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神经干细胞的研究及应用 张永红 （西南大学，家蚕基因组生物学国家重点实验室，重庆，400716） 摘要：神经干细胞可持续增殖、分化产生神经元、星型胶质细胞和少突胶质细胞．神经干细胞的这种特性为进行中枢神经退行性病变和损伤的治疗打下了基础。通过研究神经干细胞的特点、用于治疗疾病的机理、移植及移植方法等，为神经干细胞的临床应用提供基础，与基因治疗有机结合可以治疗治疗多种神经系统遗传性疾病和获得性疾病。 关键字：神经干细胞 多方向分化潜能 细胞治疗 基因治疗 神经干细胞(Neural stem cells，NSCs)是指具有分化为神经元、星形胶质细胞、少突胶质和对疾病损伤具有反应性修复潜能的细胞，也可转分化成血细胞和骨骼肌细胞。长期以来人们一直认为高等动物的神经细胞是终身存活的，成熟的神经元是终末细胞，如果神经元细胞受损伤死亡，只有由神经胶质来填充，其功能将永久丧失。然而神经干细胞的发现打破了这种传统的认识，目前研究发现，内源性神经干细胞具有对疾病损伤的反应性，在疾病损伤时能向损伤部位迁移、并增殖分化为有功能的神经元，这使得医学者对中枢神经系统损伤和退行性疾病的治疗看到了新的希望。由于内源性神经干细胞对疾病损伤修复的能力有限，因此神经干细胞的移植治疗仍然是目前神经系统疾病治疗中的主要细胞来源。 1 神经干细胞的生物学特征 神经干细胞属于多能干细胞。1989年Anderson等【1】通过实验首先实它的存在，并提出了神经干细胞概念。神经干细胞是一种终身具有自我更新能力及多向分化潜能的细胞，它处于分化的非终末状态，可通过对称或不对称分裂产生新的干细胞和分化潜能逐渐减小的子细胞，并可最终产生中枢神经系统的三种细胞：神经原细胞、星形胶质细胞和少突胶质细胞．在发育中的胚胎神经系统和成体脑区都存在神经干细胞，其特性标志为神经巢蛋白(nestin)【2】。 神经干细胞具有以下生物学特征：(1)具有自我维持和自我更新的能力；(2)具有多方向分化潜能，能分化本系大部分类型的细胞；(3)增殖分裂能力；(4)自我更新能力和多向分化潜能可维持很长时间，甚至终生；(5)对损伤和疾病具有反应能力【3】 2 神经干细胞的研究现状 目前，NSCs的研究主要是围绕其增殖与自我更新、分离与体外分化、胚胎干细胞的定向诱导、NSCs的移植和在体研究等。 2.1 NSCs的增殖与自我更新 研究表明，促有丝分裂原(NGF、EGF或bFGF)信号在NSCs增殖过程中起重要作用．NSCs在高浓度的bFGF培养液中传代50代后仍具有克隆能力，而撤去有丝分裂原后NSCs则发生分化【4】。此外，有丝分裂原信号还与NSCs的自我更新和自我维持有关，体内注射EGF后95％的增殖细胞仍呈现Nestin阳性。 2.2 NSCs的分离与分化 NSCs一般是从成年脑的某些保持有神经发生的特定部位，如海马、纹状体、SVZ等处及胚胎脑中的神经组织中分离【5】。NSCs的分离方法一般多采用无血清细胞培养和细胞克隆技术。 目前，对于NSCs的分化是由基因调控还是受外来信号调控尚存有争议，但外来信号在NSCs的分化发育中的作用愈来愈多地受到人们的重视．已发现许多外来信号如细胞因子、神经营养因子、肽类物质等有助于NSCs的分化．当然，外来信号在NSCs的分化发育．中起重要作用，并不意味着细胞自身不存在基因调控．其实，外来信号本身也是基因产物。有研究表明，神经细胞发育的多样性可能与于 细胞表达多种转录因子有关．此外，神经发育的次序也应该由于细胞自身决定。Toru Kond等【5】发现，在培养条件下，少突胶质细胞的前体在特定情况下可发生逆分化(repentant)而形成多能神经于细胞，进而分化形成神经原细胞．逆向分化的发现为人们获得NSCs提供了新的途径。 2.3 胚胎干细胞的定向诱导 进入20世纪90年代后，胚胎干细胞(embryonic stem cells，ES)的定向分化成为人们研究的重点，并为中枢神经系统损伤的治疗提供了理论依据．1995年，研究证实了由ES细胞可分化产生有功能的神经原细胞．Bain等用全反式维甲酸诱导ES细胞产生了大量的神经前体细胞(nestin阳性)、神经元(MAP2，MAP5等)、少突胶质细胞(04阳性)和星形胶质细胞(GFAP阳性)．目前，如何将ES细胞定向诱导分化所得到的神经细胞保存并使其具有功能是ES细胞能否用于科研和临床的关键。Hancock等【7】用低温保存从ES细胞中分化得到的神经祖细胞，并用FGF2使其复苏，进而使其分化为有功能的神经元。 2.4 NSCs的移植研究 NSCs分化潜能等特性必须通过移植研究才能得到证实。Renfranx PJ等[8]将大鼠海马原基中分离出的于细胞标记后植入新出生大鼠的海马和小脑，于1和6周后观察发现标记的细胞绝大多数定位于海马和小