神经干细胞衰老基础与临床研究进展

第31卷第4期2011年08月

国际病理科学与临床杂志http ：//w w w ．gjbl．net

International Journal of Pathology and Clinical M edicine

Vol．31N o．4Aug．2011

收稿日期：2011－06－29修回日期：2011－07－28

作者简介：段建辉，博士研究生，主要从事神经细胞衰老的研究。通信作者：李学军，

E-mail ：xjli@bjmu．edu．cn 基金项目：国家自然科学基金（81020108031）。This w ork w as supported by N ational N atural Science Foundation of Chian （81020108031）．

·综述·

神经干细胞衰老基础与临床研究进展

段建辉，祝晓玲，李学军

综述

（北京大学医学部基础医学院药理学系，北京100191）

［摘要］

神经干细胞具有多向分化潜能和自我更新能力，广泛分布于哺乳动物胚胎脑内，在成年脑内室管膜

下区、

颗粒细胞下层及胼胝体下区等区域也有神经干细胞的聚集分布。神经干细胞在一定条件的刺激下可生成神经元、

星形胶质细胞和少突胶质细胞，从而修复受损神经组织，对神经系统起到保护作用。神经干细胞所处微环境改变或调节增殖与分化功能的基因突变，都会引起神经干细胞衰老死亡，这将使神经干细胞无法发挥正常的神经保护与修复作用。延缓抑制神经干细胞衰老将对治疗神经退行性疾病和神经损伤起到重要作用。

［关键词］

神经干细胞；

衰老；

保护

doi ：10．3969/j．issn．1673-2588．2011．04．004

Advance in basic and clinical study on

senescence of neural stem cells

DUAN Jianhui ，ZHU Xiaoling ，LI Xuejun

（Department of Pharmac olog y ，Sc hool of Basic Medic al Sc ienc e ，Peking University Health Sc ienc e Center ，Beijing 100191，China ）

［Abstract ］N eural stem cells are endow ed w ith the capacity of multipotentiality and self-rene-w ing ，and distribute ubiquitously in mammalian fetal brains．In the brains of adult mammals ，neural stem cells aggregate in particular zones ，i．e．subventricular zone ，subgranular zone ，subcallosal zone ，and etc．Under specific stimulus ，neural stem cells could differentiate into neurons ，astrocytes ，and oligodentro-cytes．In this w ay ，they can repair the damaged neural tissues．Any change in the microenvironment or mutation in gene controlled proliferation and differentiation could lead to senescence and even death of neural stem cells ，w hich in turn stop them playing normal neural protection and repair function．Thus ，slow ing dow n the senescence process of neural stem cells could be of great significance in targeting neural degenerative diseases and neural impairments．

［Key words ］neural stem cells ；

senescence ；

protection

近二十年，人们对哺乳动物脑再生能力的认识

有了根本转变。传统思想认为成年脑是终末分化的不可修复的组织，然而近些年研究表明，哺乳动物脑

内含有在一定条件诱导下可分化为神经元、

星形胶

第4期国际病理科学与临床杂志http：//w w w．gjbl．net第31卷

质细胞和少突胶质细胞并参与记忆形成和脑损伤修复的神经干细胞［1］。神经干细胞具有自我更新与多向分化潜能。在成年哺乳动物脑内，神经干细胞主要分布在以下4个区域：紧贴外侧脑室外侧壁的室管膜下区（subventricular zone，SVZ），位于海马齿状回内的颗粒细胞下层（subgranular zone，SGZ），位于海马和胼胝体之间的胼胝体下区（subcallosal zone，SCZ）以及位于内侧颗粒层和白质之间的小脑边缘区域［2］。与其他细胞一样，神经干细胞也存在着衰老的现象。神经干细胞的衰老将降低其对神经系统的保护作用，从而导致神经退行性疾病以及神经系统损伤难以得到修复［3］。因此阐明神经干细胞的衰老机制以及建立神经干细胞的抗衰老方法将是医学研究的重点方向，并且会有长远的临床应用前景。

1神经干细胞的体外培养

1．1体外培养获得高纯度神经干细胞的方法神经干细胞培养是研究中枢神经系统（central nervous system，CN S）发育及衰老相关的分子和细胞学机制的重要手段，也是细胞替代疗法治疗CN S疾病的来源之一。原代培养神经干细胞一般取胚胎为14d左右大、小鼠脑皮质、海马和室下区或成年小鼠的海马齿状回。大多数采用神经球培养来制备神经干细胞，但是这种方法培养的细胞是异质性群体，包含神经干细胞以及分化的神经细胞，由于细胞扩增率不高，短期内难以获得大量的神经干细胞。Kona-gaya等［4］合成了融合编码6个组氨酸残基的核苷酸序列（epidermal grow th factor-histidine，EGF-His）以及聚苯乙烯黏合肽（EGF-polystyrene，EGF-PSt）的表皮生长因子。这种编码后的生长因子能够分别表面锚定到镍螯合的玻璃板和聚苯乙烯培养皿。在上述培养介质中能够高选择性、快速、大量地扩增神经干细胞。

神经干细胞离体培养中常用的细胞系有M HP36条件永生性小鼠神经干细胞系［5］、M EB5多潜能小鼠神经干细胞系［6-7］和C17．2神经祖细胞系［8］。研究［9］表明，大鼠骨髓间充质干细胞（bome marrow mesenchymal stem cell，BM SC）在标明为TCP（tissue culture treated plastic），即经过表面的改性处理的一次性塑料细胞培养皿中培养，增殖现象最明显，并保持多向分化潜能。TCP可用于BM SC 体外扩增而不用担心意外分化造成的干细胞培养失败［9］。神经干细胞与BM SC同属多能干细胞，故TCP可能同样适合神经干细胞体外培养。1．2生长因子对体外培养神经干细胞的影响为研究碱性成纤维细胞生长因子、表皮生长因子、胰岛素样生长因子-1、脑源性神经营养因子以及睫状神经营养因子对神经干细胞增殖和分化的影响，使大肠杆菌表达融合了编码6个组氨酸残基的核苷酸序列的上述单一生长因子融合蛋白。这些融合蛋白生长因子以单一因子或两种因子组合，微阵列于镍离子功能化芯片上。在此芯片上培养神经干细胞，显示这5种生长因子单一作用均对神经干细胞行为有明显影响。而加入2种不同生长因子，其对神经干细胞行为的影响并非它们各自单一作用的简单叠加，随着其中2种生长因子组合的不同，其作用可表现为竞争、协同或破坏，甚至可能完全不同于单一因子原有的作用［10］。

1．3神经干细胞的标志物

N estin和M usashi是神经干细胞的2个主要标志蛋白，其他标志物如Vimentin，Hu，N ucelostemin，Sox1/2，SSEA-1/LeX及CD133等均可用于神经干细胞的鉴定［11］。在神经系统原发恶性肿瘤中同样有N estin和M usashi的表达，其中N estin可用于预测神经系统原发恶性肿瘤的恶性度与病死率［12］。实验中常用BrdU作为新生细胞的检测标志物，但BrdU对神经干细胞和祖细胞有诱导衰老的作用［13］。

2影响神经干细胞衰老的因素

2．1神经干细胞衰老相关的基因

研究发现随着年龄增长，小鼠前脑SVZ区祖细胞的增殖和嗅球内神经生成降低，同时多能前脑祖细胞数和自我更新潜能也下降。这些改变与p16Ink4a 表达增加有关，该基因编码一种与细胞衰老有关的细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子（cyclin-depend-ent kinase inhibitor，CDKI）。衰老的p16Ink4a缺陷小鼠，其SVZ的祖细胞增殖、嗅球内神经生成以及多能前祖细胞数和自我更新潜力均有明显的轻度下降。但p16Ink4a缺陷并不影响齿状回或肠神经系统的祖细胞功能，提示在衰老过程中随着p16Ink4a表达上升，不同区域的神经祖细胞其反应不同。衰老小鼠SVZ的前脑祖细胞功能和嗅球内神经生成的下降，部分是由p16Ink4a表达增加导致的［14］。多疏蛋白（转录抑制蛋白）基因家族的Bmi-1基因对于保持神经干细胞自我更新和增殖能力有非常重要的作用。在成年小鼠神经干细胞和人胚胎神经干细胞，Bmi-1的下游靶基因是Ink4a/Arf位点，而对于小鼠胚胎神