成年哺乳動物神經形成相關的進展研究

邱德璐，雷曉虹

（四川大學華西第四醫院 麻醉科，四川 成都 610041）

0 引言

神經干細胞是一種具有多項分化能力的干細胞，可分化為神經元、星形膠質細胞、小膠質細胞。在胚胎時期，其大量增殖分化，最終構成中樞神經系統。而在成年大鼠的腦中，其主要存在于腦室室管膜下區（Ventricular Subventricular Zone，V-SVZ）以及海馬齒狀回（Dentate Gyrus，DG）的顆粒下層（Subgranular Zone，SZG）。因此，成年大鼠的神經形成也主要在這兩個區域，此處的神經干細胞可以首先分化為中間前體（祖）細胞（Intermediate Progenitors，IPs）再分化為成神經細胞，最后遷移到紋狀體和海馬齒狀回形成各種類型的神經元。這些新產生的神經元，其功能主要與后天形成的記憶以及行為相關。

中樞神經系統疾病，多與神經細胞的凋亡、突觸的斷裂相關，因此調節成年大鼠神經形成的相關通路的研究日益受到各國學者的重視。這對治療中樞神經系統相關疾病有著深遠的指導意義。目前，已有大量研究表明Notch 通路，BMP通路，Wnt通路，神經營養因子甚至小RNA（Micro-RNA）均參與成年后大鼠神經形成的調控。

1 Notch通路及其配體

Notch是一個跨膜蛋白，經典的Notch通路為其水解后產生的胞內部分NICD（Notch intracellular domain）綁定其配體最后作用于CSL轉錄復合體。在成年大鼠的中樞系統中，Notch信號通路作用復雜，主要參與調節神經干細胞的增殖、靜默并參與決定其命運，其復雜的作用可能與其不同的信號元件相關。經典的Notch通路及其配體（Jagged1，Dll1，Dll3，Dll4）可通過作用于其靶基因Hes/Hey Family來抑制成神經基因（如：Ascl1）的表達以維持神經干細胞的一致性，使NSCs處于靜止狀態。激活經典的Notch通路，可保持干細胞池的靜止狀態。敲除Notch通路受體或者其重要信號原件RBPJk后，可短時間增強NSCs活性，增加Ascl1的表達，增加IPs的數量，但是干細胞池會隨之枯竭。而在IPs中沉默經典的Notch通路，可使成神經基因Ascl1穩定表達，并促進IPs的分化。與經典的Notch通路不同，激活Notch1通路即可促進神經干細胞增殖，又可保持其一致性。近年來，也有研究表明，Notch信號通路在V-SVZ及SZG的作用不盡相同，敲除Notch1信號通路可顯著減少SZG中的NSCs，而V-SVZ中的NSCs活性雖然減小但數量卻沒有明顯變化[1]。也有猜想認為Ntoch通路促進神經干細胞的增殖或分化與其表達的量有關，但其證據僅有體外實驗。Guentchev等證明，低濃度的Notch1可促進胚胎神經前提細胞增殖，而高濃度則抑制其增殖能力[2]。

2 BMP（Bone Morphogenetic Proteins）通路

在大鼠胚胎發育時期，BMP通路對大腦的發育作用多樣且重要，可通過激活其Ia型受體（BMPR-Ia）促進神經前提細胞的增殖，而激活Ib型受體（BMPR-Ib）型受體可導致神經前體細胞的分化，完全敲除BMP可導致海馬組織消失[3]。在成年大鼠的海馬齒狀回中，BMP主要產生于神經干細胞以及顆粒神經元，其作用為與胚胎時期相似，既可保持神經前體細胞處于靜止狀態，又可促進顆粒細胞的分化，是其成熟的必要條件。這種不同效應可能與他們分別表達BMPR-Ia以及 BMPR-Ib受體有關。敲除BMPR-Ia受體可導致神經前體細胞過度激活，以致干細胞池枯竭[4]。在離體培養的神經干細胞培養基中加入BMP4也可使NSCs處于靜止狀態，如果同時加入成纖維細胞生長因子（Fibroblast Growth Factor，FGF2）可使正在增殖的NSCs靜止并且保持其增殖潛能。同時，BMP還可促進離體的NSCs向星形膠質細胞分化。目前，暫無研究表明，BMP通路對成年大鼠V-SVZ的神經形成有影響。

3 Wnt通路

與BMP通路相似，Wnt通路的激活是胚胎時期大鼠海馬組織形成不可缺少的條件之一，可促進神經前體細胞增殖。同時，他也與胚胎時期膠質細胞骨架形成相關，可指導神經前體細胞由室管膜下區遷移至海馬組織，并分化為神經元。與BMP通路不同的是，成年大鼠Wnt通路主要表達于神經干細胞以及星形膠質細胞，以自分泌和旁分泌的形式參與神經形成，促進神經細胞的分化。行為學實驗表明，抑制經典的Wnt通路的活性，可以影響成年大鼠學習以及記憶的能力[5]。早在05年，Lie D.C等就證明，過表達Wnt3可促進神經形成離體以及在體的神經形成，而抑制其表達可降低體外神經前體細胞的分化甚至完全破壞成年大鼠神經形成的能力[6]。敲除DG中的Wnt通路抑制劑SFRP3（secreted frizzled related protein 3）可使原本靜止的神經干細胞過度增殖，激活神經前體細胞，并促進新生的神經元的成熟和樹突生長。由于SFRP3主要由成熟的顆粒神經元分泌，這提示我們瞬時減少緊張性抑制可能是成年哺乳動物神經再生的機制之一。另外，Kuwabara等提出，Wnt通路可通過直接促進成神經基因（Neurog2，NeuroD1 and Prox1 et）在IPs中的表達以促進IPs的分化[7]。

4 結論

成年哺乳動物神經再生與許多神經系統疾病的發展、預后息息相關[8-10]。研究其調控因素，對于尋找治療中樞系統疾病的靶點至關重要。此外，對于干細胞移植治療的研究，目前仍固步不前，其原因主要是因為移植的NSCs存活率低，分化率小，即使分化也多數朝向膠質源性細胞。因此，研究其增殖、分化的調控因素，可“制造”出經基因修飾后的NSCs，從而提高其存活率、分化率。這對中樞神經系統疾病的治療有著深遠的意義。