脑缺血后的神经发生及其调节

【关键词】  脑缺血；神经发生；调节

    传统观点认为，成年哺乳动物中枢神经系统（ｃｅｎｔｒａｌ　ｎｅｒｖｏｕｓ　ｓｙｓｔｅｍ　，ＣＮＳ）在损伤后缺乏自身修复能力，自１９９２年，Ｒｅｙｎｏｌｄｓ等运用无血清培养基从小鼠纹状体分离出神经干细胞（ｎｅｕｒａｌ　ｓｔｅｍ　ｃｅｌｌ　，ＮＳＣ），并证明它能够分化成ＣＮＳ的三类主要细胞，打破了这一观点。Ｇａｇｅ将ＮＳＣ的生物学特征概括为：①来源于神经组织并可生成神经组织；②具有自我更新能力；③可通过不对称分裂产生新的细胞类型［１］。目前已公认，在成年哺乳动物ＣＮＳ中存在ＮＳＣ的主要脑区是侧脑室外侧壁的室下带（ｓｕｂｖｅｎｔｒｉｃｕｌａｒ　ｚｏｎｅ，ＳＶＺ）和海马齿状回（ｄｅｎｔａｔｅ　ｇｙｒｕｓ，ＤＧ）的颗粒下层（ｓｕｂｇｒａｎｕｌｅ　ｌａｙｅｒ　，ＳＧＬ）。ＮＳＣ在一定条件下可增殖分化成神经元和胶质细胞，参与神经功能的修复过程，称为神经发生。脑缺血是造成神经功能缺损的常见疾病，研究缺血后脑组织的病理生理改变及自体ＮＳＣ的反应和调节，具有重要的临床意义。
　　１  脑缺血后神经发生的部位
　　１.１  ＳＶＺ  在哺乳动物大脑的发育过程中，由神经管直接衍生的胚胎神经上皮细胞位于胚胎脑室腔的表面，组成脑室带，室带中的某些细胞深入脑组织组成ＳＶＺ。Ｄｏｅｔｓｃｈ等研究发现，该区主要有三种细胞类型：①Ａ型细胞：是数量最多并具有迁移性的成神经细胞；②Ｂ型细胞：即星形细胞，在Ａ型细胞外形成髓鞘；③Ｃ型细胞：是最活跃的增殖细胞［２］。Ｐａｒｅｎｔ等应用局灶脑缺血模型，采用５溴脱氧尿嘧啶核苷（５?ｂｒｏｍｏｄｅｏｘｙｕｒｉｄｉｎｅ，Ｂｒｄｕ）标记结合免疫组织化学方法，发现脑缺血后１０～２１　ｄ，ＳＶＺ的ＮＳＣ明显增殖，且神经母细胞呈链状伸展至梗死灶旁的纹状体；缺血３５ｄ后，新纹状体Ｂｒｄｕ标记细胞向神经元分化，提示脑缺血促进ＳＶＺ的神经发生［３］。
　　１.２  ＤＧ  成年海马ＮＳＣ位于齿状回的ＳＧＬ和颗粒细胞最内层。
　　研究证实，脑缺血后齿状回ＳＧＺ细胞呈现明显的增殖反应。Ｔａｎａｋａ等将携带有绿色荧光蛋白（ＥＧＦＰ）的逆转录酶病毒注入沙土鼠ＤＧ，４８　ｈ后闭塞双侧颈总动脉５　ｍｉｎ造成全脑短暂缺血模型，发现几乎所有的ＥＧＦＰ阳性细胞都存在于ＳＧＬ，这些细胞增殖并迁移到颗粒细胞层（ｇｒａｎｕｌｅ　ｃｅｌｌ　ｌａｙｅｒ，ＧＣＬ），表达生长中的神经元标记多聚唾液酸神经细胞黏附分子（ｐｏｌｙｓｉａｌｉｃ　ａｃｉｄ　ｎｅｕｒａｌ　ｃｅｌｌ　ａｄｈｅｓｉｏｎ　ｍｏｌｅｃｕｌｅ，　ＰＳＡＮＣＡＭ）和Ｄｏｕｂｌｅｃｏｒｔｉｎ，３０　ｄ后分化成成熟神经元，提示脑缺血促进了ＤＧ区的神经发生［４］。
　　１.３  室管膜、室管膜下和脉络丛细胞 
　　Ｊｏｈａｎｓｓｏｎ等采用ＤｉＩ对室管膜细胞进行分化成嗅球的神经元，而体外培养标记的细胞能分裂并发育成神经球，表明室管膜细胞即为ＮＳＣ［５］。Ｌｉ等采用大鼠大脑中动脉线栓模型（ｍｉｄｄｌｅ　ｃｅｒｅｂｒａｌ　ａｒｔｅｒｙ　ｏｃｃｌｕｓｉｏｎ，　ＭＣＡＯ），用Ｂｒｄｕ标记脑缺血２、４、７、１４、２１和２８　ｄ后室管膜、室管膜下和脉络丛细胞，发现ＭＣＡＯ后的２～２８　ｄ，Ｂｒｄｕ阳性细胞存在室管膜和室管膜下细胞形成的小丘中，并散在分布于脉络丛细胞，缺血后７ｄ达高峰；约０.１％～３.５％表达神经元核抗原（ｎｅｕｒｏｎａｌ　ｎｕｃｌｅａｒ　ａｎｔｉｇｅｎ，　ＮｅｕＮ），约８.６％表达神经胶质纤维酸性蛋白（ｇｌｉａｌ　ｆｉｂｒｉｌｌａｒｙ　ａｃｉｄｉｃｐｒｏｔｅｉｎ，　ＧＦＡＰ），表明脑缺血也促进了室管膜、室管膜下和脉络丛的神经发生［６］。
　　２  脑缺血后神经发生的主要形式
　　２.１  原位激活 
　　正常状态下，成年哺乳动物ＣＮＳ中的ＮＳＣ大多处于静息状态。脑缺血可激活静息态的ＮＳＣ在原位增殖，而后向损伤部位迁移并分化。Ｚｈａｎｇ等在大鼠ＭＣＡＯ模型中，发现脑缺血２～１４　ｄ后，缺血同侧ＳＶＺ区Ｂｒｄｕ标记的细胞数量明显增加，７　ｄ时达高峰；脑缺血１４　ｄ后，ＳＶＺ与嗅球内Ｂｒｄｕ免疫反应阳性细胞数增加一致，并且缺血同侧ＳＶＺ存在大量ＰＳＡＮＣＡＭ免疫反应阳性细胞提示局灶性脑缺血能诱导同侧ＳＶＺ细胞增殖和分化［７］。
　　２.２  异位激活 
　　脑缺血不仅可以激活缺血区的ＮＳＣ，还可以激活远隔部位的ＮＳＣ，甚至使缺血灶周围的某些成熟细胞发生细胞骨架的胚胎回复，出现胚胎神经上皮细胞特性的再表达。Ｌｉ等发现，ＭＣＡＯ后６～１２　ｈ，缺血灶中心处的星形细胞开始表达巢蛋白（ｎｅｓｔｉｎ），随着时间的推移，缺血灶及周边区小胶质细胞、单核细胞也表达ｎｅｓｔｉｎ，并延续到缺血后４周，而且缺血灶附近的一些神经元也呈现ｎｅｓｔｉｎ阳性，因其具有成熟神经元和胶质细胞特性，提示是逆向转化的ＮＳＣ，而不是来源于ＳＶＺ和ＤＧ［６］。Ｔａｋａｓａｗａ等利用永久性局灶脑缺血模型，研究对侧半球ＤＧ区神经祖细胞的反应，发现脑缺血后７ｄ，Ｂｒｄｕ阳性反应细胞的数量增加６～７倍，其中超过８０％的新生细胞表达ｍｕｓａｓｈｉｌ，约１０％的Ｂｒｄｕ阳性细胞表达ＧＦＡＰ，提示脑缺血可刺激对侧半球神经祖细胞的增殖分化，增加远隔部位的神经发生［８］。　　３  脑缺血后神经发生的调节
　　３.1  内源性神经营养因子（ＮＴＦ）和干细胞因子（ＳＣＦ）  脑缺血后海马和皮层可表达多种ＮＴＦ如碱性成纤维细胞生长因子（ｂＦＧＦ）、表皮生长因子（ＥＧＦ）、脑源性神经营养因子（ＢＤＮＦ）等。Ｎａｋａｔｏｍｉ等发现，脑缺血后向脑室内注入ＮＧＦ可显著促进内源性ＮＳＣ的激活、增殖，随后迁移入海马，整合入脑的环路，改善了神经功能缺损的症状［９］。ｂＦＧＦ是一种具有多种生物活性的ＮＴＦ，在脑缺血和外伤中起着重要的自我修复作用。Ｌｉｎ等证实，脑缺血再灌注后海马部位ｂＦＧＦｍＲＮＡ于缺血后６０　ｍｉｎ开始增高，持续２周，表达的时间与ＤＧ神经元发生基本一致［１０］。
　　Ｊｉｎ等报道，脑缺血促进ｂＦＧＦ和ＳＣＦ合成，同时ＳＣＦ的受体ｃ?ｋｉｔ在ＳＶ和ＳＧＺ的表达也增高。可见脑缺血后ｂＦＧＦ和ＳＣＦ水平的增高促进了脑内的神经发生［１１］。ＮＴＦ的调节作用并不是独立的，它们相互作用，相互影响。除ＥＧＦ和ｂＦＧＦ外，ＮＳＣ的增殖和分化还受多种ＮＴＦ的协同和拮抗作用的影响。作为ＮＳＣ存活的ＳＣＦ也需要ＮＧＦ、ＢＤＧＦ、ＮＴ２３的共同作用。
　　３.２  神经递质
　　神经递质不仅介导神经元之间和神经元与效应器之间的信号传递，还参与ＮＳＣ的增殖和分化。神经递质对ＮＳＣ的作用在脑缺血与正常状态下时有所不同。脑缺血时，兴奋性谷氨酸释放，通过Ｎ?甲基－Ｄ天门冬氨酸（ＮＭＤＡ）受体使细胞去极化，从而引起细胞内与增殖有关的基因转录和蛋白表达，最终导致细胞增殖。脑缺血早期，较低浓度的谷氨酸促进ＮＴＦ及其受体的表达，而稍后爆发性增高的谷氨酸则导致神经毒性。
　　４  问题与展望
　　脑缺血可以激活自体的ＮＳＣ增殖、迁移、分化，但增殖的ＮＳＣ数量有限，而且某些调节ＮＳＣ迁移、分化、存活、神经元修复和突触形成的因子也不足，不能完成自身修复。如何增加自体的神经发生，如何诱导损伤区域内神经发生向神经元方向分化并在神经组织内整合，如何避免体内抑制神经发生的因素，如何防止新生神经元的凋亡等，都值得进一步研究。目前，ＣＮＳ修复研究已经形成两个重要的研究方向：①试图控制ＣＮＳ神经元存活和轴突生长的信号途径，改变中枢神经内在的生长能力；②采用干预手段，创造ＣＮＳ中受损神经元生存的合适环境，进一步激活自身的ＮＳＣ和内源性修复机制。若能促进自体ＮＳＣ在体内增殖、存活、迁移、分化以修复受损的神经细胞，将使脑缺血等多种脑损伤的自我修复成为可能，为ＮＳＣ的研究提供更加广阔的应用前景。
【】
  　　［１］Ｇａｇｅ　ＦＨ．　Ｍａｍｍａｌｉａｎ　ｎｅｕｒａｌ　ｓｔｅｍ　ｃｅｌｌ　［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０００，２８７（５４５７）：１４３３－１４３８．

　　［２］Ｄｏｅｔｓｃｈ　Ｆ，Ｃａｉｌｌｅ　Ｉ　，Ｌｉｍ　ＤＡ，ｅｔ　ａｌ．Ｓｕｂｖｅｎｔｒｉｃｕｌａｒ　ｚｏｎｅ　ａｓｔｒｏｃｙｔｅｓ　ａｒｅ　ｎｅｕｒａｌ　ｓｔｅｍ　ｃｅｌｌ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｄｕｌｔ　ｍａｍｍａｌｉａｎ　ｂｒａｉｎ　［Ｊ］．Ｃｅｌｌ，１９９９，９７（６）：７０３－７１３．

　　［３］Ｐａｒｅｎｔ　ＪＭ，Ｖｅｘｌｅｒ　ＺＳ，Ｇｏｎｇ　Ｃ，ｅｔ　ａｌ．Ｒａｔ　ｆｏｒｅｂｒａｉｎ　ｎｅｕｒｏｇｅｎｅｓｉｓａｎｄ　ｓｔｒｉａｔａｌ　ｎｅｕｒｏｎ　ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔａｆｔｅｒ　ｆｏｃａｌ　ｓｔｒｏｋｅ［Ｊ］．Ａｎｎ　Ｎｅｕｒｏｌ，２００２，５２（６）：８０２－８１３．

　　［４］Ｔａｎａｋａ　Ｒ　，Ｙａｍａｓｈｉｒｏ　Ｋ，Ｍｏｃｈｉｚｕｋｉ　Ｈ，ｅｔ　ａｌ．Ｎｅｕｒｏｇｅｎｅｓｉｓ　ａｆｔｅｒｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ｇｌｏｂａｌ　ｉｓｃｈｅｍｉａ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｄｕｌｔ　ｈｉｐｐｏｃａｍｐｕｓ　ｖｉｓｕａｌｉｚｅｄｂｙ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｅｔｒｏｖｉｒａｌ　ｖｅｃｔｏｒ　［Ｊ］．Ｓｔｒｏｋｅ，２００４，３５（６）：１１５４－１４５９．

　　［５］Ｊｏｈａｎｓｓｏｎ　ＣＢ，Ｍｏｍｍａ　Ｓ，ＣｌａｒｋｅＤＬ，ｅｔ　ａｌ．Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　ｎｅｕｒａｌ　ｓｔｅｍ　ｃｅｌｌ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｄｕｌｔ　ｍａｍｍａｌｉａｎ　ｃｅｎｔｒａｌ　ｎｅｒｖｏｕｓ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｃｅｌｌ，１９９９，９６：２５－３４．

　　［６］Ｌｉ　Ｙ，　Ｃｈｅｎ　Ｊ，　Ｃｈｏｐｐ　Ｍ．　Ｃｅｌｌｐｒｏｌｉｆｅｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ　ｆｒｏｍ　ｅｐｅｎｄｙｍａｌ　ｓｕｂｅｐｅｎｄｙｍａｌａｎｄ　ｃｈｏｒｏｉｄｓ　ｐｌｅｘｕｓ　ｃｅｌｌｓ　ｉｎ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｔｏ　ｓｔｒｏｋｅ　ｉｎ　ｒａｔ［Ｊ］．　Ｊ　Ｎｅｕｒｏｌ　Ｓｃｉ，２００２，１９３（２）：１３７－１４６．

　　［７］Ｚｈａｎｇ　ＲＬ，Ｚｈａｎｇ　ＺＧ，Ｚｈａｎｇ　Ｌ，ｅｔａｌ．Ｐｒｏｌｉｆｅｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｒｏｇｅｎｉｔｏｒ　ｃｅｌｌｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｒｔｅｘ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｕｂｖｅｎｔｒｉｃｕｌａｒ　ｚｏｎｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｄｕｌｔ　ｒａｔ　ａｆｔｅｒ　ｆｏｃａｌ　ｃｅｒｅｂｒａｌ　ｉｓｃｈｅｍｉａ［Ｊ］．Ｎｅｕｒｏｓｃｉｅｎｃｅ，２００１，１０５（１）：３３－　４１．

　　［８］Ｔａｋａｓａｗａ　Ｋ，Ｋｉｔａｇａｗａ　Ｋ，Ｙａｇｉｔａ　Ｙ，ｅｔ　ａｌ．Ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｐｒｏｌｉｆｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎｅｕｒａｌ　ｐｒｏｇｅｎｉｔｏｒ　ｃｅｌｌｓ　ｂｕｔ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｓｕｒｖｉｖａｌ　ｏｆ　ｎｅｗｂｏｒｎｃｅｌｌｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔ　ｒａｌａｔｅｒａｌ　ｈｉｐｐｏｃａｍｐｕｓ　ａｆｔｅｒ　ｆｏｃａｌ　ｃｅｒｅｂｒａｌ　ｉｓｃｈｅｍｉａ　ｉｎ　ｒａｔｓ［Ｊ］．Ｊ　Ｃｅｒｅｂ　Ｂｌｏｏｄ　Ｆｌｏｗ　Ｍｅｔａｂ，２００２，２２（３）：２９９－３０７．

　　［９］Ｐａｐａｄｏｐｏｕｌｏｓ　ＣＭ，Ｔｓａｉ　ＳＹ，Ａｌｓｂｉｅｉ　Ｔ，ｅｔ　ａｌ．Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｒｅｃｏｖｅｒｙａｎｄ　ｎｅｕｒｏａｎａｔｏｍｉｃａｌ　ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙｆｏｌｌｏｗｉｎｇ　ｍｉｄｄｌｅ　ｃｅｒｅｂｒａｌ　ａｒｔｅｒｙ　ｏｃｃｌｕｓｉｏｎ　ａｎｄ　ＩＮ２１　ａｎｔｉｂｏｄｙ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｄｕｌｔ　ｒａｔ［Ｊ］．Ａｎｎ　Ｎｅｕｒｏｌ，２００２，５１：４３３－４４１．

　　［１０］Ｌｉｎ　ＴＮ，　Ｔｅ　Ｊ，　Ｌｅｅ　Ｍ，　ｅｔ　ａｌ．　Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂａｓｉｃ　ｆｉｂｒｏｂｌａｓｔｇｒｏｗｔｈ　ｆａｃｔｏｒ（ｂＦＧＦ）　ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｆｏｌｌｏｗｉｎｇ　ｆｏｃａｌ　ｃｅｒｅｂｒａｌ　ｉｓｃｈｅｍｉａ［Ｊ］．　Ｂｒａｉｎ　Ｒｅｓ，　１９９７　，４９（１－２）：２５５　－２６５．

　　［１１］Ｊｉｎ　Ｋ，Ｍａｏ　ＸＯ，Ｓｕｎ　Ｙ，ｅｔ　ａｌ．Ｓｔｅｍ　ｃｅｌｌ　ｆａｃｔｏｒ　ｓｔｉｍｕｌａｔｅ　ｎｅｕｒｏｇｅｎｅｓｉｓ　ｉｎ　ｖｉｔｒｏ　ａｎｄ　ｉｎ　ｖｉｖｏ［Ｊ］．Ｊ　Ｃｌｉｎ　Ｉｎｖｅｓｔ　，２００２，１１０（３）：３１１－３１９．