范飛燕

（中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院，遼寧 沈陽 110001）

?綜述?

小生境與神經(jīng)干細(xì)胞相互作用研究進(jìn)展

范飛燕

（中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院，遼寧 沈陽 110001）

神經(jīng)干細(xì)胞的自我更新和分化成神經(jīng)系統(tǒng)有賴于神經(jīng)干細(xì)胞小生境。而成人腦干細(xì)胞小生境的成分已被確定：神經(jīng)干細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)、基底膜、可溶性因子、脈管系統(tǒng)等。小生境中的細(xì)胞之間相互交流、轉(zhuǎn)換，不斷地實(shí)時(shí)感知和響應(yīng)。促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞的增殖和分化。脈管系統(tǒng)是成體腦室下帶神經(jīng)干細(xì)胞小生境的重要成分。細(xì)胞外基質(zhì)通過調(diào)節(jié)黏著性和遷移能力等方面來調(diào)節(jié)神經(jīng)干細(xì)胞的形態(tài)、增殖和分化。

小生境；神經(jīng)干細(xì)胞；小生境細(xì)胞；脈管系統(tǒng)；細(xì)胞外基質(zhì)

神經(jīng)干細(xì)胞（NSCs）存在的微環(huán)境——神經(jīng)干細(xì)胞小生境,是一個(gè)與許多因素一起作用、復(fù)雜、動(dòng)態(tài)的微環(huán)境。成人腦干細(xì)胞小生境的細(xì)胞和分子成分已經(jīng)確定：NSCs、基質(zhì)細(xì)胞，細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）、基底膜、可溶性因子、脈管系統(tǒng)和細(xì)胞黏附等[1-2]。在神經(jīng)干細(xì)胞小生境中，無論是NSCs自身還是基質(zhì)細(xì)胞和其他動(dòng)態(tài)小生境成分必須不斷地實(shí)時(shí)感知和響應(yīng)，基于此而形成的一系列的動(dòng)態(tài)反饋又被認(rèn)為是調(diào)節(jié)NSCs命運(yùn)的一個(gè)關(guān)鍵因素[3]。

1 神經(jīng)干細(xì)胞小生境的組成和作用

1.1 成體神經(jīng)生發(fā)區(qū)解剖 目前已明確，在成年人腦內(nèi)終生存在兩個(gè)能產(chǎn)生大量神經(jīng)元的區(qū)域：側(cè)腦室的腦室下帶（SVZ）和海馬的顆粒下帶（SGZ）。

在SVZ中，小生境由以下成分構(gòu)成。成體NSCs相鄰的一層室管膜細(xì)胞（內(nèi)襯側(cè)腦室壁內(nèi)層）。存在于小生境中的NSCs靠近內(nèi)皮細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞、室管膜細(xì)胞、神經(jīng)元突起[4]。它不僅僅接收血液生成因子和腦脊液生成因子，也接收臨近細(xì)胞或遠(yuǎn)端傳入的信號(hào)。成體神經(jīng)細(xì)胞可遷移到相鄰的顆粒細(xì)胞層并成長為神經(jīng)元。腦室壁中，成體神經(jīng)干細(xì)胞小生境為獨(dú)特的“紙風(fēng)車型”結(jié)構(gòu)[5]。風(fēng)車的中心含有B1細(xì)胞的頂端末梢，在風(fēng)車周圍則包含兩個(gè)結(jié)構(gòu)上截然不同類型的室管膜細(xì)胞：其中一種是多纖毛的E1細(xì)胞，另一種則是具有纖毛以及非常復(fù)雜基體的E2細(xì)胞。

而在海馬SGZ小生境則有更多的層狀結(jié)構(gòu)，并有兩種假定的表達(dá)前體標(biāo)記物（Sox2）的NSCs。一種為徑向NSCs或1型祖細(xì)胞，有跨越相鄰顆粒細(xì)胞層的徑向突起，很少分裂，能夠表達(dá)GFAP和 Sox2。另一種是非徑向NSCs或2型祖細(xì)胞，有短突起，分裂得更多，能表達(dá)Sox2但不表達(dá)GFAP。但這兩種前體細(xì)胞之間的傳承關(guān)系尚不清楚。這些Sox2陽性前體細(xì)胞生成神經(jīng)細(xì)胞，遷移到相鄰的顆粒細(xì)胞層，在那里他們成熟為神經(jīng)元并融入海馬電路。至少其中一些Sox2陽性前體細(xì)胞在體內(nèi)能夠自我更新并生成星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元細(xì)胞，故而能滿足干細(xì)胞的標(biāo)準(zhǔn)[6]。

2 小生境對(duì)NSCs的影響

2.1 細(xì)胞間的相互作用 室管膜細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞都能產(chǎn)生對(duì)于NSCs自我更新和分化起重要作用的分子[7]。室管膜細(xì)胞合成分子如色素上皮衍生因子能調(diào)節(jié)成年SVZ神經(jīng)干細(xì)胞的增殖和分化。并且，室管膜細(xì)胞與NSCs還有出乎意料的“血統(tǒng)關(guān)系”。在缺血性中風(fēng)后，通常靜止的室管膜細(xì)胞會(huì)進(jìn)入SVZ，重新進(jìn)入細(xì)胞周期和生產(chǎn)嗅球神經(jīng)元。因此，室管膜細(xì)胞顯然變成了“神經(jīng)前體”。且在衰老期間或者微小病變后，室管膜細(xì)胞將會(huì)被取代。目前，尚不清楚為什么室管膜細(xì)胞能在微小的而非大的病變中被取代，但是這可能表明鄰近的室管膜細(xì)胞都需要成功的一代新的室管膜細(xì)胞[8]。

星形膠質(zhì)細(xì)胞在SGZ中調(diào)節(jié)NSCs分化。在海馬區(qū)內(nèi)，徑向NSCs的突起貫穿于整個(gè)粒細(xì)胞層；這意味著干細(xì)胞直接接觸成熟的顆粒神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞。成熟的海馬星形膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)的Wnt3a直接指示SGZ神經(jīng)干細(xì)胞生成神經(jīng)元。但同時(shí)星形膠質(zhì)細(xì)胞也可能在SVZ小生境中促進(jìn)少突膠質(zhì)細(xì)胞分化。少突膠質(zhì)細(xì)胞的生成依賴于小生境中的PDGFA。有研究證明，PDGFA是由星形膠質(zhì)細(xì)胞而非神經(jīng)元產(chǎn)生。這些發(fā)現(xiàn)表明，小生境星形膠質(zhì)細(xì)胞可能通過一個(gè)配體（Wnt3a）促進(jìn)神經(jīng)發(fā)生，并通過另一個(gè)配體（PDGFA）促進(jìn)少突膠質(zhì)細(xì)胞形成。

由此可見，小生境中細(xì)胞相互進(jìn)行交流、轉(zhuǎn)換，共同維持著小生境的活性。

2.2 神經(jīng)干細(xì)胞小生境的脈管系統(tǒng) 脈管系統(tǒng)是神經(jīng)干細(xì)胞小生境中的關(guān)鍵組成部分[9]。SVZ神經(jīng)干細(xì)胞小生境中有一種特殊性質(zhì)的平面脈管從。再生和穩(wěn)定時(shí)，NSCs及子代細(xì)胞將緊緊吸附在SVZ血管上。而缺乏星形膠質(zhì)細(xì)胞和周細(xì)胞包裹處常常出現(xiàn)再生現(xiàn)象。因此，脈管系統(tǒng)是成體SVZ神經(jīng)干細(xì)胞小生境的重要成分。

研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)皮祖細(xì)胞（EPC）的分泌因子能促進(jìn)成年小鼠的NSCs在體內(nèi)的自我更新。重組EPC因子1（45 kDa蛋白）促進(jìn)NSCs自我更新和體外的神經(jīng)發(fā)生。在成人SVZ的血管內(nèi)皮細(xì)胞，脈絡(luò)叢以及室管膜細(xì)胞均為表達(dá)EPC因子的小生境細(xì)胞成分。

況且在胚胎發(fā)生時(shí)和成人大腦的接受產(chǎn)后神經(jīng)發(fā)生的地區(qū)內(nèi)，NSCs、內(nèi)皮細(xì)胞前體被發(fā)現(xiàn)存在于在血管小生境中。神經(jīng)發(fā)生和血管形成之間的相互協(xié)調(diào)作用影響小生境的穩(wěn)態(tài)和發(fā)展[10]。這些都提示，血管生成和神經(jīng)生成關(guān)系密切，表明脈管系統(tǒng)是神經(jīng)干細(xì)胞小生境的重要組成成分之一。

2.3 NSCs外的基質(zhì)成分 ECM是由膠原蛋白、蛋白多糖、彈性蛋白和細(xì)胞外間質(zhì)糖蛋白4大家族組成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。它通過調(diào)節(jié)黏附性、遷移能力以及結(jié)合在胞外基質(zhì)上的各種生長因子和細(xì)胞因子來調(diào)節(jié)細(xì)胞的形態(tài)、黏附、增殖和分化[11]。有研究證明，在成人大腦中，在SVZ神經(jīng)源性區(qū)細(xì)胞亞群中表達(dá)的ShcA在SVZ神經(jīng)干細(xì)胞小生境的裝配或維護(hù)非常重要。它作為受體蛋白偶聯(lián)到被激活的表皮生長因子受體（EGFR）上來參與有絲分裂原活化的蛋白激酶（MAPK)通路。此外，一些擴(kuò)散、可溶性因子可以臨時(shí)綁定到ECM的成分如透明質(zhì)酸和層粘連蛋白上，從而進(jìn)一步修改小生境?；|(zhì)的密度本身又會(huì)影響細(xì)胞的遷移能力，而基質(zhì)剛度已被證明會(huì)影響NSCs的分化。而NSCs附近的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和毛細(xì)血管襯里內(nèi)皮細(xì)胞也通過基質(zhì)合成和降解來不斷地改造ECM。

3 結(jié)語

小生境是干細(xì)胞生長的微環(huán)境，是一個(gè)組織結(jié)構(gòu)、生理功能完整的有序整體。研究小生境細(xì)胞的增殖、自我更新、分化或靜止，可以更為清晰地了解干細(xì)胞及其環(huán)境，從而揭示出培養(yǎng)干細(xì)胞、擴(kuò)大干細(xì)胞生產(chǎn)和體外復(fù)制小生境更好的方法來，從而實(shí)現(xiàn)在人體外培養(yǎng)干細(xì)胞的可能，進(jìn)而利用干細(xì)胞的修復(fù)功能，發(fā)展用于更換、取代受損組織的治療方案，促進(jìn)干細(xì)胞移植療法在臨床上的應(yīng)用，促進(jìn)再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展。而深入研究小生境與NSCs的相互作用，將啟發(fā)對(duì)腦修復(fù)和包括癌癥在內(nèi)的病理過程起源的一個(gè)新思維，為中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷和疾病的研究提供新的思路和途徑。

[1] Song X, Xie T. DE-cadherin-mediated cell adhesion is essential for maintaining somatic stem cells in the Drosophila ovary[J]. Proc. Natl Acad. Sci. USA, 2002, 99(23): 14813-14818.

[2] Song X, Zhu CH, Doan C, et al. Germline stem cells anchored by adherens junctions in the Drosophila ovary niches[J]. Science, 2002, 296(5574): 1855-1857.

[3] Lampe KJ, Heilshorn SC. Building stem cell niches from the molecule up through engineered peptide[J]. Neuroscience Letters, 2012, 519(2): 141-146.

[4] Mirzadeh Z, Merkle FT, SorianoNavarro M, et al. Neural stem cells confer unique pinwheel architecture to the ventricular surface in neurogenic regions of the adult brain[J]. Cell Stem Cell, 2008, 3(3): 265-278.

[5] Fuentealba LC, Obernier K, Alvarez-Buylla A. Adult neural stem cells bridge their niche[J]. Cell Stem Cell, 2012, 10(6): 698-708.

[6] Miller FD, Gauthier-Fisher A. Home at last: neural stem cell niches defined[J]. Cell Stem Cell, 2009, 4(6): 507-510.

[7] Shen Q, Goderie SK, Jin L, et al. Endothelial cells stimulate self-renewal and expand neurogenesis of neural stem cells[J]. Science, 2004, 304(5675): 1338-1340.

[8] Nomura T, Catchpole T, Henkemeyer M, et al. EphB signaling controls lineage plasticity[J]. Cell Stem Cell, 2012, 7(6): 730-743.

[9] Tavazoie M, SilvaVargas V, Louissaint M, et al. A specialized vascular niche for adult neural stem cells[J]. Cell Stem Cell, 2008, 3(3):279-288.

[10] Barami K. Relationship of neural stem cells with their vascular niche: implications in the malignant progression of gliomas[J]. J Clin Neurosci, 2008, 15(11): 1193-1197.

[11] Lampe KJ, Heilshorn SC. Building stem cell niches from the molecule up through engineered peptide[J]. Neuroscience Letters, 2012, 519(2): 138- 146.

1672-7185（2014）22-0019-02

10.3969/j.issn.1672-7185.2014.22.009

2014-04-02）

R33

A