神经嵴干细胞的研究进展

杨 洁 张菁华

菏泽医学专科学校组织胚胎教研室，山东省菏泽市 274611

神经嵴是脊椎动物胚胎早期发育过程中出现的暂时性结构，从低等动物鱼类到高等动物人类具有极大的相似性。人胚发育第14天时，胚盘中轴区的外胚层局部增厚形成神经板，人胚18d左右时，神经板两侧缘增厚、隆起形成神经褶，神经褶进一步隆起、靠近与融合形成神经管［1］。外胚层与神经沟边缘之间的神经外胚层细胞在神经管的背外侧构成与神经管平行排列的两条带状的细胞索，从中脑平面一直延伸至尾部［2，3］。由此迁出的神经嵴干细胞分布广泛。由于神经嵴干细胞具有活跃的增殖能力和分化潜能，所以备受国内外学者的关注。

在神经褶闭合形成神经管的过程中，神经沟边缘与表面外胚层相延续处的神经外胚层细胞游离出来，形成左右两条与神经管平行排列的索状细胞，即神经嵴，位于神经管的背外侧和表面外胚层的下方，自中脑阶段延伸至尾部［4］。神经嵴细胞具有多潜能性，可增殖并分化为不同类型的成熟组织和细胞。体内实验证实，神经嵴干细胞的衍生物遍及了外、中、内三个胚层，包括周围神经系统和肠神经系统的神经胶质、神经元、大部分的初级感觉神经元；内分泌细胞、心脏流出道和大血管的平滑肌细胞；皮肤和内脏器官的色素细胞，以及头面部的骨、软骨、结缔组织等［5，6］。神经嵴可分为两部分：颅神经嵴和躯干神经嵴。颅神经嵴干细胞除参与形成头颈部腹侧皮肤的真皮、平滑肌及腺体中结缔组织基质等软组织外，尚可特征性分化为颅面部骨架硬组织。与颅神经嵴干细胞不同，躯干神经嵴干细胞主要分化为周围神经系统的神经元和神经胶质，并参与背根神经节、交感神经节和脊索的形成，在周围神经系统的发育过程中起主要的作用［7，8］。区别于其他细胞，神经嵴干细胞具有在发育过程中迁移的特性。神经嵴干细胞可进入特定的迁移路径，到达远离发生部位的靶器官或靶组织后分化为相应的子代细胞。迁移路径通常可分为背外侧和腹侧两种，前者沿着体节与外胚层之间的空隙迁移，后者沿着神经管与体节之间的空隙迁移。颅神经嵴以背外侧为主，躯干神经嵴以腹外侧路径迁移为主。

神经嵴干细胞是脊椎动物早期胚胎发育过程中的阶段性干细胞，它并不是由处于单一分化状态的均一细胞组成，即神经嵴干细胞可由不同的细胞亚群组成，但并不意味着各个不同的亚群只有一种分化潜能，而是可分为不同时期的各种分化状态的细胞，包括完全未分化的干细胞和具有向不同方向分化的定向前体细胞［9，10］，具有极强的可塑性。神经嵴干细胞与其他细胞、细胞外基质、生长因子或激素相互作用从而进行分化。这些分化信号存在于神经嵴干细胞迁移前、迁移中或迁移后的任何时期，并且不同区域的神经嵴干细胞的分化方向是相互交叉的。研究表明，每一种亚群细胞都至少有两种分化潜能。影响其分化的主要因素有。

1 细胞外基质

细胞外基质是分布于机体细胞间由多种蛋白质和多糖分子组成的网络结构，也是细胞生存和发挥功能的基本场所。组成细胞外基质的大分子主要有胶原、弹性蛋白、蛋白多糖和非胶原类糖蛋白四大类，其成分随发育过程而发生变化。细胞外基质在引导神经嵴细胞的迁移和定位中发挥作用［11］。研究最多的是纤维粘连蛋白（fibronectin，FN）和层粘连蛋（laminin，LN）。在神经嵴干细胞迁移出神经管后，FN表达增强，细胞会以整合蛋白依赖性方式粘附于FN上，从而便于细胞的定向迁移。Borchers A等采用整合素反义寡核苷酸阻断其表达，导致颅神经嵴干细胞出现迁移障碍［12］。研究方法一般是通过将神经管组织块或神经嵴干细胞种植到预先用细胞外基质包被的器皿甚至直接接种到三维的胶原凝胶中进行的，细胞外基质分子可将神经嵴干细胞从神经嵴中释放出来并引导其迁移。

2 影响其分化的基因

影响神经嵴干细胞分化的基因很多，体内的研究方法主要是通过敲除小鼠的某个特定基因或使某个特定基因发生突变来实现的。目前认为，有两种核转录因子参与神经嵴干细胞的分化，这两种转录因子分别为HAND和 MASH1［13］。均属于螺旋－折叠－螺旋结构的蛋白，在神经嵴干细胞的发育和分化中发挥了重要作用。MASH1是神经嵴干细胞向自律神经元分化所必需的。LoL等从大鼠胚胎的肠中分离获得肠神经嵴干细胞，这些细胞表达MASH1并分化为自律神经元，随着时间的推移，MASH1的表达逐渐降低，细胞分化能力也随之减弱。内皮素受体（ETAr）也可以影响神经嵴干细胞的发育，内皮素受体基因缺陷型小鼠具有起源于颅神经嵴干细胞的颅面部和心脏神经嵴干细胞来源的心血管流出道的畸形，而在正常的有ETAr mRNA表达小鼠中，没有这种现象。ETAr可能通过其下游靶分子Goosecoid来发挥作用的。

3 细胞因子

近年来，神经嵴干细胞生物学的研究证实，神经嵴干细胞随着局部微环境的改变向不同的方向分化，成体局部微环境对神经嵴干细胞定向分化为特定细胞具有诱导作用。其中，特定组织专一性基因表达产物是关键性活性调节分子。神经调节蛋白1（NRG1，如glia growth factor，GGF）主要通过抑制其向神经元方向分化，从而促进干细胞向神经胶质细胞的分化，并且可调节髓鞘的厚度；骨形成蛋白（bone morphogentic proteins 2／4，BMP2／4）、脑源性神经生长因子（brain derived nerve growth factor）可促进神经嵴干细胞向神经元方向分化；转化生长因子（transforming growth factorβ，TGF－β）可促进神经嵴干细胞向平滑肌细胞的分化；而神经营养因子3（neurotrophin 3，NT－3）则可充当分裂原的作用，影响神经嵴前体细胞的存活和分化。因此，神经营养因子不仅仅是神经元的存活因子，在未分化的神经嵴干细胞中，它还可以是细胞生长和分化的诱导剂。另外，一些造血因子，如白血病抑制因子（LIF），具有诱导其向神经元细胞分化的活性，同时也是神经元的一种长效存活因子。在神经嵴干细胞的体外培养中，外源性的成纤维细胞生长因子（FGF）和表皮细胞生长因子（EGF）可刺激多潜能的神经嵴前体细胞增殖并且维持其细胞特性。胶质源性神经营养因子（GDNF）及受体对于迷走神经神经嵴来源的肠神经系统的发育起决定性的作用，其作用通路中任何一个发生突变都可造成肠神经的缺失，在人类被称为Hirschsprung’s病。

周围神经损伤后，如果再生轴突没有及时到达靶器官，可引起运动终板、感觉器的退变和肌肉萎缩。Card对损伤神经进行端侧吻合，当受损神经近端的再生纤维未到达远端时，正常神经干再生纤维的先期支配有利于防止肌肉萎缩及终板退变。Heath等认为用干细胞或祖细胞作为种子细胞可以改善细胞再生微环境，增加移植组织与周围组织的相容性，且减少免疫反应。国内研究将从人胚胎脑组织获得的神经干细胞，经克隆后移植到大鼠的脊髓损伤模型中，可使轴突广泛髓鞘化，再生的神经纤维可延伸至损伤部位的远端。Murakami等用植入明胶的神经干细胞成功修复了15mm坐骨神经缺损，发现神经干细胞可分化为雪旺细胞样支持细胞，这些细胞可在移植物的导管中形成大量有髓神经纤维，并且再生的神经可形成神经传导通路。神经干细胞移植入周围神经，虽未发现神经元与中枢神经的联系，但发现它可改善神经再生的微环境，促进周围神经再生和功能恢复，并能够进一步分化，发出轴突支配受损神经的靶器官防止靶器官萎缩。提示神经干细胞主要通过改善神经再生的微环境来促进神经再生和功能恢复。Holmes等把神经干细胞种植在有赖氨酸丙氨酸及天冬氨酸形成的16肽的自制生物支架，在一定条件下，让干细胞分化成各种类型的神经细胞，然后将其植入组织内也能达到修复神经的目的。

研究者们在周围神经组织工程领域做了大量工作，但在临床上中长段周围神经缺损的修复仍以自体神经移植为主，寻找丰富的种子细胞来源和经体外培养的种子细胞繁殖及扩增后易趋于老化的问题是目前研究需要克服的主要问题，神经嵴干细胞的研究为组织工程化修复周围神经损伤提供了新的希望！

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