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【关键词】 脑缺血；神经发生 中枢神经系统的发育和再生一直是神经科学界倍受关注的研究领域，传统观念认为成年哺乳类动物脑组织神经元是终极细胞，一旦发育成熟，就不再进行增生和分化。1992年，Reynolds等[1]首次成功地从成年小鼠纹状体分离出了神经干细胞(neural stem cell，NSC)，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(neurogenesis)。1998年，瑞典科学家Eriksson发现成年人脑中存在神经元发生现象，由此打破了成年人脑没有新生神经元的传统观点[2]。这一医学发现对于治疗脑神经疾病和恢复患者的脑认知功能具有重要的医学意义。脑卒中以其高发病率和高致残率成为当前严重威胁人类健康的一大类重要疾病，随着社会人口老龄化，其发病率还有增加趋势。因此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，现就近年来关于脑缺血后神经发生的研究进展综述如下。
1 脑缺血后神经发生的过程
脑缺血后神经发生可分为增殖、迁移、分化三个阶段。神经发生首先是NSC的增殖，脑缺血激活DG和SVZ的NSC，促进其发生增殖并在再灌注后10天其增殖达到高峰[3]。其次是增殖细胞的迁移，SVZ增殖的NSC在唾液酸-神经黏附分子的作用下经嘴侧迁移流(rostral migratory stream，RMS)移至嗅球；而DG增殖的细胞则迁移至颗粒细胞层。最后，增殖细胞发生分化。SVZ的NSC迁移至嗅球后分化为神经元，并不断发育成熟，参与嗅神经的再生；而DG的NSC迁移至颗粒细胞层，大部分分化为颗粒细胞层的神经元。整个过程约需要2个月。在鼠短暂性脑缺血模型中，观察到NSC增殖发生于再灌注损伤的齿状回和室旁区，证实了局灶性脑缺血后巢蛋白表达的时间和空间规律[4～6]。
2 脑缺血后神经发生的部位
2．1 SVZ 在哺乳动物胚胎神经发生过程中，胚胎脑室带的原始细胞在神经管壁增殖，新生的细胞将放射纤维移至脑的特定位置，神经管腔最终形成成年脑的脑室系统。脑室的某些细胞深入脑组织即组成SVZ。Zhang等用BrdU标记脑内新生细胞发现，大鼠在大脑中动脉闭塞(MCAO)后2～14 d，缺血同侧SVZ增殖的细胞数量明显增加，而皮质和皮质下仅有6%的BrdU阳性细胞表达神经胶质纤维酸性蛋白(GFAP)，没有表达微管相关蛋白．2(MAP．2)，提示局灶性脑缺血能诱导同侧半球SVZ细胞增殖和分化[7]。另外有研究发现即使采用老年大鼠(24月龄)的脑缺血模型，其SVZ区亦能出现BrdU阳性细胞增殖，这表明老年脑内亦可诱导神经发生[8]。
2．2 DG 海马齿状回颗粒细胞层(granule cell layer，GCL)终身都有新生细胞元产生。采用海马脑片培养法制成缺血缺氧模型表明，缺血刺激后亦可促进海马的神经发生过程。Kee等采用双侧颈动脉阻塞合并低血压的大鼠脑缺血模型研究发现，短暂性全脑缺血可使海马齿状回颗粒下层(subgranular layer，SGL)增殖细胞数量增加[9]。Tanaka等研究证明几乎所有的EGFP阳性细胞都存在于SGL，这些细胞增殖并迁移到GCL，表达生长中的神经元标记多聚唾液酸神经细胞粘附分子(polysialic acid neural cell adhension molecule，PSANCAM)和神经元前体细胞的微管相关蛋白(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[10]。目前普遍认为，齿状回神经发生的增强可能是缺血损伤的一种代偿性反应，可促进缺血损伤后海马功能的恢复[11]。
2．3 纹状体 Parent等应用局灶脑缺血模型，采用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35 d后，新纹状体BrdU标记细胞向神经元分化[12]。另外，一些新形成的神经元可以来源于海马实质NSC，缺血2周后所有新形成的神经细胞都表达Meis2和Pbx蛋白[13]。
2．4 室管膜、室管膜下和脉络丛细胞 室管膜、室管膜下和脉络丛细胞在脑缺血后也可以增殖。室管膜细胞衬于侧脑室腔。Zhang等在MCAO大鼠模型中通过注射荧光染料DiI注入到模型大鼠的侧脑室，计数室管膜区增殖细胞亦表明，缺血后室管膜DiI标记细胞显著增多，说明室管膜、室管膜下和脉络丛细胞增殖也参与了脑缺血后的自我修复机制[14]。
2．5 大脑皮质 脑缺血还可以激活大脑皮质的NSC。Gu等用光化学诱导制作脑缺血模型，发现脑缺血7 d后，大量增殖细胞存在于病灶周围，其中3%～6%增殖细胞分化为神经元，并随机分布于Ⅱ～Ⅵ层大脑皮层，且新生神经元在缺血灶周围的密度最高[15]。
3 脑缺血后神经发生的调节机制及影响因素
3．1 神经营养因子(neurotrophic factor, NTF) 脑缺血后内源性NSC的活化与生长因子、信号分子、转录因子有着密切的关系[16]。外来信号通过与NSC表面受体或核受体相结合，将信息转导至细胞内，从而介导与增殖迁移分化有关的基因表达。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神经生长因子(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[17]。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。NTF的调节作用并不是独立的，它们相互作用，相互影响。
3．2 神经递质 神经递质作为细胞外环境的一员，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。Bernabeu等用沙土鼠短暂全脑缺血模型发现，NMDA受体拮抗剂MK．801或NBQX可使正常沙土鼠齿状回颗粒下层的BrdU阳性标记细胞增加30%～90%；但如果缺血同时给予MK．801或NBQX，不仅会阻止海马CA1区锥体神经元死亡，也会阻断缺血引起的齿状回增殖；同时也抑制海马CA3区突触素．1的表达[18]。
3．3 炎性反应和凋亡 脑缺血后，缺血局部会产生大量炎性因子如白细胞介素(IL)．1，IL．6和肿瘤坏死因子-α等，影响细胞的存活和死亡。Barkho等研究发现IL．1β和IL．6能够促进前体细胞的分化[19]。凋亡在神经发生中也发挥重要作用。Ni等研究发现，大鼠短暂性全脑缺血后，海马CA1区锥体神经元可见caspase．3 mRNA表达，在缺血24 h时最显著，持续72 h，96 h后显著下降[20]。
3．4 血管微生态 Leventhal等发现在脑组织中神经前体细胞的迁移与新生的血管管腔紧密相邻[21]。另外，神经前体细胞的增殖与血管的生成密切相关，并把内皮细胞和神经前体细胞的共生状态称为血管微生态(vascularniche)[22]。目前认为与神经发生密切相关的微生态环境由新生的微血管内皮细胞、星形胶质细胞、小胶质细胞等参与构成[23]。神经细胞、胶质细胞、微血管内皮细胞间的相互依存关系是组成和维持脑功能及结构的必要条件。研究发现脑缺血和脑创伤之后，促进血管再生的治疗同时能够促进神经发生[24]。
3．5 骨髓基质细胞(bone marrow stroma l cells, BMSCs) BMSCs是一种多潜能干细胞，在适当条件下可分化为NSC和成熟神经细胞。BMSCs能够表达多种生长因子，其中成骨素蛋白( bone morphogenetic protein，BMP)包括BMP2和BMP4对星形细胞的分化具有重要意义。Zhang等研究发现，BMSCs移植促进卒中大鼠神经功能的恢复，增加同侧BrdU(+)和Ki67(+)细胞的数目，促进梗死周边区新生细胞向星形细胞的分化，增加梗死周边区BrdU(+)细胞中GFAP(+)细胞的比例，并促进梗死周边区Cx43和synaptophysin的表达[25]。
3．6 基质金属蛋白酶(matrixmetalloproteinase，MMP) MMPs是一组含锌酶的基因家族，其家族中的明胶酶即MMP．2(明胶酶A)和MMP．9(明胶酶B)，有一个纤粘蛋白结合域，可破坏脑血管外基底膜之主要成分。在轴突发育的过程中为轴突的延伸创造合适的微环境，与卒中后前体细胞的移行密切相关。Lee等发现，卒中小鼠梗死侧SVZ区域MMP．9水平上调，许多BrdU(+)和Dcx(+)细胞同时共表达MMP．9，使用MMP抑制剂，将明显减少SVZ区域BrdU(+)细胞的数目和梗死周边区Dcx(+)细胞的数目[26]。同时，体外研究也证实MMP．2和MMP．9能够促进与脑血管内皮细胞共培养的SVZ前体细胞的移行[27]。
3．7 钙超载 研究发现脑缺血后缺血侧海马神经元环路中电变化活动可能是激活该侧NSC增殖的重要因素。Yamada等通过研究离子通道发现干细胞增殖受到Ca2+通道的调节，脑缺血后Ca2+通道持续开放，引起细胞内离子浓度变化，从而分泌大量支持细胞分裂后存活的因子，激活干细胞进入细胞周期[28]。
3．8 其他因素 有研究证实年龄、皮质激素、环境因素、生理活动、阿片肽、限制饮食等也可影响神经发生的过程。
4 脑缺血后神经发生对功能恢复的意义
实验表明，皮质的神经发生可以促进脑缺血损伤后运动功能的恢复。缺血损伤后的大鼠在损伤的皮质周围以及对侧均可出现明显的神经修复，并且动物前肢感觉和运动功能的恢复与损伤后皮层的修复密切相关。另外，脑缺血以后DG区新生细胞数目明显增加，并且这些新生细胞与维持海马功能完整性密切相关。全脑缺血后给予EGF和FGF．2可以改善海马区突触传导功能[29]，虽然这些研究提示促进神经发生对缺血脑功能恢复有明显促进作用，但新生成的神经元是否促进了部分神经功能的恢复，还需要进行进一步的研究。
5 展望
脑缺血后神经缺损的修复是一个十分复杂的问题，成年脑内的神经发生为治疗脑缺血等疾病造成的神经功能缺损提供了全新的治疗思路和治疗策略。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。进一步弄清NSC增殖、迁移和分化的机制及调控因素，利用一些手段扩大内源性NSC的作用，促进其增殖并向缺血坏死灶迁移，诱导分化为具有功能性的神经元，发挥内源性修复作用，将使脑缺血后神经缺损的修复成为可能。
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