神经再生与缺血性脑卒中的研究

神经再生与缺血性脑卒中的研究*

蔡世昌1白波2张秋玲1

（1．泰山医学院神经生物学教研室，山东泰安271000；2．济宁医学院，山东济宁272000）

关键词：脑卒中；脑缺血再灌注；神经细胞再生；神经干细胞

中图分类号：R741文献标识码：A文章编号：1004-7115（2011）12-0954-04

脑卒中是临床常见病和多发病，具有高发病率、高病死率、高致残率和高复发率的特点。脑卒中分为缺血性脑卒中和出血性脑卒中，其中缺血性脑卒中发病率占脑卒中的70% 80%，猝死率更是高达80%以上，给人类带来极大的危害。其预后差的主要原因是脑缺血再灌注后损伤的脑组织修复不佳，至今尚无有效的方法来完全修复受损组织。减少缺血造成的脑细胞死亡级联反应和增加新的有功能的神经细胞是两个研究方向。神经干细胞（neural stem cell，NSCs）是由胚胎早期室管膜上皮产生的一种具有多向分化潜能的前体细胞。干细胞研究的迅猛发展给临床脑卒中治疗带来了巨大的机遇，一些神经性病变和应激能促进干细胞的激活。新近的研究［1 3］证实，脑缺血可以刺激机体处于应激状态，从而激活室管膜下层等部位的神经干细胞增殖分化。本文从国内外对缺血性脑卒中后神经细胞的再生、迁移、分化的最新研究进展作一综述。

1神经干细胞的特征及在成人脑内的分布

神经干细胞存在于哺乳动物中枢神经系统内，其处于较原始的未分化状态，具有自我复制产生与父代完全一致的子代细胞的能力，并且可以多向分化，演变成不同类型的神经细胞。传统观念认为神经元只在胚胎期增殖，成年个体的神经元是终末细胞，不再具有分裂能力。20世纪末，有学者首次提出中枢神经系统内存在神经干细胞的概念，并证明它能分化成三种神经细胞，从而为神经系统的研究开辟了一个全新的领域。目前已证实成年哺乳动物中枢神经系统内终身存在神经干细胞，其不断进行少量有丝分裂进行自我复制以补充丢失的神经细胞。在成年哺乳动物脑内的海马、脑室下区、大脑皮质、大脑脉络丛、室管膜、纹状体和嗅球等地方都有神经干细胞；而以侧脑室的室管膜下层（subventricu-lar zone，SVZ）和海马齿状回的颗粒下区（subgranu-lar zone，SGZ）两个区增殖能力最强。

2NSCs再生规律及影响因素

正常生理情况下，哺乳动物体内的神经干细胞非常少，基本可以认为其处于静息状态。但神经生发中心一直存在，在病理状态下诱发其增殖。然后再沿着特定的通路向所需部位迁移，在其周围微环境的影响下分化成特定神经细胞。神经干细胞的再生、增殖、分化和迁移在时间上和空间上是一个同步协调的过程，最终是否分化成为有功能的正常神经细胞受很多因素的影响。哺乳动物的种属、性别、年龄、遗传和饮食都是影响因素之一，还有脑内微环境中的神经递质、细胞因子、激素水平、神经生长因子等也都参与了神经元再生过程的调节。其中神经因子和激素对再生神经细胞的影响发展最为迅速。之前已经确认表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）注入动物脑室内能明显增加室周区内细胞的增殖和增加SGZ神经胶质细胞分化成熟的比例，但不增加成熟神经元的比例；碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）则可以使新生小鼠脑内新生神经细胞数增加；脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）也可以使小鼠脑室内和嗅球新生神经元的数量增加，但高水平的BDNF表达抑制其向神经元分化。国内外有大量的研究证实激素对NSC分化的调控有显著的影响。在神经系统的发育过程中，生长激素能够促进神经元和神经胶质细胞的增殖；雌激素通过其受体（ERs）影响神经细胞的迁移和分化，一些中枢

*作者简介：蔡世昌（1982—），男，湖南衡东人，讲师，硕士研究生，研究方向：神经生理与内分泌。

通信作者：白波。Email：bbai@mail．jnmc．edu．cn。

神经系统产生的内源性雌激素可以对NSC进行定向调控；甲状腺激素能调控CNS的发育，决定NSC 的分化过程，甚至还能影响成年动物NSC的增殖与成熟；外源性胰岛素注射能增强视网膜NSC的可塑性；褪黑激素（melatonin，Mt）可以促使神经干细胞明显增殖，并且向神经元和神经胶质细胞分化。视黄酸（retinoic acid，RA）也可以促使神经干细胞向神经元方向分化，促进神经细胞成熟，这需要神经生长因子的参与。内源性或外源性红细胞生成素（eryth-ropoietin，EPO）都可以促进SVZ内神经干细胞的增殖和分化；糖皮质激素（glucocorticoid，GC）则对NSC 的增殖和分化起到抑制作用，以维持神经发生的平衡。

除常见的激素之外，新发现的一些激素和神经肽类激素也参与神经细胞再生的调节。Ghrelin是新发现的一种脑肠肽，其能够促进神经细胞分化。Chen等［4］证实脂联素（adiponectin，APN）能通过抑制NF-κB（p65）的转运而起到抗炎作用，从而对脑缺血再灌注损伤起到有效的保护作用。Lauren A 等［5］发现G蛋白耦联受体血管紧张素受体AT1相关的受体蛋白（putative receptor protein related to the angiotensinreceptor AT1，APJ）的天然配体Apelin能诱导Akt和Raf/ERK-1/2的磷酸化，保护海马神经元对抗N-甲基-D-门冬氨酸（N-methyl-D-aspartic acid，NMDA）兴奋性毒性损伤，作为一种内源性神经保护因子保护大脑神经细胞，Cook［6］进一步证实了这个观点。Zhang等［7］认为瘦素（Leptin）增强降钙素基因相关蛋白（calcitonin gene related protein，CGRP8-37）的表达，也可以上调bcl-2表达和抑制凋亡因子caspase-3。这些联合作用能显著的对抗脑缺血缺氧造成的损伤。盛宝英等［8］证明半乳凝素1可促进大鼠脑缺血损伤后内源性神经干细胞原位增殖，并出现向外周脑实质迁移的趋势。激肽释放-激肽系统可以通过诱导脑缺血区新生血管生成，改善脑缺血缺氧而起到脑保护作用。成纤维细胞生长因子2（fibroblast growth factor2，FGF2）作为一种丝裂原促进神经干细胞的增殖分化，有效促使脑缺血后脑组织的修复［9］。总之，神经元再生受到诸多因素的影响。

3神经干细胞治疗缺血性脑卒中的两种策略

目前，利用神经干细胞来治疗脑卒中有两种策略，一种是外源性神经干细胞移植，另一种为内源性神经干细胞的活化。

3．1外源性神经干细胞移植治疗缺血性脑卒中3．1．1NSCs移植治疗研究现状

神经干细胞移植治疗脑卒中是临床研究的总领域之一，目前主要分两类，一类是直接利用移植来的神经干细胞替代损伤脑细胞。另一类是移植经过基因修饰的细胞，这些细胞整合了基因编码的细胞因子，这些因子能促进NSCs的增殖、分化和迁移。不同来源的神经干细胞进行移植已经有大量的报道。有学者把体外培养的神经干细胞移植到缺血后的大鼠侧脑室内，观察到移植的神经干细胞能迁徒到缺血区域分化为神经元细胞，从而改善大鼠的运动功能，起到替代治疗的作用。Parr等［10］采用体外培养强化绿色荧光蛋白（green fluorescent protein，EGFP）标记的成年大鼠脊髓神经干细胞，再把这种神经干细胞移植到脊髓损伤部位及其头侧或尾侧1mm脊髓内，实验显示，移植第7天病变部位以外的移植区存活细胞数量明显比其他组增多。Dasari等［11］将人脐血干细胞直接注射到大鼠模型的脊髓损伤部位。结果发现，人脐血干细胞可分化为神经元、少突胶质细胞和星形胶质细胞并且损伤区轴索超微结构正常，新分化的少突胶质细胞能够分泌BDNF和神经营养因子3（neurotrophic factor-3，NT-3），移植的人脐血干细胞还能促进髓鞘再生，这些都有效改善大鼠脊髓损伤后的运动功能。Ao等［12］证明用嗅神经鞘细胞和神经干细胞联合移植治疗神经损伤能起到良好效果，神经干细胞增殖分化新生神经细胞补充丢失的神经细胞，嗅神经鞘细胞促进髓鞘的形成并且引导轴索延长，从而能让神经细胞轴索顺利穿过胶质瘢痕尽快恢复功能。胡苏华等［13］发现脑出血大鼠脑内移植神经干细胞，在修复过程中血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、层粘连蛋白（laminin，LN）、纤维连接蛋白（fibronectin，FN）有不同程度的表达增加。结果说明了神经干细胞移植后在局部增殖、迁移并分化成为损伤修复所需神经细胞，同时形成新生微血管，重建和改善微循环，共同构建新的神经系统统一体，最终重建具有正常功能的神经元网络。

诱导神经干细胞向具有合成某些特异性递质能力的神经元分化，目前还没有找到成熟的方法，利用基因工程修饰体外培养的神经干细胞是这一领域的重大进展；陈柏龄等［14］利用Ang-1基因修饰的兔自体骨髓基质细胞（rabbit mesenchymal stem cells，rM-SCs）作为移植源细胞，迁移至脑损伤区分化为神经细胞并能较长期存活；说明MSCs移植与其分泌的Ang-1蛋白有协同作用，共同促进脑梗死后神经功能的恢复。进一步研究发现，MSCs除了能分化为间充质细胞谱系外，还能分化为星形胶质细胞、少突胶质细胞与神经元。