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· 综述 ·
影响神经干细胞定向分化因素的研究进展
方鑫 , 王芙蓉 , 姜亚平
【中图分类号 】R741 . 05 【文献标识码 】A 【文章编号 】10042 1648 (2008) 012 00752 02
基金项目: 国家自然科学基金资助项目 (30500167)
作者单位: 430030武汉,华中科技大学同济医学院附属同济医
院神经内科
通讯作者: 王芙蓉
神经干细胞 (NSC)具有自我更新和多分化潜能属性 ,可
分化产生神经元、 星形胶质细胞和少突胶质细胞 ,这使得 NSC
移植替代神经系统疾病中丢失的细胞成为可能。NSC在胚胎
和成体中枢神经系统均存在。NSC移植在体内环境下 (尤其
是非神经发生区域 )绝大多数分化成胶质细胞 (星形胶质细
胞 ) ,有可能会加重胶质瘢痕形成。在中枢神经系统疾病的
NSC细胞替代治疗策略中 , NSC分化成合适的细胞类型显得
格外重要。现就影响 NSC定向分化的因素作一综述。
1 影响 NSC向神经元分化的因素
1 . 1 Nurr1 Nurr1是一种细胞核受体 ,其对中脑多巴胺能神
经元发育是必需的。Sousa等[ 1 ]
研究发现原代培养的表达
Nurr1的 NSC,提高了中脑多巴胺能神经元存活 ,而且使其更
能对抗氧化应激。在发育中的多巴胺能神经元 ,Nurr1调控黏
蛋白 2 C基因表达。在离体和 Nurr1基因敲除小鼠观察到存在
低水平的黏蛋白 2 C mRNA。微点阵分析黏蛋白 2 C基因敲除小
鼠显示 Nurr1阳性细胞数目增加 ,在孕 11 . 5 d时形成酪氨酸
羟化酶 (TH) 阳性的多巴胺能神经元。这表明黏蛋白 2 C延缓
Nurr1阳性神经前体细胞分化为多巴胺能神经元。该实验表
明 Nurr1是 NSC向多巴胺能神经元分化和存活的关键调控因
子。Shi m等[ 2 ]
从成体大鼠脑室下区和白质分离出神经前体
细胞 ,用 Nurr1过表达后促进神经前体细胞分化产生有功能
的多巴胺能神经元。Ki m等[ 3 ]
详细分析在发育中的腹侧中
脑 ,显示多巴胺祖细胞区域有 Ngn2和 Mash1表达 ,它们是碱
性螺旋 2 环 2 螺旋 ( bHLH)转录因子。过表达 Ngn2或 Mash1诱
导来源于中脑腹侧的神经祖细胞出现神经发生 (产生新的神
经元 )。但即使在分裂素存在的情况下 ,Ngn2抑制细胞分裂
及神经元产生。Mash1在保留神经发生潜力的同时 ,仍然允
许神经祖细胞分裂。过表达 Ngn2或 Mash1来源的新生神经
元没有表现出多巴胺神经元标记物 (如 TH)阳性 ,Nurr1过表
达以剂量依赖方式增加了 TH水平 (但亦包含神经元和胶质
细胞 ) ,提示 Nurr1是 TH神经元非特异性激活。同时转染
Nurr1及 Ngn2或 Mash1导致小部分 TH阳性神经元产生。该
实验得出结论:多种转录因子促使神经祖细胞首先向神经元
分化 ,然后再向多巴胺表型分化 ,然而可能需要更多的因子产
生完全有功能的多巴胺神经元。
1 . 2 垂体腺苷酸环化酶激活肽 ( PACAP) 已经有证据表明
PACAP在神经系统发育中起作用。Hir ose等[ 4 ]
研究发现
PACAP对神经干 /祖细胞分化有细胞系选择决定作用。通过
观察神经球 (NSC悬浮生长形成神经球 )的形成发现 , PACAP
抑制碱性成纤维成长因子 ( bFGF)诱导增殖 (自我更新 )。
PACAP增加了微管相关蛋白 2 (MAP2)阳性神经元数目 ,但没
有影响巢素 ( nestin,NSC标记物 )、 胶质纤维酸性蛋白 (GFAP,星形胶质细胞标记物 )及 CNP (少突胶质细胞标记物 )阳性细
胞数量。该实验表明 PACAP抑制神经祖细胞的自我更新能
力 ,而诱导其向早期神经元分化。
1 . 3 生长因子和神经营养因子 Tarasenko等[ 5 ]
研究不同的
生长因子单独或联合运用 [如表皮生长因子 ( EGF)、 白血病抑
制因子 (L IF)、 bFGF等 ]对人类 NSC分化的影响。发现层黏
连蛋白促进 NSC向神经元分化;在含有 EGF和 bFGF组或
EGF、 bFGF和 L IF组 NSC显著分化产生胆碱能神经元。该实
验结果提示人类 NSC有很高的可塑性 ,其增殖和分化依赖不
同的生长因子。Ren等[ 6 ]
研究不同的培养基如何影响 NSC分
化成胆碱能神经元。NSC在含有 bFGF和肝素的培养基中培
养 ,可以检测到胆碱乙酰基转移酶 (ChAT)阳性细胞 ,从而证
实 NSC分化为胆碱能神经元。当层黏连蛋白加入到含肝素
的培养基中 ,出现更多的 ChAT阳性细胞。该实验说明在培
养基中 bFGF和肝素对于 NSC分化为胆碱能神经元是必须
的 ,层黏连蛋白在此过程中是重要的积极因素。Calza等[ 7 ]
用
免疫毒素 192 I gG2 皂草素损毁大鼠基底前脑胆碱能系统 (制成
Alzhei mer病损毁动物模型 ) ,并由脑室给予 EGF或 bFGF,为
期 14 d。14 d后给予神经生长因子 (NGF) ,为期 14 d,同时由
饮食途径给予维甲酸 1个月。发现 EGF和 bFGF均能增加脑
室下区增殖细胞 (内源性 NSC)数目。经水迷宫测验显示大鼠
症状改善 ,海马胆碱乙酰转移酶活性增强。该实验表明分裂
素、 维甲酸、 NGF处理可以作用于内源性 NSC,达到胆碱能神
经元脑修复。 Ishii等[ 8 ]
发现在脊髓损伤中 ,用抗睫状神经营
养因子 (CNTF)抗体阻滞 CNTF可以减少移植的 NSC分化 ,产
生星形胶质细胞 ,促进皮质脊髓束纤维 (宿主轴索 )再生。
1 . 4 维甲酸信号途径 在发育中的脊髓 ,维甲酸信号调控有
丝分裂期后的运动神经元 ......
影响神经干细胞定向分化因素的研究进展
方鑫 , 王芙蓉 , 姜亚平
【中图分类号 】R741 . 05 【文献标识码 】A 【文章编号 】10042 1648 (2008) 012 00752 02
基金项目: 国家自然科学基金资助项目 (30500167)
作者单位: 430030武汉,华中科技大学同济医学院附属同济医
院神经内科
通讯作者: 王芙蓉
神经干细胞 (NSC)具有自我更新和多分化潜能属性 ,可
分化产生神经元、 星形胶质细胞和少突胶质细胞 ,这使得 NSC
移植替代神经系统疾病中丢失的细胞成为可能。NSC在胚胎
和成体中枢神经系统均存在。NSC移植在体内环境下 (尤其
是非神经发生区域 )绝大多数分化成胶质细胞 (星形胶质细
胞 ) ,有可能会加重胶质瘢痕形成。在中枢神经系统疾病的
NSC细胞替代治疗策略中 , NSC分化成合适的细胞类型显得
格外重要。现就影响 NSC定向分化的因素作一综述。
1 影响 NSC向神经元分化的因素
1 . 1 Nurr1 Nurr1是一种细胞核受体 ,其对中脑多巴胺能神
经元发育是必需的。Sousa等[ 1 ]
研究发现原代培养的表达
Nurr1的 NSC,提高了中脑多巴胺能神经元存活 ,而且使其更
能对抗氧化应激。在发育中的多巴胺能神经元 ,Nurr1调控黏
蛋白 2 C基因表达。在离体和 Nurr1基因敲除小鼠观察到存在
低水平的黏蛋白 2 C mRNA。微点阵分析黏蛋白 2 C基因敲除小
鼠显示 Nurr1阳性细胞数目增加 ,在孕 11 . 5 d时形成酪氨酸
羟化酶 (TH) 阳性的多巴胺能神经元。这表明黏蛋白 2 C延缓
Nurr1阳性神经前体细胞分化为多巴胺能神经元。该实验表
明 Nurr1是 NSC向多巴胺能神经元分化和存活的关键调控因
子。Shi m等[ 2 ]
从成体大鼠脑室下区和白质分离出神经前体
细胞 ,用 Nurr1过表达后促进神经前体细胞分化产生有功能
的多巴胺能神经元。Ki m等[ 3 ]
详细分析在发育中的腹侧中
脑 ,显示多巴胺祖细胞区域有 Ngn2和 Mash1表达 ,它们是碱
性螺旋 2 环 2 螺旋 ( bHLH)转录因子。过表达 Ngn2或 Mash1诱
导来源于中脑腹侧的神经祖细胞出现神经发生 (产生新的神
经元 )。但即使在分裂素存在的情况下 ,Ngn2抑制细胞分裂
及神经元产生。Mash1在保留神经发生潜力的同时 ,仍然允
许神经祖细胞分裂。过表达 Ngn2或 Mash1来源的新生神经
元没有表现出多巴胺神经元标记物 (如 TH)阳性 ,Nurr1过表
达以剂量依赖方式增加了 TH水平 (但亦包含神经元和胶质
细胞 ) ,提示 Nurr1是 TH神经元非特异性激活。同时转染
Nurr1及 Ngn2或 Mash1导致小部分 TH阳性神经元产生。该
实验得出结论:多种转录因子促使神经祖细胞首先向神经元
分化 ,然后再向多巴胺表型分化 ,然而可能需要更多的因子产
生完全有功能的多巴胺神经元。
1 . 2 垂体腺苷酸环化酶激活肽 ( PACAP) 已经有证据表明
PACAP在神经系统发育中起作用。Hir ose等[ 4 ]
研究发现
PACAP对神经干 /祖细胞分化有细胞系选择决定作用。通过
观察神经球 (NSC悬浮生长形成神经球 )的形成发现 , PACAP
抑制碱性成纤维成长因子 ( bFGF)诱导增殖 (自我更新 )。
PACAP增加了微管相关蛋白 2 (MAP2)阳性神经元数目 ,但没
有影响巢素 ( nestin,NSC标记物 )、 胶质纤维酸性蛋白 (GFAP,星形胶质细胞标记物 )及 CNP (少突胶质细胞标记物 )阳性细
胞数量。该实验表明 PACAP抑制神经祖细胞的自我更新能
力 ,而诱导其向早期神经元分化。
1 . 3 生长因子和神经营养因子 Tarasenko等[ 5 ]
研究不同的
生长因子单独或联合运用 [如表皮生长因子 ( EGF)、 白血病抑
制因子 (L IF)、 bFGF等 ]对人类 NSC分化的影响。发现层黏
连蛋白促进 NSC向神经元分化;在含有 EGF和 bFGF组或
EGF、 bFGF和 L IF组 NSC显著分化产生胆碱能神经元。该实
验结果提示人类 NSC有很高的可塑性 ,其增殖和分化依赖不
同的生长因子。Ren等[ 6 ]
研究不同的培养基如何影响 NSC分
化成胆碱能神经元。NSC在含有 bFGF和肝素的培养基中培
养 ,可以检测到胆碱乙酰基转移酶 (ChAT)阳性细胞 ,从而证
实 NSC分化为胆碱能神经元。当层黏连蛋白加入到含肝素
的培养基中 ,出现更多的 ChAT阳性细胞。该实验说明在培
养基中 bFGF和肝素对于 NSC分化为胆碱能神经元是必须
的 ,层黏连蛋白在此过程中是重要的积极因素。Calza等[ 7 ]
用
免疫毒素 192 I gG2 皂草素损毁大鼠基底前脑胆碱能系统 (制成
Alzhei mer病损毁动物模型 ) ,并由脑室给予 EGF或 bFGF,为
期 14 d。14 d后给予神经生长因子 (NGF) ,为期 14 d,同时由
饮食途径给予维甲酸 1个月。发现 EGF和 bFGF均能增加脑
室下区增殖细胞 (内源性 NSC)数目。经水迷宫测验显示大鼠
症状改善 ,海马胆碱乙酰转移酶活性增强。该实验表明分裂
素、 维甲酸、 NGF处理可以作用于内源性 NSC,达到胆碱能神
经元脑修复。 Ishii等[ 8 ]
发现在脊髓损伤中 ,用抗睫状神经营
养因子 (CNTF)抗体阻滞 CNTF可以减少移植的 NSC分化 ,产
生星形胶质细胞 ,促进皮质脊髓束纤维 (宿主轴索 )再生。
1 . 4 维甲酸信号途径 在发育中的脊髓 ,维甲酸信号调控有
丝分裂期后的运动神经元 ......
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