内源性干细胞在中枢神经系统退行性疾病中的研究进展

早在19世纪，人们广泛地认为成年哺乳动物的中枢神经系统几乎无再生能力。然而在40多年前，一些零星的研究表明在整个成年期间神经细胞会持续地产生。至此大量的研究聚焦于神经系统的再生，并证实了成年哺乳动物的神经系统在脑部的特定区域里确实存在新的神经细胞生成（包括神经元和神经胶质细胞）。

随着人类寿命的延长，中枢神经系统退行性疾病的发病率显著升高，与此同时也就带来了巨大的经济和社会负担。虽然当前的治疗手段可减轻一些临床症状，但对于大多数的神经系统退行性疾病来说，这些治疗手段是无法阻止疾病进展的。这主要是因为我们缺乏对疾病病理过程的理解，不能将中枢神经系统功能的变化与遗传和环境的变化相结合，以及组织样本和动物模型实验的局限性。内源性干细胞的研究结果为一些目前无法治愈的中枢神经系统疾病提供了新的治疗思路。本文将探讨内源性神经干细胞在生理和病理状态下的再生机制，并总结近年来内源性干细胞用于治疗神经退行性疾病的研究进展。

1.内源性神经干细胞

1.1来源和分布

在整个生命过程中，哺乳动物在前额和海马部位会生成新的神经细胞。许多研究表明，这些新生成的神经细胞源于神经干细胞，而这些神经干细胞主要分布于2个区域，分别是前额的脑室下区和海马齿状回的颗粒下区。在前额的脑室下区，这些神经干细胞群是星型胶质细胞的一个亚群。这些产生神经细胞的星型胶质细胞也叫做B细胞，聚集于侧脑室的外侧壁，可通过胶质原纤维酸性蛋白的免疫荧光染色看见。这些脑室下区的神经干细胞增殖形成快速分裂的神经祖细胞（C细胞），然后再增殖分化成神经母细胞（A细胞）。这些细胞通过嘴侧迁移流到达嗅球，并分化形成新的中间神经元。虽然成人大脑中神经细胞迁移流似乎比幼儿和啮齿类动物的活性弱，但我们仍能在年长人类的大脑中观察到神经干细胞的生成。

近年来，在婴儿的大脑中还发现了第2条神经母细胞迁移流。在海马齿状回的颗粒下区，神经干细胞临近于齿状回。这些B细胞先暂时形成前体细胞，再形成齿状回颗粒神经元。中枢神经系统的其他部位也存在祖细胞的潜在来源，它们是一种具有反应性的星型胶质细胞，广泛分布于新皮质、小脑、纹状体、杏仁核、黑质、下丘脑甚至脊髓。在中枢神经系统损伤后，这些星型胶质细胞展现出干细胞的特征。然而***近的研究显示，在阿尔茨海默病（Alzheimer disease，AD）大鼠模型中，这些反应性的星型胶质细胞不显示出干细胞特性。这表明并不是所有的反应性星型胶质细胞都有神经干细胞的特性。更有趣的是，一个研究团队已从帕金森病患者死后的脑皮质和黑质成功分离了祖细胞。

神经干细胞是可以自我更新的多能细胞，它可以通过对称和非对称的细胞分裂分化出各种类型神经细胞，并且迁移到需要修复的部位。神经干细胞先生成中间状态的祖细胞，然后再在许多精细的信号通路调控下，分化出神经组织，包括神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞等。为了分化出确切数目的类型的神经组织，在中枢神经系统的胚胎时期，神经干细胞的增殖和分化平衡需要精准的调控。这些细胞调控需要多种信号通路，包括刺激信号和抑制信号。而这些信号通路是通过各种细胞因子驱使。

1.2病理情况下

内源性神经干细胞在病理情况下可以参与到组织修复中。神经退行性疾病的主要特征是在中枢或外周神经系统中丢失神经细胞。年龄是慢性神经退行性疾病的主要原因，包括丢失一些特殊的神经元亚型。因此，内源性干细胞可以通过迁移、分化和增殖来修复受损的神经组织。这些神经干细胞来源于前额的脑室下区和海马齿状回的颗粒下区，受到一些刺激和抑制因子的调控，迁移到受损部位，并在此分化或增殖。许多调控机制参与其中，包括神经保护、神经营养和刺激血管生成。

研究表明成人大脑里有一个特定的神经微环境，即神经源性利基，它能持续促进多能神经干细胞自我更新、迁移，分化出神经元和胶质细胞。神经源性利基由星型胶质细胞、室管膜细胞、血管内皮细胞、分化的神经干细胞和成熟的神经元组成。充足的体内及体外试验表明，这些细胞基本上参与了所有成人神经再生的调控过程，并起到关键作用。成人神经干细胞主要的分子利基信号包括Sonic Hedgehog分子、转化生长因子、细胞因子、骨形态发生蛋白拮抗剂、白细胞抑制因子，催产素。这些信号因子在前额的脑室下区和海马齿状回的颗粒下区内通过神经源性利基对神经干细胞进行调控。这些结果为通过内源性神经干细胞治疗神经退行性疾病提供了新思路。

2.中枢神经系统疾病

2.1AD

世界卫生组织预计到2020年全世界将会有2900万人患痴呆，其中AD是世界范围内造成痴呆的***重要原因。AD是一种与年龄相关的神经退行性疾病，疾病早期的主要特征是进行性的记忆功能和定向力的丧失和，而后由于海马区的损伤，认知功能进行性损伤和功能减退。其病理特征主要表现为淀粉样β蛋白片段的形成和过度磷酸化的tau蛋白纤维缠结。这些淀粉样β蛋白和tau蛋白的聚集具有神经毒性，会对认知造成损伤。

AD的病理过程包括早期的神经元被金属离子修饰、氧化应激和***终神经小节的死亡。目前，临床上有4种药物用于治疗AD，包括5种乙酰胆碱酶抑制剂，即多奈哌齐、利凡斯的明和兰加他敏用于治疗轻到中度的AD，和N甲基-D-天冬氨酸受体拮抗剂（美金刚）用于治疗重度AD。这些治疗可以缓解疾病12个月的症状，但同样无法阻止神经退行性疾病的进展。这些治疗药物着眼于对抗淀粉样β蛋白。

在成人大脑中通过直接与淀粉样β蛋白的小分子片段作用，以达到减少淀粉样β蛋白的聚积和沉积。如此以来，AD的患者通过使用分泌酶抑制剂，降低淀粉样β蛋白介导的突触功能障碍和神经细胞死亡，来提高临床患者的认知功能和临床期别。减少淀粉样β蛋白的生成是另一种减少其在大脑内的水平。如γ分泌酶是一种膜转移酶，在许多组织中参与生成淀粉样β蛋白。另一种可选择的治疗方式还有调节异常神经纤维tau蛋白聚集。然而这些药物的治疗并不能阻止脑部损伤的进展，而只能充当支持治疗。因此神经干细胞的出现为AD带来的新的治疗途径。

由于AD的患者脑部多个区域的神经系统受损，用神经干细胞治疗该疾病依然是一个挑战。研究表明，AD痴呆症状的进展与神经突触丧失相关。还有一些实验表明，神经干细胞通过旁分泌释放神经营养因子有助于保留神经突触的连接和限制AD的进展。研究表明，一些干细胞刺激因子，如四氢孕酮、姜黄素、粒细胞集落刺激因子和氟西汀可以用于内源性神经干细胞激活和神经保护。

Irwin等发现四氢孕酮是一种神经甾体类物质，可以促进大脑内神经细胞再生，它可以诱发神经再生、白质的生成和胆固醇的平衡，与此同时减少淀粉样β蛋白和神经炎的负担。许多研究者对其他刺激因子也进行了相关研究。粒细胞集落刺激因子和氟西汀通过内源性神经干细胞分化和神经保护作用，来减少淀粉样β蛋白介导的细胞死亡。Chen等刺激表达tau蛋白的转基因大鼠体内内源性干细胞的生成，发现内源性干细胞的增殖可以通过增加体内脑源性神经营养因子（brain derived neurotrophic factor，BDNF）的水平从而改善大鼠学习和记忆的缺损，并且通过短发夹RNA介导的BDNF沉默会废除这种保护机制。

同样，Hampton等构建了一个神经原纤维缠结形成的一个模型，让该模型表达人类突变tau蛋白从而导致与年龄相关的皮质神经元丧失。通过刺激皮质内源性神经元的表达，可增加胶质源性神经营养因子的水平和保护皮质神经元。除这些神经营养因子的神经保护作用，内源性干细胞分化成各种神经细胞后具有抗炎作用，同样可调节小胶质细胞的固有免疫过程来影响AD的病理过程。

2.2帕金森病

帕金森病是一个逐渐进展运动紊乱的神经退行性疾病，以运动异常为特征，如震颤、肌肉强直、行动迟缓和自主运动的问题。其主要是由于黑质致密部中的多巴胺神经元的进行性丢失，而导致随后纹状体内多巴胺神经递质的降低。大多数帕金森病患者在亚临床期出现的嗅觉障碍，有研究表明帕金森病患者嗅觉功能减退与黑质和纹状体多巴胺功能降低相关。随着年龄的增长，大脑的内源性神经细胞再生减少和海马的神经细胞损伤都与认知功能降低相关。

目前对帕金森病患者的治疗方式主要在于减轻运动症状。早期多巴胺替代治疗可以有效缓解症状，但是随着治疗疗程的延长，会导致很严重的副反应。脑深部刺激治疗可以成功的抑制运动障碍，但是这种治疗方法同样不能阻止疾病的进展。基因治疗的途径可以阻止疾病的进展，但此疗法仍然在试验中。干细胞或多巴胺细胞移植对于帕金森病患者似乎是一种有效的治疗方式，但是这种治疗方式仍然不是十分有效，同时还有技术上和伦理学上的障碍。鉴于异源性干细胞的移植还存在着诸多限制，刺激内源性干细胞的产生也许是一个很有效的治疗方法。

神经干细胞存在于脑室下区，与纹状体的位置紧邻。而帕金森病又与纹状体中神经元产生的多巴胺减少相关。因此，提升帕金森病患者纹状体内多巴胺水平，可通过刺激脑室下区的神经干细胞迁移到纹状体，并分化成多巴胺神经元。Hsieh等研究了人参皂苷Rb1，发现它可显著上调神经营养因子的表达和促进中脑多巴胺神经元的分化。Liu等发现白血病抑制因子可作为治疗帕金森病的有效治疗手段，该因子可通过上调和重新表达神经干细胞作为神经保护机制。Su等发现在帕金森病大鼠模型中，鸟苷可通过环腺苷酸应答元件结合途径，促进脑室下区的神经干细胞的迁移和分化。

近年研究发现，激活的星形胶质细胞有助于中脑成人神经干细胞分化成多巴胺神经细胞，这表明促进内源性神经细胞再生是一种潜在的有效方法。总的来说，虽然从人类的黑质中能分离和培养出祖细胞，但目前并没有足够令人信服的证据表明，在帕金森病患者或帕金森病模型的黑质区域有内源性多巴胺神经元生成。同样在纹状体内，多巴胺神经元的增长也可能是由于已存在神经细胞表型的转变。近来的研究表明，许多生长因子和Eph受体激动剂可以刺激脑室下区的神经干细胞增殖和增加黑质区细胞的增殖。虽然还没有完全确信的证据表明异源性因子可以刺激多巴胺神经元增殖，但是一些研究已经证明，对于纹状体一些脑室下区的神经干细胞可以分化成新的多巴胺神经元，这将对帕金森患者治疗很有益处。

3.展望

近40年的研究表明，中枢神经系统中存在内源性神经干细胞并且可以通过神经干细胞进行神经再生。许多研究表明，内源性神经干细胞可以迁移至受损区域，且增殖分化出各种类型的神经细胞，然而1个月后只能检测到为数不多的新产生的神经细胞，表明新生成的神经细胞通常都难以存活及发挥其功能。许多研究者用各种各样的刺激因子来保持新产生神经细胞的活性，以此来促进神经细胞再生。然而这些细胞因子的功能十分有限，并且需要更加精细的调控。因此如何将这些刺激因子运载通过血脑屏障，是内源性干细胞再生的关键。

干细胞目前已经广泛的用于临床治疗中，然而它仍然有许多限制，包括如何让细胞迁移到合适部位，并且正确分化成特定所需要的神经细胞的类型。更重要的是，如果没有很好的控制，神经干细胞可能形成肿瘤细胞，这将对患者造成更严重的影响。新型材料的出现为干细胞的治疗提供了更多新的可能。目前很多研究表明纳米材料具有独特的优势。例如，通常纳米材料的直径在1～100nm，有助于搭载小分子药物透过血脑屏障。与此同时，纳米材料还有靶向特定的细胞，开启相关的信号通路，来促进内源性神经干细胞迁移、增殖和分化，或者作为基质来促进轴突的延长。目前，纳米材料结合内源性干细胞的治疗方式也为神经再生提供了一个新的研究方向。在未来，随着研究的不断进展，内源性神经干细胞为神经退行性疾病提供了一种新的临床治疗途径。

来源：艾潇琳,方芳.内源性干细胞在中枢神经系统退行性疾病中的研究进展[J].华西医学,2018,33(03):348-353.