创伤性脑损伤后内源性神经干细胞的变化及作用

宗盛华，杨 波，关方霞

(1.郑州大学第一附属医院神经外科 河南郑州 450052;2.河南医学科学院 河南 郑州 450003)

郑州大学第一附属医院 杨波教授 审校

神经外科疾病中创伤性脑损伤发病率居高不下，其高死亡率、高致残率一直是临床上的难题。随着近20年来国内外对神经系统更深层次的研究，尤其是神经干细胞的发现，让人们对解决这一难题有了新的希望。目前对于创伤后脑损伤应用神经干细胞作为治疗措施的基础研究及临床试验主要有两方面:①体外干细胞分离培养增殖后和(或)定向诱导分化后移植;②采取措施促进内源性神经干细胞的增殖、迁移及诱导其定向分化。与外源性神经干细胞相比，内源性神经干细胞具有无免疫源性、无伦理学障碍、可自我更新、多潜能分化、成瘤性低等优点。本文就近年来关于创伤性脑损伤后内源性神经干细胞增殖、迁移和分化的研究现状进行综述。由此加深对原有疾病内在机制的认识，同时也为干细胞的综合治疗提供新的依据。

1 脑内内源性神经干细胞的正常分布、增殖、分化及迁移

目前研究认为在成体脑内内源性神经干细胞(endogenous neural stem cells，eNSCs)主要分布在侧脑室的脑室下区(subventricular zone，SVZ)和海马齿状回颗粒下层(subgranular zone，SGZ)。在体外已经从皮层、纹状体、下丘脑、黑质和脊髓中分离出具有分化潜能的神经前体细胞，由此推断这些区域的细胞具有NSCs潜能，但仍不能说其具有体内NSCs的功能［1］。一般认为脑内广泛存在的eNSCs正常情况下多处于静息状态，但研究表明脑内存在持续的神经增殖、迁移、分化及凋亡，而多种内源性和外源性因素动态地影响神经再生的不同阶段［2］，并且可能与学习、记忆、认知等功能密切相关［3］。研究证实源自SVZ新生的前体细胞沿头向迁移流(rostral migratory stream，RMS)迁向嗅球，并分化成为颗粒细胞(GC)和球旁细胞(PG)［4］。而成年海马神经发生则始于海马齿状回颗粒下区，向海马齿状回颗粒细胞层内部迁移，分化成齿状回颗粒细胞，并可向周围延伸整合入神经环路中，少部分变成神经胶质［5］。

2 创伤性脑损伤对内源性神经干细胞的影响

2.1 创伤性脑损伤对内源性神经干细胞增殖的影响 脑损伤后神经发生高于正常水平是内源性神经修复的先决条件。研究证明脑损伤可以引起脑室下区、海马齿状回颗粒层及损伤区周围的细胞增殖［6］，而这3个区域的神经发生对神经修复可能起决定作用。接下来本文将着重对这3个区域在创伤性脑损伤后的变化进行探讨。已有研究表明创伤后损伤区的反应性细胞如胶质细胞，免疫细胞等通过分泌多种因子影响eNSCs周围环境，诱导并促进其分裂增殖［7］。

关于不同区域eNSCs开始增殖及持续的时间，不同实验结果并不一致。Ramaswamy等［8］发现在小鼠CCI模型3 d时受损皮层区就有神经细胞增殖现象，这个时间太短不足以使来自SVZ和SGZ的神经前体细胞迁移到损伤处，说明损伤区周围本身就有神经发生。但是这些神经前体细胞是皮层原本存在的eNSCs还是有星型胶质细胞去分化而来的目前仍存在争议。Sundholm［9］应用BrdU和Dcx双标示踪脑损伤后小鼠的神经发生，发现在损伤后15 d的SVZ双阳性细胞数并没有显著增加，而之前Giongs等［10］应用PSA-NCAM标记神经前体细胞，发现在损伤后25 d的SVZ阳性细胞增加是有显著性意义的。Chen等［11］研究发现神经前体细胞在伤后 28 d恢复到对照组水平，Urbach等［12］发现脑损伤后神经前体细胞增殖可持续至损伤后6周以上。

分析认为，这些研究结果不同可能与所选动物的种属、月龄或损伤模型的不同有关。总的来说现阶段的研究表明创伤性脑损伤可以激活eNSCs的增殖，但是损伤激发的eNSCs来源、类型、以及不同区域在损伤后开始增殖和持续的时间仍需要进一步深入研究。

2.2 创伤性脑损伤对内源性神经干细胞迁移的影响

脑损伤后内源性神经干细胞被激活并迁移至损伤区域，才能进一步替代受损神经。Goings［13］等研究证实脑损伤激发SVZ细胞增殖，并打破其沿RMS迁移的稳定性，使部分神经前体细胞向损伤区迁移。而在对缺血缺氧敏感的海马区，创伤激发的新生神经细胞可能更多的替代该区创伤继发凋亡的神经元，从而对脑损伤继发的认知、学习、记忆障碍起到修复作用，此外也有部分新生细胞迁往损伤区域［14］。而这种迁移可能是由多种趋化因素诱导的，如:颤蛋白、Shh、SDF-1 等。

颤蛋白可能是皮层损伤后eNSCs迁移的主要激化分子之一。这种蛋白可以增强临近细胞对化学信号的敏感度。Courtès［15］等研究指出损伤后颤蛋白表达一过性上调，推测这一上调可能增强了多种不同信号分子的诱导作用。Amankulor［16］等研究指出脑损伤后神经胶质细胞过表达Shh，而神经胶质细胞与损伤后的细胞迁移关系密切，提示Shh在脑损伤后eNSCs的迁移中可能起到了重要调控作用。Imitola［17］等研究发现由损伤部位分泌的SDF-1能与CXCR4结合，诱导eNSCs向损伤处迁移，进而参与损伤修复。在新生小鼠脑内，神经母细胞放射状的迁往皮层是被血管协助的。而Gotts［18］等发现脑损伤促进SVZ内皮细胞增殖扩展为血管网，且其促进的时间窗恰好与神经前体细胞的迁移时间一致。

由此比较明确的是趋向性因子和脉管系统在神经迁移中可能起到了重要作用。可以认为损伤激发的相关基因上调，从而高表达各种趋向性因子，趋使eNSCs在各种调控因子的作用下沿着脉管系统等脑实质内的固有间隙迁往损伤区域。但是这些研究也提示何种因素在调控迁移中起决定性作用及整个迁移的确切机制尚不清楚。

2.3 创伤性脑损伤对内源性神经干细胞分化的影响 创伤后eNSCs可分化成不同类型的细胞。通常认为，eNSCs迁移至皮层损伤部位，并分化为投射神经元对有效的内源性修复是非常重要的。但是，目前研究表明皮层损伤后大部分迁入的前体细胞形成了神经胶质。在CCI损伤模型中，近损伤部位，绝大多数祖细胞形成了GFAP+的星形胶质细胞，只有少部分分化为成熟的神经元［19］。

脑创伤后损伤区微环境变化可能决定了细胞分化的命运。损伤后脑内一个显著变化是少突胶质细胞转录因子Olig2的暂时上调，而非神经源性转录因子，如Pax6，Mash1，Gsh2，Ngn等。说明了这些神经源性因子对皮层损伤无应答，这也为通过外源性途径应用神经因子调控损伤后神经分化提供了可能性。Buffo［20］等通过抑制Olig2的表达诱导pax6增加了神经发生，由此看来Olig2和pax6之间的平衡对细胞的命运很重要。Shh可能在细胞分化中也起到了决定性的作用。在生长发育过程中，Shh控制了腹侧皮质下端脑的神经发育和分化以及少突胶质细胞在这一区域中的分化［21］。损伤后Shh在皮质中表达的增多可能抑制了神经前体细胞向神经元的形成而促进了其向神经胶质的分化。

3 内源性神经干细胞与创伤性颅脑损伤的治疗

3.1 外源性信号分子的作用 已有研究表明，在缺血缺氧损伤中应用外源性的神经生长因子如BDNF，FGF2，GDNF，IGF1，VEGF等可以促进内源性神经干细胞的增殖且增加其生存率［22－24］。但在创伤性脑损伤中的研究甚少。国内有报道支持创伤性脑损伤后使用神经生长因子、表皮生长因子均可增加大鼠模型内源性神经干细胞的增殖和肢体功能的恢复，而且两种神经营养因子联合应用使这种效果更为明显［25］。

3.2 高压氧、电针、行为学训练及丰富的环境的作用 适宜的高浓度氧吸入、某种程度的电流刺激、长期规律的行为学训练，丰富的环境都会增加eNSC的增生。一般认为这些方法都是通过上调某种(些)内源性因子或降低损伤后内在环境中的不利因素而起作用的。刘海等［26］报道，高压氧使实验动物eNSCs增殖、分化加强，脊髓损伤后的功能得到改善。电针也可促进缺血后皮质、海马、纹状体巢蛋白阳性细胞数量的增加，提示这种作用可能是电针治疗脑缺血的重要作用机制之一［27］。锻炼可以增加正常海马区的NGF，BDNF，trkB，和 FGF等因子的表达并促进该区的神经发生［28］。

目前研究这些方法对缺血缺氧损伤后内源性神经干细胞的影响较多，而对创伤性脑损伤后的影响研究尚少。而创伤性脑损伤与缺血缺氧损伤的发病原因及机制方面都有很大的不同。因此，上述研究提示这些方法可能对创伤后的eNSCs起作用。具体的影响及机制仍需进一步的研究。

4 展望

应用内源性干细胞修复创伤性脑损伤的关键依赖于我们对神经干细胞自身特性和脑损伤后内环境改变更深层次的研究。如何实现:①激活足够数量的内源性神经干细胞;②引导活化的神经细胞向损伤区域的迁移;③有效的诱导分化手段使新生神经细胞向神经元方向分化是进一步需要解决的问题。未来通过外源性刺激因子和神经干细胞移植技术联合来激发诱导内源性神经干细胞在神经修复中的作用，从而达到综合治疗的最优效果可能是个更好的选择。

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