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作者：车彦军 林志国 沈 红作者单位：哈尔滨医科大学第一附属医院神经外科， 黑龙江 哈尔滨 150001 3 o, ^2 S, T6 O1 m% ?8 C X& Z
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【摘要】 目的 研究神经干细胞 （NSC） 移植到慢性海人酸癫（疒间）鼠海马CA3区后细胞的存活、迁移、分化及与宿主细胞的整合情况。 方法 将增强型绿色荧光 （EGFP） 标记的原代培养NSC移植到慢性癫（疒间）鼠的海马CA3区。分别在移植后第2、4、8、12周4个时间点取脑冷冻切片，在倒置荧光显微镜下观察移植细胞的存活和迁移。采用免疫荧光染色观察移植细胞的分化和整合情况。 结果 NSC在移植后2周未见迁移；移植后4周，可见移植细胞迁移到距移植区最近的齿状回；8周和12周，移植细胞可迁移到齿状回和海马各区。12周仍有大量移植细胞 （65 045.00 ± 881.72） 存活。NSC在移植区以分化为胶质细胞为主，在齿状回和海马各区以分化为神经元为主；γ-氨基丁酸 （GABA） 能神经元在齿状回门区和海马CA3区分化比例较高。突触素免疫荧光染色示移植细胞与宿主细胞间产生了有机的整合。 结论 NSC移植于慢性癫（疒间）鼠的海马CA3区后，能够迁移到齿状回和海马各区并长期存活，且可分化为神经元，特别是GABA能神经元，并能与宿主细胞有机整合。 ' v/ [' Z [# L; [, X7 O+ [
【关键词】干细胞 海马 移植 癫（疒间 细胞分化 细胞运动( k. ?) M) g& [. v) i+ ]
Research of survival, migration, differentiation and integration of neural stem cells transplanted
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7 E$ S! B+ p. oto hippocampal CA3 of adult chronic epileptic rat
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CHE Yanjun, LIN Zhiguo, SHEN Hong, et al
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Department of Neurosurgery, First Affiliated Hospital of Harbin Medical University, Harbin 150001, China
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Abstract: Objective To investigate into the survival, migration, differentiation and integration into the host of neural stem cells (NSCs) grafted in the hippocampal CA3 in adult chronic epileptic rats. Methods NSCs were primarily cultured and labeled with the enhanced green fluorescent protein (EGFP), and then were transplanted in hippocampal CA3 of adult chronic epileptic rats treated by KA. Cryostat sections were cut coronally through the hippocampi of the brains at weeks 2, 4, 8 and 12 after transplantation respectively. Survival and migration of the NSCs were detected directly under a phase contrast fluorescent microscope at various time points. Both the differentiation and integration into the host were determined by immunocytochemical fluorescent staining. Results Migration of the NSCs was not detected at the 2nd week after transplantation. However, at the 4th week, grafted cells migrated to dentate gyrus near the grafting area. At weeks 8 and 12, transplanted NSCs migrated to dentate gyrus and all areas of the hippocampus. Large numbers of the grafted cells were existent at week 12 (65045.00 ± 881.72). NSCs differentiated mainly into astrocytes in the grafted area, while into neuron in the hippocampus and dentate gyrus. GABAergic neurons differentiated from the grafted cells were detected in the dentate gyrus hilar and hippocampal CA3 zones. The integration of grafted cells into the host also could be detected by immunocytochemical fluorescent staining with antibodies of synaptophysin. Conclusion The NSCs after transplantation in hippocampal CA3 of adult chronic epileptic rats can migrate to the dentate gyrus and all areas of the hippocampus and survive well for long time. The grafted cells in the dentate gyrus and hippocampus can differentiate into neuron, especially GABAergic neuron, and integrate into the host.
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& ^. O: x! ]$ eKey words: stem cells; hippocampus; transplantation; epilepsy; cell differentiation; cell movement 近年来，将胚胎海马细胞或神经干细胞 （NSC） 移植于致（疒间）早期癫（疒间）鼠的海马CA3区治疗癫（疒间）已经取得了一定的效果[1～3]。然而，将NSC移植于慢性癫（疒间）鼠海马C3区后移植细胞的变化目前国内外尚无报道，本研究即对移植细胞的存活、迁移、分化及与宿主的整合情况进行观察和分析。
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4 J7 P4 ?! t, V( Z% q1 材料与方法9 ?) N9 a$ L0 z/ V, Z# i
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1.1 材料与试剂 新生Wistar大鼠和成年大鼠由哈尔滨医科大学第二临床医学院动物室提供；重组Ⅱ型腺相关病毒 （rAAV2）-增强型绿色荧光蛋白 （EGFP） 购自本元正阳股份有限公司，基因组颗粒滴度：5 1011 v.g./ml；DMEM/F12购自Hyclone公司；B27和碱性成纤维细胞生长因子 （bFGF） 购自Gibco公司；鼠抗巢蛋白 （nestin） 多克隆抗体及海人酸 （KA） 购自sigma公司；鼠抗微管相关蛋白 （MAP） 多克隆抗体、兔抗γ-氨基丁酸 （GABA） 多克隆抗体、兔抗synapsin多克隆抗体、兔抗胶质纤维酸性蛋白 （GFAP） 多克隆抗体、罗丹明 （TRITC）-羊抗兔单克隆抗体及TRITC-羊抗鼠单克隆抗体等均购自武汉博士德公司。
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3 d1 n" u7 g8 {, @6 v4 S1.2 大鼠海人酸 （KA） 癫（疒间）模型的建立 取体质量200～250 g的雄性Wistar 大鼠，戊巴比妥40 mg/kg腹腔注射麻醉后，固定于动物立体定向仪 （DY-Ⅱ型，天津市医疗器械研究所），右侧侧脑室内注射KA 0.5 μg （0.5 μg/μl）；具体靶点：AP = －3.7 mm，L = 4.1 mm，V = 4.5 mm；注射速度为0.2 μg/min，注射完毕后留针5 min。26只大鼠中24只 （92.3%） 于2周~2个月出现自发性癫（疒间）发作，将其纳入研究对象。
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1.3 NSC的原代培养、鉴定和标记 取24 h内新生Wistar大鼠的海马，消化分离成单个细胞，按5 105/ml的细胞密度接种于NSC培养液 （DMEM/F12、bFGF 20 ng/ml、B27 2%），在5% CO2培养箱37 ℃培养。细胞先贴壁生长，3 d后NSC浮起并增殖成神经球。第7天进行传代，传1代后培养出中、小型神经球。取神经球用鼠抗nestin多克隆抗体进行免疫组化染色，NSC呈nestin阳性染色。将神经球消化吹碎成单个细胞后，用携带EGFP的rAAV2为载体，以病毒滴度 （MOI） 1 106转染，继续在5% CO2培养箱37 ℃培养11 d。( b# z% f. K6 o* J
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1.4 NSC移植于KA癫（疒间）鼠的海马CA3区 把转染EGFP的NSC吹碎成单个细胞，调整细胞浓度为1 105/μl。将纳入研究对象的Wistar大鼠于KA致癫（疒间）后2个月再次麻醉，分别在KA注射同侧的海马CA3区的两个靶点各注入NSC 1 μl （含1 105个细胞）。具体靶点：①AP = －3.3 mm，L = 2.5 mm，V = 3.5 mm；②AP = －4.3 mm，L = 3.5 mm，V = 3.5 mm。此移植点的位置大约在前囟后2.8～4.5 mm。" B0 M7 C( ~# m$ g! m
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1.5 标本的采集 将NSC移植后的24只大鼠随机分成4组，每组6只，分别在移植后2周、4周、8周和12周4个时间点处死。具体方法：戊巴比妥60 mg/kg深度麻醉，暴露心脏，自心尖部刺入套管针至主动脉，先灌入生理盐水150 ml，再灌入4%多聚甲醛150 ml，然后将鼠大脑标本完整取出，放入4%多聚甲醛中固定4 h，再冷藏于30%蔗糖溶液中至沉淀。将已沉淀的脑标本进行修剪，保留前囟后2～5 mm之间的脑组织，再用冷冻切片机 （Leica CM1100 德国） 行脑冠状位切片，厚度为20 μm，贴于涂有赖氨酸的载玻片上，丙酮固定30 min，放入－20 ℃的冰箱冷存。
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" K, z9 `! r& q, P* Y1.6 NSC存活和迁移的观察 收集第6张 （100 μm） 冷冻切片，将其直接放在倒置荧光显微镜 （Carl Zeiss Vision，德国） 下观察，将切片的平均细胞数与切片总数相乘，即得到每个标本中移植细胞的存活总数。同时观察NSC的迁移情况。% }3 L' ?+ |1 D# K
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1.7 免疫荧光观察 移植后8周行免疫荧光观察，分别用鼠抗MAP多克隆抗体、兔抗GABA多克隆抗体、兔抗GFAP多克隆抗体和兔抗synapsin多克隆抗体作为一抗，用TRITC-羊抗兔单克隆抗体、TRITC-羊抗鼠单克隆抗体作为二抗，避光进行常规免疫荧光染色。高倍镜下随机选10个视野，观察某一细胞在同视野内移植细胞中所占的比例，作为该细胞的分化率。
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2 结 果
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8 W# z0 R' z# V2.1 原代培养NSC的鉴定与标记 原代培养第7天进行传代后所形成的中、小型的神经球中的NSC，nestin免疫组化染色呈阳性 （图1）。rAAV2-EGFP转染NSC后，NSC及其后代能稳定表达EGFP。转染后第3天，NSC所形成的神经球即可见到EGFP表达，在第11天荧光最强 （图2）。将转染后11 d的神经球消化吹碎成单个细胞，测得其转染率约为65%。; U- Z4 A, E0 w8 V) v
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2.2 NSC的存活情况 移植后各个时间点平均细胞存活数分别是：2周61 706.59 ± 5 856.21，4周67 551.46 ± 1 429.75，8周65 889.38 ± 2 206.30，12周65 045.00 ± 881.72；经SPSS 10.0软件进行统计学方差分析，F = 0.235，P = 0.872，各组间差异没有统计学意义。
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2.3 NSC的迁移情况 在倒置荧光显微镜下可直接观察到被转染EGFP的NSC及其后代所存在的位置。结果示移植后第2周，NSC集聚在移植的位置；第4周，移植侧齿状回的颗粒细胞层和门区有大量的移植细胞存在；第8周，齿状回和海马各区均可见到大量移植细胞存在，移植细胞主要位于齿状回的颗粒细胞层和海马的锥体细胞层，散在于海马结构的其他部位；第12周，移植细胞的迁移情况与第8周相仿 （图3）。) ?2 h) e, o0 L4 w Z
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2.4 NSC的分化和与宿主的整合 免疫荧光染色计数示移植后MAP阳性细胞 （分化为神经元） 和GFAP阳性细胞 （分化为星形胶质细胞） 比例在移植点分别是 （18.48 ± 3.07）%和 （79.77 ± 7.69）%，在海马和齿状回分别是 （91.40 ± 6.64）%和 （81.1 ± 7.96）%。提示在海马和齿状回NSC主要分化成神经元表型，而在移植点主要分化成星形胶质细胞表型 （图4 A，4B）。; w7 f5 m* L& B
; K- y" V' I; y) x$ W在海马CA1区，GABA能神经元 （图4C） 所占的比例是 （17.38 ± 4.33）%，海马CA3区 （移植点外） 为 （39.45 ± 6.38）%，齿状回门区为 （26.01 ± 10.84）%。迁移到海马的移植细胞周围均有突触素的存在，90%的移植细胞胞体上可见突触素染色 （图5）。
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3 讨 论
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7 k6 K+ O7 L7 X. [2 z3.1 慢性癫（疒间）模型 慢性癫（疒间）模型具有自发性反复发作的特点，适用于评估治疗措施。本研究所选用的对象在KA右侧脑室注射后2个月，有可观察到的自发性癫（疒间）发作，其不但具有慢性癫（疒间）模型自发性反复发作的特点，而且此时大鼠海马齿状回内的病理变化 （即CA3区锥体细胞的丢失和苔状纤维发芽） 与人类颞叶癫（疒间）的病理变化相似，是研究慢性癫（疒间）较好的动物模型。
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3.2 NSC培养 神经球是一个由NSC、分化的神经元和神经胶质细胞组成的混合体，NSC的含量依神经球培养的大小和时间而定。原代培养的神经球被机械分离后再次放在NSC培养液中，正在分化的或已分化的细胞会迅速死亡，NSC则继续呈指数繁殖，形成第2代的中、小型神经球，此时NSC所占比例最高，可获得稳定的NSC系列[4]。本研究应用的原代培养NSC是经传1代后培养出第2代的中、小型神经球，此时神经球内含NSC最多，经nestin染色证实，NSC可达80%以上。/ m+ ~5 d+ b" q' T: r, ^; M
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3.3 移植于慢性KA癫（疒间）鼠海马CA3区NSC的存活 本研究对移植NSC存活数量的测定基于EGFP报告基因的表达，EGFP已被证明具有移植后长期稳定表达、定位于移植细胞、不传递给宿主细胞等优点。本研究表明：NSC在慢性癫（疒间）海马的微环境下，一直持续到移植后第12周仍有大量存活。虽然移植后第4~12周细胞存活数量有下降的趋势，但经统计学分析，各组之间差异没有统计学意义，说明移植细胞在慢性癫（疒间）海马的微环境下能够长期存活。8 J$ d: o4 c7 a: r9 R- `
9 P# C3 g& @/ N' X; F, tNSC在移植部位能否大量长期存活，与移植部位的微环境有密切关系，微环境中的许多因子 （如bFGF） 影响着NSC的存活[5]，只有当NSC移植到合适的微环境中 （如神经发生区），移植细胞才能大量存活[6]；同时移植前移植细胞的分化状态也是影响其存活的一个重要因素[7]。本研究所选用的细胞NSC是一种形成神经组织最原始的多能干细胞，具有很强的自我复制和分化能力；所选择的移植部位海马是成年脑内的神经发生区之一，存在各种合适的因子[6]，具有较好的支持细胞存活的微环境。另外，NSC存活的另一个原因是其在同种异体移植中缺乏免疫原性。有研究证实，将NSC移植到非免疫豁免区——肾被膜下，观察其免疫源性和抗原性特点，结果表明：同种异体NSC存活至少4周以上，期间既没有使宿主致敏，也没有表达可发现水平的主要相容抗原Ⅰ、Ⅱ （MHCⅠ、Ⅱ），表明NSC拥有免疫豁免能力[8]。, W* h5 G" \% U) H, L
6 J, s- _; k# i; q3.4 NSC移植后的迁移 在本研究中，NSC移植后第2周移植细胞未见迁移现象，移植后第4周则发现有细胞迁移到距移植区最近的齿状回，移植后第8、12周移植细胞已迁移到齿状回和海马的各区。
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6 {& }8 c' M' o {7 G) Q; T: Q; |虽然无论在生理状态下或者是病理状态下，NSC均具有很强的迁移能力，但移植后NSC的迁移能力、方式仍然受细胞内部特点和脑组织中迁移信号的双重影响。Shetty等[1]将胚胎海马细胞移植到癫（疒间）鼠的海马CA3区后，没有观察到细胞的迁移，说明细胞的内部特点在细胞迁移中也起到了一定的作用。Kelly等[9]将人NSC （hNSC） 移植到正常鼠的非神经发生区，结果细胞的迁移方向为非目标性的，呈放射状向四周迁移；当移植到有损伤的脑内 （如缺血等） 或神经发生区，hNSC则呈有目标性迁移。这些结果显示了两种迁移方式：短距离的放射状迁移可能由NSC的内部特性所决定，而长距离的目标性迁移则依赖局部发出的环境信号的影响。9 l& r: ]! u4 g1 \# r
3 K8 t4 L l u A本研究中移植的NSC能够迁移到海马各区和齿状回，其原因可能有两个：一是KA癫（疒间）鼠的癫（疒间）反复发作造成海马CA3区和门区的损伤，刺激局部产生一些合适因子；二是海马结构为神经发生区，本身就能产生一些必要的具有趋化或相斥作用的因子引导细胞迁移。
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5 ?6 b" ]- V, ^3.5 移植后NSC的分化 本研究结果显示：在移植点，NSC主要分化为表达GFAP的细胞，即星形胶质细胞，约占80%；而迁移到海马和齿状回的NSCs则以分化为表达MAP阳性的神经元为主，约占91%。+ K0 h& q' u: Z; k3 V; ? K
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NSC的分化与微环境密切相关，有研究表明：在非神经发生区的成年脑区，移植NSC只产生神经胶质细胞，而在神经发生区则能产生大量的与该区表型相同的神经元[10]。因此，NSC具有广泛的发育潜能，产生的细胞类型及功能受细胞外因素的强烈影响。本研究将NSC移植于海马CA3区后迁移到海马各区和齿状回，其神经元的分化比例较高，可能与成年脑的海马区具有神经再生潜能有关，海马内微环境因素有利于迁移到该区的NSC存活并分化为神经元。在移植点内，大部分细胞表达GFAP，其意义可能有两个：①有利于细胞向远处迁移。虽然星形胶质细胞在NSC的迁移过程中的作用还不清楚，其可能是防止NSC在到达目的地之前离开合适路径的屏障，同时也分泌一些因子为沿途NSC的存活提供一个合适的微环境。②星形胶质细胞在一定条件下可以逆转为NSC，最终分化为神经元。在海马损伤的脑内，GFAP阳性细胞可以重新表达nestin，因此有人认为：成年脑内GFAP标记的星形胶质细胞具有干细胞的功能[11]。5 p/ @" N$ z) I" {! C$ Z6 q: K
1 c, `& J) i6 t本研究在细胞分化方面还进行了GABA能神经元的鉴定，结果发现：其在门区和CA3区的分化比例较高。GABA能神经元的分化，为抑制癫（疒间）发作提供了物质基础。
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: A" g3 ]' o4 q2 _) u+ q1 g3.6 分化的神经元与宿主之间的整合 整合的结构基础是相互之间形成突触，而突触素是突触小泡的特异性外侧膜蛋白，它可以作为轴突终末特异性标记物，与神经递质的释放直接相关，而神经递质又是神经元实现功能的介质，因此以突触素作为突触的特异性标志物既有生物学的专一性，又有生理学的相关性[12]。本研究结果表明：在移植细胞周围和胞体上有明显的宿主细胞突触素的表达，证明移植细胞和宿主细胞之间已形成结构上的整合。7 D5 O: r( k+ V P0 o) M- g1 O4 H
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发表于 2015-5-22 19:22
