創傷性腦損傷后內源性神經干細胞的變化及作用

宗盛華，楊 波，關方霞

(1.鄭州大學第一附屬醫院神經外科 河南鄭州 450052;2.河南醫學科學院 河南 鄭州 450003)

鄭州大學第一附屬醫院 楊波教授 審校

神經外科疾病中創傷性腦損傷發病率居高不下，其高死亡率、高致殘率一直是臨床上的難題。隨著近20年來國內外對神經系統更深層次的研究，尤其是神經干細胞的發現，讓人們對解決這一難題有了新的希望。目前對于創傷后腦損傷應用神經干細胞作為治療措施的基礎研究及臨床試驗主要有兩方面:①體外干細胞分離培養增殖后和(或)定向誘導分化后移植;②采取措施促進內源性神經干細胞的增殖、遷移及誘導其定向分化。與外源性神經干細胞相比，內源性神經干細胞具有無免疫源性、無倫理學障礙、可自我更新、多潛能分化、成瘤性低等優點。本文就近年來關于創傷性腦損傷后內源性神經干細胞增殖、遷移和分化的研究現狀進行綜述。由此加深對原有疾病內在機制的認識，同時也為干細胞的綜合治療提供新的依據。

1 腦內內源性神經干細胞的正常分布、增殖、分化及遷移

目前研究認為在成體腦內內源性神經干細胞(endogenous neural stem cells，eNSCs)主要分布在側腦室的腦室下區(subventricular zone，SVZ)和海馬齒狀回顆粒下層(subgranular zone，SGZ)。在體外已經從皮層、紋狀體、下丘腦、黑質和脊髓中分離出具有分化潛能的神經前體細胞，由此推斷這些區域的細胞具有NSCs潛能，但仍不能說其具有體內NSCs的功能［1］。一般認為腦內廣泛存在的eNSCs正常情況下多處于靜息狀態，但研究表明腦內存在持續的神經增殖、遷移、分化及凋亡，而多種內源性和外源性因素動態地影響神經再生的不同階段［2］，并且可能與學習、記憶、認知等功能密切相關［3］。研究證實源自SVZ新生的前體細胞沿頭向遷移流(rostral migratory stream，RMS)遷向嗅球，并分化成為顆粒細胞(GC)和球旁細胞(PG)［4］。而成年海馬神經發生則始于海馬齒狀回顆粒下區，向海馬齒狀回顆粒細胞層內部遷移，分化成齒狀回顆粒細胞，并可向周圍延伸整合入神經環路中，少部分變成神經膠質［5］。

2 創傷性腦損傷對內源性神經干細胞的影響

2.1 創傷性腦損傷對內源性神經干細胞增殖的影響 腦損傷后神經發生高于正常水平是內源性神經修復的先決條件。研究證明腦損傷可以引起腦室下區、海馬齒狀回顆粒層及損傷區周圍的細胞增殖［6］，而這3個區域的神經發生對神經修復可能起決定作用。接下來本文將著重對這3個區域在創傷性腦損傷后的變化進行探討。已有研究表明創傷后損傷區的反應性細胞如膠質細胞，免疫細胞等通過分泌多種因子影響eNSCs周圍環境，誘導并促進其分裂增殖［7］。

關于不同區域eNSCs開始增殖及持續的時間，不同實驗結果并不一致。Ramaswamy等［8］發現在小鼠CCI模型3 d時受損皮層區就有神經細胞增殖現象，這個時間太短不足以使來自SVZ和SGZ的神經前體細胞遷移到損傷處，說明損傷區周圍本身就有神經發生。但是這些神經前體細胞是皮層原本存在的eNSCs還是有星型膠質細胞去分化而來的目前仍存在爭議。Sundholm［9］應用BrdU和Dcx雙標示蹤腦損傷后小鼠的神經發生，發現在損傷后15 d的SVZ雙陽性細胞數并沒有顯著增加，而之前Giongs等［10］應用PSA-NCAM標記神經前體細胞，發現在損傷后25 d的SVZ陽性細胞增加是有顯著性意義的。Chen等［11］研究發現神經前體細胞在傷后 28 d恢復到對照組水平，Urbach等［12］發現腦損傷后神經前體細胞增殖可持續至損傷后6周以上。

分析認為，這些研究結果不同可能與所選動物的種屬、月齡或損傷模型的不同有關。總的來說現階段的研究表明創傷性腦損傷可以激活eNSCs的增殖，但是損傷激發的eNSCs來源、類型、以及不同區域在損傷后開始增殖和持續的時間仍需要進一步深入研究。

2.2 創傷性腦損傷對內源性神經干細胞遷移的影響

腦損傷后內源性神經干細胞被激活并遷移至損傷區域，才能進一步替代受損神經。Goings［13］等研究證實腦損傷激發SVZ細胞增殖，并打破其沿RMS遷移的穩定性，使部分神經前體細胞向損傷區遷移。而在對缺血缺氧敏感的海馬區，創傷激發的新生神經細胞可能更多的替代該區創傷繼發凋亡的神經元，從而對腦損傷繼發的認知、學習、記憶障礙起到修復作用，此外也有部分新生細胞遷往損傷區域［14］。而這種遷移可能是由多種趨化因素誘導的，如:顫蛋白、Shh、SDF-1 等。

顫蛋白可能是皮層損傷后eNSCs遷移的主要激化分子之一。這種蛋白可以增強臨近細胞對化學信號的敏感度。Courtès［15］等研究指出損傷后顫蛋白表達一過性上調，推測這一上調可能增強了多種不同信號分子的誘導作用。Amankulor［16］等研究指出腦損傷后神經膠質細胞過表達Shh，而神經膠質細胞與損傷后的細胞遷移關系密切，提示Shh在腦損傷后eNSCs的遷移中可能起到了重要調控作用。Imitola［17］等研究發現由損傷部位分泌的SDF-1能與CXCR4結合，誘導eNSCs向損傷處遷移，進而參與損傷修復。在新生小鼠腦內，神經母細胞放射狀的遷往皮層是被血管協助的。而Gotts［18］等發現腦損傷促進SVZ內皮細胞增殖擴展為血管網，且其促進的時間窗恰好與神經前體細胞的遷移時間一致。

由此比較明確的是趨向性因子和脈管系統在神經遷移中可能起到了重要作用?？梢哉J為損傷激發的相關基因上調，從而高表達各種趨向性因子，趨使eNSCs在各種調控因子的作用下沿著脈管系統等腦實質內的固有間隙遷往損傷區域。但是這些研究也提示何種因素在調控遷移中起決定性作用及整個遷移的確切機制尚不清楚。

2.3 創傷性腦損傷對內源性神經干細胞分化的影響 創傷后eNSCs可分化成不同類型的細胞。通常認為，eNSCs遷移至皮層損傷部位，并分化為投射神經元對有效的內源性修復是非常重要的。但是，目前研究表明皮層損傷后大部分遷入的前體細胞形成了神經膠質。在CCI損傷模型中，近損傷部位，絕大多數祖細胞形成了GFAP+的星形膠質細胞，只有少部分分化為成熟的神經元［19］。

腦創傷后損傷區微環境變化可能決定了細胞分化的命運。損傷后腦內一個顯著變化是少突膠質細胞轉錄因子Olig2的暫時上調，而非神經源性轉錄因子，如Pax6，Mash1，Gsh2，Ngn等。說明了這些神經源性因子對皮層損傷無應答，這也為通過外源性途徑應用神經因子調控損傷后神經分化提供了可能性。Buffo［20］等通過抑制Olig2的表達誘導pax6增加了神經發生，由此看來Olig2和pax6之間的平衡對細胞的命運很重要。Shh可能在細胞分化中也起到了決定性的作用。在生長發育過程中，Shh控制了腹側皮質下端腦的神經發育和分化以及少突膠質細胞在這一區域中的分化［21］。損傷后Shh在皮質中表達的增多可能抑制了神經前體細胞向神經元的形成而促進了其向神經膠質的分化。

3 內源性神經干細胞與創傷性顱腦損傷的治療

3.1 外源性信號分子的作用 已有研究表明，在缺血缺氧損傷中應用外源性的神經生長因子如BDNF，FGF2，GDNF，IGF1，VEGF等可以促進內源性神經干細胞的增殖且增加其生存率［22－24］。但在創傷性腦損傷中的研究甚少。國內有報道支持創傷性腦損傷后使用神經生長因子、表皮生長因子均可增加大鼠模型內源性神經干細胞的增殖和肢體功能的恢復，而且兩種神經營養因子聯合應用使這種效果更為明顯［25］。

3.2 高壓氧、電針、行為學訓練及豐富的環境的作用 適宜的高濃度氧吸入、某種程度的電流刺激、長期規律的行為學訓練，豐富的環境都會增加eNSC的增生。一般認為這些方法都是通過上調某種(些)內源性因子或降低損傷后內在環境中的不利因素而起作用的。劉海等［26］報道，高壓氧使實驗動物eNSCs增殖、分化加強，脊髓損傷后的功能得到改善。電針也可促進缺血后皮質、海馬、紋狀體巢蛋白陽性細胞數量的增加，提示這種作用可能是電針治療腦缺血的重要作用機制之一［27］。鍛煉可以增加正常海馬區的NGF，BDNF，trkB，和 FGF等因子的表達并促進該區的神經發生［28］。

目前研究這些方法對缺血缺氧損傷后內源性神經干細胞的影響較多，而對創傷性腦損傷后的影響研究尚少。而創傷性腦損傷與缺血缺氧損傷的發病原因及機制方面都有很大的不同。因此，上述研究提示這些方法可能對創傷后的eNSCs起作用。具體的影響及機制仍需進一步的研究。

4 展望

應用內源性干細胞修復創傷性腦損傷的關鍵依賴于我們對神經干細胞自身特性和腦損傷后內環境改變更深層次的研究。如何實現:①激活足夠數量的內源性神經干細胞;②引導活化的神經細胞向損傷區域的遷移;③有效的誘導分化手段使新生神經細胞向神經元方向分化是進一步需要解決的問題。未來通過外源性刺激因子和神經干細胞移植技術聯合來激發誘導內源性神經干細胞在神經修復中的作用，從而達到綜合治療的最優效果可能是個更好的選擇。

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