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1、神经干细胞的研究现状与应用前景(1)基本知识基本知识干细胞（干细胞（干细胞（干细胞（Stem cellStem cell，SCSC）是一类具有自我更新（）是一类具有自我更新（）是一类具有自我更新（）是一类具有自我更新（self-renewingself-renewing）能力）能力）能力）能力的多潜能细胞，即干细胞保持未定向分化状态和具有增殖能力，在合的多潜能细胞，即干细胞保持未定向分化状态和具有增殖能力，在合的多潜能细胞，即干细胞保持未定向分化状态和具有增殖能力，在合的多潜能细胞，即干细胞保持未定向分化状态和具有增殖能力，在合适的条件或给予合适的信号，它可以分化成多种功能细胞或组织器官，适的
2、条件或给予合适的信号，它可以分化成多种功能细胞或组织器官，适的条件或给予合适的信号，它可以分化成多种功能细胞或组织器官，适的条件或给予合适的信号，它可以分化成多种功能细胞或组织器官，医学界称其为医学界称其为医学界称其为医学界称其为“万用细胞万用细胞万用细胞万用细胞”，也有人通俗而形象地称其为，也有人通俗而形象地称其为，也有人通俗而形象地称其为，也有人通俗而形象地称其为“干什么都干什么都干什么都干什么都行的细胞行的细胞行的细胞行的细胞”。干细胞来源于胚胎、胎儿组织和成年组织如骨髓、脐带等。干细胞技干细胞来源于胚胎、胎儿组织和成年组织如骨髓、脐带等。干细胞技干细胞来源于胚胎、胎儿组织和成年组织如骨
3、髓、脐带等。干细胞技干细胞来源于胚胎、胎儿组织和成年组织如骨髓、脐带等。干细胞技术最显著的作用就是：能再造一种全新的、正常的甚至更年轻的细胞、术最显著的作用就是：能再造一种全新的、正常的甚至更年轻的细胞、术最显著的作用就是：能再造一种全新的、正常的甚至更年轻的细胞、术最显著的作用就是：能再造一种全新的、正常的甚至更年轻的细胞、组织或器官。组织或器官。组织或器官。组织或器官。干细胞技术是近年现代生物科技继克隆技术、基因工程之后的第三大干细胞技术是近年现代生物科技继克隆技术、基因工程之后的第三大干细胞技术是近年现代生物科技继克隆技术、基因工程之后的第三大干细胞技术是近年现代生物科技继克隆技术、基因
4、工程之后的第三大科学成就。科学成就。科学成就。科学成就。它不仅促使人们重新熟悉细胞生长与分化的基本生命原理，也为多种它不仅促使人们重新熟悉细胞生长与分化的基本生命原理，也为多种它不仅促使人们重新熟悉细胞生长与分化的基本生命原理，也为多种它不仅促使人们重新熟悉细胞生长与分化的基本生命原理，也为多种难治性疾病的治疗带来了划时代的革命。难治性疾病的治疗带来了划时代的革命。难治性疾病的治疗带来了划时代的革命。难治性疾病的治疗带来了划时代的革命。2121世纪是生命科学的时代，世纪是生命科学的时代，世纪是生命科学的时代，世纪是生命科学的时代，也是为人类的健康长寿创造世界奇迹的时代，干细胞的应用将有广阔也是
5、为人类的健康长寿创造世界奇迹的时代，干细胞的应用将有广阔也是为人类的健康长寿创造世界奇迹的时代，干细胞的应用将有广阔也是为人类的健康长寿创造世界奇迹的时代，干细胞的应用将有广阔前景。前景。前景。前景。干细胞的概念干细胞的概念干细胞的概念干细胞的概念神经干细胞的定义神经干细胞的定义神经干细胞的定义神经干细胞的定义1.1.19891989年，年，年，年，TempleTemple等从等从等从等从1313天大鼠胚胎脑隔区取出细胞进行培养，天大鼠胚胎脑隔区取出细胞进行培养，天大鼠胚胎脑隔区取出细胞进行培养，天大鼠胚胎脑隔区取出细胞进行培养，发现这些细胞发育成神经元和神经胶质细胞。其后从成年鼠纹发现这些细
6、胞发育成神经元和神经胶质细胞。其后从成年鼠纹发现这些细胞发育成神经元和神经胶质细胞。其后从成年鼠纹发现这些细胞发育成神经元和神经胶质细胞。其后从成年鼠纹状体、海马齿状回等处分离出能在体外不断增殖，并具有向神状体、海马齿状回等处分离出能在体外不断增殖，并具有向神状体、海马齿状回等处分离出能在体外不断增殖，并具有向神状体、海马齿状回等处分离出能在体外不断增殖，并具有向神经元和星形胶质细胞分化潜能的细胞群。经元和星形胶质细胞分化潜能的细胞群。经元和星形胶质细胞分化潜能的细胞群。经元和星形胶质细胞分化潜能的细胞群。2.2.2020世纪世纪世纪世纪9090年代后，许多实验都证实，人脑内也同样存在神经干年
7、代后，许多实验都证实，人脑内也同样存在神经干年代后，许多实验都证实，人脑内也同样存在神经干年代后，许多实验都证实，人脑内也同样存在神经干细胞。细胞。细胞。细胞。3.3.目前得到普遍认可的神经干细胞的概念是由目前得到普遍认可的神经干细胞的概念是由目前得到普遍认可的神经干细胞的概念是由目前得到普遍认可的神经干细胞的概念是由MckayMckay在在在在19971997年提年提年提年提出的：出的：出的：出的：神经干细胞神经干细胞神经干细胞神经干细胞(neural stem cell(neural stem cell，NSC)NSC)是指具有分化为神是指具有分化为神是指具有分化为神是指具有分化为神经元、
8、星形胶质细胞和少突胶质细胞的能力，能自我更新并能经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞的能力，能自我更新并能经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞的能力，能自我更新并能经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞的能力，能自我更新并能提供大量脑组织细胞的细胞群提供大量脑组织细胞的细胞群提供大量脑组织细胞的细胞群提供大量脑组织细胞的细胞群。(Okano et al.2002)神经干细胞的分化、增殖及其影响因素神经干细胞的分化、增殖及其影响因素1 1 生长因子：生长因子：生长因子：生长因子：FGFFGF2 2（碱性成纤维细胞生长因子（碱性成纤维细胞生长因子（碱性成纤维细胞生长因子（碱性成纤维细胞生长因子2 2）在胚胎早期
9、维持神经祖细胞的的生存，促进其增）在胚胎早期维持神经祖细胞的的生存，促进其增）在胚胎早期维持神经祖细胞的的生存，促进其增）在胚胎早期维持神经祖细胞的的生存，促进其增殖。殖。殖。殖。ECGECG（神经表皮生长因子）在发育较晚期促使神经祖细胞增殖和分化。（神经表皮生长因子）在发育较晚期促使神经祖细胞增殖和分化。（神经表皮生长因子）在发育较晚期促使神经祖细胞增殖和分化。（神经表皮生长因子）在发育较晚期促使神经祖细胞增殖和分化。BDNFBDNF（脑源性神经营养因子）及（脑源性神经营养因子）及（脑源性神经营养因子）及（脑源性神经营养因子）及IGF1IGF1（胰岛素样生长因子（胰岛素样生长因子（胰岛素样生
10、长因子（胰岛素样生长因子1 1）主要促进祖细胞向神经元）主要促进祖细胞向神经元）主要促进祖细胞向神经元）主要促进祖细胞向神经元方向分化。方向分化。方向分化。方向分化。2 2 细胞因子：红细胞生成素、集落刺激因子、白介素家族等影响神经元的发育；细胞因子：红细胞生成素、集落刺激因子、白介素家族等影响神经元的发育；细胞因子：红细胞生成素、集落刺激因子、白介素家族等影响神经元的发育；细胞因子：红细胞生成素、集落刺激因子、白介素家族等影响神经元的发育；BMPBMP（骨架多型性蛋白）促进神经干细胞向星形胶质细胞方向分化。（骨架多型性蛋白）促进神经干细胞向星形胶质细胞方向分化。（骨架多型性蛋白）促进神经干细
11、胞向星形胶质细胞方向分化。（骨架多型性蛋白）促进神经干细胞向星形胶质细胞方向分化。3 3 移植区域的信号：一是选择性调控，即信号只能调节干细胞的存活和增殖而不能影响移植区域的信号：一是选择性调控，即信号只能调节干细胞的存活和增殖而不能影响移植区域的信号：一是选择性调控，即信号只能调节干细胞的存活和增殖而不能影响移植区域的信号：一是选择性调控，即信号只能调节干细胞的存活和增殖而不能影响其分化方向。二是指导性作用，指特异性指导神经干细胞、祖细胞向特定谱系分化。其分化方向。二是指导性作用，指特异性指导神经干细胞、祖细胞向特定谱系分化。其分化方向。二是指导性作用，指特异性指导神经干细胞、祖细胞向特定谱
12、系分化。其分化方向。二是指导性作用，指特异性指导神经干细胞、祖细胞向特定谱系分化。4 4神经干细胞和神经祖细胞自身产生多种调控信号。神经干细胞和神经祖细胞自身产生多种调控信号。神经干细胞和神经祖细胞自身产生多种调控信号。神经干细胞和神经祖细胞自身产生多种调控信号。5 5 Nestin Nestin基因和基因和基因和基因和NotchNotch基因：人基因：人基因：人基因：人nestinnestin基因第二个内含子中存在一个（基因第二个内含子中存在一个（基因第二个内含子中存在一个（基因第二个内含子中存在一个（400bp400bp区域对神区域对神区域对神区域对神经干细胞起增强作用。这个增强子也对早期
13、神经干细胞其他基因表达起作用，包括经干细胞起增强作用。这个增强子也对早期神经干细胞其他基因表达起作用，包括经干细胞起增强作用。这个增强子也对早期神经干细胞其他基因表达起作用，包括经干细胞起增强作用。这个增强子也对早期神经干细胞其他基因表达起作用，包括NotchNotch基基基基因。因。因。因。NotchNotch基因是在中枢神经系统发育过程中确定神经元数量的重要调控基因。基因是在中枢神经系统发育过程中确定神经元数量的重要调控基因。基因是在中枢神经系统发育过程中确定神经元数量的重要调控基因。基因是在中枢神经系统发育过程中确定神经元数量的重要调控基因。神经干细胞的形态神经干细胞的形态神经干细胞的形
14、态神经干细胞的形态神经干细胞的特征神经干细胞的特征神经干细胞的特征神经干细胞的特征有增殖能力。有增殖能力。有增殖能力。有增殖能力。有自我维持和自我更新能力，对称分裂后形成的两个子细胞有自我维持和自我更新能力，对称分裂后形成的两个子细胞有自我维持和自我更新能力，对称分裂后形成的两个子细胞有自我维持和自我更新能力，对称分裂后形成的两个子细胞为干细胞，不对称分裂后形成的两个子细胞中的一个为干细胞，为干细胞，不对称分裂后形成的两个子细胞中的一个为干细胞，为干细胞，不对称分裂后形成的两个子细胞中的一个为干细胞，为干细胞，不对称分裂后形成的两个子细胞中的一个为干细胞，另一个为祖细胞，祖细胞在特定条件下可分
15、化为多种神经细胞。另一个为祖细胞，祖细胞在特定条件下可分化为多种神经细胞。另一个为祖细胞，祖细胞在特定条件下可分化为多种神经细胞。另一个为祖细胞，祖细胞在特定条件下可分化为多种神经细胞。具有多向分化潜能，在不同因子下，可以分化成不同类型的具有多向分化潜能，在不同因子下，可以分化成不同类型的具有多向分化潜能，在不同因子下，可以分化成不同类型的具有多向分化潜能，在不同因子下，可以分化成不同类型的神经细胞，损伤或疾病可以刺激神经干细胞分化。神经细胞，损伤或疾病可以刺激神经干细胞分化。神经细胞，损伤或疾病可以刺激神经干细胞分化。神经细胞，损伤或疾病可以刺激神经干细胞分化。自我更新能力和多向分化潜能是神
16、经干细胞的两个基本特征。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。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。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。神经干细胞的分类神经干细胞的分类神经干细胞的分类神经干细胞的分类神经管上皮细胞神经管上皮细胞神经管上皮细胞神经管上皮细胞1.1.根据分化潜能及产生子细胞种类不同分为：根据分化潜能及产生子细胞种类不同分为：根据分化潜能及产生子细胞种类不同分为：根据分化潜能及产生子细胞种类不同分为：放射状胶质神经元放射状胶质神经元放射状胶质神经元放射状胶质神经元神经母细胞神经母细胞神经母细胞神经母细胞大脑中皮质及神经核等大脑中皮质
17、及神经核等大脑中皮质及神经核等大脑中皮质及神经核等的基本神经组织细胞的基本神经组织细胞的基本神经组织细胞的基本神经组织细胞神经前体细胞神经前体细胞神经前体细胞神经前体细胞各类神经胶质细胞各类神经胶质细胞各类神经胶质细胞各类神经胶质细胞神经元神经元神经元神经元各类神经细胞的前体细胞各类神经细胞的前体细胞各类神经细胞的前体细胞各类神经细胞的前体细胞胚胎期胚胎期幼年期幼年期成年期成年期2.2.根据部位分类主要有两类：根据部位分类主要有两类：根据部位分类主要有两类：根据部位分类主要有两类：神经嵴干细胞神经嵴干细胞神经嵴干细胞神经嵴干细胞(neuralcreststemcell(neuralcrests
18、temcell，NC-SC)NC-SC)和中枢神经干细胞和中枢神经干细胞和中枢神经干细胞和中枢神经干细胞(CNS-SC)(CNS-SC)。NCSCNCSC为外周神经干细胞为外周神经干细胞为外周神经干细胞为外周神经干细胞(PNS-SC)(PNS-SC)，既可发育为外周神经细胞、神经内分泌细，既可发育为外周神经细胞、神经内分泌细，既可发育为外周神经细胞、神经内分泌细，既可发育为外周神经细胞、神经内分泌细胞和胞和胞和胞和SchwannSchwann氏细胞，也能分化为色素细胞氏细胞，也能分化为色素细胞氏细胞，也能分化为色素细胞氏细胞，也能分化为色素细胞(pigmented cell)(pigmente
19、d cell)和平滑肌细胞等。和平滑肌细胞等。和平滑肌细胞等。和平滑肌细胞等。NSCNSC一般是指存在于脑部的中枢神经干细胞一般是指存在于脑部的中枢神经干细胞一般是指存在于脑部的中枢神经干细胞一般是指存在于脑部的中枢神经干细胞(CNS-SC)(CNS-SC)，其子代细胞能分化成为，其子代细胞能分化成为，其子代细胞能分化成为，其子代细胞能分化成为神经系统的大部分细胞。神经系统的大部分细胞。神经系统的大部分细胞。神经系统的大部分细胞。胚胎期：胚胎期：胚胎期：胚胎期：神经干细胞主要分布在大脑的皮层、纹状体、海神经干细胞主要分布在大脑的皮层、纹状体、海神经干细胞主要分布在大脑的皮层、纹状体、海神经干细
20、胞主要分布在大脑的皮层、纹状体、海马、室管膜下层和中脑等区域。马、室管膜下层和中脑等区域。马、室管膜下层和中脑等区域。马、室管膜下层和中脑等区域。成年期：成年期：成年期：成年期：中枢神经系统仍有神经干细胞存在，只不过这些中枢神经系统仍有神经干细胞存在，只不过这些中枢神经系统仍有神经干细胞存在，只不过这些中枢神经系统仍有神经干细胞存在，只不过这些细胞平时处于静止状态。成年脑区神经干细胞主细胞平时处于静止状态。成年脑区神经干细胞主细胞平时处于静止状态。成年脑区神经干细胞主细胞平时处于静止状态。成年脑区神经干细胞主要局限在海马齿状回、纹状体和环绕侧脑室的室要局限在海马齿状回、纹状体和环绕侧脑室的室要
21、局限在海马齿状回、纹状体和环绕侧脑室的室要局限在海马齿状回、纹状体和环绕侧脑室的室脑膜下层。脑膜下层。脑膜下层。脑膜下层。神经干细胞的分布神经干细胞的分布海马齿状回侧脑室的室脑膜下层 尾状核豆状核背侧丘脑皮质皮质髓质髓质基底核基底核侧脑室侧脑室尾状核与豆状核合称纹状体尾状核与豆状核合称纹状体成年神经干细胞的研究现状成年神经干细胞的研究现状 以前的观点认为成年大脑中的神经元数量是以前的观点认为成年大脑中的神经元数量是以前的观点认为成年大脑中的神经元数量是以前的观点认为成年大脑中的神经元数量是稳定不变的，由这些神经元构成的神经网络结构稳定不变的，由这些神经元构成的神经网络结构稳定不变的，由这些神经
22、元构成的神经网络结构稳定不变的，由这些神经元构成的神经网络结构是相对稳定的，神经结构上的可塑性仅发生在树是相对稳定的，神经结构上的可塑性仅发生在树是相对稳定的，神经结构上的可塑性仅发生在树是相对稳定的，神经结构上的可塑性仅发生在树突、轴突和突触等部位。而目前对神经再生和成突、轴突和突触等部位。而目前对神经再生和成突、轴突和突触等部位。而目前对神经再生和成突、轴突和突触等部位。而目前对神经再生和成年神经干细胞的研究增加了新的认识。年神经干细胞的研究增加了新的认识。年神经干细胞的研究增加了新的认识。年神经干细胞的研究增加了新的认识。成年神经干细胞的功能成年神经干细胞的功能小结 成年海马的神经再生与
23、海马功能有着密切关系。学习或奔跑可以改变动物成年海马的神经再生与海马功能有着密切关系。学习或奔跑可以改变动物成年海马的神经再生与海马功能有着密切关系。学习或奔跑可以改变动物成年海马的神经再生与海马功能有着密切关系。学习或奔跑可以改变动物海马细胞存活或细胞增殖水平，从而增加海马的新生神经元的数目。紧张、海马细胞存活或细胞增殖水平，从而增加海马的新生神经元的数目。紧张、海马细胞存活或细胞增殖水平，从而增加海马的新生神经元的数目。紧张、海马细胞存活或细胞增殖水平，从而增加海马的新生神经元的数目。紧张、滥用鸦片和癫痫发作等都可以影响到成年海马齿状回新生神经元的增殖和分滥用鸦片和癫痫发作等都可以影响到成
24、年海马齿状回新生神经元的增殖和分滥用鸦片和癫痫发作等都可以影响到成年海马齿状回新生神经元的增殖和分滥用鸦片和癫痫发作等都可以影响到成年海马齿状回新生神经元的增殖和分化水平。人为减少海马颗粒样神经元的数目，经过处理后的动物其海马依赖化水平。人为减少海马颗粒样神经元的数目，经过处理后的动物其海马依赖化水平。人为减少海马颗粒样神经元的数目，经过处理后的动物其海马依赖化水平。人为减少海马颗粒样神经元的数目，经过处理后的动物其海马依赖的记忆功能受到损害。的记忆功能受到损害。的记忆功能受到损害。的记忆功能受到损害。成年海马神经干细胞产生的新生神经元不仅在形态上与成熟海马神经元成年海马神经干细胞产生的新生神
25、经元不仅在形态上与成熟海马神经元成年海马神经干细胞产生的新生神经元不仅在形态上与成熟海马神经元成年海马神经干细胞产生的新生神经元不仅在形态上与成熟海马神经元相同，而且对突触刺激有动作电位反应，并且可以有效地整合到神经环路中相同，而且对突触刺激有动作电位反应，并且可以有效地整合到神经环路中相同，而且对突触刺激有动作电位反应，并且可以有效地整合到神经环路中相同，而且对突触刺激有动作电位反应，并且可以有效地整合到神经环路中去。去。去。去。人们推测，这些由神经干细胞产生的新生神经元是参与其所在海马区域人们推测，这些由神经干细胞产生的新生神经元是参与其所在海马区域人们推测，这些由神经干细胞产生的新生神经
26、元是参与其所在海马区域人们推测，这些由神经干细胞产生的新生神经元是参与其所在海马区域的正常功能。神经干细胞和学习记忆关系的研究是复杂的。尽管海马具有记的正常功能。神经干细胞和学习记忆关系的研究是复杂的。尽管海马具有记的正常功能。神经干细胞和学习记忆关系的研究是复杂的。尽管海马具有记的正常功能。神经干细胞和学习记忆关系的研究是复杂的。尽管海马具有记忆的存储功能，但这种记忆的存储是短暂的，只是为皮层区域的长时程记忆忆的存储功能，但这种记忆的存储是短暂的，只是为皮层区域的长时程记忆忆的存储功能，但这种记忆的存储是短暂的，只是为皮层区域的长时程记忆忆的存储功能，但这种记忆的存储是短暂的，只是为皮层区域
27、的长时程记忆做时空上的准备。做时空上的准备。做时空上的准备。做时空上的准备。成年神经干细胞对脑损伤的修复作用成年神经干细胞对脑损伤的修复作用controlkindledExamples of BrdU positive nuclei in hippocampal sections from control 正常情况下，成年啮齿类动物大脑中有大量的新生神经元不断产正常情况下，成年啮齿类动物大脑中有大量的新生神经元不断产正常情况下，成年啮齿类动物大脑中有大量的新生神经元不断产正常情况下，成年啮齿类动物大脑中有大量的新生神经元不断产生，显然这些细胞是来补充已经缺失的神经元，这样成年大脑神经元生，显然
28、这些细胞是来补充已经缺失的神经元，这样成年大脑神经元生，显然这些细胞是来补充已经缺失的神经元，这样成年大脑神经元生，显然这些细胞是来补充已经缺失的神经元，这样成年大脑神经元数目才能保持相对稳定。研究表明在成年大脑神经再生区域里存在着数目才能保持相对稳定。研究表明在成年大脑神经再生区域里存在着数目才能保持相对稳定。研究表明在成年大脑神经再生区域里存在着数目才能保持相对稳定。研究表明在成年大脑神经再生区域里存在着普遍的神经元凋亡现象。神经再生活跃区域的死亡细胞数倍于大脑其普遍的神经元凋亡现象。神经再生活跃区域的死亡细胞数倍于大脑其普遍的神经元凋亡现象。神经再生活跃区域的死亡细胞数倍于大脑其普遍的神
29、经元凋亡现象。神经再生活跃区域的死亡细胞数倍于大脑其他部位，因而干细胞增殖、祖细胞迁徙并且分化成神经元从而替代死他部位，因而干细胞增殖、祖细胞迁徙并且分化成神经元从而替代死他部位，因而干细胞增殖、祖细胞迁徙并且分化成神经元从而替代死他部位，因而干细胞增殖、祖细胞迁徙并且分化成神经元从而替代死亡的神经元。有人推测，中枢神经系统变性疾病形成的原因就是由于亡的神经元。有人推测，中枢神经系统变性疾病形成的原因就是由于亡的神经元。有人推测，中枢神经系统变性疾病形成的原因就是由于亡的神经元。有人推测，中枢神经系统变性疾病形成的原因就是由于内源性神经干细胞不能对这些疾病产生的信号起反应，内源性神经干内源性神
30、经干细胞不能对这些疾病产生的信号起反应，内源性神经干内源性神经干细胞不能对这些疾病产生的信号起反应，内源性神经干内源性神经干细胞不能对这些疾病产生的信号起反应，内源性神经干细胞不能替代变性的神经元，而最终导致老年性疾呆，癫痫，精神分细胞不能替代变性的神经元，而最终导致老年性疾呆，癫痫，精神分细胞不能替代变性的神经元，而最终导致老年性疾呆，癫痫，精神分细胞不能替代变性的神经元，而最终导致老年性疾呆，癫痫，精神分裂症等神经系统退行性疾病的发生。裂症等神经系统退行性疾病的发生。裂症等神经系统退行性疾病的发生。裂症等神经系统退行性疾病的发生。成年神经干细胞导常可能导致疾病发生成年神经干细胞导常可能导致
31、疾病发生 1.1.成年神经再生和早期发育中的神经生成有哪些不同？成年神经再生和早期发育中的神经生成有哪些不同？成年神经再生和早期发育中的神经生成有哪些不同？成年神经再生和早期发育中的神经生成有哪些不同？2.2.为什么神经再生只存在于成年大脑的某些特定的区域？为什么神经再生只存在于成年大脑的某些特定的区域？为什么神经再生只存在于成年大脑的某些特定的区域？为什么神经再生只存在于成年大脑的某些特定的区域？3.3.这些区域的局部微环境对成年神经干细胞的迁徙和分化有这些区域的局部微环境对成年神经干细胞的迁徙和分化有这些区域的局部微环境对成年神经干细胞的迁徙和分化有这些区域的局部微环境对成年神经干细胞的迁
32、徙和分化有些什么影响？些什么影响？些什么影响？些什么影响？4.4.成年大脑的神经可塑性的功能意义？成年大脑的神经可塑性的功能意义？成年大脑的神经可塑性的功能意义？成年大脑的神经可塑性的功能意义？5.5.神经干细胞和认知等高级功能神经活动的关系？神经干细胞和认知等高级功能神经活动的关系？神经干细胞和认知等高级功能神经活动的关系？神经干细胞和认知等高级功能神经活动的关系？成年神经干细胞研究面临的问题成年神经干细胞研究面临的问题研究方法研究方法来源于神经组织来源于神经组织：目前从哺乳动物胚胎期大部分脑区、成年期的脑室下区、海马回：目前从哺乳动物胚胎期大部分脑区、成年期的脑室下区、海马回的颗粒下层、脊
33、髓等部位均成功分离出神经干细胞的颗粒下层、脊髓等部位均成功分离出神经干细胞来源于胚胎来源于胚胎：胚胎干细胞：胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)、胚胎生殖细胞、胚胎生殖细胞(embryonic germ cells,EGCs)等细胞的定向诱导分化而来。等细胞的定向诱导分化而来。来源于血液系统来源于血液系统：骨髓间质干细胞：骨髓间质干细胞(bonemarrow mesenchymal stem cell s,MSCs)、成年多能祖细胞、成年多能祖细胞(multipotent adult progenitor cells,MAPCs)10 及脐血及脐血细胞细胞(umbi
34、lical cord blood)11。来源于永生化细胞系来源于永生化细胞系：C17.2 细胞系细胞系12、MHP36 细胞系细胞系13、N T2 细胞系。细胞系。体核细胞转移技术获得神经干细胞体核细胞转移技术获得神经干细胞：将体细胞核植入去核的卵母细胞浆中：将体细胞核植入去核的卵母细胞浆中,再程序再程序化后形成治疗性克隆化后形成治疗性克隆,让其发育到一定阶段后在相应部位获得神经干细胞让其发育到一定阶段后在相应部位获得神经干细胞,可重建组可重建组织相容性。织相容性。神经干细胞的来源神经干细胞的来源（1 1）反复传代法：取）反复传代法：取）反复传代法：取）反复传代法：取3 34 4个月龄的人胚胎
35、纹状体或孕个月龄的人胚胎纹状体或孕个月龄的人胚胎纹状体或孕个月龄的人胚胎纹状体或孕 14 141616天小鼠、大鼠胚胎天小鼠、大鼠胚胎天小鼠、大鼠胚胎天小鼠、大鼠胚胎大脑，机械分离制作单细胞悬液。在含多种神经因子的无血清培养基中培养，大脑，机械分离制作单细胞悬液。在含多种神经因子的无血清培养基中培养，大脑，机械分离制作单细胞悬液。在含多种神经因子的无血清培养基中培养，大脑，机械分离制作单细胞悬液。在含多种神经因子的无血清培养基中培养，实现实现实现实现NSCNSC的体外稳定有效扩增。经过长期培养反复传代可使的体外稳定有效扩增。经过长期培养反复传代可使的体外稳定有效扩增。经过长期培养反复传代可使的
36、体外稳定有效扩增。经过长期培养反复传代可使NSCNSC得到纯化。得到纯化。得到纯化。得到纯化。（2 2）流式细胞术：）流式细胞术：）流式细胞术：）流式细胞术：SasakiSasaki等采用流式细胞仪对约等采用流式细胞仪对约等采用流式细胞仪对约等采用流式细胞仪对约6060种细胞表面抗原进行筛选，种细胞表面抗原进行筛选，种细胞表面抗原进行筛选，种细胞表面抗原进行筛选，结果发现分选出的具有结果发现分选出的具有结果发现分选出的具有结果发现分选出的具有CD133+/CE34+/CD45-CD133+/CE34+/CD45-（细胞表面抗原）的细胞为（细胞表面抗原）的细胞为（细胞表面抗原）的细胞为（细胞表面
37、抗原）的细胞为NSCNSC。（3 3）基因转导：）基因转导：）基因转导：）基因转导：Keyoung Keyoung 等利用腺病毒为载体等利用腺病毒为载体等利用腺病毒为载体等利用腺病毒为载体,将置于归巢素和将置于归巢素和将置于归巢素和将置于归巢素和Msi1Msi1增强子和启增强子和启增强子和启增强子和启动子控制下的绿色荧光蛋白基因导入人胚胎细胞动子控制下的绿色荧光蛋白基因导入人胚胎细胞动子控制下的绿色荧光蛋白基因导入人胚胎细胞动子控制下的绿色荧光蛋白基因导入人胚胎细胞,然后对胚胎细胞进行体外培然后对胚胎细胞进行体外培然后对胚胎细胞进行体外培然后对胚胎细胞进行体外培养养养养,只有只有只有只有NSC
38、NSC能特异性地出现绿色荧光蛋白。再利用流式细胞仪进行荧光筛选能特异性地出现绿色荧光蛋白。再利用流式细胞仪进行荧光筛选能特异性地出现绿色荧光蛋白。再利用流式细胞仪进行荧光筛选能特异性地出现绿色荧光蛋白。再利用流式细胞仪进行荧光筛选,能进一步将能进一步将能进一步将能进一步将NSCNSC收集起来。收集起来。收集起来。收集起来。（4 4）免疫磁珠细胞分选法：利用磁珠表面的特异性抗体与）免疫磁珠细胞分选法：利用磁珠表面的特异性抗体与）免疫磁珠细胞分选法：利用磁珠表面的特异性抗体与）免疫磁珠细胞分选法：利用磁珠表面的特异性抗体与NSCNSC表面抗原结合，表面抗原结合，表面抗原结合，表面抗原结合，在磁场作
39、用下使结合磁珠的在磁场作用下使结合磁珠的在磁场作用下使结合磁珠的在磁场作用下使结合磁珠的NSCNSC与其他细胞分离，从而得到较纯化的与其他细胞分离，从而得到较纯化的与其他细胞分离，从而得到较纯化的与其他细胞分离，从而得到较纯化的NSCNSC。神经干细胞的分离与纯化神经干细胞的分离与纯化神经干细胞的鉴定神经干细胞的鉴定神经干细胞的鉴定神经干细胞的鉴定19901990年，年，年，年，LendahlLendahl的实验证实，神经干细胞的标志蛋白是神经上皮干细胞蛋白的实验证实，神经干细胞的标志蛋白是神经上皮干细胞蛋白的实验证实，神经干细胞的标志蛋白是神经上皮干细胞蛋白的实验证实，神经干细胞的标志蛋白是
40、神经上皮干细胞蛋白（nestinnestin）NestinNestin在神经胚形成时开始表达，随着神经细胞的迁移和分化的完成，在神经胚形成时开始表达，随着神经细胞的迁移和分化的完成，在神经胚形成时开始表达，随着神经细胞的迁移和分化的完成，在神经胚形成时开始表达，随着神经细胞的迁移和分化的完成，NestinNestin的表达量逐渐下降甚至完全停止。目前，的表达量逐渐下降甚至完全停止。目前，的表达量逐渐下降甚至完全停止。目前，的表达量逐渐下降甚至完全停止。目前，NestinNestin已被用于神经干细胞的鉴定。已被用于神经干细胞的鉴定。已被用于神经干细胞的鉴定。已被用于神经干细胞的鉴定。培养的小鼠
41、神经干细胞胚胎小鼠脑侧室胚胎小鼠纹状体 Sakakibara等人鉴定出一种等人鉴定出一种等人鉴定出一种等人鉴定出一种RNARNA结合蛋白即结合蛋白即结合蛋白即结合蛋白即 Musashi,Musashi,可作为可作为可作为可作为NSCNSC的标志物。的标志物。的标志物。的标志物。(Sakakibara et al.1996)E10E14Ventricular zone of spinal cordm-Msi-1nestin(Sakakibara et al.1996)对分离培养得到的对分离培养得到的NSC进行标记时发现：进行标记时发现：Nestin和和Musashi呈双重阳性呈双重阳性,且随着且
42、随着NSC分化成为神经元分化成为神经元,二者的标记作用也消失二者的标记作用也消失,说明说明Musashi具有与具有与Nestin相似的特异性和种间保守性。相似的特异性和种间保守性。Nestin和和Musashi作为早期原始神经细胞作为早期原始神经细胞的标志物已被广泛地应用于的标志物已被广泛地应用于NSC的鉴定。的鉴定。应用前景应用前景NSC原位诱导内源性原位诱导内源性NSC的自身激活的自身激活理论依据理论依据理论依据理论依据：大量体外和在体实验已经证实成年脑中存在：大量体外和在体实验已经证实成年脑中存在：大量体外和在体实验已经证实成年脑中存在：大量体外和在体实验已经证实成年脑中存在NSCNSC
43、。研究影响。研究影响。研究影响。研究影响NSCNSC增殖和分化的信号作用的实验证实：脑室管膜下区等部位的增殖和分化的信号作用的实验证实：脑室管膜下区等部位的增殖和分化的信号作用的实验证实：脑室管膜下区等部位的增殖和分化的信号作用的实验证实：脑室管膜下区等部位的NSCNSC在脑损伤发生后能够增殖，并迁移到受损部位并分化成新的神经细胞，在脑损伤发生后能够增殖，并迁移到受损部位并分化成新的神经细胞，在脑损伤发生后能够增殖，并迁移到受损部位并分化成新的神经细胞，在脑损伤发生后能够增殖，并迁移到受损部位并分化成新的神经细胞，取代受损脑组织细胞。取代受损脑组织细胞。取代受损脑组织细胞。取代受损脑组织细胞。
44、存在困难存在困难存在困难存在困难：在大多数情况下：在大多数情况下：在大多数情况下：在大多数情况下,仅由内源性干细胞产生的神经组织可能不仅由内源性干细胞产生的神经组织可能不仅由内源性干细胞产生的神经组织可能不仅由内源性干细胞产生的神经组织可能不足以替代损伤后缺失的神经组织足以替代损伤后缺失的神经组织足以替代损伤后缺失的神经组织足以替代损伤后缺失的神经组织,尤其在脊髓、纹状体等神经组织发生尤其在脊髓、纹状体等神经组织发生尤其在脊髓、纹状体等神经组织发生尤其在脊髓、纹状体等神经组织发生很少的部位。很少的部位。很少的部位。很少的部位。可能原因可能原因可能原因可能原因：(1)(1)原位诱导出功能特异的神
45、经元可能需要多种刺激和特定原位诱导出功能特异的神经元可能需要多种刺激和特定原位诱导出功能特异的神经元可能需要多种刺激和特定原位诱导出功能特异的神经元可能需要多种刺激和特定细胞因子的作用。细胞因子的作用。细胞因子的作用。细胞因子的作用。(2)(2)患者中枢神经系统的干细胞缺陷或无法激活。患者中枢神经系统的干细胞缺陷或无法激活。患者中枢神经系统的干细胞缺陷或无法激活。患者中枢神经系统的干细胞缺陷或无法激活。异体神经干细胞移植异体神经干细胞移植依据依据：临床试验表明，移植胎儿脑组织治疗神经系统退行性疾病可以明：临床试验表明，移植胎儿脑组织治疗神经系统退行性疾病可以明显改善症状；在体外培养扩增的显改善
46、症状；在体外培养扩增的NSC移植到脑疾病动物模型脑内的实验移植到脑疾病动物模型脑内的实验表明，体外培养的表明，体外培养的NSC移植到脑内后能够迁移分化为特定部位的神经细移植到脑内后能够迁移分化为特定部位的神经细胞，其分化方向与所处的微环境密切相关。胞，其分化方向与所处的微环境密切相关。问题问题：（）（）但胎脑的来源有限，受伦理和法律上的束缚，限制研究的发展；但胎脑的来源有限，受伦理和法律上的束缚，限制研究的发展；（）在研究细胞移植治疗帕金森病时发现（）在研究细胞移植治疗帕金森病时发现,在体外实验中没有必需的在体外实验中没有必需的因素干预下因素干预下,NSC自然分化为多巴胺能神经元的比例只占细胞
47、总数的自然分化为多巴胺能神经元的比例只占细胞总数的0.5%5%。因此，诱导因此，诱导NSC向修复所需的神经功能向修复所需的神经功能(目的目的)细胞分化成为研究的细胞分化成为研究的核心问题。核心问题。基因治疗基因治疗基因治疗是通过特定载体相关外源基因导入体内基因治疗是通过特定载体相关外源基因导入体内基因治疗是通过特定载体相关外源基因导入体内基因治疗是通过特定载体相关外源基因导入体内,使其获得表达使其获得表达使其获得表达使其获得表达,达达达达到治疗由于某种基因缺陷或突变引起的疾病。到治疗由于某种基因缺陷或突变引起的疾病。到治疗由于某种基因缺陷或突变引起的疾病。到治疗由于某种基因缺陷或突变引起的疾病
48、。目前神经系统基因治疗常用的靶细胞有：目前神经系统基因治疗常用的靶细胞有：目前神经系统基因治疗常用的靶细胞有：目前神经系统基因治疗常用的靶细胞有：(1)(1)成纤维细胞成纤维细胞成纤维细胞成纤维细胞,来自间充来自间充来自间充来自间充质质质质,能在体外分裂增殖能在体外分裂增殖能在体外分裂增殖能在体外分裂增殖,具有较高的病毒感染率但植入脑后不能与宿主具有较高的病毒感染率但植入脑后不能与宿主具有较高的病毒感染率但植入脑后不能与宿主具有较高的病毒感染率但植入脑后不能与宿主整合；整合；整合；整合；(2)(2)永生化神经祖细胞永生化神经祖细胞永生化神经祖细胞永生化神经祖细胞,体外容易进行基因转导和能与宿主
49、整合体外容易进行基因转导和能与宿主整合体外容易进行基因转导和能与宿主整合体外容易进行基因转导和能与宿主整合等优点等优点等优点等优点,但存在致癌的危险；但存在致癌的危险；但存在致癌的危险；但存在致癌的危险；(3)NSC(3)NSC来源于神经组织来源于神经组织来源于神经组织来源于神经组织,比永生化比永生化比永生化比永生化NSCNSC更更更更能保持原有的生物学特性能保持原有的生物学特性能保持原有的生物学特性能保持原有的生物学特性,具有分化能力和更好的组织相容性具有分化能力和更好的组织相容性具有分化能力和更好的组织相容性具有分化能力和更好的组织相容性,可以整可以整可以整可以整合到宿主脑组织并向周围迁移
50、合到宿主脑组织并向周围迁移合到宿主脑组织并向周围迁移合到宿主脑组织并向周围迁移,不形成肿瘤等。不形成肿瘤等。不形成肿瘤等。不形成肿瘤等。NSCNSC具有稳定的生物学性状具有稳定的生物学性状具有稳定的生物学性状具有稳定的生物学性状,建系以后可以获得均一的建系以后可以获得均一的建系以后可以获得均一的建系以后可以获得均一的遗传背景遗传背景遗传背景遗传背景,具有组织和种属特异性，可作为神经系统疾病的具有组织和种属特异性，可作为神经系统疾病的具有组织和种属特异性，可作为神经系统疾病的具有组织和种属特异性，可作为神经系统疾病的药物筛选平台。利用药物筛选平台。利用药物筛选平台。利用药物筛选平台。利用NSCN