高压氧与神经干细胞的增殖分化关系综述,细胞生物学论文.docx

高压氧与神经干细胞的增殖分化关系综述,细胞生物学论文神经干细胞 NSC 是一类存在于神经系统中具有自我更新能力和多向分化潜能的细胞，它们在一定条件下可分化为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞，并表现有相应的形态和电生理特征1.神经干细胞的发现使人们对中枢神经系统的发育、神经的再生等都有了新的认识，为神经系统疾病的治疗带来了新的希望。高压氧 HBO 治疗已广泛应用于临床，对神经系统疾病的治疗，如脑梗死、缺血缺氧性脑病、癫痫、颅脑外伤等均获得了较好的疗效2.近年来学者界已对高压氧与神经干细胞的增殖与分化进行一定的研究，现将神经干细胞与高压氧的有关方面综述如下。 1 神经干细胞的来源 当前，神经干细胞的来源主要有3:由胚胎干细胞诱导分化得到的神经干细胞：胚胎干细胞来源于早期胚胎，它在体外既可维持不分化而无限增殖，又能介入胚胎发育分化为各种类型细胞和组织而构成器官，因而被称为多 潜 能性细胞。可对它诱导分化而得到神经干细胞，这是发现成年神经干细胞前较为主要的来源。通过肿瘤组织或转基因技术得到的永生化的神经干细胞：正常情况下，神经干细胞经屡次培养所能得到的细胞数量是有限的，这主要是由于端粒在染色体的反复复制经过中减少，但是经过基因转染后能够保持 DNA 复制经过中的完好性，即干细胞能够永生。从胚胎或成年哺乳动物中枢神经系统分离得到的神经干细胞： 经过 10 余年的研究，人们发现成年脊椎动物和成人的神经干细胞集中在脑内的三个特定区域4:一个是位于脑室区和脑室下区 SVZ，这两个区域的室管膜细胞是由神经母细胞组成的混合细胞群，他们能够迁移到嗅球产生前体细胞、星形细胞；另一个在连接侧脑室和嗅球 OB 的区域；第三个是海马齿状回 DG。 2 神经干细胞的基本生物学特性 真正的 NSC 具有下面三个基本的生物学特征5:缺乏神经系统分化的标志：增殖能力处于较原始的未分化状态，无相应成熟细胞的特异性标志。自我复制的能力：在整个生命经过中能自我更新，即通过对称性或非对称性有丝分裂产生新的 NSC 的能力。对称性分裂主要发生于胚胎神经管构成期 NSC 数量急剧增加时，指由 1 个 NSC 经过一次分裂产生 2 个完全一样的子代 NSC.非对称性分裂指一个NSC 经过一次分裂产生 2 个不同的子代细胞，即 1 个 NSC和一个神经祖细胞，这样既能维持 NSC 的自我复制能力，又能不断产生祖细胞以补充分化的细胞，非对称性分裂为NSC分化为多种神经细胞奠定了基础。具有多向分化潜能：在不同细胞因子环境及其他条件下，能够分化成不同类型的神经细胞，即分化成神经系统的三种主要细胞-神经元细胞、星形胶质细胞、少突胶质细胞。总之，自我更新能力和多向分化潜能是神经干细胞的两个基本特征。 3 影响神经干细胞增殖、分化的因素 3.1 细胞因子的调控作用 神经发育的早期是干细胞增殖的主要阶段。在这个阶段，干细胞要通过 1012 次分裂进行增殖，为后期神经元和胶质的发生做好准备。除此之外在一些特定的发育阶段，机体可以通过选择性细胞分裂的方式，弥补损失的细胞，进行组织修复。不管是发育时的增殖还是损失后的再生，都需要相应的机制进行调控，近期的研究已发现一些调控细胞分裂增殖、迁移和存活等的因子和途径6.如生长因子家族、细胞黏附分子 CAM、受体耦联的信号转导通路等。当前以为，不同种类的细胞因子、同一细胞因子的不同浓度，以及多种细胞因子组合对神经干细胞的分化作用各不一样。在神经干细胞分化的不同阶段，一样的细胞因子的作用亦不一样。通过在分化的不同阶段挑选定向分化作用最佳的细胞因子或探寻求索细胞因子组合的最佳方案，在一定程度上可提高神经干细胞定向分化的比例7. 3.2 基因的调控作用 首先需要强调的是神经干细胞能在体内沿着既定道路增殖分化发育成为各种神经细胞，主要归因于基因的调控。 NSC的基因调控包括正负双重调节。负性调节使NSC不分化，通过对称性分裂增加 NSC 的数量，主要包括 Notch 信号等途径8;正性调节则通过不对称性分裂使 NSC 分化，华而不实主要包括 bHLH 基因家族、PTEN 基因、N-CoR、Insc 基因、wnt 基因等9. 3.3 微环境信号对 NSCs 增殖分化的影响。微环境 Niche10是指能对 NSC 产生影响的周围构造成分，它包括附近的神经细胞、胶质细胞和细胞外基质等。细胞外基质由各种糖蛋白、黏蛋白组成，通过调节黏着和迁移能力，以及与细胞外基质中各种生长因子和细胞因子的结合，来影响 NSC 的增殖和分化，是当今微环境研究中的热门。 4 神经干细胞与神经系统疾病 损伤或疾病等可以以刺激神经干细胞增殖、分化。有研究表示清楚当脑内出现某些病理变化或在某些细胞因子作用下这些 NSC 被激活，发生增殖、迁徙和分化11.脑缺血不但能够促使齿状回 DG 的神经干细胞增殖，可以以影响脑室下区的神经干细胞，而且未缺血侧大脑半球NSC的增殖也有增加，华而不实缺血侧大脑半球 NSC 增殖最为明显12.Daval 等13发现短暂缺氧触发新生鼠海马 CA1 区神经细胞凋亡，随而出现神经干细胞的增殖。研究还发现脑缺血能激活 NSC 分化，而分化的神经元能部分的替代和修复损伤的神经元14.Shen CC等15报道神经干细胞移植处理中脑动脉闭塞大鼠能够改善其神经功能。当前，在神经系统疾病中神经干细胞主要有两方面的应用：一方面利用神经干细胞的特性，分化成相应的细胞来替代损伤或死亡的神经细胞；另一方面利用神经干细胞表示出外源基因的作用，进而到达改善异常感觉和状态和治疗疾病的目的。神经干细胞移植在实验上已经应用于帕金森病、癫痫和脑坏死等鼠类和灵长类动物模型，并积累了大量的实验资料。 5 高压氧在神经干细胞方面的应用 5.1 高压氧治疗神经系统疾病的机制 大量研究证实 HBO 可提高脑组织的氧含量及氧储量，改善脑组织代谢，减少脑细胞因缺氧而变性坏死；提高有氧代谢，减少无氧酵解，降低脑内乳酸盐浓度，进而纠正酸中毒，改善微循环；可收缩脑血管，减少脑组织的血流量，进而减轻脑水肿，保卫血脑屏障，降低颅内压16;可提高超氧化物歧化酶SOD的含量，加强去除自由基和抗氧化能力，双向调节 NO 的生成，减少再灌注对脑组织的损伤；可恢复 缺血半影区 功能，抑制神经细胞凋亡，促进神经细胞的恢复与再生，加强损伤脑组织的可塑性，提高的智力及记忆力水平，改善精神异常感觉和状态17.基于以上机制，高压氧治疗神经系统疾病显示了良好的疗效，具有特别广阔的应用前景。 5.2 高压氧对神经干细胞增殖与分化的影响 最近几年来，一些研究者在观察高压氧干涉下神经干细胞的增殖与分化情况。Yang JT 等18发现高压氧可上调神经营养因子 -3、碱性成纤维生长因子的表示出，而这些因子的浓度改变能影响细胞周围微环境而激活 NSC 增殖和分化；Zhang XY 等19研究表示清楚高压氧促进神经干细胞增殖、神经再生是通过 -catenin 诱导激活 Ngn1 基因、下调 BMP-4 gene.以上研究证实了高压氧环境下 NSC 可被激活，发生增殖、迁移和分化，讲明了高压氧可介入神经干细胞的增殖和分化经过，进而促进神经细胞的再生。 5.3 高压氧在神经系统疾病神经干细胞方面的应用 在神经干细胞应用方面，当前高压氧与神经系统疾病的研究很少，而且仅限于的动物模型实验，但这些实验均显示了很好的应用前景。王庆红等20研究显示高压氧可增加脑缺血缺氧大鼠神经干细胞 nestin 蛋白的表示出，使 Brdu 免疫染色阳性细胞大量增加。Wang XL 等21发现高压氧能促进缺血缺氧新生 SD 大鼠皮层及 SVZ 的内源性神经干细胞迁移与分化；刘海等22研究发现高压氧能加强实验动物内源性 NSCs 的增殖、分化能力，并使脊髓损伤后的运动功能得到改善。从以上的实验研究可知高压氧处理可加速神经系统疾病损伤脑组织内及移植神经干细胞的增殖与分化，促进神经细胞的恢复与再生，进而改善神经系统疾病的急性异常感觉和状态和后遗的运动、感觉、语言、智力和记忆障碍，加速神经系统损伤的康复。 总之，固然我们了解高压氧可激活神经干细胞的增殖和分化，进而改善神经系统疾病的异常感觉和状态与预后，但高压氧对神经干细胞增殖和分化的作用是多方面的，由于如今国内外有关高压氧与神经干细胞的研究及论文尚不是很多，高压氧与神经干细胞的作用机制当前还是很不清楚。但我们相信，随着高压氧与神经干细胞的实验室与临床研究的深切进入，高压氧在神经干细胞的应用方面将展现美妙的前景。 参 考 文 献 1 Weiner LP.Definitions and criteria for stem cellsJ.Methods MolBiol,2008,438:3-8. 2 Efrati S,Ben-Jacob E.Reflections on the neurotherapeutic effects ofhyperbaric oxygenJ.Expert Rev Neurother,2020,143：233-236. 3 Gage FH.Mammalian neural stem cellsJ.Science,2000,287:1433-1438. 4 Duan X,Kang E,Liu CY,et al.Development of neural stem cell in theadult brainJ.Curr Opin Neurobiol,2008,181：108-15. 5 Ahmed S.The culture of neural stem cellsJ.J CellBiochem,2018,1061：1-6.