吴凌峰,等成体神经于细胞与微环境 Www.crTer.org 种Rap1GAP蛋白会再反过来控制Rap1(转录因子效应。 阻遏激活蛋白,一种主要的细胞黏附调控因子,能 够调节整合素信号以及调节细胞粘附),导致神经干2.4.2神经干细胞的基因调控虽然神经干细胞 细胞不能粘附在包含有层粘连蛋白或纤连蛋白的细在体内所受到的各类细胞因子的影响,最终还需通 胞外基质上。证明ld-Rap1GAP-Rap1信号通路是神过信号途径将在基因水平的调控环节发挥作用。 经干细胞锚定于它们的微环境所必须的4 神经干细胞的基因调控包括正负双重调节。负 以上研究说明细胞外基质在神经干细胞锚定、性调节主要包括 Notch信号等途径,通过对称性分裂 生长、增殖、分化、迁移方面起了作用,而支架结增加神经干细胞的数量,使神经干细胞不分化。正 构是细胞外基质的特性 性调节则通过不对称性分裂使神经干细胞分化,其 中碱性螺旋-环-螺旋基因起了重要作用。Wnt基因 对调控神经干细胞微环境的进一步研究将需要对神经干细胞的增殖和分化均起关键调节作用。 考虑使用组合的方法来模似多种微环境。将有可能 Singh等发现少量的Wnt信号可使按细胞维持在 包括设计好的细胞外基质支架与神经干细胞共培多能状态,而大量的Wnt信号则起相反作用,促进 养,再与其它微环境成分或溶解的微环境因子相作细胞分化 用是今后研究热点。 Notch信号系统的作用是通过旁路抑制机制 24微环境中神经干细胞的分化、增殖及调控成体实现的,细胞上的 Notch受体与其邻近细胞上的配体 神经干细胞在正常生理情况下,可能面临多种命运DSL( delta- serrate-Lag-2)结合, Notch信号系统被 的选择:处于静止状态、自我更新、增殖、分化或激活,通过抑制神经干细胞分化为神经元和胶质细 者凋亡。干细胞的各种命运决定于精细调控,各种胞,从而间接维持干细胞的多能性和更新能力阿4。 命运之间的选择存在动态平衡。神经干细胞像其它当 Notch信号系统被抑制时,促进神经元分化,发育 部位干细胞一样,在微环境中基本处于静息或慢周为功能细胞。另外Ague等阿研究发现神经干细 期状态,极少发生增殖,大部分细胞保持于细胞周胞微环境中,表皮生长因子受体信号通过 Notch信号 期G/G1期,分化基因处于沉默状态,并始终保持干作用的调控来调节神经干细胞的数目和自我更新。 细胞池的稳定剛。否则干细胞的过度增殖最终可能 导致癌变。 碱性螺旋-环-螺旋基因编码产生碱性螺旋-环· 螺旋转录因子,其转录因子包括Mash1、 24.1神经干细胞与细胞因子关系当有神经细 Neurogenins、 NeuroD和Math家族,参与对神经干 胞需要自我更新和有病变发生时,则有各种转录因细胞的正负性调控。碱性螺旋-环-螺旋转录因子主 子出现,导致分化基因发生激活,产生细胞增殖 要调节神经元及胶质细胞命运的选择,转录因子可 其中过程受到各种信号因子的调节。在神经干细胞以产生 Notch受体,受 Notch信号系统的调节。 的自然分化中,碱性成纤维细胞生长因子主要使神 经干细胞分化为神经元。而表皮生长因子主要使神 Wnt基因功能主要是通过调节细胞与细胞之间 经干细胞分化为神经胶质细胞。 的相互作用,参与细胞命运的特化、细胞粘附和迁 移、细胞极性的形成以及细胞的增殖。Ⅵt信号可 此外,体外实验证明,脑源性神经营养因子 能是干细胞自身分泌并通过自分泌途径来控制干细 胰岛素样生长因子、神经生长因子、血小板源性生胞的增殖。Wnt信号通路可在多个水平上对抗 Notch 长因子和视黄酸等因子152,通常可以增加神经干信号,从而影响神经干细胞的增殖和分化。 细胞向神经元表型方向的分化。其他细胞因子,如 白细胞介素6超家族细胞因子和骨形态蛋白家族细2.4.3神经干细胞内在程序化与微环境诱导的相 胞因子通过协调作用诱导神经千细胞定向分化。这关性千细胞的增殖分化行为一方面被细胞本身预 些信号分子彼此相互影响,存在相互拮抗和协同的先程序化,另一方面受其所处的微环境的影响。 3542 Po.Box1200,Shenyang110004www.crter.org o1994-2013ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net吴凌峰，等. 成体神经干细胞与微环境 3542 P.O. Box 1200, Shenyang 110004 www.CRTER.org www.CRTER.org 种Rap1GAP蛋白会再反过来控制Rap1(转录因子 阻遏激活蛋白，一种主要的细胞黏附调控因子，能 够调节整合素信号以及调节细胞粘附)，导致神经干 细胞不能粘附在包含有层粘连蛋白或纤连蛋白的细 胞外基质上。证明Id-Rap1GAP-Rap1信号通路是神 经干细胞锚定于它们的微环境所必须的[49]。 以上研究说明细胞外基质在神经干细胞锚定、 生长、增殖、分化、迁移方面起了作用，而支架结 构是细胞外基质的特性。 对调控神经干细胞微环境的进一步研究将需要 考虑使用组合的方法来模似多种微环境。将有可能 包括设计好的细胞外基质支架与神经干细胞共培 养，再与其它微环境成分或溶解的微环境因子相作 用是今后研究热点。 2.4 微环境中神经干细胞的分化、增殖及调控 成体 神经干细胞在正常生理情况下，可能面临多种命运 的选择：处于静止状态、自我更新、增殖、分化或 者凋亡。干细胞的各种命运决定于精细调控，各种 命运之间的选择存在动态平衡。神经干细胞像其它 部位干细胞一样，在微环境中基本处于静息或慢周 期状态，极少发生增殖，大部分细胞保持于细胞周 期G0/G1期，分化基因处于沉默状态，并始终保持干 细胞池的稳定[50]。否则干细胞的过度增殖最终可能 导致癌变。 2.4.1 神经干细胞与细胞因子关系 当有神经细 胞需要自我更新和有病变发生时，则有各种转录因 子出现，导致分化基因发生激活，产生细胞增殖； 其中过程受到各种信号因子的调节。在神经干细胞 的自然分化中，碱性成纤维细胞生长因子主要使神 经干细胞分化为神经元。而表皮生长因子主要使神 经干细胞分化为神经胶质细胞。 此外，体外实验证明，脑源性神经营养因子、 胰岛素样生长因子、神经生长因子、血小板源性生 长因子和视黄酸等因子[51-52]，通常可以增加神经干 细胞向神经元表型方向的分化。其他细胞因子，如 白细胞介素6超家族细胞因子和骨形态蛋白家族细 胞因子通过协调作用诱导神经干细胞定向分化。这 些信号分子彼此相互影响，存在相互拮抗和协同的 效应。 2.4.2 神经干细胞的基因调控 虽然神经干细胞 在体内所受到的各类细胞因子的影响，最终还需通 过信号途径将在基因水平的调控环节发挥作用。 神经干细胞的基因调控包括正负双重调节。负 性调节主要包括Notch信号等途径，通过对称性分裂 增加神经干细胞的数量，使神经干细胞不分化。正 性调节则通过不对称性分裂使神经干细胞分化,其 中碱性螺旋-环-螺旋基因起了重要作用。Wnt基因 对神经干细胞的增殖和分化均起关键调节作用。 Singh等[53]发现少量的Wnt信号可使按细胞维持在 多能状态，而大量的Wnt信号则起相反作用，促进 细胞分化。 Notch 信号系统的作用是通过旁路抑制机制 实现的，细胞上的Notch受体与其邻近细胞上的配体 DSL(delta-serrate-Lag-2)结合，Notch信号系统被 激活，通过抑制神经干细胞分化为神经元和胶质细 胞，从而间接维持干细胞的多能性和更新能力[54]。 当Notch信号系统被抑制时，促进神经元分化，发育 为功能细胞[55]。另外Aguirre等[56]研究发现神经干细 胞微环境中，表皮生长因子受体信号通过Notch信号 作用的调控来调节神经干细胞的数目和自我更新。 碱性螺旋-环-螺旋基因编码产生碱性螺旋-环- 螺旋转录因子，其转录因子包括 Mash1 、 Neurogenins、NeuroD和Math家族，参与对神经干 细胞的正负性调控。碱性螺旋-环-螺旋转录因子主 要调节神经元及胶质细胞命运的选择，转录因子可 以产生Notch受体，受Notch信号系统的调节[57]。 Wnt基因功能主要是通过调节细胞与细胞之间 的相互作用，参与细胞命运的特化、细胞粘附和迁 移、细胞极性的形成以及细胞的增殖。Wnt信号可 能是干细胞自身分泌并通过自分泌途径来控制干细 胞的增殖。Wnt信号通路可在多个水平上对抗Notch 信号，从而影响神经干细胞的增殖和分化[58]。 2.4.3 神经干细胞内在程序化与微环境诱导的相 关性 干细胞的增殖分化行为一方面被细胞本身预 先程序化，另一方面受其所处的微环境的影响[59]