神经干细胞与神经营养因子 - 国内文献区干细胞之家



免疫细胞治疗专区	欢迎关注干细胞微信公众号

12 3 4 5 6 7 8 9 10 ... 27 下一页

返回列表

查看: 521876\|回复: 260	go 神经干细胞与神经营养因子 [复制链接]

文献管理员

版主

Rank: 7 Rank: 7 Rank: 7

积分: 8
威望: 8
包包: 898

楼主

发表于 2009-3-3 12:34 |只看该作者 |倒序浏览 |打印

作者：吴家华  罗焕敏作者单位：(嘉应学院医学院药理教研室，广东  梅州  514031)


      + l! X8 V  N, V# Q
                     % L4 C  g# Q* T* K1 R4 |
         6 Q- l9 \# d3 y6 G8 ~. G5 d

         & v  j7 k' `  b+ T8 O7 b! h3 C
                  * _# L/ u5 g8 N% H& p




      【关键词】神经干细胞；神经营养因子；中枢神经系统退行性病变* k7 @/ @2 K- L9 Z
   　　神经干细胞（NSC）增殖是神经发育早期阶段的主要事件，在此阶段，NSC通过10-12次分裂进行增殖，为后期神经发生提供足够的细胞来源。此外，当脑组织受损时，内源性NSC也可增殖并分化，补偿缺失的神经细胞，部分修复神经功能。神经营养因子(NTF)是一类对神经元有特异性保护作用的内分泌多肽，它可促进体内、外培养神经元存活及突起生长〔1〕。1952年LeviMontalcini在研究鸡胚的神经发育过程中发现了神经生长因子(NGF)，此后几十年，新的NTF不断被发现，并形成了NTF大家族。它们来源于靶细胞逆向营养神经元，促进和维持神经细胞生长、存活，修复神经细胞功能。在胚胎发育早期，NTF如碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)、表皮生长因子（EGF）等能显著促进NSC的增殖与分化。

　　1bFGF  w/ ~( X6 x$ Y9 x! `

) m$ ]' w( \2 {6 Z  {
, |+ k" c/ k  |$ U" T- w9 l* ?  S
　　bFGF最初是由Gospodarowiz于1974年从牛脑和牛的脑垂体中提取出的，在体内分布广泛，尤其是在神经组织中含量丰富。bFGF在中枢神经系统（CNS）的表达受发育的调节，从胚胎期、出生后到成年哺乳动物，脑内bFGF的含量是不断变化的。Kalcheim等〔2〕用放射免疫测定法研究发现，bFGF在胚胎3 d（ED3）就有微量（1.4 ng/mg）表达，随胚胎发育时间延长，bFGF浓度不断升高，ED10蛋白含量最高（18 ng/mg），此后，蛋白含量开始下降，由ED14降到ED3水平。

1 l9 }8 r- u9 s) W# h# L
4 B' j! r. c4 ~% y
　　bFGF是促进细胞生长作用很强的多肽因子，又是重要的有丝分裂原，参与细胞的生长发育和组织损伤的修复，对神经元具有明显的营养作用〔3〕。大量体外培养研究证实bFGF 是啮齿类动物神经前体细胞的有丝分裂原，能够刺激胚胎鼠纹状体、海马以及成鼠脑室下区和海马等处的NSC分裂、增殖〔4-6〕。bFGF 在0.5-20 ng/ml浓度就可发挥有效的神经营养和神经保护效应〔7〕。它与bFGF受体（bFGFR）结合后激活受体的酪氨酸激酶，导致受体本身细胞内酪氨酸残基的磷酸化，从而提供给细胞核一个进行有丝分裂的信号，继而引起细胞的分裂增殖。近来的一些研究提示bFGF通过缩短G1期时程而增加分裂增殖的干细胞数目〔8〕。体外培养还发现，bFGF 不仅可起到有丝分裂原的作用，也能促进细胞分化并决定分化的方向。Qian等〔9〕报道胚胎大脑皮质NSC的增殖或分化呈bFGF 浓度依赖性，bFGF浓度为0.1 ng/ml时皮质神经前体细胞增殖并形成克隆。而bFGF 浓度为1.0-10 ng/ml时，皮层神经前体细胞则分化成神经元和少突胶质细胞，若再加入其他因子，可分化成星形胶质细胞。bFGF与不同的受体亲和力不同，引起的信导传导通路不同，bFGF 浓度决定它与不同受体的亲和力，0.1 ng/ml bFGF可激活FGFR1和FGFR2，但对FGFR3无任何作用；1.0-10 ng/ml bFGF可激活FGFR3，提示低浓度bFGF 启动分裂信号，而高浓度不仅启动分裂而且还能启动分化信号。
( U0 {% A  }* R5 H+ j& v
　　2EGF" d. V/ `0 ]0 n! V8 u- y
9 ]3 O) W- c3 A! \! u# v
, j( l) H8 g3 n: Z, N- u- x' M, M
- S; q9 C  M8 ^* {
　　EGF是Cohen (1962) 从雄鼠颌下腺分离提纯出来的一个具有53 个氨基酸的多肽，广泛存在于人体各种组织及体液中。在胚胎发育过程中，EGF 在脑、视网膜、下丘脑、耳蜗、脊髓前角细胞、背根节细胞、Clarke 背核细胞以及中间外侧束细胞均有表达。大量体外实验证实EGF可调节NSC/神经前体细胞分裂、增殖和分化，维持这些细胞的生存并促进其迁移，加入EGF可使BrdU标记的神经前体细胞明显增加〔6，10，11〕。Kuhn等〔12〕研究发现EGF可促进成年大鼠脑室区NSC增殖，增加由室下区迁移至纹状体和纹状体自身前体细胞的数量，但降低了迁移至嗅球新生神经元的数量，增加了星形胶质细胞的数量。
" f6 o& }, N2 \) h

1 p% s) O5 `; _* [. `" n
　　EGF不能促进早期侧脑室室下区NSC分裂增殖，但可促进晚期NSC增殖〔8〕。Boillée等通过核糖核酸酶保护测定发现，从胚胎期第12 天到成熟期这段时间，EGF受体（EGFR）的mRNA可在颈部脊髓腹侧部位表达，在ED15中脑生发层和小脑外颗粒层内可检测到EGFR 的mRNA，EGFR在脊髓的分布为EGF 发挥作用提供了必要的结合位点，提示EGF 在发育较晚期起作用〔13〕。
6 O, v5 L5 e! f  t
　　3NGF- e* T! v2 O( |9 d8 [
) p  y/ N$ ]0 e1 Y& U5 [

7 x+ ~$ X4 O$ o
　　NGF是发现最早的NTF，广泛分布与周围组织、外周神经系统和CNS如海马、大脑、小脑、下丘脑和中脑运动神经元，通过胆碱能神经逆行运输至前脑基底核，维持胆碱能神经元的存活和功能。在胚胎发育早期，NGF能显著促进神经前体细胞的增殖并能促进其分化〔14〕。TrkA受体是NGF的高亲和力受体，NGF选择性地与TrkA受体结合，参与转录过程，从而促进细胞有丝分裂作用，p75被认为是低亲和力的NGF受体，它与TrkA结合形成膜复合物，加强NGF的作用〔15〕。% U  r$ P* {: H. r

　　4脑源性神经营养因子（BDNF）

/ s! y9 |. q3 G2 \+ e( N
　　BDNF与NGF、神经营养因子3（Neurotrophin 3，NT3）共同组成NGF家族，也是研究最为深入的一族。BDNF在成年鼠脑的海马、下丘脑含量最丰富，在中脑、大脑皮质、杏仁核等部位含量也较多。BDNF在脑的发育初期表达水平较低，后期增加，成为脑内分布最广的NTF。细胞培养发现，BDNF可增加纹状体GABA神经元存活，神经元胞体变大，树突增多〔16〕。目前研究认为，BDNF在诱导NSC向神经元表型分化方面起着重要的作用。外源性BDNF可促进体外培养神经细胞存活及海马NSC的分化，而在体实验发现，ED16小鼠侧脑室注射BDNF可增加侧脑室有丝分裂活性及皮质板神经元数目〔5〕。其促分化作用可能是通过上调NSC后代中转录因子Brn24的表达，增加EGF敏感性NSC分化为神经元〔17〕。4 `  b! o4 D$ F0 V/ X) q
) B/ s3 m6 H* T. F
　　5睫状神经营养因子（ciliary neurotrophic factor，CNTF）/ L0 P) U6 H! u) L8 e/ C1 Q

: d* E+ c' C# `9 n! W! @8 J
　　CNTF最初是从鸡胚中分离出来的具有神经保护作用的细胞因子，它是一种分子量为20 kD的酸性蛋白。CNTF广泛分布于神经系统中，促进前体神经元生长、分化、成熟，维持各种神经元的存活，对运动神经元有特别的保护作用。尽管CNTF在胚胎发育期的表达量很低，但CNTF受体与CNS增殖区域密切相关。成体侧脑室内注射CNTF可促进NSC增殖并分化为星形胶质细胞〔18〕。CNTF通过激活人类CNTF 受体α链（CNTF receptor alpha chain，CNTFRα）、白血病抑制因子受体β链（leukemia inhibitory factor receptor beta chain，LIFRβ) 和白介素6受体α链（interleukin6 receptor alpha chain，IL6Rα)复合物（CNTFR/ LIFR/IL6R）（在大鼠及鸡脑中则是激活CNTFR/LIFR /gp130复合物）间接发挥神经保护作用，促进并维持NSC增殖与存活〔18，19〕。也有学者认为CNTF促进NSC自我更新并使细胞维持在有丝分裂周期而非维持NSC存活，抑制它们分化为胶质细胞前体细胞〔8〕。6 k6 `6 Q9 s" [, X
% c7 ^/ t5 ]7 |4 x; E
　　6胰岛素样生长因子（insulinlike growth factor，IGF)
- B6 W8 h6 x4 r7 J" {2 W: |# q; v

) m) z: B2 M7 M2 a% h& D# O5 I* S, H
　　IGF系统蛋白包括IGFⅠ，Ⅱ。IGFⅠ受体（IIGFⅠR）和IGF结合蛋白（IGFbinding proteins，IGFBPs）在CNS中广泛表达，研究提示IGFⅠ在CNS中起重要作用，它通过旁分泌或自分泌形式促进NSC增殖、存活及分化〔20〕。IGFⅠ可显著促进齿状回颗粒下层神经元性前体细胞的增殖，对胶质细胞数目则缺乏此作用〔21〕。缺乏IGFⅠ培养的干细胞分化细胞中无神经元表达，反之IGFⅠ可以增加神经元数量8-40倍〔22〕。

: }6 U1 c2 w" `5 [  }1 r
　　体内实验证实IGFⅠ可作用于胚胎期及生后发育早期NSC及前体细胞，促进海马前体细胞增殖，维持人类胎儿前脑神经球的存活〔20，23，24〕。IGFⅠ缺乏则EGF或FGFⅡ反应性纹状体干细胞增殖消失〔25〕。IGFⅠ通过促进G1期或G0/G1期转变，缩短细胞周期持续时间，并增加子代细胞重返细胞周期百分率，从而诱导NSC/前体细胞增殖〔26，27〕。
5 ?; x  W- H3 O8 t- j) `+ Z
　　7胶质细胞源性神经营养因子(glial cell linederived neurotrophic factor，GDNF). M7 m: M; B. k5 M% k- R

  w* ~- S" @* O
　　GDNF是1993由美国Synergen生物技术公司的Lin等发现并克隆的一种新的NTF，它广泛分布于CNS的多巴胺能区域，在腹侧苍白球、嗅结节以及梨状区等接受多巴胺能神经元支配的区域均有表达，在非多巴胺能神经元支配的区域如胚胎小脑原基、丘脑、海马、基底前脑、脊髓背柱等的原代培养物中都可检测到GDNF mRNA的表达。出生后的正常发育过程中，纹状体内中等大小神经元则是GDNF的主要来源〔28〕。
2 \  _+ [' l0 W/ `, e* c

　　GDNF是支持多巴胺能神经元最重要的营养因子。Roussa等取小鼠中脑神经球与GDNF共同培养发现，βⅢ微管蛋白免疫阳性细胞显著增加，而未见GFAP阳性细胞表达，而且早期多巴胺的标记蛋白Nurr1 和Ptx3表达增加，提示GDNF可促进小鼠中脑NSC分化为神经元和多巴胺能神经元发育〔29〕。

0 d; r, S2 {+ i; J  f' D
　　GDNF二聚体与GDNF家族受体（GDNF family receptor，GFR）α结合形成复合物，后者诱导Ret二聚化，Ret胞内酪氨酸残基磷酸化，从而诱发一系列信号级联放大反应，影响神经发育过程中的各个方面，包括细胞增殖、迁移、轴突生长和细胞存活等〔30〕。小鼠体内GDNF家族配体（GDNF family ligands，GFLs），GFRαs 或 Ret缺乏则外周及CNS细胞均大量缺失〔31〕。* w# g% X/ l! Z3 D3 R. g' I8 ?* t

6 x6 b& ?% e+ L" V$ a
8 w# T: }* x; {3 u7 C
　　目前已知的调控NSC增殖的主要因素是NTF，bFGF、EGF等NTF能显著促进NSC的增殖与分化。但是，这些NTF的哪个才是特异性“促NSC分裂因子”呢？又是如何促进NSC增殖与分化的呢？这些还有待于进一步研究与证实。而且，在体内还存在着多种不同的细胞因子，这些细胞因子共同作用于NSC，影响其增殖与分化，它们又是如何相互作用共同影响NSC增殖与分化的呢？随着对NTF作用的进一步认识，以及对NSC增殖、迁移、分化等方面研究的日益深入，NSC在神经系统疾病治疗方面将有广阔的前景。
      【参考文献】
　　1  Pollack SJ，Harper SJ.Small molecule trk receptor agonists and other neurotrophic factor mimetics〔J〕.Curr Drug Targets CNS Neurol Disord，2002；1(1):5980.
, J5 j6 w# A) T: X
+ g# J; u: s& C5 z* v  K
0 r0 u4 C  A+ x0 \: C
　　2  Kalcheim C，Neufeld G.Expression of basic fibroblast growth factor in the nervous system of early avian embryos〔J〕.Development，1990；109(1):20315.0 K' f. Z4 C) ]7 {% Q# y
6 _- E3 Z% Z3 Q+ s

# T5 q4 \! n' n" |1 X
　　3  Ozawa K，Uruno T，Miyakawa K，et al.Expression of the fibroblast growth factor family and their receptor family genes during mouse brain development〔J〕.Mol Brain Res，1996；41(12):27988.

5 Y! \7 I+ l3 H  u6 ~. V1 z% p1 ]2 H
& ?" y: Z: X% ^/ l
　　4  Kilpatrick TJ，Bartlett PF.Cloned multipotential precursors from the mouse cerebrum require FGF2，whereas glial restricted precursors are stimulated with either FGF2 or EGF〔J〕.Neuroscience，1995；15(5):365361.2 g% e/ z) v: J8 ~

　　5  Gritti A，Parati EA，Cova L，et al.Multipotential stem cells from the adult mouse brain proliferate and selfrenew in response to basic fibroblast growth factor〔J〕.Neuroscience，1996；16(3):1091100.

3 s6 S. f0 q7 r- _1 _
　　6  Laskowski A，Schmidt W，Dinkel K，et al.bFGF and EGF modulate traumainduced proliferation and neurogenesis in juvenile organotypic hippocampal slice cultures〔J〕.Brain Res，2005；1037(12):7889.. O5 G6 q4 S& }9 T) O& G

/ G/ `6 g, ~  @4 n

　　7  Himmelseher S，Pfenniger E，Georgieff M.Effects of basic fibroblast growth factor on hippocampal neurons after axonal injury〔J〕.J Trauma，1997；42(4):65964.  p% q9 ?* V( W" {& x- f

1 t4 Q1 t. M: k4 ~6 i9 c& ~
　　8  O′Shea KS.Neural stem cell models of development and disease.In：Bottenstein JE.Neural stem cells：development and transplantation〔M〕. Dutch：Kluwer Academic Publishers，2003:154.

- d: a& U0 s6 u0 x; F7 S

　　9  Qian X，Davis AA，Goderie SK，et al.FGF2 concentration regulates the generation of neurons and glia from multipotent cortical stem cells〔J〕. Neuron，1997；18(1):8193./ u$ B5 L2 ?) _/ ?7 z" b. W9 L
5 N: Z1 a% b/ r$ _0 |. D% O

- t& U$ p9 W. b/ N5 {
　　10  Reynolds BA，Tetzlaff W，Weiss S.A multipotent EGFresponsive striatal embryonic progenitor cell produces neurons and astrocytes〔J〕. Neuroscience，1992；12(11):456574.
! y* |% x# a, {! l: r: v7 D

　　11  Whittemore SR，Morassutti DJ，Walters WM，et al.Mitogen and substrate differentially affect the lineage restriction of adult rat subventricular zone neural precursor cell populations〔J〕.Exp Cell Res，1999；252(1):7595.

　　12  Kuhn HG，Winkler J，Kempermann G，et al.Epidermal growth factor and fibroblast growth factor2 have different effects on neural progenitors in the adult rat brain〔J〕.Neuroscience，1997；17(15):58209.

5 V( y) O$ o4 h  I0 I3 {
3 E' P% a8 n! V& q1 M9 w
　　13  Boillée S，Cadusseau J，Coulpier M,et al.Transforming growth factor alpha：a promoter of motoneuron survive of potential biological relevance〔J〕.Neuroscience，2001；21(18):707988.

2 }0 Q" f. i/ q0 w5 h$ Y
　　14  Cattaneo E，Mckay R.Proliferation and differentiation of neuronal stem cell regulated by nerve growth factor〔J〕.Nature，1990；347(6295):7625.  G% C5 [6 D* Q  M& Q

& f' f+ l! h' F( E, W: O9 K. e6 W4 w0 v
　　15  Widenfalk J，Lundstrmer K，Jubran M，et al.Neurotrophic factor and receptors in the immature and adult spinal cord after mechanical injury or kainic acid〔J〕. J Neurosci，2001；21(10):345775." B2 R, e3 c0 m" P  P% d

　　16  Altar CA，Cai N，Bliven T，et al.Anterograde transport of brainderived neurotrophic factor and its role in the brain〔J〕.Nature，1997；389(6653)：85660.
1 x5 t  }+ E0 E5 p$ n* A, V

$ U# ?! f$ H+ h4 u
　　17  曹丽丽，潘克俭，胡火珍.神经干细胞.见：胡火珍.干细胞生物学〔M〕.成都：四川大学出版社，2005：11225.

6 z: [6 s. H: B
  h* Y' |( H2 ^8 }% d0 J
　　18  Shimazaki T，Shingo T，Weiss S.The ciliary neurotrophic factor/Leukemia inhibitory factor/gp130 receptor complex operates in the maintenance of mammalian forebrain neural stem cells〔J〕.Neuroscience，2001；21(19):764253.

　　19  Cognet I，Guilhot F，Chevalier S，et al.Expression of biologically active mouse ciliary neutrophic factor (CNTF) and soluble CNTFR alpha in Escherichia coli and characterization of their functional specificities〔J〕. Eur Cyto Network，2004；15(3):25562.

" x2 k# }" E& W6 {
　　20  Ye P，D′Ercole AJ.Insulinlike growth factor actions during development of neural stem cells and progenitors in the central nervous system〔J〕. Neurosci Res，2006；83(1):16." H# _& ?- v2 l& ?5 V. O3 X/ \
3 G8 W; }4 f. H; G  w
) q8 F$ X6 A2 H* b2 H$ c) w
" Z- K9 }0 X& u% M% ^0 g0 \' G
　　21  Aberg MA，Aberg ND，Hedbacker H，et al.Peripheral infusion of IGFⅠ selectively induces neurogenesis in the adult rat hippocampus〔J〕. Neuroscience，2000；20(8):2896903.

　　22  Arsenijevic Y，Weiss S.Insulinlike growth factor1 is a differentiation factor for post mitotic CNS stem cellderived neuronal precursors：distinct actions from those of brainderived neurotrophic factor〔J〕. Neuroscience，1998；18(6):211828.. W8 g/ }$ n0 v" V! W, P
/ z. q& G/ M6 {! |% z2 H
% R: |, p% q" ?0 _  r3 u

　　23  Aberg MA，Aberg ND，Palmer TD，et al.IGFⅠ has a direct proliferative effect in adult hippocampal progenitor cells〔J〕.Mol Cell Neurosci，2003；24(1):2340.
! O9 l' U% N- ]+ x3 \

　　24  ChalmersRedman RM，Priestley T，Kemp JA，et al.In vitro propagation and inducible differentiation of multipotential progenitor cells from human fetal brain〔J〕.Neuroscience，1997；76(4):11218.; H3 V! Z$ b" S8 T3 T5 b! w4 f( b

* q- [1 N3 R' W5 O0 M  ]
; Y* N7 ?+ ]4 }  r( _2 L
　　25  Arsenijevic Y，Weiss S，Schneider B，et al.Insulinlike growth factorⅠ is necessary for neural stem cell proliferation and demonstrates distinct actions of epidermal growth factor and fibroblast growth factor2〔J〕. Neuroscience，2001；21(18):7194202.
+ n- [# t6 q7 g
1 x  g5 a, X% S) I5 k
  |. F. {6 W6 `1 c/ A
　　26  Hodge RD，D′Ercole AJ，O′Kusky JR.Insulinlike growth factorⅠ accelerates the cell cycle by decreasing G1 phase length and increases cell cycle reentry in the embryonic cerebral cortex〔J〕.Neuroscience，2004；24(45):1020110.
6 ?# [+ {2 z) R' O5 j* W, I

　　27  Stull MA，Richert MM，Loladze AV，et al.Requirement for IGFⅠ in epidermal growth factormediated cell cycle progression of mammary epithelial cells〔J〕.Endocrinology，2002；143(5):18729.

　　28  Oo TF，Ries V，Cho J，et al.Anatomical basis of glial cell linederived neurotrophic factor expression in the striatum and related basal ganglia during postnatal development of the rat〔J〕. J Compa Neurol，2005；484(1):5767.

" S+ p( t! [  x( L

　　29  Roussa E，Krieglstein K.GDNF promotes neuronal differentiation and dopaminergic development of mouse mesencephalic neurospheres〔J〕. Neurosci Lett，2004；361(13):525.$ x! g# f6 n& s( g; c

5 c8 L+ |2 `$ A2 t* [! ~
　　30  Enomoto H.Regulation of neural development by glial cell linederived neurotrophic factor family ligands〔J〕.Anatl Sci Int，2005；80(1):4252.7 p) @% h" ?; t3 t  D4 ?

% b3 \" O% n% \5 D
　　31  Baloh RH，Enomoto H，Johnson EM，et al.The GDNF family ligands and receptorsimplications for neural development〔J〕.Cur Opini Neurobiol，2002；10(1):10310.

收藏0 分享0 顶0 踩0