王俊娟 張立群

（四川大學 華西基礎醫(yī)學與法醫(yī)學院，成都 610041）

1 簡介

在成體的神經(jīng)系統(tǒng)中是否存在干細胞一直是一個頗具爭議的話題。一直以來人們普遍認為，一旦胚胎和新生兒時期中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)環(huán)路形成，任何新生神經(jīng)元的出現(xiàn)可能會擾亂腦的信息傳遞，抑制腦的正常功能［1］。然后自上世紀60 和70 年代Joseph Altman 和Michael Kaplan 利用H－胸腺嘧啶標記的方法在光鏡和電鏡下發(fā)現(xiàn)成年大鼠和貓的嗅球、海馬和新皮質存在新生神經(jīng)元以來，成年哺乳動物的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)發(fā)生引起了神經(jīng)科學家的極大的興趣。后來，人們又通過溴化脫氧尿嘧啶核苷（bromodeoxyuridine，BrdU）標記技術了證實成年哺乳動物（如嚙齒類動物、貓、樹鼩、猴、人類）的側腦室室下帶（subventricular zone，SVZ）和海馬齒狀回的顆粒下帶（subgranular zone，SGZ）存在著神經(jīng)干細胞和生理性神經(jīng)發(fā)生，以維持嗅球和海馬的神經(jīng)元的更新。近年來，細胞譜系追蹤、免疫熒光技術和轉基因技術的廣泛應用，使得神經(jīng)發(fā)生的得到了更深入了解。

2 成年神經(jīng)干細胞的分布

目前人們最為公認及研究最多的是SVZ 和SGZ兩個神經(jīng)發(fā)生區(qū)。此外，紋狀體、膈區(qū)、新皮質新生神經(jīng)元的發(fā)現(xiàn)也引起了研究者較多的關注。

2.1 室下帶

SVZ是指沿著整個側腦室外側壁分布的區(qū)域。主要有A、B、C和E 細胞。E 細胞，即室管膜細胞，一種高度分化的單層上皮細胞，具有絨毛結構，無分裂能力。A、B、C細胞借著E細胞與和側腦室隔開。B型Nestin和GFAP陽性星形膠質細胞［2］，即SVZ神經(jīng)干細胞可以分裂增殖形成C 型細胞（未成熟的過渡擴增細胞），C 型細胞快速分裂形成PSANCAM，Tuji陽性的A 型細胞，A 型細胞即成神經(jīng)細胞，在嗅球處存活、分化、成熟。

從SVZ產(chǎn)生的祖細胞沿著吻側遷移流（rostral migratory stream，RMS）切線遷移，不需要放射狀膠質細胞支持。RMS主要由兩種類型細胞組成，即成神經(jīng)細胞和星型膠質細胞。成神經(jīng)細胞存在于RMS全長并保持分裂特性，到達嗅腦的中央?yún)^(qū)后分別朝周邊的顆粒細胞層和球周細胞層遷移，最終分化為球周細胞和顆粒細胞，形成新的神經(jīng)元并整合入原來的神經(jīng)環(huán)路［3］。祖細胞的遷移路線高度局限化，從SVZ區(qū)到嗅球約需要2～6天時間，在嚙齒類動物細胞遷移距離可達5mm。

2.2 顆粒下帶

SGZ的細胞分為兩類重要的細胞：一種是巢蛋白、GFAP，Sry相關HMG 框基因轉錄因子Sox2陽性的B型細胞［4］。這些B 型細胞雖然呈現(xiàn)GFAP陽性，但功能和形態(tài)與成熟星形膠質細胞并不相同。第二種細胞為B細胞分裂產(chǎn)生的D 型細胞，與B細胞不同的是，D 型細胞不表達GFAP，開始表達某些神經(jīng)元的特異性標記，但依然具有分裂能力的細胞。D 細胞繼續(xù)分化，形成新生的神經(jīng)元。然后SGZ新生神經(jīng)元區(qū)別與SVZ區(qū)的的新生神經(jīng)元，他們僅在齒狀回的顆粒細胞層內(nèi)遷移、存活、成熟和整合［5］，并不經(jīng)歷長途遷移的過程。

2.3 新皮質

目前認為紋狀體、新皮質存在新生神經(jīng)元［6］，但具體的細胞形態(tài)以及新生神經(jīng)元的來源尚存爭議。上世紀80 年代，Nottebohm 及其同事發(fā)現(xiàn)處于求偶期的成年鳥類的鳴叫系統(tǒng)相關的新紋狀體（一個緊鄰新皮質的神經(jīng)核團）有著大量的側腦室周圍來源的新生神經(jīng)元，這些新生神經(jīng)元能夠整合到原有的神經(jīng)環(huán)路中，在這些鳥類的歌唱學習過程中起著重要的作用［7］。Gould及其同事1999 年發(fā)現(xiàn)靈長類動物的新皮質存在新生神經(jīng)元，并且指出新生神經(jīng)元與新皮質的認知功能密切相關［8］。體外實驗發(fā)現(xiàn)成年哺乳動物新皮質的許多區(qū)域能分離出神經(jīng)干細胞［9］，同時損傷可以導致新皮質出現(xiàn)增殖分裂的細胞和新生神經(jīng)元。如中風之后SVZ 區(qū)域的神經(jīng)發(fā)生增強，新生成的成神經(jīng)細胞通過皮質側向遷移流的方式定向遷移至紋狀體和一些較深位置的皮質損傷區(qū)的邊緣［10］。另外，外源性植入的胚胎神經(jīng)元或神經(jīng)祖細胞可以定向遷移至受損新皮質區(qū)域［11］。但是在生理情況下是否存在神經(jīng)發(fā)生以及病理生理情況下神經(jīng)發(fā)生的過程具體如何，目前尚無定論。

3 神經(jīng)發(fā)生的調控

許多新生的神經(jīng)元會在數(shù)周內(nèi)死去，他們的存活受到多種機制的調控。神經(jīng)發(fā)生的調控包括干細胞和祖細胞的增殖、分化、存活、成熟、遷移并整合入原有的神經(jīng)環(huán)路這些過程的各個層面。但各個層面的調控最終都會在分子調控上發(fā)生作用。

3.1 信號通路

Notch是在動物中廣泛存在且高度保守的一條信號傳導途徑。該通路由各種因子激活、對多種不成熟細胞分化的起信號抑制作用。Breunig等通過基因敲除的方式阻斷Notch通路，缺少Notch信號的小鼠在SGZ出現(xiàn)急劇增多的新生神經(jīng)元和和少量的GFAP陽性的細胞，提示在成體動物神經(jīng)發(fā)生過程中Notch的通路阻斷可以促進神經(jīng)祖細胞分化。通過逆轉錄病毒激活Notch可以使遷移至OB途中的前體細胞停止遷移、分化［12］。正常情況下，Notch被激活后可以抑制下游的MASH1 和NeuroD1兩個轉錄因子轉錄，因此當Notch被抑制時，MASH1和NeuroD1兩個轉錄因子轉錄，而Mash1的激活可以促進SGZ 的干細胞往神經(jīng)膠質細胞發(fā)育［13］，NeuroD1則可以促進SGZ 和嗅球的細胞分化［14］。上述實驗均證實了再成年動物神經(jīng)發(fā)生的過程中，Notch在維持細胞的“干”性中具有重要作用，Notch通路如一個重要的開關，決定著神經(jīng)祖細胞的分化與否。雖然Notch 在神經(jīng)發(fā)生的過程中重要性已被研究者普遍認同，因涉及的分子繁多，目前Notch的激活機制尚不十分明了。

3.2 神經(jīng)遞質

GABA 是成人大腦的主要抑制性神經(jīng)遞質，能導致成熟的神經(jīng)元的超極化。然而在胚胎的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，以及成人大腦中的神經(jīng)發(fā)生前期GABA 卻起著去極化的作用［15］。GABA 作用由興奮到抑制作用的轉化，在未成熟神經(jīng)細胞增殖、分化、遷移、成熟的各個環(huán)節(jié)都起著關鍵性作用。GABA 通過引起細胞的去極化，導致電壓門控鈣通道的打開，升高細胞內(nèi)Ca2＋濃度。Ca2＋通過影響細胞骨架的動力學而影響神經(jīng)祖細胞的遷移，GABA 也被認為通過調節(jié)Ca2＋和NeuroD 控制細胞周期而使細胞增殖抑制，促進細胞分化［16］。最重要的是，Ge等［17］發(fā)現(xiàn)，GABA 介導的興奮性作用直接影響著未成熟細胞的樹突棘形成。通過基因手段或者使用GABA拮抗劑減弱GABA 的作用，發(fā)現(xiàn)在SVZ和SGZ區(qū)的成熟神經(jīng)元的數(shù)量，SVZ－RMS 的未成熟的神經(jīng)細胞遷移明顯加快［15］，以及新生神經(jīng)元樹突發(fā)育嚴重障礙［17］。因此，GABA 在神經(jīng)發(fā)生的過程中被認為起著抑制干細胞增殖，促進細胞分化，控制細胞遷移速度的重要作用。在新生神經(jīng)元出生后2 到4周，新生細胞對GABA 的反應由去極化變成超極化，并且樹突棘的密度逐漸增加，同時發(fā)育出NMDA 受體，成為成熟的神經(jīng)元。興奮性氨基酸可以通過激活NMDA 受體促進海馬的神經(jīng)發(fā)生，NMDA 受體拮抗劑處理的大鼠海馬顆粒層細胞增多，s期細胞也明顯增加［18］。

3.3 神經(jīng)因子

某些神經(jīng)因子如BDNF、FGF、IGF 與神經(jīng)元的存活和分化、遷移，特別是功能性突觸形成和突觸可塑性有關。已有研究表明BDNF［19］、FGF［20］在注入腦內(nèi)后明顯增加成年老鼠大腦是新生神經(jīng)元數(shù)目，影響小鼠神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過程中神經(jīng)元的遷移.目前已有學者證實BDNF／TrkB 信號通路是Numb 蛋白介導對于神經(jīng)元遷移的重要影響因素［21］。

3.4 其他因素

影響神經(jīng)發(fā)生的因素極為復雜，行為、疾病、環(huán)境、神經(jīng)電活動等都可以通過不同分子機制影響神經(jīng)發(fā)生。Adlard通過四周的輪轉練習特異性的強化小鼠的行為，發(fā)現(xiàn)增加2月齡、4月齡、15月齡小鼠的BDNF，海馬不同部位的神經(jīng)元數(shù)量的顯示出較大的差異。異常電活動如G 癲癇的發(fā)作可以增加的無功能性神經(jīng)元的生成。而年齡、壓力、應激等則可以明顯減少新生神經(jīng)元的數(shù)量。

4 神經(jīng)發(fā)生研究的意義

目前認為大腦的神經(jīng)發(fā)生是大腦的自我更新、生理性穩(wěn)態(tài)的維持和高級神經(jīng)功能的執(zhí)行的結構基礎。例如SGZ的神經(jīng)發(fā)生對于海馬依賴的學習能力記憶情緒活動起著重要的作用［22］。神經(jīng)發(fā)生的研究有助于我們了解成年哺乳動物大腦的穩(wěn)定性和認知與行為功能的細胞和分子機制，同時有助于了解外傷性腦損傷、腦缺血或中風、精神應激、衰老、神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機制，它的研究對于這些疾病的診斷、治療和預防有著重大意義。

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