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关键词：神经干细胞；细胞移植；增殖；分化；细胞替代疗法；基因治疗 中图分类号：R329.2 文献标志码：A 文章编号：1672―4208(2011)02―0041―02
神经干细胞(neural stem cells，NSCs)不仅存在于所有哺乳动物胚胎发育期的脑内，而且在其成年之后也有，这已为神经科学界所普遍接受。神经干细胞由于具有自我更新和多向分化潜能，使神经系统损伤后的细胞替代治疗成为可能。神经干细胞的分离、成功培养，不仅对中枢神经系统发育成熟后不可再生的理论提出挑战，而且通过基因工程修饰技术，神经干细胞可以作为载体用于神经系统疾病的基因治疗。
1 神经干细胞的分布
大量研究表明成年哺乳动物的脑室下区、海马、纹状体、大脑皮质等区域均有NSCs存在，其中侧脑室壁的脑室下层(sub ventricular zone，SVZ)和海马齿状回的颗粒下层(sub granular zone，SGZ)是神经干细胞的两个主要脑区。另外，研究者们还在成年哺乳动物脑内的其他部位发现了神经干细胞的存在，例如在黑质内发现了新生的多巴胺能神经元。成年哺乳动物脑内广泛存在着神经干细胞，正常情况下，这些细胞大部分处于休眠状态，在脑损伤时这些细胞能被激活，发生增殖、迁移并分化，参与损伤后神经结构重建和功能恢复。
2 神经干细胞的生物学特性
神经干细胞是指具有分化为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞的能力，能自我更新，并足以提供大量脑组织细胞。其生物学特性主要有以下几点：(1)多向分化潜能：可分化构成神经系统3种主要细胞，即神经元细胞、星型胶质细胞及少突胶质细胞。(2)自我更新：神经干细胞具有高度增殖和自我更新能力，通过对称性或非对称性分裂产生新NSCs，以此来维持干细胞库的稳定。(3)转分化性：即在适宜环境下成体神经干细胞可以产生其他组织分化的细胞类型，如骨髓基质干细胞不仅可分化为中胚层的间质组织，还保持有内外胚层组织的分化潜能。(4)迁移能力：在神经系统发育过程中，NSC沿着发育索方向迁移。移植后的NSC受病变部位神经源性信号的影响，也具有向病变部位迁移的趋化性，并分化成特异性细胞。神经干细胞的这种迁移能力为脑肿瘤基因治疗提供了较为理想的载体。(5)低免疫原性：神经干细胞是未分化的原始细胞，呈巢蛋白(nestin)阳性，缺乏已分化细胞的抗原标志，不表达成熟细胞的抗原，具有低免疫原性，在移植后较少发生异体排斥反应，利于其存活。(6)对损伤和疾病具有反应能力：损伤或疾病能刺激NSC的增殖分化。
3 神经干细胞在细胞疗法中的多功能应用
神经干细胞可以诱导分化成各种神经组织，这种潜能使得神经干细胞被广泛用于神经系统的再生治疗。另外，神经干细胞的生物学特性甚至可以使它成为各种治疗工具，包括在损伤或炎症反应部位定殖，并为剩余的健康组织提供营养。
3.1 细胞替代治疗中外源性NSCs的使用 NSCs可以用来代替因为损伤或神经系统退行性病变而缺失的组织。理想的是重建组织适宜的结构并整合人周围组织；重要的是在这种治疗方案中，几种细胞类型需替代。在移植入成年啮齿动物脑内前，首先需从人胚胎干细胞。或胎儿脑内分离出NSCs，并在体外诱导分化为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞。值得注意的是NSCs整合入室管下区的微环境，促成嗅球的神经发生。在海马，移植的神经祖细胞分化为特定区域的神经细胞亚型，并功能性整合入周围的环路。NSCs移植入疾病或损伤的啮齿动物模型中取得了预期的效果。移植入的存活的NSCs首先迁移到病变部位并分化。成年鼠的NSCs移植入多发性硬化大鼠模型后可观察到少突胶质细胞祖细胞、宿主和移植来源的成熟细胞数量增加，病情明显好转。在大鼠脑梗死模型中，移植的NSCs迁移到损伤部位并大部分分化为神经元。在脑出血模型中，由静脉移植的NSCs在损伤部位分化成神经元和星形胶质细胞，并引起了功能的恢复。将富有多巴胺神经元的胚胎腹侧中脑移植入去神经的帕金森鼠中，结果移植物中的多巴胺神经元修复了损害引起的功能缺损。神经干细胞植入大鼠亨廷顿病模型脑内能保护维持运动习惯的能力，受损的运动习性也可重新恢复，表明植入的细胞在体内形成了功能性连接。Mcdona等给胸髓损伤大鼠分别注入单纯培养基、成年小鼠皮层神经元和胚胎干细胞，2周后发现植入干细胞者后肢恢复部分负重与协调能力，明显优于前二者。田增明等报道了人胚胎神经干细胞治疗21例小脑萎缩患者，发现移植后临床症状有改善。这些研究为神经干细胞治疗神经系统损伤和退行性疾病奠定了基础和广阔的前景。
3.2 脑损伤激发内源性NSCs 近年研究表明多种神经系统损伤均可激发内源性神经细胞再生。追踪巢蛋白阳性的神经祖细胞定殖在成年脊髓损伤区，可以观察到这种祖细胞扩增并在损伤区分化为神经元；在脊髓挤压伤、局灶性脑缺血中，在有正常神经发生的大脑皮质和海马可观察到NSCs的增生，并可以被外源性神经营养因子所加强。但在病理状态下这种内源性干细胞的修复反应很显然是不够的，大量实验已证实哺乳动物中枢神经系统的神经元再生能力有限的原因并非由于缺乏足够NSCs，而是由于缺乏刺激NSCs分化所必须的神经因子。许多学者尝试在神经系统损伤局部应用某些刺激因子，以激活残留于损伤局部内源性的神经干细胞，从而完成对损伤的修复。旨在提高这种修复反应以期用于治疗目的的技术有待提高。
3.3 提供营养支持NSCs移植有利于疾病的恢复，这归功于NSCs所提供的营养和抗炎支持。在中枢神经系统慢性炎症模型中可见移植人的NSCs在血管周围集聚，并引起致脑炎T细胞的凋亡。C17.2细胞可以自然分泌神经营养因子，包括神经生长因子(NGF)、脑源性神经生长因子(BDNF)和胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)，这有助于移植后脊髓损伤区域轴索的生长。
3.4 基因或药物治疗载体移植入成年哺乳动物脑内的NSCs显示出惊人的定殖于疾病或损伤区的能力，这种特征又称为“亲病灶性”。这使得NSCs可以作为基因和药物治疗的载体。GDNF过度表达的NSCs移植可以阻止帕金森病模型中多巴胺能神经元的变性，改善外伤性脑损伤的认知功能，这种策略在高侵蚀性中枢神经系统肿瘤中有助于肿瘤抑制药物的目标定位。基因工程修饰的NSCs移植后可以分泌药物前体激活胞嘧啶脱氨酶活化酶，缩小裸鼠髓母细胞瘤的瘤块。分泌白细胞介素-12的NSCs定位于神经胶质瘤细胞，补充T细胞，诱导抗肿瘤免疫。该研究中定位于肿瘤的NSCs后来被证实是表达趋化因子受体的星形胶质细胞祖细胞。
4 问题和展望
神经干细胞的生物学和临床应用潜能研究虽然取得了迅速和可喜的进展，但仍有许多未知的领域等待探索。如在体外或体内对干细胞的定向诱导分化还没有得到很好解决，不能保证植入的神经干细胞按预想的途径分化，影响了移植的效果。神经干细胞迁移以及与组织结构融合的细胞内、外环境调节控制机制尚未完全清楚。神经干细胞移植的潜在致瘤性正日益受到重视。尽管如此，神经干细胞在神经系统损伤后修复、退行性疾病、先天性疾病等治疗中的机制及意义是目前研究的热点。神经干细胞的研究已逐渐从基础实验阶段向临床过渡，尤其神经干细胞对治疗神经修复及退行性疾病有一定的临床效果。相信这些研究的进展将逐步推进人类对自身大脑神经生物学的认识和临床神经科学的发展。
