神經(jīng)嵴干細胞的研究進展

楊 潔 張菁華

菏澤醫(yī)學專科學校組織胚胎教研室，山東省菏澤市 274611

神經(jīng)嵴是脊椎動物胚胎早期發(fā)育過程中出現(xiàn)的暫時性結(jié)構(gòu)，從低等動物魚類到高等動物人類具有極大的相似性。人胚發(fā)育第14天時，胚盤中軸區(qū)的外胚層局部增厚形成神經(jīng)板，人胚18d左右時，神經(jīng)板兩側(cè)緣增厚、隆起形成神經(jīng)褶，神經(jīng)褶進一步隆起、靠近與融合形成神經(jīng)管［1］。外胚層與神經(jīng)溝邊緣之間的神經(jīng)外胚層細胞在神經(jīng)管的背外側(cè)構(gòu)成與神經(jīng)管平行排列的兩條帶狀的細胞索，從中腦平面一直延伸至尾部［2，3］。由此遷出的神經(jīng)嵴干細胞分布廣泛。由于神經(jīng)嵴干細胞具有活躍的增殖能力和分化潛能，所以備受國內(nèi)外學者的關(guān)注。

在神經(jīng)褶閉合形成神經(jīng)管的過程中，神經(jīng)溝邊緣與表面外胚層相延續(xù)處的神經(jīng)外胚層細胞游離出來，形成左右兩條與神經(jīng)管平行排列的索狀細胞，即神經(jīng)嵴，位于神經(jīng)管的背外側(cè)和表面外胚層的下方，自中腦階段延伸至尾部［4］。神經(jīng)嵴細胞具有多潛能性，可增殖并分化為不同類型的成熟組織和細胞。體內(nèi)實驗證實，神經(jīng)嵴干細胞的衍生物遍及了外、中、內(nèi)三個胚層，包括周圍神經(jīng)系統(tǒng)和腸神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)膠質(zhì)、神經(jīng)元、大部分的初級感覺神經(jīng)元；內(nèi)分泌細胞、心臟流出道和大血管的平滑肌細胞；皮膚和內(nèi)臟器官的色素細胞，以及頭面部的骨、軟骨、結(jié)締組織等［5，6］。神經(jīng)嵴可分為兩部分：顱神經(jīng)嵴和軀干神經(jīng)嵴。顱神經(jīng)嵴干細胞除參與形成頭頸部腹側(cè)皮膚的真皮、平滑肌及腺體中結(jié)締組織基質(zhì)等軟組織外，尚可特征性分化為顱面部骨架硬組織。與顱神經(jīng)嵴干細胞不同，軀干神經(jīng)嵴干細胞主要分化為周圍神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)，并參與背根神經(jīng)節(jié)、交感神經(jīng)節(jié)和脊索的形成，在周圍神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育過程中起主要的作用［7，8］。區(qū)別于其他細胞，神經(jīng)嵴干細胞具有在發(fā)育過程中遷移的特性。神經(jīng)嵴干細胞可進入特定的遷移路徑，到達遠離發(fā)生部位的靶器官或靶組織后分化為相應(yīng)的子代細胞。遷移路徑通常可分為背外側(cè)和腹側(cè)兩種，前者沿著體節(jié)與外胚層之間的空隙遷移，后者沿著神經(jīng)管與體節(jié)之間的空隙遷移。顱神經(jīng)嵴以背外側(cè)為主，軀干神經(jīng)嵴以腹外側(cè)路徑遷移為主。

神經(jīng)嵴干細胞是脊椎動物早期胚胎發(fā)育過程中的階段性干細胞，它并不是由處于單一分化狀態(tài)的均一細胞組成，即神經(jīng)嵴干細胞可由不同的細胞亞群組成，但并不意味著各個不同的亞群只有一種分化潛能，而是可分為不同時期的各種分化狀態(tài)的細胞，包括完全未分化的干細胞和具有向不同方向分化的定向前體細胞［9，10］，具有極強的可塑性。神經(jīng)嵴干細胞與其他細胞、細胞外基質(zhì)、生長因子或激素相互作用從而進行分化。這些分化信號存在于神經(jīng)嵴干細胞遷移前、遷移中或遷移后的任何時期，并且不同區(qū)域的神經(jīng)嵴干細胞的分化方向是相互交叉的。研究表明，每一種亞群細胞都至少有兩種分化潛能。影響其分化的主要因素有。

1 細胞外基質(zhì)

細胞外基質(zhì)是分布于機體細胞間由多種蛋白質(zhì)和多糖分子組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，也是細胞生存和發(fā)揮功能的基本場所。組成細胞外基質(zhì)的大分子主要有膠原、彈性蛋白、蛋白多糖和非膠原類糖蛋白四大類，其成分隨發(fā)育過程而發(fā)生變化。細胞外基質(zhì)在引導神經(jīng)嵴細胞的遷移和定位中發(fā)揮作用［11］。研究最多的是纖維粘連蛋白（fibronectin，F(xiàn)N）和層粘連蛋（laminin，LN）。在神經(jīng)嵴干細胞遷移出神經(jīng)管后，F(xiàn)N表達增強，細胞會以整合蛋白依賴性方式粘附于FN上，從而便于細胞的定向遷移。Borchers A等采用整合素反義寡核苷酸阻斷其表達，導致顱神經(jīng)嵴干細胞出現(xiàn)遷移障礙［12］。研究方法一般是通過將神經(jīng)管組織塊或神經(jīng)嵴干細胞種植到預(yù)先用細胞外基質(zhì)包被的器皿甚至直接接種到三維的膠原凝膠中進行的，細胞外基質(zhì)分子可將神經(jīng)嵴干細胞從神經(jīng)嵴中釋放出來并引導其遷移。

2 影響其分化的基因

影響神經(jīng)嵴干細胞分化的基因很多，體內(nèi)的研究方法主要是通過敲除小鼠的某個特定基因或使某個特定基因發(fā)生突變來實現(xiàn)的。目前認為，有兩種核轉(zhuǎn)錄因子參與神經(jīng)嵴干細胞的分化，這兩種轉(zhuǎn)錄因子分別為HAND和 MASH1［13］。均屬于螺旋－折疊－螺旋結(jié)構(gòu)的蛋白，在神經(jīng)嵴干細胞的發(fā)育和分化中發(fā)揮了重要作用。MASH1是神經(jīng)嵴干細胞向自律神經(jīng)元分化所必需的。LoL等從大鼠胚胎的腸中分離獲得腸神經(jīng)嵴干細胞，這些細胞表達MASH1并分化為自律神經(jīng)元，隨著時間的推移，MASH1的表達逐漸降低，細胞分化能力也隨之減弱。內(nèi)皮素受體（ETAr）也可以影響神經(jīng)嵴干細胞的發(fā)育，內(nèi)皮素受體基因缺陷型小鼠具有起源于顱神經(jīng)嵴干細胞的顱面部和心臟神經(jīng)嵴干細胞來源的心血管流出道的畸形，而在正常的有ETAr mRNA表達小鼠中，沒有這種現(xiàn)象。ETAr可能通過其下游靶分子Goosecoid來發(fā)揮作用的。

3 細胞因子

近年來，神經(jīng)嵴干細胞生物學的研究證實，神經(jīng)嵴干細胞隨著局部微環(huán)境的改變向不同的方向分化，成體局部微環(huán)境對神經(jīng)嵴干細胞定向分化為特定細胞具有誘導作用。其中，特定組織專一性基因表達產(chǎn)物是關(guān)鍵性活性調(diào)節(jié)分子。神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白1（NRG1，如glia growth factor，GGF）主要通過抑制其向神經(jīng)元方向分化，從而促進干細胞向神經(jīng)膠質(zhì)細胞的分化，并且可調(diào)節(jié)髓鞘的厚度；骨形成蛋白（bone morphogentic proteins 2／4，BMP2／4）、腦源性神經(jīng)生長因子（brain derived nerve growth factor）可促進神經(jīng)嵴干細胞向神經(jīng)元方向分化；轉(zhuǎn)化生長因子（transforming growth factorβ，TGF－β）可促進神經(jīng)嵴干細胞向平滑肌細胞的分化；而神經(jīng)營養(yǎng)因子3（neurotrophin 3，NT－3）則可充當分裂原的作用，影響神經(jīng)嵴前體細胞的存活和分化。因此，神經(jīng)營養(yǎng)因子不僅僅是神經(jīng)元的存活因子，在未分化的神經(jīng)嵴干細胞中，它還可以是細胞生長和分化的誘導劑。另外，一些造血因子，如白血病抑制因子（LIF），具有誘導其向神經(jīng)元細胞分化的活性，同時也是神經(jīng)元的一種長效存活因子。在神經(jīng)嵴干細胞的體外培養(yǎng)中，外源性的成纖維細胞生長因子（FGF）和表皮細胞生長因子（EGF）可刺激多潛能的神經(jīng)嵴前體細胞增殖并且維持其細胞特性。膠質(zhì)源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（GDNF）及受體對于迷走神經(jīng)神經(jīng)嵴來源的腸神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育起決定性的作用，其作用通路中任何一個發(fā)生突變都可造成腸神經(jīng)的缺失，在人類被稱為Hirschsprung’s病。

周圍神經(jīng)損傷后，如果再生軸突沒有及時到達靶器官，可引起運動終板、感覺器的退變和肌肉萎縮。Card對損傷神經(jīng)進行端側(cè)吻合，當受損神經(jīng)近端的再生纖維未到達遠端時，正常神經(jīng)干再生纖維的先期支配有利于防止肌肉萎縮及終板退變。Heath等認為用干細胞或祖細胞作為種子細胞可以改善細胞再生微環(huán)境，增加移植組織與周圍組織的相容性，且減少免疫反應(yīng)。國內(nèi)研究將從人胚胎腦組織獲得的神經(jīng)干細胞，經(jīng)克隆后移植到大鼠的脊髓損傷模型中，可使軸突廣泛髓鞘化，再生的神經(jīng)纖維可延伸至損傷部位的遠端。Murakami等用植入明膠的神經(jīng)干細胞成功修復了15mm坐骨神經(jīng)缺損，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)干細胞可分化為雪旺細胞樣支持細胞，這些細胞可在移植物的導管中形成大量有髓神經(jīng)纖維，并且再生的神經(jīng)可形成神經(jīng)傳導通路。神經(jīng)干細胞移植入周圍神經(jīng)，雖未發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元與中樞神經(jīng)的聯(lián)系，但發(fā)現(xiàn)它可改善神經(jīng)再生的微環(huán)境，促進周圍神經(jīng)再生和功能恢復，并能夠進一步分化，發(fā)出軸突支配受損神經(jīng)的靶器官防止靶器官萎縮。提示神經(jīng)干細胞主要通過改善神經(jīng)再生的微環(huán)境來促進神經(jīng)再生和功能恢復。Holmes等把神經(jīng)干細胞種植在有賴氨酸丙氨酸及天冬氨酸形成的16肽的自制生物支架，在一定條件下，讓干細胞分化成各種類型的神經(jīng)細胞，然后將其植入組織內(nèi)也能達到修復神經(jīng)的目的。

研究者們在周圍神經(jīng)組織工程領(lǐng)域做了大量工作，但在臨床上中長段周圍神經(jīng)缺損的修復仍以自體神經(jīng)移植為主，尋找豐富的種子細胞來源和經(jīng)體外培養(yǎng)的種子細胞繁殖及擴增后易趨于老化的問題是目前研究需要克服的主要問題，神經(jīng)嵴干細胞的研究為組織工程化修復周圍神經(jīng)損傷提供了新的希望！

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