝细胞生长因子（heoatocytegrowthfactor,HGF）。HGF是一种从血浆和血小板中纯化获得的细胞因子，研究表明其具有广泛的生物学效应，参与机体多个器官组织的发育、再生与重塑。脑内多种神经细胞包括NSC。

8、s都表达HGF及其受体c-Met，能够促进神经元和神经胶质细胞的生长、迁移和轴突的再生等[13-14]。3.8三磷酸腺苷（Adenosinetriphosphate,ATP）。ATP作为一种能量物质与神经细胞、轴突的能量代谢、轴浆的运输有关，是神经细胞功能活动所必需的。在神经系统中，ATP可作为神经递质、神经调质和神经营养因子作用于神经元，各种胶质细胞和内皮细胞，参与神经系统的发育、分化、增殖、凋亡、损伤、再生和多种神经系统疾病的发生、发展过程[15]。以上为神经干细胞向神经元分化过程中的促进因素，除此之外，研究显示还存在很多其他的影响因素。包括：维甲酸、Shh转录因子、心肌营养素样细胞因子、白血病抑制因子、锂和氦-氖激光等。4神经干细胞向神经元分化的基因调控：神经干细胞向神经元分化及神经元本身自产生到凋亡的过程主要是受其本身遗传性状的影响，即是受基因调控的[16]。神经干细胞本身产生的多种分化调控信号及表达的转录因子在神经干细胞分化的过程中起重要作用。各类细胞因子对神经干细胞的影响最终在基因水平的调控环节发挥作用[17]。目前研究较多的包括Want基因、Hes基因和Notch基因。4。

9、.1Want基因。Want基因属于原癌基因，高度保守，编码识别位点。Want基因在神经干细胞的增殖和分化的各个时期起到关键性的作用。Want-1可以通过缩短细胞的分裂周期促进神经干细胞的增殖[18]。4.2Hes基因。Hes-1作为负调控因子，只在神经干细胞中表达，可抑制Mash-1活性及表达。最近研究表明增加神经干细胞中Hes-1的表达，可使神经干细胞分化为神经元的数量明显减少，而Hes-1的缺失，则可见分化为神经元的数量明显增加[19]。4.3Notch基因。Notch基因在中枢神经系统中起着同等重要的作用，也调节神经干细胞的增殖和分化。Notch基因通过Notch信号的改变来调节神经干细胞向各种神经细胞分化的比例[20]。此外，Shh基因、Sox基因、REST／NRSF转录子、和Islet-1基因等均与神经干细胞的增殖和分化有关，但它们的具体调控机制还有待进一步研究。5神经干细胞源性神经元的凋亡：细胞凋亡的途径主要是通过线粒体通路和死亡受体通路两种信号传导通路来完成。线粒体通路是指氧自由基、钙超载等凋亡刺激因素使线粒体通透性增加，线粒体跨膜电位下降，释放细胞色C(CytoC),进。

10、而激活caspase-9和caspase-3诱导细胞凋亡。死亡受体通路指细胞表面的死亡受体（包括Fas/Apo-1和TNFR1等）通过其细胞外结构域与相应的死亡配体（FasL和TNF-a）结合，将凋亡信号从细胞外传入细胞内，激活caspase-8和caspase-3,启动细胞凋亡[21-22]。一般认为凋亡的各种各种通路都是通过活化caspase蛋白酶进行的，但值得注意的是，近年来也有不依赖caspase凋亡（即“非典型凋亡”）发生的报道[23]。天冬氨酸特异的半胱氨酸蛋白酶家族（caspases）是一大类凋亡控制基因，对神经元的凋亡起着关键作用。凋亡的发生是通过激活caspases来实现的。这一家族至少有14个成员，其中caspases-3、8、9是最重要的控制细胞凋亡的蛋白酶。Caspases通常是以无活性的酶原形式存在的，各种凋亡信号首先激活上游的Caspases启动子，进而激活下游的Caspases效应子，对特定的底物进行切割从而激活核酸内切酶，抑制DNA修复酶，破坏染色体、细胞骨架蛋白和核蛋白，最终导致细胞死亡[24]。近年来，人们在NSC增殖分化的调节因素、调控机制及应用方面。