神經嵴干細胞的研究進展

楊 潔 張菁華

菏澤醫學專科學校組織胚胎教研室，山東省菏澤市 274611

神經嵴是脊椎動物胚胎早期發育過程中出現的暫時性結構，從低等動物魚類到高等動物人類具有極大的相似性。人胚發育第14天時，胚盤中軸區的外胚層局部增厚形成神經板，人胚18d左右時，神經板兩側緣增厚、隆起形成神經褶，神經褶進一步隆起、靠近與融合形成神經管［1］。外胚層與神經溝邊緣之間的神經外胚層細胞在神經管的背外側構成與神經管平行排列的兩條帶狀的細胞索，從中腦平面一直延伸至尾部［2，3］。由此遷出的神經嵴干細胞分布廣泛。由于神經嵴干細胞具有活躍的增殖能力和分化潛能，所以備受國內外學者的關注。

在神經褶閉合形成神經管的過程中，神經溝邊緣與表面外胚層相延續處的神經外胚層細胞游離出來，形成左右兩條與神經管平行排列的索狀細胞，即神經嵴，位于神經管的背外側和表面外胚層的下方，自中腦階段延伸至尾部［4］。神經嵴細胞具有多潛能性，可增殖并分化為不同類型的成熟組織和細胞。體內實驗證實，神經嵴干細胞的衍生物遍及了外、中、內三個胚層，包括周圍神經系統和腸神經系統的神經膠質、神經元、大部分的初級感覺神經元；內分泌細胞、心臟流出道和大血管的平滑肌細胞；皮膚和內臟器官的色素細胞，以及頭面部的骨、軟骨、結締組織等［5，6］。神經嵴可分為兩部分：顱神經嵴和軀干神經嵴。顱神經嵴干細胞除參與形成頭頸部腹側皮膚的真皮、平滑肌及腺體中結締組織基質等軟組織外，尚可特征性分化為顱面部骨架硬組織。與顱神經嵴干細胞不同，軀干神經嵴干細胞主要分化為周圍神經系統的神經元和神經膠質，并參與背根神經節、交感神經節和脊索的形成，在周圍神經系統的發育過程中起主要的作用［7，8］。區別于其他細胞，神經嵴干細胞具有在發育過程中遷移的特性。神經嵴干細胞可進入特定的遷移路徑，到達遠離發生部位的靶器官或靶組織后分化為相應的子代細胞。遷移路徑通常可分為背外側和腹側兩種，前者沿著體節與外胚層之間的空隙遷移，后者沿著神經管與體節之間的空隙遷移。顱神經嵴以背外側為主，軀干神經嵴以腹外側路徑遷移為主。

神經嵴干細胞是脊椎動物早期胚胎發育過程中的階段性干細胞，它并不是由處于單一分化狀態的均一細胞組成，即神經嵴干細胞可由不同的細胞亞群組成，但并不意味著各個不同的亞群只有一種分化潛能，而是可分為不同時期的各種分化狀態的細胞，包括完全未分化的干細胞和具有向不同方向分化的定向前體細胞［9，10］，具有極強的可塑性。神經嵴干細胞與其他細胞、細胞外基質、生長因子或激素相互作用從而進行分化。這些分化信號存在于神經嵴干細胞遷移前、遷移中或遷移后的任何時期，并且不同區域的神經嵴干細胞的分化方向是相互交叉的。研究表明，每一種亞群細胞都至少有兩種分化潛能。影響其分化的主要因素有。

1 細胞外基質

細胞外基質是分布于機體細胞間由多種蛋白質和多糖分子組成的網絡結構，也是細胞生存和發揮功能的基本場所。組成細胞外基質的大分子主要有膠原、彈性蛋白、蛋白多糖和非膠原類糖蛋白四大類，其成分隨發育過程而發生變化。細胞外基質在引導神經嵴細胞的遷移和定位中發揮作用［11］。研究最多的是纖維粘連蛋白（fibronectin，FN）和層粘連蛋（laminin，LN）。在神經嵴干細胞遷移出神經管后，FN表達增強，細胞會以整合蛋白依賴性方式粘附于FN上，從而便于細胞的定向遷移。Borchers A等采用整合素反義寡核苷酸阻斷其表達，導致顱神經嵴干細胞出現遷移障礙［12］。研究方法一般是通過將神經管組織塊或神經嵴干細胞種植到預先用細胞外基質包被的器皿甚至直接接種到三維的膠原凝膠中進行的，細胞外基質分子可將神經嵴干細胞從神經嵴中釋放出來并引導其遷移。

2 影響其分化的基因

影響神經嵴干細胞分化的基因很多，體內的研究方法主要是通過敲除小鼠的某個特定基因或使某個特定基因發生突變來實現的。目前認為，有兩種核轉錄因子參與神經嵴干細胞的分化，這兩種轉錄因子分別為HAND和 MASH1［13］。均屬于螺旋－折疊－螺旋結構的蛋白，在神經嵴干細胞的發育和分化中發揮了重要作用。MASH1是神經嵴干細胞向自律神經元分化所必需的。LoL等從大鼠胚胎的腸中分離獲得腸神經嵴干細胞，這些細胞表達MASH1并分化為自律神經元，隨著時間的推移，MASH1的表達逐漸降低，細胞分化能力也隨之減弱。內皮素受體（ETAr）也可以影響神經嵴干細胞的發育，內皮素受體基因缺陷型小鼠具有起源于顱神經嵴干細胞的顱面部和心臟神經嵴干細胞來源的心血管流出道的畸形，而在正常的有ETAr mRNA表達小鼠中，沒有這種現象。ETAr可能通過其下游靶分子Goosecoid來發揮作用的。

3 細胞因子

近年來，神經嵴干細胞生物學的研究證實，神經嵴干細胞隨著局部微環境的改變向不同的方向分化，成體局部微環境對神經嵴干細胞定向分化為特定細胞具有誘導作用。其中，特定組織專一性基因表達產物是關鍵性活性調節分子。神經調節蛋白1（NRG1，如glia growth factor，GGF）主要通過抑制其向神經元方向分化，從而促進干細胞向神經膠質細胞的分化，并且可調節髓鞘的厚度；骨形成蛋白（bone morphogentic proteins 2／4，BMP2／4）、腦源性神經生長因子（brain derived nerve growth factor）可促進神經嵴干細胞向神經元方向分化；轉化生長因子（transforming growth factorβ，TGF－β）可促進神經嵴干細胞向平滑肌細胞的分化；而神經營養因子3（neurotrophin 3，NT－3）則可充當分裂原的作用，影響神經嵴前體細胞的存活和分化。因此，神經營養因子不僅僅是神經元的存活因子，在未分化的神經嵴干細胞中，它還可以是細胞生長和分化的誘導劑。另外，一些造血因子，如白血病抑制因子（LIF），具有誘導其向神經元細胞分化的活性，同時也是神經元的一種長效存活因子。在神經嵴干細胞的體外培養中，外源性的成纖維細胞生長因子（FGF）和表皮細胞生長因子（EGF）可刺激多潛能的神經嵴前體細胞增殖并且維持其細胞特性。膠質源性神經營養因子（GDNF）及受體對于迷走神經神經嵴來源的腸神經系統的發育起決定性的作用，其作用通路中任何一個發生突變都可造成腸神經的缺失，在人類被稱為Hirschsprung’s病。

周圍神經損傷后，如果再生軸突沒有及時到達靶器官，可引起運動終板、感覺器的退變和肌肉萎縮。Card對損傷神經進行端側吻合，當受損神經近端的再生纖維未到達遠端時，正常神經干再生纖維的先期支配有利于防止肌肉萎縮及終板退變。Heath等認為用干細胞或祖細胞作為種子細胞可以改善細胞再生微環境，增加移植組織與周圍組織的相容性，且減少免疫反應。國內研究將從人胚胎腦組織獲得的神經干細胞，經克隆后移植到大鼠的脊髓損傷模型中，可使軸突廣泛髓鞘化，再生的神經纖維可延伸至損傷部位的遠端。Murakami等用植入明膠的神經干細胞成功修復了15mm坐骨神經缺損，發現神經干細胞可分化為雪旺細胞樣支持細胞，這些細胞可在移植物的導管中形成大量有髓神經纖維，并且再生的神經可形成神經傳導通路。神經干細胞移植入周圍神經，雖未發現神經元與中樞神經的聯系，但發現它可改善神經再生的微環境，促進周圍神經再生和功能恢復，并能夠進一步分化，發出軸突支配受損神經的靶器官防止靶器官萎縮。提示神經干細胞主要通過改善神經再生的微環境來促進神經再生和功能恢復。Holmes等把神經干細胞種植在有賴氨酸丙氨酸及天冬氨酸形成的16肽的自制生物支架，在一定條件下，讓干細胞分化成各種類型的神經細胞，然后將其植入組織內也能達到修復神經的目的。

研究者們在周圍神經組織工程領域做了大量工作，但在臨床上中長段周圍神經缺損的修復仍以自體神經移植為主，尋找豐富的種子細胞來源和經體外培養的種子細胞繁殖及擴增后易趨于老化的問題是目前研究需要克服的主要問題，神經嵴干細胞的研究為組織工程化修復周圍神經損傷提供了新的希望！

［1］ Soichiro Itoh，Masumi，Suzuki，et al.Develoment of a never scaffold using a tendon chitosan tube〔J〕.International Society for Artificial Organs，2003，27（12）：1079－1088.

［2］ Jorge B，Aquino，Jens Hjerling－Leffler，et al.In vitro and in vivo differentiation of boundary cap neural crest stem cells into mature Swchann〔J〕.Experimental Neurology，2006，198：438.

［3］ Ju DW，Yang Y，Tao Q，et al.Interleukin－18gene transfer increase antitumor effects of suicide gene therapy through efficient induction of antitumor immunit〔J〕.Gene Thera，2000，7（19）：1672－1679.

［4］ Chakraborty NG，Qkino T，Stabach P，et al.Adoptive transfer of activated human autologous macrophages results in regression of transplanted human melanoma cells in SCID mice〔J〕.In vivo，1991，5（6）：609－614.

［5］ 盧靜，孫晉浩，張靜，等.軀干神經嵴干細胞體外分離培養及其增殖、分化的實驗研究〔J〕.山東大學學報（醫學版），2009，9（5）：112－115.

［6］ Le Douarin NM，Ziller C，Couly GF，et al.Patterning of neural crest derivatives in the avian embryo：in vivo and in vitro studies〔J〕.Dev Biol，1993，159（1）：24－29.

［7］ Baroffio A，Duptin D，Le douarin NM，et al.Common Precursors for neural and mesectodermal derivatives in the cephalic neural crest〔J〕.Development，1991，112（3）：301－305.

［8］ 劉文靜，孫晉浩，李振華，等.組織工程橋接管治療坐骨神經損傷的實驗研究〔J〕.山東大學，2008，7（5）：33－35.

［9］ 丁文龍，汪洋，李鋒，等.Swchann細胞在殼聚糖纖維上的立體培養〔J〕.解剖學雜志，2004，27（6）：630－633.

［10］ Itoh S，Yamaguchi I，Suzuki M，et al.Hydroxyapatite－coated tendon chitosan tubes ith absorbed laminin peptides facitate nerve regeneration in vivo〔J〕.Brain Research，2003，993（3）：111－123.

［11］ Aquino JB，Hjerling－Leffer J，et al.In vitro and in vivo differentiation of boundary cap neural crest stem cells into mature Schwann cells〔J〕.Experimental Neurology，2009，198（2）：438－449.

［12］ Sieber－Blum M，Hu YF，Grim M，et al.Pluripotent neural crest stem cell in the adult hair follicle〔J〕.Dev Dyn，2009，231（2）：258－269.

［13］ Jorge B，Murakami T，Yasunaga Y，et al.Transplated neural progenior cells in a peripheral nerve gap promote nerve repair〔J〕.Brain Res，2008，974（1－2）：17－24.