成年哺乳动物神经形成相关的进展研究

邱德璐，雷晓虹

（四川大学华西第四医院 麻醉科，四川 成都 610041）

0 引言

神经干细胞是一种具有多项分化能力的干细胞，可分化为神经元、星形胶质细胞、小胶质细胞。在胚胎时期，其大量增殖分化，最终构成中枢神经系统。而在成年大鼠的脑中，其主要存在于脑室室管膜下区（Ventricular Subventricular Zone，V-SVZ）以及海马齿状回（Dentate Gyrus，DG）的颗粒下层（Subgranular Zone，SZG）。因此，成年大鼠的神经形成也主要在这两个区域，此处的神经干细胞可以首先分化为中间前体（祖）细胞（Intermediate Progenitors，IPs）再分化为成神经细胞，最后迁移到纹状体和海马齿状回形成各种类型的神经元。这些新产生的神经元，其功能主要与后天形成的记忆以及行为相关。

中枢神经系统疾病，多与神经细胞的凋亡、突触的断裂相关，因此调节成年大鼠神经形成的相关通路的研究日益受到各国学者的重视。这对治疗中枢神经系统相关疾病有着深远的指导意义。目前，已有大量研究表明Notch 通路，BMP通路，Wnt通路，神经营养因子甚至小RNA（Micro-RNA）均参与成年后大鼠神经形成的调控。

1 Notch通路及其配体

Notch是一个跨膜蛋白，经典的Notch通路为其水解后产生的胞内部分NICD（Notch intracellular domain）绑定其配体最后作用于CSL转录复合体。在成年大鼠的中枢系统中，Notch信号通路作用复杂，主要参与调节神经干细胞的增殖、静默并参与决定其命运，其复杂的作用可能与其不同的信号元件相关。经典的Notch通路及其配体（Jagged1，Dll1，Dll3，Dll4）可通过作用于其靶基因Hes/Hey Family来抑制成神经基因（如：Ascl1）的表达以维持神经干细胞的一致性，使NSCs处于静止状态。激活经典的Notch通路，可保持干细胞池的静止状态。敲除Notch通路受体或者其重要信号原件RBPJk后，可短时间增强NSCs活性，增加Ascl1的表达，增加IPs的数量，但是干细胞池会随之枯竭。而在IPs中沉默经典的Notch通路，可使成神经基因Ascl1稳定表达，并促进IPs的分化。与经典的Notch通路不同，激活Notch1通路即可促进神经干细胞增殖，又可保持其一致性。近年来，也有研究表明，Notch信号通路在V-SVZ及SZG的作用不尽相同，敲除Notch1信号通路可显著减少SZG中的NSCs，而V-SVZ中的NSCs活性虽然减小但数量却没有明显变化[1]。也有猜想认为Ntoch通路促进神经干细胞的增殖或分化与其表达的量有关，但其证据仅有体外实验。Guentchev等证明，低浓度的Notch1可促进胚胎神经前提细胞增殖，而高浓度则抑制其增殖能力[2]。

2 BMP（Bone Morphogenetic Proteins）通路

在大鼠胚胎发育时期，BMP通路对大脑的发育作用多样且重要，可通过激活其Ia型受体（BMPR-Ia）促进神经前提细胞的增殖，而激活Ib型受体（BMPR-Ib）型受体可导致神经前体细胞的分化，完全敲除BMP可导致海马组织消失[3]。在成年大鼠的海马齿状回中，BMP主要产生于神经干细胞以及颗粒神经元，其作用为与胚胎时期相似，既可保持神经前体细胞处于静止状态，又可促进颗粒细胞的分化，是其成熟的必要条件。这种不同效应可能与他们分别表达BMPR-Ia以及 BMPR-Ib受体有关。敲除BMPR-Ia受体可导致神经前体细胞过度激活，以致干细胞池枯竭[4]。在离体培养的神经干细胞培养基中加入BMP4也可使NSCs处于静止状态，如果同时加入成纤维细胞生长因子（Fibroblast Growth Factor，FGF2）可使正在增殖的NSCs静止并且保持其增殖潜能。同时，BMP还可促进离体的NSCs向星形胶质细胞分化。目前，暂无研究表明，BMP通路对成年大鼠V-SVZ的神经形成有影响。

3 Wnt通路

与BMP通路相似，Wnt通路的激活是胚胎时期大鼠海马组织形成不可缺少的条件之一，可促进神经前体细胞增殖。同时，他也与胚胎时期胶质细胞骨架形成相关，可指导神经前体细胞由室管膜下区迁移至海马组织，并分化为神经元。与BMP通路不同的是，成年大鼠Wnt通路主要表达于神经干细胞以及星形胶质细胞，以自分泌和旁分泌的形式参与神经形成，促进神经细胞的分化。行为学实验表明，抑制经典的Wnt通路的活性，可以影响成年大鼠学习以及记忆的能力[5]。早在05年，Lie D.C等就证明，过表达Wnt3可促进神经形成离体以及在体的神经形成，而抑制其表达可降低体外神经前体细胞的分化甚至完全破坏成年大鼠神经形成的能力[6]。敲除DG中的Wnt通路抑制剂SFRP3（secreted frizzled related protein 3）可使原本静止的神经干细胞过度增殖，激活神经前体细胞，并促进新生的神经元的成熟和树突生长。由于SFRP3主要由成熟的颗粒神经元分泌，这提示我们瞬时减少紧张性抑制可能是成年哺乳动物神经再生的机制之一。另外，Kuwabara等提出，Wnt通路可通过直接促进成神经基因（Neurog2，NeuroD1 and Prox1 et）在IPs中的表达以促进IPs的分化[7]。

4 结论

成年哺乳动物神经再生与许多神经系统疾病的发展、预后息息相关[8-10]。研究其调控因素，对于寻找治疗中枢系统疾病的靶点至关重要。此外，对于干细胞移植治疗的研究，目前仍固步不前，其原因主要是因为移植的NSCs存活率低，分化率小，即使分化也多数朝向胶质源性细胞。因此，研究其增殖、分化的调控因素，可“制造”出经基因修饰后的NSCs，从而提高其存活率、分化率。这对中枢神经系统疾病的治疗有着深远的意义。