成年內(nèi)源性神經(jīng)前體細(xì)胞增殖、分化、定向遷移的可能機(jī)制

章潔1潘治斌2徐仁伵1

(南昌大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室，江西南昌330046)

關(guān)鍵詞〔〕內(nèi)源性神經(jīng)前體細(xì)胞；增殖；分化；定向遷移；機(jī)制

中圖分類號(hào)〔〕R741.02〔

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No.30560042，81160161)

通訊作者：徐仁伵 (1969-)，男，博士生導(dǎo)師，教授，主任醫(yī)師，主要從事肌萎縮側(cè)索硬化和帕金森病發(fā)病機(jī)制和防治的相關(guān)研究。

1南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科

2九江市第一人民醫(yī)院神經(jīng)科

第一作者：章潔 (1981-)，女，講師，博士，主要從事肌萎縮側(cè)索硬化和帕金森病發(fā)病機(jī)制和防治的相關(guān)研究。

神經(jīng)前體細(xì)胞(NPCs)具有三個(gè)極其重要的特征〔1〕：(1)能自我更新，擁有理論上無(wú)限產(chǎn)生后代的能力；(2)是增殖性的細(xì)胞，能持續(xù)有絲分裂；(3)是多潛能細(xì)胞，能分化為中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)不同的神經(jīng)外胚層譜系，包括大量不同的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)亞型。根據(jù)McKay〔2〕的定義，成年大腦內(nèi)的多潛能NPCs/神經(jīng)祖細(xì)胞是增殖性細(xì)胞，其自我更新能力比神經(jīng)干細(xì)胞(NSCs)更局限，可分化為至少兩種不同的細(xì)胞譜系；而譜系特有前體/祖細(xì)胞是指那些只能分化為某一種細(xì)胞譜系(如神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞)的細(xì)胞。前體細(xì)胞是一個(gè)較為寬泛的概念，在McKay等的定義里〔1，2〕，前體細(xì)胞是指發(fā)育過(guò)程中任何一個(gè)先于另一個(gè)細(xì)胞出現(xiàn)的細(xì)胞，所以NPCs既包括多潛能的NSCs、祖細(xì)胞，還包括譜系特有的神經(jīng)祖細(xì)胞、前體細(xì)胞。本文將就成年內(nèi)源性NPCs增殖、分化、定向遷移的可能機(jī)制作一綜述。

1成年CNS內(nèi)源性NPCs增殖、分化、定向遷移

成年CNS內(nèi)源性NPCs增殖、分化、定向遷移是指從NPCs產(chǎn)生功能性神經(jīng)細(xì)胞的過(guò)程〔3〕。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為這個(gè)過(guò)程只存在于哺乳動(dòng)物胚胎和圍生階段〔4〕。Altman等〔5〕的研究第一次開(kāi)創(chuàng)性地提供了解剖學(xué)證據(jù)，證明在出生后大鼠海馬體內(nèi)存在新產(chǎn)生的齒狀回顆粒細(xì)胞。Paton等〔6〕首先證實(shí)成年鳴禽前腦尾側(cè)新紋狀體的背內(nèi)側(cè)部確有新神經(jīng)元的形成，并且這些新生的神經(jīng)元在CNS內(nèi)發(fā)生了功能性的整合。Richards等〔7〕創(chuàng)造性地建立了體外培養(yǎng)成年哺乳動(dòng)物腦內(nèi)NSCs的方法，不僅證實(shí)了成年哺乳動(dòng)物腦內(nèi)存在NSCs，還為體外建立NSCs系提供了可能。一種核苷酸類似物溴脫氧尿嘧啶核苷(BrdU)作為譜系示蹤劑的應(yīng)用，使成年內(nèi)源性NPCs增殖、分化、定向遷移的研究領(lǐng)域發(fā)生了質(zhì)的飛躍，并最終確證在幾乎所有哺乳動(dòng)物包括人類大腦內(nèi)有長(zhǎng)達(dá)終生的持續(xù)神經(jīng)發(fā)生的存在〔8〕。當(dāng)前人們公認(rèn)的事實(shí)是：生理狀態(tài)下成年哺乳動(dòng)物的內(nèi)源性NPCs增殖、分化、定向遷移局限于大腦兩個(gè)區(qū)域，即海馬齒狀回的顆粒下區(qū)(SGZ)和側(cè)腦室外側(cè)壁的腦室下區(qū)(SVZ)，它是一個(gè)動(dòng)態(tài)、協(xié)調(diào)的過(guò)程，受各種生理、病理、藥理刺激的調(diào)節(jié)。生理狀態(tài)下成年CNS其他區(qū)域內(nèi)的內(nèi)源性NPCs增殖、分化、定向遷移極其有限，但能被損傷激活〔9〕。SGZ和SVZ兩區(qū)域NPC最大的區(qū)別在于SGZ區(qū)NPCs不能長(zhǎng)距離遷移，而位于SVZ的NPCs可以長(zhǎng)距離遷移，這使得SVZ的NPCs區(qū)別于海馬NPCs成為研究神經(jīng)細(xì)胞增殖、遷移和分化的最佳模型〔10〕。新的齒狀回顆粒細(xì)胞產(chǎn)生于SGZ，而新神經(jīng)元產(chǎn)生于SVZ并沿吻側(cè)遷移流(RMS)朝嗅球區(qū)遷移分化為嗅覺(jué)中間神經(jīng)元〔11〕。

1.1成年SVZ區(qū)內(nèi)源性NPCs的增殖、分化、定向遷移

1.1.1SVZ區(qū)NPCs的種類大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為只有來(lái)源于SVZ的細(xì)胞才能自我更新并產(chǎn)生神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞〔12〕。在成年哺乳動(dòng)物SVZ區(qū)，共有四類細(xì)胞：室管膜細(xì)胞(E型細(xì)胞)、星形膠質(zhì)細(xì)胞(B型細(xì)胞)、過(guò)渡-擴(kuò)增細(xì)胞(TAC)(C型細(xì)胞)和成神經(jīng)細(xì)胞(A型細(xì)胞)〔13，14〕。室管膜細(xì)胞分布在側(cè)腦室壁，有多根運(yùn)動(dòng)纖毛，其擺動(dòng)可參與控制側(cè)腦室的腦脊液流動(dòng)。位于SVZ區(qū)的神經(jīng)膠質(zhì)酸性蛋白(GFAP)表達(dá)陽(yáng)性的星形膠質(zhì)細(xì)胞能產(chǎn)生新神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞〔15〕，也能產(chǎn)生被稱作TAC的NPCs，擔(dān)當(dāng)了干細(xì)胞的角色。TAC被認(rèn)為是介于成體干細(xì)胞與其終末分化子細(xì)胞之間的一類祖細(xì)胞或前體細(xì)胞〔16〕，增殖活躍，能產(chǎn)生成神經(jīng)細(xì)胞。成神經(jīng)細(xì)胞形成鏈?zhǔn)骄奂w，循RMS朝嗅球區(qū)遷移、分化。因?yàn)槿狈ο鄳?yīng)的特殊標(biāo)志物，成年SVZ區(qū)NPCs的鑒別和分類仍很困難，但GFAP+的星形膠質(zhì)細(xì)胞能表達(dá)諸如Musashi，LeX/ssea-1，Sox2，Id和Nestin等NSCs標(biāo)志物〔13，17～19〕。

1.1.2SVZ區(qū)的內(nèi)源性NPCs增殖、分化的調(diào)節(jié)幾種胞外信號(hào)及其下游通路協(xié)同調(diào)節(jié)SVZ區(qū)NPCs的增殖和分化。側(cè)腦室狹窄的空間里排列著眾多SVZ區(qū)NPCs，NPCs間近距接觸并相互作用，影響彼此的增殖狀態(tài)。例如，NPCs表面的碳水化合物能調(diào)節(jié)成年SVZ區(qū)NPCs間的相互作用，碳水化合物連接蛋白(Galectin-1)是各種NPCs的關(guān)鍵調(diào)節(jié)物，由成年SVZ區(qū)GFAP+的星形膠質(zhì)細(xì)胞分泌〔20〕。Galectin-1缺乏將減少SVZ區(qū)的NPCs增殖，而注入外源性Galectin-1將激活其增殖，這表明Galectin-1能積極調(diào)節(jié)SVZ區(qū)NPCs的增殖。酪氨酸激酶受體-配體系統(tǒng)對(duì)于NPCs間的相互作用也很重要，如酪氨酸激酶受體(EphA/B)，雖然其下游信號(hào)分子未知，但已得知受體本身是在SVZ區(qū)表達(dá)并能調(diào)節(jié)NPCs增殖〔21〕。

Notch信號(hào)途徑是許多細(xì)胞間相互作用的另一關(guān)鍵因素。在胚腦發(fā)育階段，Notch是維持NPCs最具決定性的調(diào)節(jié)劑。Dlk1是一種Notch配體，在出生后SVZ區(qū)的GFAP+星形膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，并能維持NPCs〔22〕。即使是在成年大腦內(nèi)，Notch信號(hào)活動(dòng)依然能在SVZ區(qū)的GFAP+星形膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)被觀察到。在表達(dá)nestin的細(xì)胞里，Notch信號(hào)途徑的組分之一Rbpj的條件性敲除能導(dǎo)致SVZ區(qū)NPCs的徹底丟失〔23〕。SVZ區(qū)NPCs內(nèi)的Notch信號(hào)途徑也受外界因素調(diào)節(jié)，例如，增強(qiáng)的表皮生長(zhǎng)因子(EGF)受體(EGFR)信號(hào)同時(shí)降低了SVZ區(qū)Notch1的表達(dá)和GFAP+NSCs的數(shù)量，但增加了TAC的數(shù)量，說(shuō)明在Notch和EGFR通路間的相互作用調(diào)節(jié)了NSCs/NPCs數(shù)量的平衡。此外，色素上皮衍生因子由SVZ區(qū)室管膜細(xì)胞和血管分泌，能在Notch活動(dòng)較弱的GLAST+Sox+的NPCs內(nèi)增強(qiáng)依賴Notch的靶基因的轉(zhuǎn)錄，包括Hes1和Egfr，證明了成年SVZ區(qū)NPCs的血管調(diào)節(jié)由Notch信號(hào)介導(dǎo)。

NPCs廣泛地分布于SVZ區(qū)并能產(chǎn)生各種類型的嗅腦神經(jīng)元，它們可能有清楚的區(qū)域?qū)Ｒ恍?。Shh信號(hào)途徑局限于成年SVZ區(qū)的腹側(cè)區(qū)域，是早期神經(jīng)發(fā)育腹軸的決定因素，也決定了NPCs的腹側(cè)專一化，這些NPCs能在嗅球區(qū)產(chǎn)生特殊的神經(jīng)元后代〔24〕。 胚腦發(fā)育過(guò)程中背軸的決定因素-成骨蛋白(BMP)信號(hào)途徑也被認(rèn)為與成年SVZ區(qū)的內(nèi)源性NPCs增殖、分化、定向遷移相關(guān)〔25〕，雖然這一途徑是否決定NPCs的背側(cè)專一化還不清楚。Shh、BMP等通路進(jìn)行的區(qū)域?qū)Ｒ换苷{(diào)節(jié)NPCs的增殖，有助于神經(jīng)元后代的多樣性。

Wnt蛋白是哺乳動(dòng)物神經(jīng)發(fā)育過(guò)程中重要的可溶性調(diào)節(jié)劑，它有兩條清楚的下游通路。經(jīng)典的Wnt通路由β-catenin介導(dǎo)，β-catenin同時(shí)起著細(xì)胞骨架成分和轉(zhuǎn)錄因子的作用。在缺乏Wnt刺激時(shí)，β-catenin會(huì)被酪蛋白激酶Ⅰ和糖原合成酶液酶3(GSK3)β磷酸化，并持續(xù)被泛素蛋白酶系統(tǒng)降解。 然而，Wnt介導(dǎo)的GSK3β的抑制作用阻止了β-catenin的降解，隨之非磷酸化的β-catenin移位到胞核，促進(jìn)對(duì)發(fā)育有重要作用的基因的轉(zhuǎn)錄。應(yīng)用Axin抑制蛋白2(Axin2)-d2增強(qiáng)型綠色熒光蛋白小鼠可在體內(nèi)監(jiān)測(cè)到β-catenin的激活，經(jīng)典的Wnt/β-catenin信號(hào)途徑在成年SVZ區(qū)的星形膠質(zhì)細(xì)胞和TAC內(nèi)被激活〔26〕，注射攜帶了活化型β-catenin或高度選擇性GSK3β抑制劑的逆轉(zhuǎn)錄病毒均可激活Wnt/β-catenin信號(hào)途徑，促進(jìn)TAC的增殖，最終導(dǎo)致嗅球區(qū)新神經(jīng)元數(shù)量的增加。這些結(jié)果表明Wnt/β-catenin信號(hào)途徑能在成年SVZ區(qū)積極調(diào)節(jié)NPCs的增殖。

另一方面，非經(jīng)典Wnt通路由Wnt/平面細(xì)胞極性(PCP)信號(hào)途徑介導(dǎo)，通過(guò)c-Jun氨基末端激酶(JNK)和Rho GTP酶調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架的動(dòng)態(tài)變化和細(xì)胞極性。Diversin是存在于哺乳動(dòng)物的、與果蠅PCP蛋白Diego同源的一種蛋白，是經(jīng)典與非經(jīng)典Wnt通路的組分。Diversin能在新生和成年SVZ和齒狀回區(qū)的成神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)表達(dá)〔27〕。在成年SVZ區(qū)，逆轉(zhuǎn)錄病毒介導(dǎo)的Diversin的過(guò)表達(dá)促進(jìn)了成神經(jīng)細(xì)胞的增殖，而突變的Diversin，因?yàn)槿狈?duì)于激活Wnt/PCP通路很重要的錨蛋白重復(fù)結(jié)構(gòu)域，就失去了這種促進(jìn)作用，表明Wnt/PCP通路對(duì)于成神經(jīng)細(xì)胞的增殖是必需的。

兩個(gè)Wnt通路在調(diào)節(jié)SVZ區(qū)NPCs的增殖上有明確的功能，Wnt/β-catenin通路控制TAC的增殖，Wnt/PCP通路調(diào)節(jié)成神經(jīng)細(xì)胞的增殖。因?yàn)镈iversin被囊括在兩條通路里，它可能就扮演著SVZ區(qū)分子開(kāi)關(guān)的角色——使NPCs轉(zhuǎn)變?yōu)樯窠?jīng)細(xì)胞。

1.1.3RMS的NPCs遷移NPCs從SVZ區(qū)高速遷移至嗅腦區(qū)，這些細(xì)胞形成了 “鏈”式拉長(zhǎng)細(xì)胞群〔28〕。在RMS里，鏈?zhǔn)降倪w移中的NPCs被星形膠質(zhì)細(xì)胞所包繞，遷移NPCs鏈的形成和包繞著的膠質(zhì)細(xì)胞導(dǎo)管是成年RMS的兩個(gè)明顯特征〔29〕。

有好幾種蛋白能積極調(diào)節(jié)鏈的形成。例如，缺乏細(xì)胞表面受體ErbB4和ApoER2的小鼠在RMS里就沒(méi)有鏈的形成和遷移，導(dǎo)致到達(dá)嗅球區(qū)新生神經(jīng)元的數(shù)量減少〔30〕。細(xì)胞外基質(zhì)相關(guān)的分子比如α6β1-integrin和去整合素樣金屬蛋白酶2(ADAM2)也與NPCs鏈的形成相關(guān)〔31，32〕。

多唾液酸神經(jīng)細(xì)胞黏附分子(PSA-NCAM)是一種在RMS的NPCs表面高度表達(dá)的細(xì)胞黏附分子，NCAM基因刪除或其PSA部分被酶降解均可導(dǎo)致遷移中的NPCs積聚在RMS里〔33〕。PSA部分的負(fù)電荷可能通過(guò)減少NPCs間的黏附而增加細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)性，導(dǎo)致平滑有效的鏈遷移〔34〕。

因?yàn)殒準(zhǔn)絅PCs必須從SVZ區(qū)遷移很長(zhǎng)距離到達(dá)嗅球區(qū)，故正確的遷移方向顯得很重要。據(jù)報(bào)道SVZ區(qū)NPCs的遷移方向由Slit因子決定，Slit因子通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架而控制發(fā)育大腦的軸突導(dǎo)向〔35〕。研究顯示Slit因子由透明隔和脈絡(luò)叢分泌，能排斥源于SVZ區(qū)的遷移NPCs〔36〕，但其機(jī)制不甚明了。SVZ區(qū)NPCs的遷移方向與室管膜纖毛擺動(dòng)產(chǎn)生的腦脊液流的方向一致〔35〕。將外源性Slit蛋白注射入側(cè)腦室后將在背側(cè)SVZ區(qū)形成與腦脊液流的方向平行的濃度梯度，其尾區(qū)信號(hào)最強(qiáng)而喙區(qū)信號(hào)最弱。一種纖毛形成缺陷的突變小鼠——Tg737orpk小鼠，在SVZ區(qū)會(huì)出現(xiàn)異常的Slit梯度和紊亂的鏈遷移。這些結(jié)果表明由室管膜纖毛擺動(dòng)產(chǎn)生的Slit的濃度梯度決定了NPCs的遷移方向。

出生后早期，發(fā)育中的室管膜細(xì)胞需要兩種細(xì)胞極性：平移極性和旋轉(zhuǎn)極性〔37〕?；w前葉的遷移(平移極性)和室管膜細(xì)胞內(nèi)協(xié)調(diào)的纖毛擺動(dòng)(旋轉(zhuǎn)極性)對(duì)于腦脊液流的形成很重要。研究顯示非肌肉myosin Ⅱ蛋白和Wnt/PCP通路能調(diào)節(jié)平移極性和旋轉(zhuǎn)極性的產(chǎn)生〔38，39〕。

排斥機(jī)制對(duì)于NPCs從SVZ區(qū)到RMS的運(yùn)動(dòng)至關(guān)重要，但因?yàn)榫嚯x太遠(yuǎn)，此機(jī)制對(duì)于從RMS朝嗅球區(qū)的遷移作用稍差，取而代之的是能指明方向的由嗅球分泌的誘導(dǎo)因子。例如由嗅球區(qū)小顆粒層和球旁層表達(dá)的原動(dòng)蛋白質(zhì)(PK2)，其受體Prokr2由在RMS里遷移的NPCs表達(dá)。PK2敲除和Prokr2突變的小鼠在RMS里出現(xiàn)遷移NPCs的積聚，表明PK2可能是NPCs朝嗅球區(qū)遷移的誘導(dǎo)因素〔40〕。其他生長(zhǎng)/營(yíng)養(yǎng)因子例如肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)因子、腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDNF)、膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子和神經(jīng)突起導(dǎo)向因子等在體內(nèi)外也顯示出對(duì)于NPCs的誘導(dǎo)性〔41～44〕。

在RMS里，NPCs在膠質(zhì)管里遷移，據(jù)報(bào)道膠質(zhì)管能通過(guò)細(xì)胞間分子作用支持它們的長(zhǎng)距離細(xì)胞遷移。例如，由遷移中的NPCs分泌的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)γ-氨基丁酸被RMS里的星形膠質(zhì)細(xì)胞攝取，引起遷移速度的負(fù)調(diào)控〔45〕。RMS里星形膠質(zhì)細(xì)胞分泌的谷氨酸能激活遷移NPCs的N-甲基-天冬氨酸受體，這些受體在NPCs進(jìn)入嗅球區(qū)突觸網(wǎng)絡(luò)之前能促進(jìn)它們的存活〔46〕。RMS里星形膠質(zhì)細(xì)胞在膠質(zhì)管內(nèi)與血管相互作用并捕獲由室管膜細(xì)胞分泌的BDNF，BDNF導(dǎo)致RMS里與血管相關(guān)的NPCs的遷移〔47〕。研究表明Robo2由RMS里的星形膠質(zhì)細(xì)胞大量表達(dá)，分泌Slit1的遷移NPCs能排斥表達(dá)Robo的星形膠質(zhì)細(xì)胞，從而調(diào)節(jié)膠質(zhì)管的發(fā)生，導(dǎo)致有效的NPCs遷移〔48〕。Slit蛋白還能通過(guò)各種細(xì)胞內(nèi)通路改變遷移NPCs的骨架結(jié)構(gòu)。在Slit1-/-小鼠的RMS里，NPCs的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和遷移會(huì)被破壞。為了驗(yàn)證NPCs是否調(diào)節(jié)膠質(zhì)管的形成，運(yùn)用抗有絲分裂的藥物Ara-C清除遷移NPCs之后，可觀察到膠質(zhì)管的結(jié)構(gòu)變得雜亂無(wú)章。這些結(jié)果表明在RMS里不論是有效的遷移還是膠質(zhì)管的形成都需要Slit-Robo介導(dǎo)的排斥信號(hào)。

遷移NPCs有著兩極性，帶有一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的頭端突起和短短的尾部突起。PKCζ、GSK3β通過(guò)控制中心體的定位而調(diào)節(jié)NPCs的極性，并導(dǎo)致細(xì)胞骨架的動(dòng)態(tài)重組，其中包括微管和肌動(dòng)蛋白纖維絲的變化。肌動(dòng)蛋白連接的Akt底物Girdin對(duì)于NPCs的鏈?zhǔn)竭w移是必需的，表明肌動(dòng)蛋白骨架的調(diào)節(jié)對(duì)鏈?zhǔn)竭w移很重要〔49〕。mDia是RhoGTP酶的下游效應(yīng)劑，在NPCs的遷移過(guò)程中通過(guò)調(diào)節(jié)F-actin的動(dòng)態(tài)變化參與中心體的運(yùn)動(dòng)和核轉(zhuǎn)位〔50〕。核轉(zhuǎn)位在雙皮質(zhì)素突變小鼠的NPCs遷移過(guò)程中被擾亂，表明雙皮質(zhì)素起到了微管相關(guān)因子的作用〔51〕。研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞周期素依賴蛋白激酶-5(CDK5)是一種存在于發(fā)育大腦中的微管調(diào)節(jié)劑，能對(duì)新生RMS里NPCs的遷移起到有效的作用。條件性敲除CDK5小鼠在RMS鏈的形成、遷移速度和NPCs的極性等方面表現(xiàn)出了缺陷，表明CDK5在這個(gè)過(guò)程中是必需的〔52〕。

上述研究闡明了鏈的形成、NPCs的遷移以及膠質(zhì)管形成的機(jī)制，然而，細(xì)胞內(nèi)骨架調(diào)節(jié)劑的活化過(guò)程和動(dòng)態(tài)變化在鏈遷移的過(guò)程中如何被整合還未闡明。與其他類型細(xì)胞的遷移不同，RMS里形成鏈的NPCs通過(guò)持續(xù)改變鄰近細(xì)胞的黏附性而沿著它們遷移，NPCs鏈可能不僅提供一個(gè)簡(jiǎn)單的遷移橋梁，還為鏈內(nèi)有效遷移提供了積極有益的信號(hào)，更多關(guān)于鏈遷移的細(xì)節(jié)有待于進(jìn)一步闡明。

1.1.4嗅球區(qū)神經(jīng)元的成熟和轉(zhuǎn)變?cè)诘竭_(dá)嗅球區(qū)后，呈鏈?zhǔn)竭w移的NPCs分離為單個(gè)細(xì)胞并開(kāi)始在嗅球區(qū)呈輻射狀遷移。PK2除了可吸引RMS里的NPCs朝嗅球遷移外，還可促進(jìn)細(xì)胞從鏈中分離出來(lái)。Reelin由成年嗅球區(qū)的僧帽細(xì)胞分泌，能促進(jìn)鏈的分離并能促進(jìn)大腦神經(jīng)元的定位〔53〕。另一種分離信號(hào)分子Tenascin-R的表達(dá)被嗅覺(jué)信息調(diào)節(jié)，表明活性依賴的神經(jīng)元鏈的分離是存在的〔54〕。

大多數(shù)新生神經(jīng)元分化為顆粒細(xì)胞層的顆粒細(xì)胞，除此之外，少數(shù)新神經(jīng)元繼續(xù)呈輻射狀遷移并到達(dá)位于嗅球表層的嗅小球，在那兒分化為球周細(xì)胞。這兩類成年時(shí)期出現(xiàn)的神經(jīng)元是γ-氨基丁酸能中間神經(jīng)元，并終其一生持續(xù)更新〔55〕。這些神經(jīng)元據(jù)報(bào)道有各種嗅覺(jué)功能，例如嗅覺(jué)學(xué)習(xí)和氣味辨別〔56，57〕。

嗅球區(qū)新神經(jīng)元的成熟由內(nèi)外因素動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。幾項(xiàng)基因敲除小鼠的研究表明嗅球中間神經(jīng)元亞型的產(chǎn)生需要轉(zhuǎn)錄因子Pax6、Sp8等〔58，59〕。另一方面，一些外部因素包括來(lái)自嗅覺(jué)感覺(jué)神經(jīng)元的嗅覺(jué)信號(hào)和來(lái)自于更高級(jí)大腦中心的輸入信號(hào)對(duì)于嗅球區(qū)新神經(jīng)元的成熟也很重要。

因?yàn)樾崆蚴切嵊X(jué)刺激的主要處理中心，直接接受由嗅覺(jué)上皮細(xì)胞里的嗅覺(jué)感覺(jué)神經(jīng)元傳遞過(guò)來(lái)的嗅覺(jué)信號(hào)，嗅覺(jué)輸入對(duì)于嗅球新神經(jīng)元的存活是決定性因素。幾項(xiàng)應(yīng)用嗅覺(jué)缺失小鼠〔60〕、嗅覺(jué)喪失模型〔61〕和各類氣味劑〔62〕的研究表明嗅覺(jué)訊息促進(jìn)了嗅球新生神經(jīng)元的存活。最近一項(xiàng)研究表明餐后新顆粒細(xì)胞會(huì)被清除，且嗅覺(jué)喪失可促進(jìn)這一過(guò)程〔63〕，故嗅覺(jué)訊息能調(diào)節(jié)嗅球新生神經(jīng)元的整合過(guò)程。

此外，嗅球還接受來(lái)自大腦中心的信號(hào)輸入。據(jù)報(bào)道如去甲腎上腺素能信號(hào)、血清素能信號(hào)等在嗅球區(qū)均受神經(jīng)支配〔64〕。乙酰膽堿在學(xué)習(xí)和記憶的過(guò)程中是一種重要的神經(jīng)遞質(zhì)，嗅球的顆粒細(xì)胞層和小球?qū)邮芑浊澳X膽堿能神經(jīng)元支配，表明膽堿能信號(hào)可能影響嗅球區(qū)成熟或不成熟的中間神經(jīng)元。研究發(fā)現(xiàn)表達(dá)PSA-NCAM的遷移NPCs和成熟的顆粒細(xì)胞都能表達(dá)多種乙酰膽堿受體，并與嗅球區(qū)的膽堿能纖維保持聯(lián)系〔65〕。通過(guò)注射乙酰膽堿抑制劑Donepezil而抑制膽堿能系統(tǒng)，可促進(jìn)嗅球區(qū)新生神經(jīng)元的存活而不影響SVZ區(qū)細(xì)胞的增殖。這些結(jié)果表明嗅球區(qū)新生神經(jīng)元的存活依賴于膽堿能系統(tǒng)活性的調(diào)節(jié)，同時(shí)也受末梢信號(hào)的調(diào)節(jié)。

成年嗅球區(qū)存活的新神經(jīng)元在功能上被整合成成熟的環(huán)路。在這個(gè)過(guò)程中，新神經(jīng)元顯示出高度的可塑性，這一可塑性可被嗅覺(jué)訊息增強(qiáng)〔66〕。最近一項(xiàng)研究表明新神經(jīng)元突觸的可塑性能持續(xù)好幾個(gè)月，有助于嗅球環(huán)路可塑性的生成〔67〕。嗅球區(qū)的中間神經(jīng)元不斷更新，衰老的中間神經(jīng)元通過(guò)凋亡被清除，這一過(guò)程能被嗅覺(jué)訊息調(diào)節(jié)。雖然神經(jīng)元的這些變化被認(rèn)為是成年嗅球區(qū)可塑性和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)，但因?yàn)楹茈y在活體成年動(dòng)物體內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)控單個(gè)神經(jīng)元，故丟失的細(xì)胞和替代細(xì)胞間的關(guān)系仍未完全闡明。

最近有報(bào)道稱應(yīng)用體內(nèi)雙光子激光掃描顯微鏡能觀察到活體動(dòng)物球周細(xì)胞的變化〔68〕，因?yàn)檫@種方法能實(shí)時(shí)觀察嗅小球區(qū)，故能用于探測(cè)除穩(wěn)定存在的神經(jīng)元之外新增和淘汰的神經(jīng)元，該研究證明嗅覺(jué)訊息能動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)活體動(dòng)物體內(nèi)球周細(xì)胞的增減〔69〕。為了弄清丟失和新生神經(jīng)元之間的時(shí)空關(guān)系，Sawada 等創(chuàng)立了針對(duì)球周細(xì)胞進(jìn)行體內(nèi)雙光子激光蝕除的方法，該法能選擇性去除體內(nèi)的目的神經(jīng)元。激光蝕除的神經(jīng)元可被相同亞型的神經(jīng)元以依賴嗅覺(jué)訊息的方式補(bǔ)充。這些結(jié)果表明，嗅覺(jué)訊息調(diào)節(jié)著神經(jīng)元的轉(zhuǎn)變，這一點(diǎn)有助于嗅球結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。另一個(gè)值得注意的發(fā)現(xiàn)是同一位置的丟失神經(jīng)元和新生神經(jīng)元樹(shù)突的方向不同，表明這些神經(jīng)元維持了他們樹(shù)突的可塑性。

幾項(xiàng)研究顯示嗅覺(jué)訊息調(diào)節(jié)著嗅球區(qū)新神經(jīng)元的存活，還有研究揭示衰竭的顆粒細(xì)胞在顆粒細(xì)胞層的相同區(qū)域被同一亞型的神經(jīng)元補(bǔ)充替代〔70〕，而成年后出現(xiàn)的嗅覺(jué)中間神經(jīng)元有可能轉(zhuǎn)變?yōu)樘厥鈦喰汀?9〕。嗅球中間神經(jīng)元的轉(zhuǎn)變對(duì)于嗅覺(jué)功能的維持和可塑性是重要的，對(duì)神經(jīng)元轉(zhuǎn)變的時(shí)空調(diào)節(jié)作進(jìn)一步分析，這將幫助理解該轉(zhuǎn)變是如何有助于嗅球區(qū)結(jié)構(gòu)、功能的可塑性和穩(wěn)定性。

1.2成年SGZ區(qū)內(nèi)源性NPCs的增殖、分化、定向遷移

1.2.1SGZ區(qū)NPCs的種類研究顯示，在成年海馬齒狀回區(qū)有個(gè)別表達(dá)GFAP的放射狀膠質(zhì)細(xì)胞樣細(xì)胞(RGLs)能自我更新，并能產(chǎn)生神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞，表明這些RGLs具有成年NPCs的多分化潛能〔71〕。另有一項(xiàng)研究〔72〕發(fā)現(xiàn)，基礎(chǔ)狀況下應(yīng)用抗有絲分裂藥物消除增殖迅速的NPCs后，SGZ區(qū)有新神經(jīng)元的產(chǎn)生。而Suh等〔73〕認(rèn)為，在成年，表達(dá)性別決定相關(guān)基因簇2(Sox2)的非放射狀細(xì)胞是能產(chǎn)生新神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)的活躍的NPCs。對(duì)成年SGZ區(qū)少量Sox2+的NPCs長(zhǎng)達(dá)3 w的譜系示蹤表明：這些表達(dá)Sox2的細(xì)胞集落以單個(gè)細(xì)胞的形式出現(xiàn)，或以細(xì)胞對(duì)的形式出現(xiàn)，這些細(xì)胞對(duì)由一個(gè)Sox2+的NPCs和一個(gè)神經(jīng)元或一個(gè)星形膠質(zhì)細(xì)胞組成，表明它們的自我更新是有限的和單潛能的。雖然仍存在激烈的爭(zhēng)議，但這些結(jié)論并非相互排斥，在成人大腦內(nèi)可能有多種NPCs并存〔74〕。

1.2.2SGZ區(qū)成熟神經(jīng)元的產(chǎn)生在成年SGZ區(qū)，增殖性放射狀和非放射狀NPCs產(chǎn)生中間的祖細(xì)胞，轉(zhuǎn)而產(chǎn)生神經(jīng)細(xì)胞。不成熟的神經(jīng)元遷移到內(nèi)部的顆粒細(xì)胞層并分化為海馬區(qū)的齒狀顆粒細(xì)胞。在數(shù)天之內(nèi)，新生神經(jīng)元朝著分子層伸出樹(shù)突，并通過(guò)門區(qū)朝CA3區(qū)伸出軸突〔75〕。新生神經(jīng)元被周圍的中間神經(jīng)元所釋放的γ-氨基丁酸激活〔76〕，γ-氨基丁酸能依次調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖和成熟、樹(shù)突的發(fā)育和新生神經(jīng)元的突觸整合；另一方面，谷氨酸通過(guò)N-甲基-D-天冬氨酸受體(NMDAR)依賴的機(jī)制調(diào)節(jié)SGZ區(qū)新生神經(jīng)元的存活〔77〕。在經(jīng)歷了一系列轉(zhuǎn)變之后，成年后新生的神經(jīng)元顯示出與成熟神經(jīng)元相似的基本電生理特征，例如可以發(fā)送信號(hào)、γ-氨基丁酸能和谷氨酸能傳入神經(jīng)的動(dòng)力學(xué)特征也相似，但其他特征仍然不同〔78〕，比如在特定的發(fā)育階段顯示出更高的興奮性和更強(qiáng)的突觸可塑性〔79〕。

對(duì)于成年SGZ和SVZ區(qū)來(lái)說(shuō)，其內(nèi)源性NPCs增殖、分化、定向遷移的可能過(guò)程有顯著的相似性，包括壁龕的組成、維持NPCs池的信號(hào)通路、新神經(jīng)元整合的時(shí)間順序、存活的關(guān)鍵時(shí)期、可塑性的增強(qiáng)，以及對(duì)于學(xué)習(xí)和記憶的作用等。例如，在成年SGZ和SVZ區(qū)，應(yīng)用抗有絲分裂的藥物Ara-C去除增殖活躍的子細(xì)胞后，可激活靜止的星形膠質(zhì)細(xì)胞樣細(xì)胞以維持持續(xù)的神經(jīng)發(fā)生。成年SGZ和SVZ區(qū)NPCs內(nèi)Notch1或Rbpj被敲除之后，能觀察到相似的效應(yīng)-靜止期NPCs的耗盡和持續(xù)性神經(jīng)發(fā)生的減少〔80〕。Shh信號(hào)能在星形膠質(zhì)細(xì)胞樣細(xì)胞中被激活，并能維持成年SGZ和SVZ區(qū)的內(nèi)源性NPCs增殖、分化、定向遷移〔81〕。SGZ區(qū)的星形膠質(zhì)細(xì)胞也可分泌Wnt3，通過(guò)完整的Wnt/β-catenin信號(hào)途徑促進(jìn)NPCs的增殖并使其轉(zhuǎn)化成神經(jīng)元〔82〕。另外，許多神經(jīng)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)基因也能調(diào)節(jié)成年內(nèi)源性NPCs增殖、分化、定向遷移。在成年SGZ區(qū)，與早發(fā)家族性阿爾茨海默病相關(guān)的人類早老蛋白(PS)在小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)的表達(dá)將減少NPCs的增殖，并將改變神經(jīng)元的分化命運(yùn)〔83〕，而PS1在前腦興奮性神經(jīng)元中的缺失將影響海馬內(nèi)源性NPCs增殖、分化、定向遷移〔84〕，涉及Notch通路的PS1突變也會(huì)削弱成年SVZ區(qū)NPCs細(xì)胞的自我更新和分化能力〔85〕。在缺乏脆性X智力減退蛋白(FMRP)的小鼠體內(nèi)，成年SGZ區(qū)NPCs的增殖和膠質(zhì)細(xì)胞的分化得到加強(qiáng)，這一增強(qiáng)是通過(guò)Wnt/GSK3β/β-catenin/ neurogenin1信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)的，而成年嗅球區(qū)新生顆粒細(xì)胞中的棘密度和長(zhǎng)度都得到了增加〔86〕。

成年SGZ和SVZ區(qū)內(nèi)源性NPCs的增殖、分化、定向遷移過(guò)程也有不同之處，包括壁龕的結(jié)構(gòu)、神經(jīng)元亞型的分化、新生神經(jīng)元的遷移等。如成年海馬區(qū)的內(nèi)源性NPCs增殖、分化、定向遷移定位于齒狀回，SGZ區(qū)富集了不同的神經(jīng)末梢，并具有能被不同神經(jīng)遞質(zhì)調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)環(huán)路。相反，SVZ并未駐留于密集的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中，并在生理上與新生神經(jīng)元的整合之地-嗅球分離開(kāi)來(lái)。

2成年受損CNS內(nèi)的內(nèi)源性NPCs增殖、分化、定向遷移

2.1疾病對(duì)SVZ區(qū)內(nèi)源性NPCs增殖、分化、定向遷移的影響各種病理狀況影響著成年大腦內(nèi)源性NPCs的增殖、分化、定向遷移，據(jù)報(bào)道神經(jīng)退行性疾病(包括阿爾茨海默氏病、帕金森病和亨廷頓病)和腦損傷(如創(chuàng)傷、缺氧、缺血)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍艽碳こ赡瓴溉閯?dòng)物大腦SVZ區(qū)內(nèi)源性NPCs的增殖、分化、定向遷移〔87〕。大腦中動(dòng)脈栓塞模型(MCAO)常被用于研究損傷大腦SVZ區(qū)內(nèi)源性NPCs的增殖、分化、定向遷移，在這一模型里，紋狀體和背外側(cè)皮層被破壞，這些區(qū)域的成熟神經(jīng)元遭遇了細(xì)胞死亡。MCAO后，損傷附近出現(xiàn)了能表達(dá)微管相關(guān)蛋白(DCX)的NPCs，隨之成年SVZ區(qū)內(nèi)源性NPCs的增殖、分化、定向遷移上調(diào)，然而這些NPCs中只有一小部分分化為紋狀體的成熟神經(jīng)元〔88〕。

MCAO之后的第一個(gè)反應(yīng)是SVZ細(xì)胞增殖的加強(qiáng)。研究表明在受損的紋狀體和血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)〔89〕，各種趨化因子和生長(zhǎng)因子，包括表皮生長(zhǎng)因子(EGF)在內(nèi)的表達(dá)均上調(diào)，從而刺激了SVZ細(xì)胞的增殖。但究竟是何種細(xì)胞能對(duì)SVZ區(qū)的EGF作出反應(yīng)還未知。有研究認(rèn)為MCAO后SVZ區(qū)的TAC細(xì)胞能對(duì)EGF的上調(diào)作出反應(yīng)，數(shù)量增加并表達(dá)出EGFR〔90〕，EGF的上調(diào)還可增加受損區(qū)NPCs的數(shù)量。

第二個(gè)反應(yīng)是在缺血半暗帶DCX+細(xì)胞的出現(xiàn)。這些DCX+細(xì)胞顯示出遷移的形態(tài)，表示它們正在從某處向受損區(qū)遷移〔88〕，幾種血管源性因子和炎癥因子例如促血管生成素-1和SDF-1都參與了遷移過(guò)程〔91～93〕，但這些DCX+的起源還未知。Yamashita等〔92〕證明了這些DCX+細(xì)胞來(lái)源于SVZ區(qū)的GFAP+的星形膠質(zhì)細(xì)胞并朝受損區(qū)遷移，此外，受損的紋狀體內(nèi)有一些遷移中的NPCs形成鏈并與血管和星形膠質(zhì)細(xì)胞有緊密的聯(lián)系，這使得它們更易利用血管作為有效遷移的橋梁。有研究證實(shí)源于SVZ區(qū)的NPCs沿著血管朝損傷紋狀體遷移〔94〕，它們的遷移速度能被CXCR4降低，表明趨化因子參與了這一脈管引導(dǎo)的遷移過(guò)程。

成年RMS為細(xì)胞遷移提供了一個(gè)專門的自由環(huán)境，與之相反，受損紋狀體內(nèi)的NPCs必須沿著復(fù)雜的神經(jīng)元環(huán)路遷移，而星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞的活化以及隨后形成的神經(jīng)膠質(zhì)瘢痕會(huì)不利于NPCs向損傷區(qū)的遷移。為何在損傷大腦內(nèi)NPCs形成鏈狀并沿血管遷移，是什么機(jī)制引導(dǎo)NPCs朝損傷區(qū)遷移，神經(jīng)元是如何通過(guò)復(fù)雜、不利的環(huán)境遷移的，理解了遷移NPCs及其周邊微環(huán)境間相互作用的機(jī)制，就能為新的治療方法-利用成年大腦內(nèi)源性NPCs促進(jìn)丟失的神經(jīng)元環(huán)路的再生-提供新的視角〔87，95〕。

2.2疾病對(duì)SGZ區(qū)內(nèi)源性NPCs增殖、分化、定向遷移的影響病理狀態(tài)雙向調(diào)節(jié)著成年SGZ區(qū)內(nèi)源性NPCs的增殖、分化、定向遷移。癲癇能促進(jìn)SGZ和SVZ區(qū)的細(xì)胞增殖〔96〕，在成年SGZ區(qū)，癲癇導(dǎo)致新生神經(jīng)元誤遷移至海馬門區(qū)，還能導(dǎo)致異常的樹(shù)突生長(zhǎng)和苔狀纖維環(huán)式聯(lián)系〔97〕，并能改變新生顆粒細(xì)胞γ-氨基丁酸能和谷氨酸能突觸輸入的電生理特性〔98〕。成年內(nèi)源性NPCs增殖、分化、定向遷移的另一個(gè)誘發(fā)因素是局灶性或全腦性的缺血〔99〕。腦卒中能誘發(fā)細(xì)胞增殖，并能導(dǎo)致新生神經(jīng)元朝損傷區(qū)遷移，但這些神經(jīng)元大部分無(wú)法長(zhǎng)期存活，據(jù)推測(cè)是因?yàn)槿狈δ苄缘穆?lián)系和營(yíng)養(yǎng)支持〔100〕。

另一方面，各類慢性應(yīng)激會(huì)減少成年SGZ區(qū)的細(xì)胞增殖，而急性應(yīng)激對(duì)于細(xì)胞增殖和新神經(jīng)元存活的效應(yīng)則依賴于動(dòng)物的種屬及性別〔101〕。神經(jīng)退行性變對(duì)于成年內(nèi)源性NPCs增殖、分化、定向遷移的影響也是非常復(fù)雜的〔102〕，小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞的活化以及外周巨噬細(xì)胞的浸潤(rùn)會(huì)引起許多有害物質(zhì)的過(guò)度釋放，如細(xì)胞因子、趨化因子、神經(jīng)遞質(zhì)和活性氧簇等。比如，在阿爾茨海默病的動(dòng)物模型中，異常的γ-氨基丁酸信號(hào)影響了SGZ區(qū)NPCs的分化和新生神經(jīng)元的樹(shù)突生長(zhǎng)〔103〕。在胰島素缺乏的大鼠和胰島素抵抗的小鼠身上，糖尿病通過(guò)糖皮質(zhì)激素介導(dǎo)的機(jī)制削弱了成年SGZ區(qū)的細(xì)胞增殖〔104〕。

成年SGZ區(qū)內(nèi)源性NPCs增殖、分化、定向遷移的另一個(gè)負(fù)性調(diào)節(jié)因素是炎癥，可以由損傷、神經(jīng)退行性疾病或放射引起〔105〕。由放射引起的炎癥不僅削弱了成年SGZ區(qū)NPCs的增殖能力、阻止其向神經(jīng)元轉(zhuǎn)變，還能干擾SGZ區(qū)的微環(huán)境，這一作用是通過(guò)活化小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量的增加和異常血管的形成實(shí)現(xiàn)的，最終可導(dǎo)致對(duì)內(nèi)源性和移植性NPCs增殖、分化、定向遷移的持久抑制〔106〕。

在病理狀態(tài)下，最主要的挑戰(zhàn)可能還是闡明成年SGZ區(qū)內(nèi)源性NPCs增殖、分化、定向遷移的細(xì)胞和分子調(diào)節(jié)機(jī)制。很多學(xué)者正在做出諸多努力，如探索新的標(biāo)志物以鑒別神經(jīng)源性過(guò)程，利用遺傳修飾的小鼠作為模型，以分析某些疾病獲得了哪些特殊的細(xì)胞或失去了哪些功能。這些機(jī)制方面的研究最終能為再生醫(yī)學(xué)提供新的治療策略。

3展望

現(xiàn)在知道成年大腦的神經(jīng)發(fā)生由復(fù)雜的生物學(xué)事件組成：起源、遷移、分化和新神經(jīng)元的維持。雖然調(diào)節(jié)成年內(nèi)源性NPCs增殖、分化、定向遷移的很多分子和細(xì)胞機(jī)制已經(jīng)闡明，但將這些發(fā)現(xiàn)整合起來(lái)綜合理解這一復(fù)雜系統(tǒng)顯得更為重要。眾所周知，在成年大腦內(nèi)，海馬區(qū)的背側(cè)和腹側(cè)與學(xué)習(xí)/記憶以及有效行為有關(guān)，而嗅球與嗅覺(jué)相關(guān)。在最初發(fā)現(xiàn)新生大鼠海馬體存在神經(jīng)發(fā)生不久，Altman等〔5〕提出新生神經(jīng)元對(duì)于學(xué)習(xí)和記憶是關(guān)鍵性的。過(guò)去數(shù)年來(lái)該領(lǐng)域的研究數(shù)據(jù)如此之多，對(duì)于細(xì)胞、環(huán)路、系統(tǒng)和行為水平的分析，證實(shí)了成年期新生神經(jīng)元對(duì)于海馬和嗅球關(guān)鍵性的作用。成年內(nèi)源性NPCs能通過(guò)增殖、分化和定向遷移增加新神經(jīng)元，重建成熟神經(jīng)元環(huán)路，并有助于成年大腦結(jié)構(gòu)和功能的塑造，在成年受損大腦內(nèi)內(nèi)源性NPCs還有一個(gè)重要角色，即再生出新神經(jīng)元以代替丟失的神經(jīng)元，這一內(nèi)在的潛力需要在未來(lái)的研究中進(jìn)一步探究。基因程序、環(huán)境和動(dòng)物的內(nèi)在變化同時(shí)調(diào)節(jié)著成年內(nèi)源性NPCs增殖、分化、定向遷移的過(guò)程，期望未來(lái)關(guān)于各種動(dòng)物生理和病理狀態(tài)的研究將增強(qiáng)對(duì)于這一過(guò)程生物功能和重要性的理解。

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〔2013-11-09修回〕

(編輯袁左鳴)