血小板源性生长因子与神经系统的发育及成熟
【文献标识码】 A 【文章编号】 1684-2030(2004)03-0232-02
1 概述
血小板源性生长因子是由多种细胞产生能刺激平滑肌细胞、胶质等细胞增生的多肽，具有广泛的生理活性。近年来研究发现其在中枢神经系统广泛表达，对神经元及神经胶质细胞的生长及发育发挥重要作用。同时，其过度表达又可引起中枢神经系统增生性疾病。血小板源性生长因子(PDGF)，是由A、B两条多肽链通过二硫键连接而成的同型或异型二聚体。包括三种形式:PDGF-AA、PDGF-BB、PDGF-AB。分子量为28～35KD。A链分子量为16KD，B链为14KD。A、B链基因分别位于第7、22号染色体。近两年来发现的PDGF家族的另一形式:PDGF-C，其为一多结构域蛋白。其N末端与neuropilin细胞外CUB区域同源，而C末断称为生长因子区域(GFD)，其与PDGF-A有23%的同源，PDGF-CC可与PDGF-αα、PDGF-αβ受体结合。PDGF-CC的促有丝分裂活性要强于PDGF-AA，与PDGF-BB、PDGF-AB的活性相当或有更强的有丝分裂活性。
, 百拇医药
PDGF性质很稳定，暴露到1%的十二烷基硫酸钠、4M的胍盐酸或加热到100℃仍保持其生物学活性。血浆内PDGF含量较低，半衰期一般短于2min。PDGF生物学特征主要有三方面，一是促分裂效应，PDGF能刺激血管平滑肌细胞、成纤维细胞、胶质细胞的分裂增生。二是趋化活性，对中性粒细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞有趋化性。三是具有缩血管活性。
PDGF发挥其作用必须与靶细胞上的酪氨酸激酶受体相结合。PDGF和PDGF受体结合后引起受体的自动磷酸化，为底物蛋白与之结合提供了位点，这些底物蛋白均有一个保守的结构片段，即同源片段2(SH2) [1] 。SH2是一段大约含有100个氨基酸残基的保守序列，其在介导受体信号传导中起重要作用。PDGF受体介导的信号转导的调节目前已有很多研究。cAMP依赖的蛋白激酶可被PDGF激活;而cAMP依赖的蛋白激酶又反过来抑制被PDGF激活的细胞的信号转导。这一抑制是通过磷酸化信号传导通路中的蛋白而实现的。而且，血管紧张素Ⅱ可以阻碍PDGF-BB诱导的血管平滑肌细胞的DNA合成。PDGF信号转导的一个显著特征就是:信号强度是由刺激和抑制信号同时激活来调节，PDGF受体诱导的酪氨酸磷酸化与PDGF诱导的酪氨酸磷酸酶激活相平衡。许多对PDGF反应的细胞是基质依赖性的。也就是这些细胞的生长依赖周围基质分子。其接触由整合素所介导。整合素是基质分子的跨膜受体。PDGF可以刺激α 2 -整合素mRNA的合成。
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2 PDGF及其受体在神经系统中的表达
Heldin报道在培养的新生小鼠Ⅰ-型星形胶质细胞、脑组织以及视神经上，存在编码PDGF-A的mRNA。在12天胚胎大鼠的脊髓神经元上有PDGF的转录产物。在15天大鼠胚胎的脑组织里也检测到PDGF-A的mRNA，但处于较低的水平，18天时，在外周神经节神经元里可发现较高水平的PDGF-A的mRNA。在18天的大鼠胚胎脊髓和背根神经节神经元中可检测到PDGF-A蛋白。PDGF-A还在成人中枢神经系统和外周神经系统的大多神经元上表达，如大脑皮层、海马、纹状体、丘脑、下丘脑、脊髓和背根神经节。而PDGF-A在神经胶质细胞上的表达很低。因此在发育阶段时，PDGF-A在神经元上先于在神经胶质细胞上表达。灵长类动物的中枢神经系统中，PDGF-B蛋白广泛表达。海马、下丘脑的垂体后系统、杏仁核、脑干的下橄榄核等区域表达最强。大脑皮层、丘脑、基底神经节和脊髓等区域次之，在大脑的浦肯野神经元表达最弱。
α-PDGFR的转录产物主要在神经胶质细胞中表达。成熟的中枢神经系统神经元也表达α-PDGFR。中枢神经系统许多神经元上都有β-PDGFR的表达，在海马锥体细胞、皮层颗粒细胞、基底神经节、脊髓三叉神经节等神经元上表达最强，在大脑皮层、齿状回、嗅前核、基底核、丘脑、中脑、前庭核、蜗状核等神经元上表达稍弱。
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PDGF是由神经元胞体而不是轴突分泌 [2] 。PDGF在外周神经系统中也有表达。培养的新生小鼠Schwann细胞中可见到β-PDGFRmRNA的表达，但不表达PDGF-B的mRNA，长期培养的Schwann细胞可表达PDGF-B、β-PDGFR、α-PDGFR的mRNA。小鼠坐骨神经均可表达PDGF-B、β-PDGFRmRNA、β-PDGFmRNA。
3 PDGF在神经系统
发育过程中的作用在神经系统发育过程中，PDGF发挥重要作用。研究表明，缺乏α-PDGFR受体的纯合子小鼠妊娠11天死亡，神经板变形，卵黄囊卷曲和肥大，中胚层缺失。而存活16天的此种小鼠的脑发育异常。一些动物则缺乏视球，脉络丛生长异常。PDGF-B基因敲除的小鼠虽然出现严重的肾功能、心血管异常，PDGF-A基因敲除小鼠出现肺泡发育异常，但这些动物均未发现有中枢神经系统的明显异常。缺乏β-PDGFR受体的小鼠，中枢神经系统结构发育未见异常 [3]。因此，同α-PDGFR在中枢神经系统发育过程中的作用相比，PDGF-B、PDGF-A、β-PDGFR在胚胎中枢神经系统发育及分化过程中的作用不明显。但是这并不排除这些突变小鼠有轻微的发育异常存在。所在，PDGF在中枢神经系统中的作用还需进一步研究探讨。
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PDGF在胶质细胞发育过程中同样具有重要作用。PDGF可促进少突胶质细胞祖细胞的增生[4] 。Ⅰ-型星形胶质细胞可以分泌PDGF，而PDGF又可反过来刺激祖细胞增生。bFGF可以调节PDGF促少突胶质细胞祖细胞增生的作用。在中枢神经系统髓鞘形成过程中被精确调控。PDGF和其受体在大鼠中枢神经系统少突胶质细胞祖细胞的增生过程中起局部调节作用 [5]。PDGF，NRG等可促使髓鞘形成 [6] 。Barres认为轴突活动可以控制PDGF的合成和分泌。PDGF不仅在少突胶质细胞的分化过程发挥重要的作用，而且促进它们向特殊部位迁移。在神经视网膜胶质细胞的发育和迁移过程中，PDGF同样发挥重要作用。α-PDGFR阳性的星形胶质细胞在大约生后1天可从视神经头部迁移穿过视网膜的表面。给予抗α-PDGFR抗体可抑制视网膜星形胶质细胞的正常迁移。过量表达PDGF-A的转基因小鼠，视网膜神经节细胞出现星性胶质细胞的增生。因此，PDGF-A/α-PDGFR的相互作用，对于发育中的神经视网膜星形胶质细胞网络正常形成具有重要作用。
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4 PDGF在成熟神经系统中的作用
PDGF在调节配体门控的离子通道中发挥着重要的作用。GABA、NMDA受体是PDGF在中枢神经系统中发挥其调节作用的靶目标。在鼠海马CA1区锥体细胞，PDGF-BB与受体结合后对GABA依赖的抑制性突触后电位(IPSC)产生长时程抑制。同时对NMDA受体依赖的兴奋性突触后电位(EPSC)也产生长时程抑制，在加入PDGF后，对IPSC的抑制5min达到高峰，经过35min的冲洗，这种抑制仅能部分逆转，而对EPSC的抑制在冲洗后至少保持20min。这种双重抑制可能保持正常的长时程电位。
PDGF也可调节电压门控的离子通道，PDGF受体激活可抑制钾通道的电流幅度，这种抑制依赖于PKC的激活。PDGF是否影响神经元上其他电压门控的离子通道，还有待于进一步研究。PDGF受体激活可使培养的小鼠皮层神经元和海马神经元的许多蛋白磷酸化。其中最主要的是ATP酶。由于ATP酶对神经元的正常代谢发挥重要作用，所以PDGF受体的激活可触发信号传导途径，从而调节神经元的能量代谢，参与神经元的正常或病理活动。
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5 PDGF在神经系统的异常增生
PDGF可促进间质来源的细胞增殖，胶质细胞过度增殖可引起增生性病变。PDGF过度表达可引起少突神经胶质细胞瘤、星形胶质细胞瘤。PDGF对于视网膜的正常发育必不可少。但其过度表达可能引起增生性视网膜病变。例如增生性玻璃体视网膜病变。视网膜光感受器上过度表达PDGF-B的转基因小鼠出现视网膜剥离。组织病理学表明，此转基因小鼠的胶质细胞、内皮细胞、上皮细胞在生后7天增生，内皮细胞、胶质细胞侵入视网膜产生牵引使视网膜剥离，而深层毛细血管网未形成 [7] 。运用转基因小鼠(将PDGF-cDNA转入小鼠)研究生后PDGF-B过度表达的结果表明脑大体形态学正常，但在细胞水平有所改变;白质束如胼胝体和小脑髓质细胞明显增多。少突胶质祖细胞和星形胶质细胞增生。然而，在成年小鼠转入PDGF-B基因后，髓鞘正常，少突胶质细胞数量正常。在人的胶质细胞瘤有PDGF和其受体的联合表达。在发育中的中枢神经系统，细胞因子生长相关癌基因(GRO1)和PDGF-A调节少突胶质祖细胞的细胞数量。在人神经胶质细胞瘤中，GRO1蛋白和其受体、PDGF-A和其受体高表达 [8]。Dai等 [9] 发现在培养的神经胶质细胞中，给予PDGF-B后，可引起星形胶质细胞和神经干细胞增殖。
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综上所述，PDGF的正常表达对于神经系统的发育和成熟起着重要的作用。随着医学的发展，尤其是分子生物学的发展，临床上可望用其激动剂来治疗有发育缺陷的病人。同时，其拮抗剂可望用于治疗神经系统增生性疾病。
参考文献
1 Pawson T，Scott JD.Signaling through scaffold，anchoring，and adaptor proteins.Science，1997，278:2075-2080.
2 Fruttiger M，Calver AR，Richardson WD.Platelet-derived growth factor is constitutively secreted from neuronal cell bodies but not from axons.Curr Biol，2000，10(20):1283-1286.
, http://www.100md.com
3 A.Orr-Urtreger，M.T.Bedford，M.S.Do.Developmental expression of the alpha receptor for platelet-derived growth factor，which is deleted in the embryonic lethal Patch mutation.Development，1992，(115):289-303.
4 Dwbois-Dalcq M，Murray K.Why are growth factors important in oligoˉdendrocyte physiology?Pathol-Biol-(paris)，2000，48(1):80-86.
5 Robinson S，Franic LA.Chemokine GRO1and the spatial and temporal regulation of oligodendrocyte precursor proliferation.DevNeurosci，2001，23(4-5):338-345.
, 百拇医药
6 Park SK，Solomon D，Vartanian T，et al.Growth factor control of CNS myelination.Dev-Neurosci，2001，23(4-5):327-337.
7 Vinores SA，SeoMS，Derevjanik NL，et al.Photoreceptor-specific overˉexpression of platelet-derived growth factor induces proliferation of enˉdothelial cells，pericytes，and glia cells and aberrant vascular developˉment:an ultrastructural and immunocytochemical study.Brain Res Dev Brain Res，2003，140(2):169-183.
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8 Robinson S，CohenM，Prayson R，et al.Constitutive expression of growth-related oncogene and its receptor in oligodendrogliomas.Neuroˉsurgery，2001，48(4):864-873.
9 Dai C，Celestino JC，Okada Y，et al.PDGF autocrine stimulation dedifˉferentiates cultured astrocytesand induces oligodendrogliomas and from neural progenitors and astrocytes in vivo.Genes Dev，2001，15(15):1913-1925.
作者单位:302200山西医科大学汾阳学院基础医学部
(收稿日期:2003-12-07)
(编辑张 展), 百拇医药(寇国锋)
1 概述
血小板源性生长因子是由多种细胞产生能刺激平滑肌细胞、胶质等细胞增生的多肽，具有广泛的生理活性。近年来研究发现其在中枢神经系统广泛表达，对神经元及神经胶质细胞的生长及发育发挥重要作用。同时，其过度表达又可引起中枢神经系统增生性疾病。血小板源性生长因子(PDGF)，是由A、B两条多肽链通过二硫键连接而成的同型或异型二聚体。包括三种形式:PDGF-AA、PDGF-BB、PDGF-AB。分子量为28～35KD。A链分子量为16KD，B链为14KD。A、B链基因分别位于第7、22号染色体。近两年来发现的PDGF家族的另一形式:PDGF-C，其为一多结构域蛋白。其N末端与neuropilin细胞外CUB区域同源，而C末断称为生长因子区域(GFD)，其与PDGF-A有23%的同源，PDGF-CC可与PDGF-αα、PDGF-αβ受体结合。PDGF-CC的促有丝分裂活性要强于PDGF-AA，与PDGF-BB、PDGF-AB的活性相当或有更强的有丝分裂活性。
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PDGF性质很稳定，暴露到1%的十二烷基硫酸钠、4M的胍盐酸或加热到100℃仍保持其生物学活性。血浆内PDGF含量较低，半衰期一般短于2min。PDGF生物学特征主要有三方面，一是促分裂效应，PDGF能刺激血管平滑肌细胞、成纤维细胞、胶质细胞的分裂增生。二是趋化活性，对中性粒细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞有趋化性。三是具有缩血管活性。
PDGF发挥其作用必须与靶细胞上的酪氨酸激酶受体相结合。PDGF和PDGF受体结合后引起受体的自动磷酸化，为底物蛋白与之结合提供了位点，这些底物蛋白均有一个保守的结构片段，即同源片段2(SH2) [1] 。SH2是一段大约含有100个氨基酸残基的保守序列，其在介导受体信号传导中起重要作用。PDGF受体介导的信号转导的调节目前已有很多研究。cAMP依赖的蛋白激酶可被PDGF激活;而cAMP依赖的蛋白激酶又反过来抑制被PDGF激活的细胞的信号转导。这一抑制是通过磷酸化信号传导通路中的蛋白而实现的。而且，血管紧张素Ⅱ可以阻碍PDGF-BB诱导的血管平滑肌细胞的DNA合成。PDGF信号转导的一个显著特征就是:信号强度是由刺激和抑制信号同时激活来调节，PDGF受体诱导的酪氨酸磷酸化与PDGF诱导的酪氨酸磷酸酶激活相平衡。许多对PDGF反应的细胞是基质依赖性的。也就是这些细胞的生长依赖周围基质分子。其接触由整合素所介导。整合素是基质分子的跨膜受体。PDGF可以刺激α 2 -整合素mRNA的合成。
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2 PDGF及其受体在神经系统中的表达
Heldin报道在培养的新生小鼠Ⅰ-型星形胶质细胞、脑组织以及视神经上，存在编码PDGF-A的mRNA。在12天胚胎大鼠的脊髓神经元上有PDGF的转录产物。在15天大鼠胚胎的脑组织里也检测到PDGF-A的mRNA，但处于较低的水平，18天时，在外周神经节神经元里可发现较高水平的PDGF-A的mRNA。在18天的大鼠胚胎脊髓和背根神经节神经元中可检测到PDGF-A蛋白。PDGF-A还在成人中枢神经系统和外周神经系统的大多神经元上表达，如大脑皮层、海马、纹状体、丘脑、下丘脑、脊髓和背根神经节。而PDGF-A在神经胶质细胞上的表达很低。因此在发育阶段时，PDGF-A在神经元上先于在神经胶质细胞上表达。灵长类动物的中枢神经系统中，PDGF-B蛋白广泛表达。海马、下丘脑的垂体后系统、杏仁核、脑干的下橄榄核等区域表达最强。大脑皮层、丘脑、基底神经节和脊髓等区域次之，在大脑的浦肯野神经元表达最弱。
α-PDGFR的转录产物主要在神经胶质细胞中表达。成熟的中枢神经系统神经元也表达α-PDGFR。中枢神经系统许多神经元上都有β-PDGFR的表达，在海马锥体细胞、皮层颗粒细胞、基底神经节、脊髓三叉神经节等神经元上表达最强，在大脑皮层、齿状回、嗅前核、基底核、丘脑、中脑、前庭核、蜗状核等神经元上表达稍弱。
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PDGF是由神经元胞体而不是轴突分泌 [2] 。PDGF在外周神经系统中也有表达。培养的新生小鼠Schwann细胞中可见到β-PDGFRmRNA的表达，但不表达PDGF-B的mRNA，长期培养的Schwann细胞可表达PDGF-B、β-PDGFR、α-PDGFR的mRNA。小鼠坐骨神经均可表达PDGF-B、β-PDGFRmRNA、β-PDGFmRNA。
3 PDGF在神经系统
发育过程中的作用在神经系统发育过程中，PDGF发挥重要作用。研究表明，缺乏α-PDGFR受体的纯合子小鼠妊娠11天死亡，神经板变形，卵黄囊卷曲和肥大，中胚层缺失。而存活16天的此种小鼠的脑发育异常。一些动物则缺乏视球，脉络丛生长异常。PDGF-B基因敲除的小鼠虽然出现严重的肾功能、心血管异常，PDGF-A基因敲除小鼠出现肺泡发育异常，但这些动物均未发现有中枢神经系统的明显异常。缺乏β-PDGFR受体的小鼠，中枢神经系统结构发育未见异常 [3]。因此，同α-PDGFR在中枢神经系统发育过程中的作用相比，PDGF-B、PDGF-A、β-PDGFR在胚胎中枢神经系统发育及分化过程中的作用不明显。但是这并不排除这些突变小鼠有轻微的发育异常存在。所在，PDGF在中枢神经系统中的作用还需进一步研究探讨。
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PDGF在胶质细胞发育过程中同样具有重要作用。PDGF可促进少突胶质细胞祖细胞的增生[4] 。Ⅰ-型星形胶质细胞可以分泌PDGF，而PDGF又可反过来刺激祖细胞增生。bFGF可以调节PDGF促少突胶质细胞祖细胞增生的作用。在中枢神经系统髓鞘形成过程中被精确调控。PDGF和其受体在大鼠中枢神经系统少突胶质细胞祖细胞的增生过程中起局部调节作用 [5]。PDGF，NRG等可促使髓鞘形成 [6] 。Barres认为轴突活动可以控制PDGF的合成和分泌。PDGF不仅在少突胶质细胞的分化过程发挥重要的作用，而且促进它们向特殊部位迁移。在神经视网膜胶质细胞的发育和迁移过程中，PDGF同样发挥重要作用。α-PDGFR阳性的星形胶质细胞在大约生后1天可从视神经头部迁移穿过视网膜的表面。给予抗α-PDGFR抗体可抑制视网膜星形胶质细胞的正常迁移。过量表达PDGF-A的转基因小鼠，视网膜神经节细胞出现星性胶质细胞的增生。因此，PDGF-A/α-PDGFR的相互作用，对于发育中的神经视网膜星形胶质细胞网络正常形成具有重要作用。
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4 PDGF在成熟神经系统中的作用
PDGF在调节配体门控的离子通道中发挥着重要的作用。GABA、NMDA受体是PDGF在中枢神经系统中发挥其调节作用的靶目标。在鼠海马CA1区锥体细胞，PDGF-BB与受体结合后对GABA依赖的抑制性突触后电位(IPSC)产生长时程抑制。同时对NMDA受体依赖的兴奋性突触后电位(EPSC)也产生长时程抑制，在加入PDGF后，对IPSC的抑制5min达到高峰，经过35min的冲洗，这种抑制仅能部分逆转，而对EPSC的抑制在冲洗后至少保持20min。这种双重抑制可能保持正常的长时程电位。
PDGF也可调节电压门控的离子通道，PDGF受体激活可抑制钾通道的电流幅度，这种抑制依赖于PKC的激活。PDGF是否影响神经元上其他电压门控的离子通道，还有待于进一步研究。PDGF受体激活可使培养的小鼠皮层神经元和海马神经元的许多蛋白磷酸化。其中最主要的是ATP酶。由于ATP酶对神经元的正常代谢发挥重要作用，所以PDGF受体的激活可触发信号传导途径，从而调节神经元的能量代谢，参与神经元的正常或病理活动。
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PDGF可促进间质来源的细胞增殖，胶质细胞过度增殖可引起增生性病变。PDGF过度表达可引起少突神经胶质细胞瘤、星形胶质细胞瘤。PDGF对于视网膜的正常发育必不可少。但其过度表达可能引起增生性视网膜病变。例如增生性玻璃体视网膜病变。视网膜光感受器上过度表达PDGF-B的转基因小鼠出现视网膜剥离。组织病理学表明，此转基因小鼠的胶质细胞、内皮细胞、上皮细胞在生后7天增生，内皮细胞、胶质细胞侵入视网膜产生牵引使视网膜剥离，而深层毛细血管网未形成 [7] 。运用转基因小鼠(将PDGF-cDNA转入小鼠)研究生后PDGF-B过度表达的结果表明脑大体形态学正常，但在细胞水平有所改变;白质束如胼胝体和小脑髓质细胞明显增多。少突胶质祖细胞和星形胶质细胞增生。然而，在成年小鼠转入PDGF-B基因后，髓鞘正常，少突胶质细胞数量正常。在人的胶质细胞瘤有PDGF和其受体的联合表达。在发育中的中枢神经系统，细胞因子生长相关癌基因(GRO1)和PDGF-A调节少突胶质祖细胞的细胞数量。在人神经胶质细胞瘤中，GRO1蛋白和其受体、PDGF-A和其受体高表达 [8]。Dai等 [9] 发现在培养的神经胶质细胞中，给予PDGF-B后，可引起星形胶质细胞和神经干细胞增殖。
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综上所述，PDGF的正常表达对于神经系统的发育和成熟起着重要的作用。随着医学的发展，尤其是分子生物学的发展，临床上可望用其激动剂来治疗有发育缺陷的病人。同时，其拮抗剂可望用于治疗神经系统增生性疾病。
参考文献
1 Pawson T，Scott JD.Signaling through scaffold，anchoring，and adaptor proteins.Science，1997，278:2075-2080.
2 Fruttiger M，Calver AR，Richardson WD.Platelet-derived growth factor is constitutively secreted from neuronal cell bodies but not from axons.Curr Biol，2000，10(20):1283-1286.
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4 Dwbois-Dalcq M，Murray K.Why are growth factors important in oligoˉdendrocyte physiology?Pathol-Biol-(paris)，2000，48(1):80-86.
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7 Vinores SA，SeoMS，Derevjanik NL，et al.Photoreceptor-specific overˉexpression of platelet-derived growth factor induces proliferation of enˉdothelial cells，pericytes，and glia cells and aberrant vascular developˉment:an ultrastructural and immunocytochemical study.Brain Res Dev Brain Res，2003，140(2):169-183.
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9 Dai C，Celestino JC，Okada Y，et al.PDGF autocrine stimulation dedifˉferentiates cultured astrocytesand induces oligodendrogliomas and from neural progenitors and astrocytes in vivo.Genes Dev，2001，15(15):1913-1925.
作者单位:302200山西医科大学汾阳学院基础医学部
(收稿日期:2003-12-07)
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