神经干细胞与神经营养因子 - 国内文献区干细胞之家



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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)

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      【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
   　　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# H3 ], W) ]0 E- u

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　　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。
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　　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。
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　　2EGF- L6 N! n' w- _( a0 A. H& z

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　　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。
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　　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〕。

　　3NGF) b5 M. ~+ N: `' i9 ]* [! M! |! k

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8 Z, ~$ t# v, [2 X. t
　　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〕。" D" _; \) o& p! J* l* y

　　4脑源性神经营养因子（BDNF）0 P6 L( V6 p4 y7 O; B0 i0 a- M2 x
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　　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〕。
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　　5睫状神经营养因子（ciliary neurotrophic factor，CNTF）
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　　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胰岛素样生长因子（insulinlike growth factor，IGF)

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　　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〕。
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　　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〕。' h$ s; c  W9 ~5 p( o. H' p

　　7胶质细胞源性神经营养因子(glial cell linederived neurotrophic factor，GDNF)  C$ A# i7 X2 {5 H6 i! g3 U4 t

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4 M& q& ^$ O+ O7 J/ H6 j5 B' [+ a# \5 {
　　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〕。

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　　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〕。
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　　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〕。- l6 K7 b$ Z+ p
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　　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。( X2 h$ N0 y# b4 f/ H! H
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