神经干细胞和内皮细胞相互关系的研究进展 - 国内文献区干细胞之家



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发表于 2009-3-3 12:32 |只看该作者 |倒序浏览 |打印

作者：岳学良作者单位：吉林大学基础医学院，吉林长春  130021 ' R2 W/ @9 D. u/ D
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      【摘要】  神经干细胞的自我更新、分化的影响因素和机制的研究一直是人们研究的热点，对这些因素和机制的研究有助于我们对神经系统疾病的认识及治疗。近几年来，内皮细胞对NSCs的作用越来越被人们重视。研究结果表明内皮细胞作为神经干细胞巢的一员促进了NSCs的自我更新，抑制了NSCs的分化，并影响NSCs的分化方向，同时还促进NSCs的迁移和集聚；另一方面，NSCs对内皮细胞有促血管形成作用。
      【关键词】神经干细胞内皮细胞自我更新分化迁移) ]3 j5 S  y1 z3 O# [: U- `: w* ?
   目前人们对神经干细胞（neural stem cell，NSCs)的分离、培养、纯化已有较成熟的技术，而对NSCs自我更新和分化的认识还很模糊。近些年来，人们发现神经发生和血管发生间有着密切的联系，并逐渐开始关注内皮细胞对NSCs的影响［12］。本文即对NSCs和内皮细胞的相互关系做一综述。; ~+ T$ g( X4 w. a

1NSCs和内皮细胞在解剖位置上的毗邻关系4 ]0 O# c# ~, S4 _' T( o9 L3 a
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迄今为止，侧脑室的脑室下带(subventricular zone,SVZ)和海马的颗粒下带(subgranular zone,SGZ)被认为是成年哺乳动物NSCs的集结区，它们可以终生产生大量的神经元［34］。在SVZ中存在由血管延伸来的特化基板，该基板末端形成终足，止于室管膜细胞，从而与SVZ内所有类型的细胞相联系［3,5］；在SGZ中神经发生以血管为中心，而且在与血管连接处的分裂细胞聚集处发现了内皮细胞和神经前体细胞［1,3,6］。由此可见，在这两个区域中，NSCs不是任意分布的，而是集中于血管周围，而且和内皮细胞间仅隔一层基板，这种解剖上的毗邻关系暗示了NSCs和内皮细胞间存在密切的联系［1,7］。9 D$ C: C* \6 c. M) v% e9 s
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2内皮细胞对NSCs各方面的影响. g# k  @" B. \8 U. `' @
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NSCs自我更新和多向分化潜能的维持依赖于一定的微环境，即神经干细胞巢（neural stem cell niche），神经干细胞巢是指能对NSCs产生影响的周围结构成分,它包括附近的神经细胞、胶质细胞和细胞外基质、血管等［1,3,8］。在神经干细胞巢中，内皮细胞对NSCs自我更新、分化、迁移等方面的影响逐渐引起人们的注意。Palmer等人［1］在2000年报道了成人海马神经发生的血管微环境，指出内皮细胞在神经发生中有着潜在的作用；Shen等人［2］在2004年创造性地运用带孔的膜对NSCs和内皮细胞进行共培养，不仅加深了人们对内皮细胞和NSCs的认识，而且在研究方法上迈出了重要的一步［7］。
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2.1内皮细胞对NSCs自我更新的影响
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NSCs的特征之一即能够自我更新，包括增殖和未分化状态的维持［911］，研究表明内皮细胞对NSCs的自我更新有促进作用。Shen等人［2］报道了内皮细胞通过释放可溶性因子促进了NSCs的自我更新，其可能机制是内皮性的因子促进NSCs形成如同上皮细胞板样的未分化干细胞板，后者通过影响βcatenin信号传导通路、细胞分裂模式和Notch信号的激活进而促进NSCs的自我更新。另外Shen等人还观察到当NSCs和内皮细胞共培养时Notch效应器Hes1的表达上调了，指出Notch/Hes1的激活促进了NSCs的自我更新。Carmen等人［10］报道了由内皮细胞和室管膜细胞分泌的PEDF（pigment epitheliumderived factor）促进了NSCs的自我更新，经PEDF处理的神经干细胞高表达Notch效应器Hes1和Hes5及Sox2。事实上，内皮细胞还分泌许多细胞因子对神经干细胞的自我更新、分化、迁移起作用，如BDNF、VEGF、BMP2、bFGF等，这些因子大多具有对神经发生和血管发生的双重作用［1213］。在上述众多的细胞因子中，VEGF家族倍受关注。VEGFA对NSCs增殖的促进作用是通过其受体VEGFR2实现的；VEGFB也可以促进SVZ和SGZ区的神经发生，尤其是当脑受损时［12］。另外，内皮细胞还会对NSCs的表型产生影响。Céline Mathieu等人［14］发现内皮细胞和神经前体细胞（NPCs）共培养时，具有Lex表型的NPCs减少了，表明内皮细胞使周期性NPCs减少了；与此同时，具有另一种表型“side population”的NPCs增加了，其中含有休眠性细胞。* Q: o, i3 H/ W$ e

2.2内皮细胞对NSCs分化的影响
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NSCs具有多向分化的潜能，它不仅可以分化为神经系的细胞（神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞），还可以分化为非神经系的细胞，如造血细胞、平滑肌细胞、内皮细胞等［8,15］。不同的条件下NSCs可向不同的方向分化，影响其分化的因素可谓是多方面的，大体上可分为外在因素和内在因素。前者指神经干细胞巢，后者指基因水平的调控。内皮细胞作为神经干细胞巢的一员影响着NSCs的分化。Céline Mathieu等人［14］进行内皮细胞和神经前体细胞共培养时发现：内皮细胞促进NPCs向具有GFAP表型的星形胶质细胞分化，同时也增加了神经元的产生，但却抑制了其向少突胶质细胞的分化。Shen等人［2］和Le Su等人［16］也有同样的发现。关于其分化机制，现在大多处于细胞因子水平。Huaiyu Mi等人［17］指出内皮细胞可产生LIF（leukaemia inhibitory factor），后者可促进星形胶质前体细胞（APCs）向胶质细胞分化。内皮细胞的这种作用说明了在血脑屏障中内皮细胞和星形胶质细胞间的紧密联系［18］。内皮细胞还可以分泌BMP4（bone morphogenic protein4），后者对星形胶质细胞的分化有促进作用，但对少突胶质细胞有抑制作用［1920］。* o) [0 h  t; b' n) A
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还有报道指出，NSCs可以分化为内皮细胞甚至形成血管样结构。2004年Kazuhiko Oishi等人［15］用10%胎牛血清诱导NSCs的分化，结果发现NSCs表达内皮细胞特异性的标志（PECAM1、VEcadherin and Flk1），并且这些标志在诱导分化过程中维持不变甚至上调，同时伴有血管样结构的形成。2006年Kazuhiko Oishi［21］又报道了CD44 CD90 多能神经干细胞在含20%胎牛血清和bFGF的胶原胶（collagen gels）中形成了血管样的结构。另外，内皮细胞自身对NSCs分化为内皮细胞具有促进作用。Wurmser等人［22］在进行内皮细胞和NSCs共培养之前，用多聚甲醛将内皮细胞杀死，从而避免了细胞融合的影响，但并不影响受体介导的细胞间的相互识别和作用，结果表明细胞表面的抗多聚甲醛的分子将内皮分化的信号由内皮细胞传达给了NSCs，促进NSCs分化为内皮细胞。
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2.3内皮细胞对NSCs的存活和凋亡的影响5 t' p; `) E* B! w0 m$ U) E8 P. \6 g
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Le Su等人［16］用氧化黄樟油精（safrole oxide，SO）对血管内皮细胞(VEC)和神经干细胞的共培养体系进行处理，结果发现SO对单独培养的NSCs的生长无影响；但当用SO处理共培养体系时，VEC被诱导走向凋亡，从而破坏了神经干细胞巢，导致NSCs的存活和分化不能维持，最终导致NSCs走向凋亡。文中还指出SO可能是通过整合素诱导贴壁细胞（如VECs）的凋亡，而对NSCs这样的悬浮细胞无促凋亡作用。另有报道指出，由内皮细胞分泌的VEGFA通过旁分泌作用促进了终末神经干细胞（definitive NSCs，依赖FGF2而不依赖LIF）的存活，同时VEGFA抑制了原始神经干细胞（primitive NSCs，依赖LIF而不依赖FGF2）的存活，这是通过VEGFA和其受体Flk1起作用的，NFκB（nuclear factorκ B）是其下游的效应器［23］。# t6 o: `8 Q% c. }

2.4内皮细胞对NSCs迁移的影响; e4 }1 b( o1 k0 R2 q8 |
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NSCs存在迁移现象，它们迁移到特定的适合它们生存和分化的微环境或者迁移到受损的部位来修复组织。NSCs的迁移是一个严格调控的过程，受可溶性因子（如化学趋化因子）、细胞外基质、黏附分子等多方面的调控［24］。当中枢神经系统（CNS）受损时，炎性趋化因子可使NSCs从实质迁移到受损的局灶，在病灶内，内皮细胞和星形胶质细胞上调表达SDF1alpha（stromal cellderived factor 1alpha），同时NSCs表达CXCR4（CXC chemokine receptor 4），后者是SDF1alpha的同源受体，这样，通过SDF1alpha/CXCR4通路介导了NSCs向CNS受损灶的迁移，进而对组织进行修复［25］。另外，来自CNS外的干细胞也能通过血流迁移到颅内的病变灶（目前还存争议）。在这种情况下，由于内皮细胞参与血脑屏障的构成，将CNS的实质与血管腔分开，所以内皮细胞在NSCs迁移过程中起着重要的调节作用。NSCs迁移的过程主要包括从血管的外渗和在微环境的种植。前者指NSCs与血管内皮细胞间的相互作用，包括细胞的滚动、黏附和游走，该过程是由整合素（integrins）的亚型——α2、α6及β1介导的［24］。另外，内皮细胞还分泌一些因子对NSCs的迁移进行调节。Louissaint等人［26］指出HVC内皮细胞（higher vocal center endothelium）分泌BDNF，后者促进了来自HVC脑室区的神经元的迁移和集聚。Lei Wang等人［27］发现促红细胞生成素(EPO)可以通过PI3K/Akt和ERK1/2信号通路激活内皮细胞，使内皮细胞分泌大量基质金属蛋白酶MMP2和MMP9，后者可促进神经前体细胞的迁移。: o" u5 R. H* }8 O) _$ O
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3NSCs对内皮细胞的影响

目前，人们主要集中于研究内皮细胞对NSCs的影响，而关于NSCs对内皮细胞作用的研究则很少，事实上，二者是互相影响的。Qi Li等人［28］通过建立脑内皮细胞和NSCs的共培养体系进而模仿了体内神经血管微环境，他们发现NSCs可诱导脑内皮细胞形成血管样结构。NSCs可以在其自身一氧化氮合酶eNOS的作用下生成NO，而NO可诱导脑内皮细胞产生更多的VEGFA165和BDNF。这两种细胞因子进一步激活了VEGFR2和TrkB（分别是VEGFA165和BDNF的受体），并以旁分泌和自分泌的方式促进脑内皮细胞血管样结构的形成。另外，这两种细胞因子还可以促使NSCs中的eNOS磷酸化，即将eNOS激活，从而产生更多的NO，同时也促进NSCs的增殖。这样就形成了一个正反馈的调节环路，也反映了内皮细胞和NSCs间的动态调节。该文还指出NSCs对内皮细胞的促血管形成作用并不需要NSCs的持续刺激，即当内皮细胞的血管形成被诱导后，即使将NSCs撤去，血管样结构也不会退化，提示我们内皮细胞一旦被诱导后即可持续表达血管生成和血管维持的因子，这和内皮细胞对NSCs的作用不同，后者需要持续的内皮细胞源性因子的刺激。Millicent等人［29］发现带有较大孔径的水凝胶（hydrogel）支持内皮细胞和神经前体细胞在体内的共存活，而且神经前体细胞促使内皮细胞形成PEAM1（plateletendothelial cell adhesion molecule1）阳性血管样结构，在管腔中尚可见红细胞，从而证实所形成的管腔样结构是功能性的。
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综上所述，神经干细胞和内皮细胞通过可溶性细胞因子以自分泌或旁分泌的方式互相作用。一方面，内皮细胞作为神经干细胞巢的一员促进了NSCs的自我更新，抑制了NSCs的分化，并影响NSCs的分化方向，同时还促进NSCs的迁移和集聚；另一方面，NSCs对内皮细胞有促血管形成作用。然而，到目前为止，关于这两种细胞相互作用的方式以及信号传导通路的认识还很模糊，而且目前大多数的研究都依赖于内皮细胞和NSCs体外共培养体系的建立，并不能完全代表体内复杂的情况，所以对NSCs和内皮细胞的研究还需走很长的路。
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