內源性神經干細胞與缺血性卒中

陳 淼，詹 青

1. 上海交通大學醫學院附屬新華醫院急診科，上海 200092 2. 上海中醫藥大學附屬第七人民醫院神經內科，上海 200137 3. 上海中醫藥大學附屬第七人民醫院神經康復科，上海 200137

綜述

內源性神經干細胞與缺血性卒中

陳 淼1，詹 青2，3

1. 上海交通大學醫學院附屬新華醫院急診科，上海 200092 2. 上海中醫藥大學附屬第七人民醫院神經內科，上海 200137 3. 上海中醫藥大學附屬第七人民醫院神經康復科，上海 200137

神經干細胞自1992年被發現以來，已成為治療神經系統各類疾病的新希望。缺血性卒中因其高發病率、高致死率和高致殘率而倍受關注。本文對近年來內源性神經干細胞在缺血性卒中后的神經再生和血管生成中的作用、神經再生與血管生成的相互關系以及相關調控因素進行綜述，為促進缺血性卒中后的神經修復提供新的治療思路。

腦缺血；神經干細胞；神經再生；新生血管化，病理性

E-MAIL ADDRESS zhanqing@tongji.edu.cn

1992年，REYNOLDS等［1］首次分離出神經干細胞（neural stem cell，NSC）。這一劃時代的發現顛覆了神經細胞不可再生的傳統觀念，也揭開了神經系統疾病治療的新篇章。此后，科學家又發現了NSC的聚集區——紋狀體室管膜下區（subependymal zone，SEZ）和海馬齒狀回顆粒下區（subgranular zone，SGZ）［1］。2000年，GAGE［2］提出了NSC的定義：NSC是能夠生成神經組織或來自于神經系統的具有一定的自我更新能力且能夠通過不對稱分裂產生一個與自己相同的細胞和一個與自身不同的細胞（神經元、星形膠質細胞、少突膠質細胞）的細胞群。2009年，LLOYD-JONES等［3］提出腦缺血損傷后的NSC聚集區是最重要的補充神經細胞的區域。由于NSC具有多能分化潛能，因此已成為治療神經系統各類疾?。òㄈ毖宰渲校┑男孪Ｍ?/p>

缺血后神經功能的修復涉及神經元、膠質細胞、血管細胞和基質成分之間的相互作用。目前，缺血后神經功能修復研究的熱點包括：（1）神經再生；（2）血管重塑，即血管新生和血管發生。研究發現，神經系統受損后的再生與具有自我更新和多能分化潛能的NSC密切相關［4］，包括外源性途徑和內源性途徑。其中，外源性途徑是指外源輸入NSC以替換受損組織細胞或者植入基因工程細胞［5］；然而，由于存在的定向分化、趨化、排異、瘤化和倫理學等問題至今尚未得到解決，因此阻礙了NSC的臨床應用［6］。內源性途徑則是通過誘導內源性NSC的增殖和分化并遷移至受損部位，使損傷的中樞神經系統獲得自我修復。內源性NSC在正常狀態下處于靜息狀態；而在缺血和缺氧的刺激下，內源性NSC在損傷原位或異位進行增殖，并向缺血損傷區域進行遷移并分化，從而參與神經功能的修復［7］。由于內源性途徑不會遭遇外源性途徑中存在的上述問題，因此日益受到國內外學者的關注。本文闡述了內源性NSC在腦缺血后神經再生和血管生成中作用的研究進展。

1 NSC與缺血性卒中引發的神經再生和血管生成

1.1 缺血性卒中引發的神經再生與NSC

神經再生是指NSC在一定的誘導因素作用下增殖和分化為神經元和神經膠質細胞的過程，新分化的增殖細胞即可參與神經功能的修復［8］，是機體對局灶性腦缺血損傷的一種反應。這一過程可分為3個步驟：NSC的增殖、遷移和分化。

1.1.1 NSC的增殖

缺血性卒中后，SEZ和SGZ內的內源性NSC被激活并開始增殖。研究發現，大鼠海馬區域5-溴脫氧尿嘧啶核苷（5-bromodeoxyuridine，5-BrdU）陽性細胞數在缺血性卒中后第1天即開始增多，并在第7天達到高峰，第28天接近正常水平。由此說明，大鼠發生缺血性卒中后可以激活自體內源性NSC發生原位增殖，并且大多數增殖的NSC可分化成神經元并具有可塑性［9］。

1.1.2 NSC的遷移

生理狀態下，SEZ內的NSC經吻側遷移流遷移至嗅束；缺血性卒中后，SEZ內的神經前體細胞呈鏈狀向紋狀體缺血灶周邊區域遷移，SEZ內增殖的神經細胞向嘴側遷移至嗅球，而SGZ內增殖的神經細胞則遷移至顆粒細胞層，從而完成內源性NSC的遷移過程［10］。

1.1.3 NSC的分化

NSC具有分化成神經元、星形膠質細胞和少突膠質細胞的能力。SEZ內的NSC遷移至嗅球后可分化為神經元，促進嗅神經再生；SGZ內的NSC遷移至顆粒細胞層后可分化為神經元，新生的神經元參與了海馬神經元的再生。動物實驗發現，缺血后7 d，缺血病灶側的巢細胞與膠質纖維酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）可同時表達，尤其是在腦損傷的中心區域，并在缺血后28 d消失，但反應性星形膠質細胞數量仍在增加；由此證明，NSC可以誘導分化成星形膠質細胞［11-12］。NSC在體內的分化方向受到腦內局部調節因子或環境因素的調控，但大多數被激活的NSC分化成星形膠質細胞而參與膠質瘢痕的形成，分化成神經元和少突膠質細胞的NSC則較少，因此使神經修復受到了一定的限制［13］。

1.2 缺血性卒中引發的血管生成與NSC

血管生成是指從原來的血管上生長出新的毛細血管。一般認為，血管生成可分為血管新生、血管發生和動脈形成［14］。其中，血管新生是指已經存在的主血管內靜止的內皮細胞被激活而發生“沖破管壁基質”的遷移、增殖和重構，并以發芽或非發芽方式形成新生血管網。中樞神經系統的血管新生對于神經系統的成形和保護具有重要的作用［15］。MARTI等［16］開展的動物實驗發現，腦梗死后24 h時血管內皮細胞開始增殖，血管樣結構從軟腦膜和腦實質區向缺血區發展，這種新血管的形成可持續28 d。卒中患者的尸檢結果顯示，患側腦的微血管數量明顯多于對側腦；臨床研究結果顯示，拯救半暗帶區的組織有利于康復；彌散加權成像結果顯示，新生血管與血流量增加區相吻合，提示新生血管具有增加局部血流量的功能，可直接影響患者的預后［17］。

NSC在缺血性卒中引發的血管生成中也具有重要的作用。INOUE等［18］開展的動物實驗發現，NSC與腦梗死區域的血管生成密切相關。其他的類似研究也發現，缺血后期毛細血管的新生部位與神經分布及其走向存在一定的相關性。上述研究結果提示，在神經血管的損傷性病變中，NSC分化成的神經細胞及其分泌的細胞因子在促進有功能的微血管形成中具有重要作用［19］。

2 神經再生與血管生成的關系及相關調控因子

2.1 神經再生與血管生成的關系

神經再生與血管生成的關系密切。研究表明，神經再生常發生于血管生成之后［20］。血管為神經生長提供了良好的微環境，并且血管內皮細胞對神經細胞具有保護作用。神經血管單元（neurovascular unit，NVU）概念的提出充分體現了血管與神經之間的密切關系。NVU由微血管、神經元及軸突和血管周圍星形膠質細胞組成，其中神經細胞與內皮細胞之間相互偶聯，通過細胞與細胞之間的信號傳遞和串話等機制，共同參與神經和血管的重塑，調節神經遞質達到動態平衡，維護血-腦屏障和血-脊髓屏障的穩定，而這一過程也與NSC密切相關［21］。

2.2 與神經再生和血管生成相關的調控因子

缺血性卒中發生后2個月內，神經再生和血管生成基本完成［22］。許多因子參與調控這一過程，其中炎性介質（腫瘤壞死因子α、腫瘤壞死因子受體2、干擾素γ、白細胞介素1β和白細胞介素6等［23-24］）、胰島素樣生長因子1（insulinlike growth factor 1，IGF-1）、堿性成纖維細胞生長因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）、腦源性神經營養因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）、表皮生長因子（epidermal growth factor，EGF）、神經膠質細胞源性神經營養因子（glial cell line-derived neurotrophic factor，GDNF）、睫狀神經營養因子（ciliary neurotrophic factor，CNTF）、轉化生長因子α和缺氧誘導因子1α（hypoxia-inducible factor 1α，HIF-1α）等主要促進神經再生，而血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、BDNF和bFGF等因子及其相關通路共同促進血管生成［25-28］。此外，這一過程還受到遺傳因素、年齡、微環境、基因、信號調控系統、炎性反應、激素水平及環境等多種因素的調控，繼而對預后產生直接的影響［29-30］。

3 NSC促進神經再生和血管生成的其他途徑

NSC除了替換受損神經細胞而實現神經再生功能以外，還可通過調節免疫、營養、神經保護或刺激血管發生等途徑，在缺血性卒中后的神經再生和血管生成中發揮作用，但目前尚未闡明其具體的作用機制及其影響因素。因此，今后有必要開展更多的相關研究［31］。

4 小 結

總之，缺血性卒中后的神經再生和血管生成是一個多環節相互作用的過程。內源性NSC因其具有多能分化的潛能以及在神經再生和血管生成中的作用，有望為缺血性卒中的治療提供一條新的途徑。研究發現，中醫藥和高壓氧治療缺血性卒中所取得的顯著療效可能與促進NSC的遷移、增殖和分化有關［8，32］。因此，今后對缺血性卒中后的NSC及其調控機制進行深入研究，有望為缺血性卒中及難治性神經系統疾病的治療帶來新的思路和方法。

［1］ REYNOLDS B A， WElSS S. Generation of neurons and astrocytes from isolated cells of the adult mammalian central nervous system［J］. Science， 1992，255（5052）:1707-1710.

［2］ GAGE F H. Mammalian， neural stem cell［J］. Science， 2000， 5457（287）:2411-2438.

［3］ LLOYD-JONES D， ADAMS R， CARNETHON M，et al. Heart disease and stroke statistics: a report from the American Heart Association Statistics Committee and Stroke Statistics Subcommittee［J］. Circulation， 2009，119（3）:21-181.

［4］ DlNG D C， LlN C H， SHYU W C， et al. Neural stem cells and stroke［J］. Cell Transplant，2013， 22（4）:619-630.

［5］ DARSALlA V， ALLlSON S J， CUSULlN C， et al. Cell number and timing of transplantation determine survival of human neural stem cell grafts in stroke-damaged rat brain［J］. J Cereb Blood Flow Metab， 2011，31（1）:235-242.

［6］ 李 通， 劉 暢. 神經干細胞移植與腦梗死［J］. 中國組織工程研究， 2013，17（40）:7175-7180.

［7］ lBRAYEVA A，BONAGUlDl M A. Pushing and pulling on adult neural stem cells［J］. Cell Stem Cell， 2015， 16（5）:451-452.

［8］ 李 峰， 蔡光先. 腦缺血后神經再生及其治療的研究進展［J］. 中華中醫藥雜志， 2016，31（2）:578-581.

［9］ 張 波， 王任直， 劉建勇， 等. 鼠腦梗死后自體神經干細胞的原位增殖、分化及其可塑性［J］.中華神經外科雜志， 2004，20（5）:400-404.

［10］ GHEUSl G， ORTEGA-PEREZ L， MURRAY K， et al. A niche for adult neurogenesis in social behavior［J］. Behav Brain Res， 2009，200（2）:315-322.

［11］ SHEN C C， YANG Y C， CHlAO M T， et al. Characterization of endogenous neural progenitor cells after experimental ischemic stroke［J］. Cur Neurovasc Res， 2010，7（1）:6-14.

［12］ FAlZ M， SACHEWSKY N， GASCóN S， et al. Adult neural stem cells from the subventricular zone give rise to reactive astrocytes in the cortex after stroke［J］. Cell Stem Cell， 2015， 17（5）:624-634.

［13］ 石海杉， 吳 文， 徐建蘭. 內源性神經干細胞的研究進展［J］. 實用醫學雜志， 2013，29（19）:3252-3254.

［14］ KURZYK A. Agiogenesis-possibilities，problems and perspectives［J］. Postepy Biochem， 2015， 61（1）:25-34.

［15］ 姚瑞芹， 李 林. 血管內皮細胞生長因子在缺血性腦損傷中血管新生、神經發生和神經保護的作用［J］. 中國康復理論與實踐，2007， 13（3）:208-211.

［16］ MARTl H J， BERNAUDlN M， BELLAlL A， et al. Hypoxia-induced vascular endothelial growth factor expression precedes neovascularization after cerebral ischemia［J］. Am J Pathol， 2000， 156（3）:965-976.

［17］ SLEVlN M， KRUPlNSKl J， SLOWlK A， et al. Serial measurement of vascular endothelial growth f act or and transforming growth factor beta 1 in serum of patients with acute ischemic stroke［J］. Stroke， 2000，31（8）:1863-1870.

［18］ lNOUE T， SUGlYAMA M， HATTORl H， et al. Stem cells from human exfoliated deciduous tooth-derived conditioned medium enhances recovery of focal cerebral ischemia in rats［J］. Tissue Eng Part， 2013， 19（1-2）:24-29.

［19］ ZAN L， WU H， JlANG J， et al. Temporal profile of Src， SSEcks， and angiogenic factors after focal cerebral ischemia: correlations with angiogenesis and cerebral edema［J］. Neurochem lnt， 2011， 58（8）:872-879.

［20］ YANG X T， Bl Y Y， FENG D F. From the vascular microenvironment to neurogenesis［J］. Brain Res Bull， 2011，84（1）:1-7.

［21］ 南 偉， 張海鴻， 伍亞民. 神經調控血管生成機制的研究進展［J］. 中國修復重建外科雜志， 2015， 29（12）:1570-1573.

［22］ lWAl M， SATO K， KAMADA H， et al. Temporal profile of stem cell division， migration， and differentiation from subventricular zone to olfactory bulb after transient forebrain ischemia in gerbils［J］. J Cereb Blood Flow Metab， 2003， 23（3）:331-341.

［23］ HELDMANN U， THORED P， CLAASEN J H，et al. TNF-alpha antibody infusion impairs survival of stroke-generated neuroblasts in adult rat brain［J］. Exp Neurol， 2005，196（1）:204-208.

［24］ BEN-HUR T， BEN-MENACHEM O， FURER V，et al. Effects of proinflammatory cytokines on the growth， fate， and motility of multipotential neural precursor cells［J］. Mol Cell Neurosci， 2003， 24（3）:623-631.

［25］ SHl B， DlNG J， LlU Y， et al. ERK1/2 pathwaymediated differentiation of lGF-1-transfected spinal cord-derived neural stem cells into oligodendrocytes［J］. PLoS One， 2014，9（8）:106038.

［26］ THORED P， HELDMANN U， GOMES-LEAL W，et al. Long-term accumulation of microglia with proneurogenic phenotype concomitant with persistent neurogenesis in adult subventricular zone after stroke［J］. Glia，2009， 57（8）:835-849.

［27］ HERMANN D M， PERUZZOTTl-JAMETTl L，SCHLECHTER J， et al. Neural precursor cells in the ischemic brain-integration，cellular crosstalk， and consequences for stroke recovery［J］. Front Cell Neurosci，2014（8）:291.

［28］ CUNNlNGHAM L A， CANDELARlO K， Ll L. Roles for HlF-1α in neural stem cell function and the regenerative response to stroke［J］. Behav Brain Res， 2012， 227（2）:410-417.

［29］ 鄭修元， 李勝活， 燕鐵斌. 腦梗死與內源性神經干細胞［J］. 中國康復醫學雜志， 2011，26（8）:783-787.

［30］ 沈建英， 林 玲， 鄭志竑. Notch信號通路在腦生發區神經干細胞維持與神經再生中的作用［J］. 中國細胞生物學學報， 2015，37（4）:588-593.

［31］ 李 韓， 何家才. 干細胞治療神經性疾病的最新研究進展［J］. 醫學綜述， 2015，21（10）:1729-1733.

［32］ 彭楚雄， 彭爭榮. 神經干細胞與高壓氧［J］.中國醫學工程， 2015， 23（4）:200-201.

Endogenous neural stem cells and ischemic stroke

CHEN Miao1， ZHAN Qing2，3
1. Department of Emergency， Xinhua Hospital， Shanghai Jiao Tong University School of Medicine， Shanghai 200092， China 2. Department of Neurology， Seventh People’s Hospital of Shanghai University of Traditional Chinese Medicine， Shanghai 200137， China 3. Department of Neurorehabilitation， Seventh People’s Hospital of Shanghai University of Traditional Chinese Medicine，Shanghai 200137， China

Neural stem cell therapy， as a new therapeutic method for all kinds of nervous system diseases， has aroused wide concern for over 20 years since being first found in 1992. Ischemic stroke is highly concerned because of its high incidence， high mortality and high disability rate. The research advances in functions of endogenous neural stem cells in nerve regeneration and neovascularization and their interactions as well as the related regulators in these two important processes after ischemic stroke are summarized in this review，hoping to provide new ideas of accelerating neural functional recovery after ischemic stroke.

Brain ischemia； Neural stem cells； Nerve regeneration； Neovascularization， pathologic

ZHAN Qing

10.12022/jnnr.2016-0044

詹 青

E-MAIL zhanqing@tongji.edu.cn

上海市進一步加快中醫藥事業發展三年行動計劃“高級中西醫結合人才培養計劃”（編號：ZY3-RCPY-4-2009）；缺血性卒中的急診早期管理及流程優化的研究項目（編號：201440496）

FUNDlNG/SUPPORT: Advanced Talents Training Program of lntegrated Chinese and Western Medicine， Shanghai Three-year Action to Further Accelerate the Development of Traditional Chinese Medicine （No. ZY3-RCPY-4-2009）； Study Program of Early Emergency Management and Process Optimization of lschemic Stroke （No. 201440496）

CONFLlCT OF lNTEREST: The authors have no conflicts of interest to disclose. Received May 25， 2016； accepted for publication Aug. 15， 2016 Copyright ? 2016 by Journal of Neurology and Neurorehabilitation

陳 淼，詹 青. 內源性神經干細胞與缺血性卒中［J］. 神經病學與神經康復學， 2016， 12（3）:157-160.

To cite: CHEN M， ZHAN Q. Endogenous neural stem cells and ischemic stroke. J Neurol and Neurorehabil， 2016， 12（3）:157-160.