神经干细胞的研究现状与应用前景

神经干细胞的研究现状

与应用前景

龙跃生2008年9月26日主要内容基本知识

神经干细胞的定义、特点、标志、分布及分化因素等基本知识成年神经干细胞的研究现状研究方法神经干细胞的来源、分离、培养及鉴定方法应用前景神经干细胞技术在神经系统疾病治疗中的应用神经干细胞与神经心理学基本知识干细胞（Stemcell，SC）是一类具有自我更新（self-renewing）能力的多潜能细胞，即干细胞保持未定向分化状态和具有增殖能力，在合适的条件或给予合适的信号，它可以分化成多种功能细胞或组织器官，医学界称其为“万用细胞”，也有人通俗而形象地称其为“干什么都行的细胞”。干细胞来源于胚胎、胎儿组织和成年组织如骨髓、脐带等。干细胞技术最显著的作用就是：能再造一种全新的、正常的甚至更年轻的细胞、组织或器官。干细胞技术是近年现代生物科技继克隆技术、基因工程之后的第三大科学成就。它不仅促使人们重新熟悉细胞生长与分化的基本生命原理，也为多种难治性疾病的治疗带来了划时代的革命。21世纪是生命科学的时代，也是为人类的健康长寿创造世界奇迹的时代，干细胞的应用将有广阔前景。干细胞的概念神经干细胞的定义1989年，Temple等从13天大鼠胚胎脑隔区取出细胞进行培养，发现这些细胞发育成神经元和神经胶质细胞。其后从成年鼠纹状体、海马齿状回等处分离出能在体外不断增殖，并具有向神经元和星形胶质细胞分化潜能的细胞群。20世纪90年代后，许多实验都证实，人脑内也同样存在神经干细胞。目前得到普遍认可的神经干细胞的概念是由Mckay在1997年提出的：神经干细胞(neuralstemcell，NSC)是指具有分化为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞的能力，能自我更新并能提供大量脑组织细胞的细胞群。(Okanoetal.2002)神经干细胞的分化、增殖及其影响因素1．生长因子：FGF－2（碱性成纤维细胞生长因子－2）在胚胎早期维持神经祖细胞的的生存，促进其增殖。ECG（神经表皮生长因子）在发育较晚期促使神经祖细胞增殖和分化。BDNF（脑源性神经营养因子）及IGF1（胰岛素样生长因子1）主要促进祖细胞向神经元方向分化。2．细胞因子：红细胞生成素、集落刺激因子、白介素家族等影响神经元的发育；BMP（骨架多型性蛋白）促进神经干细胞向星形胶质细胞方向分化。3．移植区域的信号：一是选择性调控，即信号只能调节干细胞的存活和增殖而不能影响其分化方向。二是指导性作用，指特异性指导神经干细胞、祖细胞向特定谱系分化。4．神经干细胞和神经祖细胞自身产生多种调控信号。5．Nestin基因和Notch基因：人nestin基因第二个内含子中存在一个（〈400bp区域〉对神经干细胞起增强作用。这个增强子也对早期神经干细胞其他基因表达起作用，包括Notch基因。Notch基因是在中枢神经系统发育过程中确定神经元数量的重要调控基因。神经干细胞的形态神经干细胞的特征①有增殖能力。②有自我维持和自我更新能力，对称分裂后形成的两个子细胞为干细胞，不对称分裂后形成的两个子细胞中的一个为干细胞，另一个为祖细胞，祖细胞在特定条件下可分化为多种神经细胞。③具有多向分化潜能，在不同因子下，可以分化成不同类型的神经细胞，损伤或疾病可以刺激神经干细胞分化。自我更新能力和多向分化潜能是神经干细胞的两个基本特征。神经干细胞的分类神经管上皮细胞1.根据分化潜能及产生子细胞种类不同分为：放射状胶质神经元神经母细胞大脑中皮质及神经核等的基本神经组织细胞神经前体细胞各类神经胶质细胞神经元各类神经细胞的前体细胞胚胎期幼年期成年期2.根据部位分类主要有两类：

神经嵴干细胞(neuralcreststemcell，NC-SC)和中枢神经干细胞(CNS-SC)。

NCSC为外周神经干细胞(PNS-SC)，既可发育为外周神经细胞、神经内分泌细胞和Schwann氏细胞，也能分化为色素细胞(pigmentedcell)和平滑肌细胞等。NSC一般是指存在于脑部的中枢神经干细胞(CNS-SC)，其子代细胞能分化成为神经系统的大部分细胞。胚胎期：神经干细胞主要分布在大脑的皮层、纹状体、海马、室管膜下层和中脑等区域。成年期：中枢神经系统仍有神经干细胞存在，只不过这些细胞平时处于静止状态。成年脑区神经干细胞主要局限在海马齿状回、纹状体和环绕侧脑室的室脑膜下层。神经干细胞的分布海马齿状回侧脑室的室脑膜下层尾状核豆状核背侧丘脑皮质髓质基底核侧脑室尾状核与豆状核合称纹状体成年神经干细胞的研究现状以前的观点认为成年大脑中的神经元数量是稳定不变的，由这些神经元构成的神经网络结构是相对稳定的，神经结构上的可塑性仅发生在树突、轴突和突触等部位。而目前对神经再生和成年神经干细胞的研究增加了新的认识。成年神经干细胞的功能小结成年海马的神经再生与海马功能有着密切关系。学习或奔跑可以改变动物海马细胞存活或细胞增殖水平，从而增加海马的新生神经元的数目。紧张、滥用鸦片和癫痫发作等都可以影响到成年海马齿状回新生神经元的增殖和分化水平。人为减少海马颗粒样神经元的数目，经过处理后的动物其海马依赖的记忆功能受到损害。成年海马神经干细胞产生的新生神经元不仅在形态上与成熟海马神经元相同，而且对突触刺激有动作电位反应，并且可以有效地整合到神经环路中去。人们推测，这些由神经干细胞产生的新生神经元是参与其所在海马区域的正常功能。神经干细胞和学习记忆关系的研究是复杂的。尽管海马具有记忆的存储功能，但这种记忆的存储是短暂的，只是为皮层区域的长时程记忆做时空上的准备。成年神经干细胞对脑损伤的修复作用controlkindledExamplesofBrdUpositivenucleiinhippocampalsectionsfromcontrol正常情况下，成年啮齿类动物大脑中有大量的新生神经元不断产生，显然这些细胞是来补充已经缺失的神经元，这样成年大脑神经元数目才能保持相对稳定。研究表明在成年大脑神经再生区域里存在着普遍的神经元凋亡现象。神经再生活跃区域的死亡细胞数倍于大脑其他部位，因而干细胞增殖、祖细胞迁徙并且分化成神经元从而替代死亡的神经元。有人推测，中枢神经系统变性疾病形成的原因就是由于内源性神经干细胞不能对这些疾病产生的信号起反应，内源性神经干细胞不能替代变性的神经元，而最终导致老年性疾呆，癫痫，精神分裂症等神经系统退行性疾病的发生。成年神经干细胞导常可能导致疾病发生1.成年神经再生和早期发育中的神经生成有哪些不同？2.为什么神经再生只存在于成年大脑的某些特定的区域？3.这些区域的局部微环境对成年神经干细胞的迁徙和分化有些什么影响？4.成年大脑的神经可塑性的功能意义？5.神经干细胞和认知等高级功能神经活动的关系？成年神经干细胞研究面临的问题研究方法来源于神经组织：目前从哺乳动物胚胎期大部分脑区、成年期的脑室下区、海马回的颗粒下层、脊髓等部位均成功分离出神经干细胞来源于胚胎：胚胎干细胞(embryonicstemcells,ESCs)、胚胎生殖细胞(embryonicgermcells,EGCs)等细胞的定向诱导分化而来。来源于血液系统：骨髓间质干细胞(bonemarrowmesenchymalstemcells,MSCs)、成年多能祖细胞(multipotentadultprogenitorcells,MAPCs)［10］及脐血细胞(umbilicalcordblood)［11］。来源于永生化细胞系：C17.2细胞系［12］、MHP36细胞系［13］、NT2细胞系。体核细胞转移技术获得神经干细胞：将体细胞核植入去核的卵母细胞浆中,再程序化后形成治疗性克隆,让其发育到一定阶段后在相应部位获得神经干细胞,可重建组织相容性。神经干细胞的来源（1）反复传代法：取3～4个月龄的人胚胎纹状体或孕14～16天小鼠、大鼠胚胎大脑，机械分离制作单细胞悬液。在含多种神经因子的无血清培养基中培养，实现NSC的体外稳定有效扩增。经过长期培养反复传代可使NSC得到纯化。（2）流式细胞术：Sasaki等采用流式细胞仪对约60种细胞表面抗原进行筛选，结果发现分选出的具有CD133+/CE34+/CD45-（细胞表面抗原）的细胞为NSC。（3）基因转导：Keyou