“指揮中心”內(nèi)的干細(xì)胞

　　利用干細(xì)胞治療疾病的一種做法是，誘導(dǎo)患者體內(nèi)的干細(xì)胞直接修復(fù)或重建受損部位，如斷肢、肌肉和神經(jīng)。采用這一方式的前提是要了解人體各組織器官的干細(xì)胞的狀態(tài)、特點(diǎn)以及生長(zhǎng)情況。研究人員早就發(fā)現(xiàn)，人體的神經(jīng)系統(tǒng)中干細(xì)胞較多，而且只要涉及運(yùn)動(dòng)功能，都與神經(jīng)系統(tǒng)有關(guān)。所以，發(fā)現(xiàn)和促使神經(jīng)系統(tǒng)干細(xì)胞的生長(zhǎng)就成為再生醫(yī)學(xué)的一個(gè)研究方向。
　　現(xiàn)在，人們對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)，主要是大腦和脊髓(中樞神經(jīng))中的干細(xì)胞有了更多的了解。
　　
　　大腦中的干細(xì)胞
　　
　　過(guò)去的研究表明，人和動(dòng)物的聰明程度與大腦的體積和大腦中的溝回有關(guān)。有的研究甚至認(rèn)為頭大是智商高的重要基礎(chǔ)，而且未來(lái)大頭人將比現(xiàn)代人更聰明。而頭大的基礎(chǔ)是，大腦皮質(zhì)中的干細(xì)胞可以生長(zhǎng)發(fā)育，從而不斷補(bǔ)充大腦皮質(zhì)。
　　盡管人類的大腦與體重之比不是最大的，但卻是所有動(dòng)物中大腦與體重之比較大的。當(dāng)然，人的大腦的復(fù)雜性則遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他動(dòng)物。人的大腦雖然只有1.35千克，但卻由140億個(gè)神經(jīng)元(神經(jīng)細(xì)胞)組成，而且神經(jīng)元與神經(jīng)元之間靠突觸聯(lián)系，形成縱橫復(fù)雜的大腦神經(jīng)回路。同時(shí)，人的大腦有豐富的皮質(zhì)，豐富的皮質(zhì)部位是思維、意識(shí)和語(yǔ)言的基礎(chǔ)。
　　人腦的皮質(zhì)從內(nèi)側(cè)往外分為原皮質(zhì)、舊皮質(zhì)、新皮質(zhì)三大部分。原皮質(zhì)與爬蟲(chóng)類腦的作用相當(dāng)，舊皮質(zhì)與哺乳類腦的作用相似，并且原皮質(zhì)和舊皮質(zhì)與嗅覺(jué)和內(nèi)臟活動(dòng)有關(guān)。而人類的新皮質(zhì)是區(qū)別于其他動(dòng)物的中樞神經(jīng)，僅人才有，而且特別發(fā)達(dá)，占大腦半球皮質(zhì)的96％以上，是多極神經(jīng)元集中的部位，成為機(jī)體各種生命活動(dòng)的最高指揮中心。因此，新皮質(zhì)是高級(jí)神經(jīng)活動(dòng)的基礎(chǔ)，如學(xué)習(xí)知識(shí)和思維推理等。所以，有人認(rèn)為，大腦的高級(jí)神經(jīng)活動(dòng)可能與新皮質(zhì)的厚度有密切關(guān)系，新皮質(zhì)越厚，人的智商越高。
　　現(xiàn)在，美國(guó)洛杉磯大學(xué)分校的阿諾德·克雷格斯坦研究小組發(fā)現(xiàn)，大腦中有一類新發(fā)現(xiàn)的干細(xì)胞可以在很大程度上幫助新皮質(zhì)的形成。不過(guò)，這種新型干細(xì)胞也可能存在于貓等哺乳動(dòng)物大腦中，但在靈長(zhǎng)類動(dòng)物和人類大腦中這種干細(xì)胞會(huì)更活躍，數(shù)量也更多。
　　發(fā)育的嚙齒動(dòng)物大腦皮質(zhì)的神經(jīng)元產(chǎn)生于放射狀神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，而神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的功能類似于中樞神經(jīng)干細(xì)胞。神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞屬于上皮細(xì)胞，位于大腦腦室，并且產(chǎn)生間質(zhì)祖細(xì)胞，后者能移行到腦室管膜下區(qū)(SVZ)并增生，從而增加神經(jīng)細(xì)胞的數(shù)量。人的腦室管膜下區(qū)有更大的外層區(qū)域，稱為外腦室下區(qū)(OSVZ)。研究人員發(fā)現(xiàn)，人的大量放射狀神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和間質(zhì)祖細(xì)胞聚集在外腦室下區(qū)，而且放射狀神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞有長(zhǎng)長(zhǎng)的基突，但是它們不是上皮細(xì)胞，因?yàn)樗鼈儾慌c腦室表面接觸。采用實(shí)時(shí)成像和克隆分析，研究人員發(fā)現(xiàn)，這些細(xì)胞參與了增生分裂和自我更新的非對(duì)稱分裂，從而產(chǎn)生能進(jìn)一步增殖的神經(jīng)祖細(xì)胞。
　　而且，對(duì)外腦室下區(qū)神經(jīng)祖細(xì)胞的“Notch”信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化可誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞的分化。1917年摩根等人在果蠅體內(nèi)發(fā)現(xiàn)一種基因，因其功能缺失可導(dǎo)致果蠅翅緣出現(xiàn)缺口，故命名為Notch基因。后來(lái)發(fā)現(xiàn)，該基因在許多動(dòng)物體內(nèi)都存在，在細(xì)胞分化和發(fā)育中起著重要作用。
　　所有這些都表明，外腦室下區(qū)是人大腦中干細(xì)胞的主要來(lái)源。如何激發(fā)其發(fā)育和生長(zhǎng)是治療各種大腦疾病，包括老年性癡呆和帕金森氏病的基礎(chǔ)。另外，即使不是修復(fù)受損的大腦部位，只是讓原始的干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為越來(lái)越多的神經(jīng)細(xì)胞，也會(huì)形成更厚的新皮質(zhì)，從而增強(qiáng)人的智商。
　　
　　大腦干細(xì)胞如何移行
　　
　　其實(shí)，大腦的干細(xì)胞可以稱為多潛能干細(xì)胞，但是這一概念目前還不十分確切，所以有人稱這類干細(xì)胞為神經(jīng)前體細(xì)胞或神經(jīng)祖細(xì)胞，它們具有一些共同特征：(1)可以自我復(fù)制或更新，產(chǎn)生與自己相同的子代細(xì)胞，維持穩(wěn)定的神經(jīng)細(xì)胞儲(chǔ)備；(2)處于較原始的未分化狀態(tài)，無(wú)相應(yīng)成熟細(xì)胞的特異性標(biāo)志；(3)具有多向分化的潛能，即演變成不同的成熟神經(jīng)細(xì)胞類型的能力。
　　但是，這些神經(jīng)干細(xì)胞要發(fā)揮治病和修補(bǔ)受損神經(jīng)的作用還需要移行到適當(dāng)?shù)牟课弧Ｒ驗(yàn)椋^(guò)去的研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)干細(xì)胞主要存在于成年哺乳動(dòng)物側(cè)腦室的室管膜下區(qū)，當(dāng)然在人的大腦中是位于外腦室下區(qū)。在正常情況下，這些干細(xì)胞都處于蟄伏狀態(tài)，只有在腦部受到損傷或大腦皮質(zhì)某些部位萎縮等情況下，神經(jīng)干細(xì)胞才會(huì)增殖并且分化成新的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，然后遷移到大腦的不同部位，修補(bǔ)受損部位。
　　那么，神經(jīng)干細(xì)胞又是如何移行的呢?過(guò)去認(rèn)為，神經(jīng)干細(xì)胞的移行是通過(guò)星形膠質(zhì)細(xì)胞的通道鏈進(jìn)行的。但是，現(xiàn)在，日本名古屋市立大學(xué)的澤本和延帶領(lǐng)的研究小組通過(guò)對(duì)老鼠的研究發(fā)現(xiàn)，老鼠腦內(nèi)新產(chǎn)生的神經(jīng)細(xì)胞(干細(xì)胞)有特別的移行方式。例如，干細(xì)胞在通過(guò)腦內(nèi)分布最廣的星形膠質(zhì)細(xì)胞間隙時(shí)，會(huì)分泌一種名為“縫隙”(Slit)的可擴(kuò)散的蛋白，它的受體稱為“繞道”蛋白(Roundabout，Robo)，分布于星形膠質(zhì)細(xì)胞上。星形膠質(zhì)細(xì)胞的受體接受到“縫隙”蛋白信號(hào)后，就會(huì)把自身凸起的部分收縮回去，從而為神經(jīng)干細(xì)胞讓出一條通道，使神經(jīng)干細(xì)胞得以在腦內(nèi)移動(dòng)。也就是說(shuō)，“縫隙”蛋白是神經(jīng)干細(xì)胞發(fā)出的一種催促星形膠質(zhì)細(xì)胞讓道的信號(hào)或喇叭聲。
　　為了確證這一發(fā)現(xiàn)，研究人員又采用了相反的研究，即通過(guò)操作使老鼠的神經(jīng)干細(xì)胞無(wú)法分泌“縫隙”蛋白，結(jié)果發(fā)現(xiàn)神經(jīng)干細(xì)胞的移動(dòng)速度變得非常緩慢，星形膠質(zhì)細(xì)胞也不再為其讓路，這說(shuō)明正是“縫隙”蛋白使神經(jīng)干細(xì)胞能夠在腦內(nèi)順利移動(dòng)。當(dāng)然，其他一些研究也發(fā)現(xiàn)，“縫隙”蛋白是對(duì)軸突生長(zhǎng)和神經(jīng)元遷移起導(dǎo)向作用的信號(hào)之一，它通過(guò)其受體家族“繞道”蛋白而起到導(dǎo)向作用。
　　此外，過(guò)去的研究發(fā)現(xiàn)，星形膠質(zhì)細(xì)胞是哺乳動(dòng)物腦內(nèi)分布最廣泛的一類細(xì)胞，它們伸出許多長(zhǎng)而分叉的凸起物，填充在各種神經(jīng)細(xì)胞之間，起到支持和分隔神經(jīng)細(xì)胞的作用。但是，這又造成大腦中其他神經(jīng)細(xì)胞通行的阻礙。因此，研究人員一直不理解干細(xì)胞在大腦中移行和修復(fù)受損部位的奧秘。現(xiàn)在明白了大腦中干細(xì)胞移行的奧秘后，研究人員便把方向集中到研究讓神經(jīng)干細(xì)胞高效移動(dòng)到指定部位的新方法，以期更好地治療各種大腦疾病，如卒中等。
　　
　　脊髓中的干細(xì)胞
　　
　　脊髓同屬中樞神經(jīng)系統(tǒng)。脊髓受傷，是否也可以動(dòng)員生物體內(nèi)這一部位的干細(xì)胞生長(zhǎng)并修補(bǔ)受損部位呢?研究發(fā)現(xiàn)，存在這種可能。
　　瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院的喬納斯·弗里森研究小組發(fā)現(xiàn)，脊髓中的室管膜細(xì)胞就是一種干細(xì)胞，它們不僅可幫助生成更多新的脊髓細(xì)胞，還能幫助恢復(fù)脊髓功能。
　　在成年哺乳動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，有幾種具有特性的細(xì)胞被視為具有在生理和病理?xiàng)l件下產(chǎn)生新細(xì)胞的干細(xì)胞或祖細(xì)胞。弗里森研究小組通過(guò)基因圖譜分析發(fā)現(xiàn)，在小鼠的脊髓中有一種新的原始細(xì)胞，即室管膜細(xì)胞。脊髓中具有干細(xì)胞特征的細(xì)胞包括少突膠質(zhì)細(xì)胞的祖細(xì)胞，能產(chǎn)生新的成熟的少突膠質(zhì)細(xì)胞；此外，還有星形膠質(zhì)細(xì)胞和室管膜細(xì)胞。后兩者在完整的脊髓中也能產(chǎn)生新的細(xì)胞。但是，只有室管膜細(xì)胞在完整的脊髓和脊髓受傷后能產(chǎn)生大量的子細(xì)胞。這意味著，一旦老鼠的骨髓組織受損，存在于骨髓中的室管膜細(xì)胞就會(huì)被激活，和一些其他類型的細(xì)胞一起，分化形成更多的新的骨髓細(xì)胞，成為新骨髓細(xì)胞的主要來(lái)源。
　　這個(gè)發(fā)現(xiàn)的意義在于，脊髓受損后，如果能通過(guò)藥物或某種細(xì)胞因子，有選擇地刺激室管膜細(xì)胞，就能讓其分化形成更多的脊髓新(子)細(xì)胞，從而迅速地和高質(zhì)量地幫助受損脊髓恢復(fù)功能。脊髓功能的恢復(fù)則意味著人和動(dòng)物能坐立、走動(dòng)，甚至運(yùn)動(dòng)。
　　然而迄今為止，這只是一種美好的希望。桑蘭就是一個(gè)典型的例子。1998年，17歲的桑蘭在參加比賽中不慎受傷，第六頸椎和第七頸椎錯(cuò)位。此后，她再也沒(méi)有起來(lái)。
　　桑蘭的脊髓受損是“完全性脊髓損傷”。要想治愈完全性脊髓損傷必須要讓脊髓中樞神經(jīng)再生和修復(fù)cWuKuU4N8mnjdX9YFUg+IA==，但目前世界上還沒(méi)有任何有效的方法能讓中樞神經(jīng)再生。原因就在于脊髓中的干細(xì)胞，無(wú)論是星形膠質(zhì)細(xì)胞，還是少突膠質(zhì)細(xì)胞，以及新發(fā)現(xiàn)的室管膜細(xì)胞，都還不能完全啟動(dòng)和修復(fù)受損的脊髓。所以，要讓脊髓中的干細(xì)胞定性和大量生長(zhǎng)，以修復(fù)受損的脊髓，還需要更多的探索。但是，讓脊髓中的干細(xì)胞生長(zhǎng)比引進(jìn)外源性干細(xì)胞，包括胚胎干細(xì)胞和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞更有優(yōu)勢(shì)，至少自身的干細(xì)胞不會(huì)引起免疫排異反應(yīng)。
　　
　　相關(guān)鏈接
　　大腦的變化
　　
　　英國(guó)研究人員凱瑟琳·麥考里夫最近指出，人類在進(jìn)化的過(guò)程中可能越來(lái)越笨。因?yàn)樽钚碌难芯匡@示，人類大腦在過(guò)去的27)-年中不斷地縮小。
　　凱瑟琳等人的研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)去2萬(wàn)年來(lái)男性腦容量從1500立方厘米縮小到1350立方厘米，大腦容積的縮小相當(dāng)于一枚網(wǎng)球大小；而女性的腦容量縮小比例與男性相同。如果認(rèn)同大腦容量決定聰明程度，則這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)意味著人類變得越來(lái)越笨。
　　那么，人的大腦是如何變小的呢?一些假說(shuō)認(rèn)為，現(xiàn)代人戶外活動(dòng)較少、食物較易消化，所以大腦的某些功能退化，加上嬰兒死亡率下降，令腦部體積較小的嬰兒得以生存，人類腦部的平均體積減少。
　　但是，對(duì)此種解釋有不少科學(xué)家并不認(rèn)同。美國(guó)威斯康辛大學(xué)人類學(xué)家約翰·霍克斯認(rèn)為，從社會(huì)現(xiàn)象來(lái)看，人腦不斷縮小并不必然代表人類的智慧也在衰退。因?yàn)椋祟惖挠媚X量終其一生也不會(huì)超過(guò)大腦總?cè)萘康?0％，然而大腦無(wú)時(shí)無(wú)刻不在消耗著大量的能量。較小的腦部會(huì)消耗較少能量，更快完成發(fā)育。
　　人類的大腦不斷縮小不但不會(huì)影響人的智力，還能夠?yàn)槲覀兪∠虏槐匾哪芰肯模@是典型的進(jìn)化體現(xiàn)。此外，人類人口在2萬(wàn)年至1萬(wàn)年前快速增長(zhǎng)，引發(fā)突變，腦部變小，但神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)提高了腦部的能力。雖然大腦容量在縮小，可是大腦的利用率卻不斷地提