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编号:10217523
神经干细胞研究进展
http://www.100md.com 《现代诊断与治疗》 2000年第5期
     作者:刘泉开

    单位:刘泉开(江西医学院,江西 南昌 330006)

    关键词:脑内移植;神经干细胞;胚细胞

    现代诊断与治疗000501 摘要:本文简要叙述了神经干细胞的发现、研究与脑内移植的前因后果 关系。回顾了脑内移植的历史。阐述了神经干细胞的特性、作用及应用前景。神经干细胞可 由胚胎干细胞分化而来,在人脑中存在,可以分离、培养,己试用于中枢神经系统的某些退 行性疾病,前景广阔。但也有不少问题尚未解决,离临床普遍开展还有一定的时日。

    中图分类号:R622+.3 文献标识码:A 文章编号:1001-8174(2000)05-0257-02

    Recent Advance in Research of the Neural Stem Cells
, 百拇医药
    LIU Quan-kai

    (Jiangxi Medical College,Nanchang 330006,China)

    Abstract:In this paper,the history,progress,ploblems and future of the neural cell transplantation were reviewed.The causes-effects relationshi p between the discovery of neural stem cells(NSCs) and their transplantation of brain was written.NSCs in the central nervous(CNS) may be derived,discovered,iso lated and cultured from human blastocytes.The NSCs have been used in the treatm ent for some degenerative diseases of CNS.It can be firmly believed that NSCs wi ll thiumph in the recent future,but the road leading to their clinical spread is revy long because of many unsolved problems.
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    Key Words:Brain transplantation;Neural stem cells(NSCs);Blasto cytes

    脑内移植因为神经干细胞的挖掘而在谱写 新的篇章。本文拟从三个方面阐述它们的概况。

    1 脑内移植的历史回顾

    神经干细胞研究的深入和发展与脑内移植工作分不开。因此,在介绍神经干细胞之 前,有必要简要回顾一下脑内移植的历史。

    自1890年Thompson首次用猫的大脑皮层组织移植到成年狗的大脑皮层内,开创了脑内移植之 先河,己足有一个世纪了[1]。受这一启发,此后的脑内移植研究一直连续不断并 有不少成果。比较突出的如1924年Faldino用啮齿类动物胚胎中脑组织移植到动物的眼球前 房,以观察脑组织存活和分泌;1926年Sbltai提出了脑是免疫特区的概念;1969年Wenzed进 行小脑皮层移植实验成功;1976年Cund等用电镜研究移植物与宿主脑之间的突触生长等,都 对脑内移植作出了贡献。但许多工作仍仅停留在实验动物阶段,直至1982年瑞典的Backlund 和Olson采用自体肾上腺髓质移植至大脑尾状核头部以治疗帕金森病并获得成功,才真正叩 开了临床治疗的大门,实现了零的突破[2]。由于此技术先进,近期疗效肯定,因 而较快在世界各地仿而效之,并由此受到启发。在此后的10年里,可以说是脑内移植最繁荣 的时刻,无论在移植物种类的应用、移植方法、病例的选择等,都进行了大胆的尝试和创新 。如移植方法有自体移植、同种异体移植、异体移植、同源移植等;移植组织曾先后选用中 脑黑质、蓝斑、海马、下丘脑、肾上腺髓质、大脑皮层、小脑组织、垂体腺、交感神经节、 颈动脉体、胰岛β细胞等[3];移植物的形式采用过组织小块、混悬液、细胞等埋 藏或注射;在病例的选择上先后应用于帕金森病、扭转痉挛、脑萎缩、脑血管病后遗症、垂 体性侏儒、癫痫、脊髓损伤、席汉氏病、糖尿病、小脑萎缩、精神病、脑外伤后遗症等,据 报道皆获得一定的近期疗效。但不能回避的事实是:(1)所报道的病例疗效皆缺乏评价疗效 的客观标准和相应基础研究的依据;(2)缺乏长期疗效的观察,有的显示远期效果不佳,原 因是排异反应和存活、生长的难题尚难克服;(3)胚胎脑组织的应用,有其优点,亦有其不 足,如胎儿脑细胞移植治疗帕金森病确有明显的效果,但一名患者就需5~10个人工流产的 胎儿。这不单供体来源困难,且面临伦理学的困扰[4]。于是,科学家在总结经验 教训的基础上,近年来,终于发现:(1)大脑并不全是“免疫特区”;(2)神经细胞不是不能 再生,而是有生长、成熟和建立新的突触联系的能力;(3)神经系统亦有干细胞。这就为脑 内移植开避新途经,描绘新前景提供了科学依据。尤其是神经干细胞的发现,必将改变当今 脑内移植的现状。
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    2 神经干细胞的研究概况

    概括地说,干细胞是一种通过分裂增殖,能分化为特殊细胞的未分化细胞。如造血 系统的造血干细胞,既能分化为红细胞、白细胞等所有血液细胞,又是一种具有自我复制功 能的细胞。利用造血干细胞能不断再生新的血液细胞。因此,干细胞是一种高度未分化细胞 ,具有发育为各种细胞的潜能。80年代初,Evans等[5]就发现小鼠胚胎干细胞。它 来源于囊胚的内细胞团,并证实能在体外培养。后来,Matsui等[6]又发现干细胞 亦可起源于原胚细胞。这不单存在于小鼠,且灵长类在内的其他哺乳动物亦可分离、培养这 胚胎干细胞。1998年Thomson等[7]报道了人的胚胎干细胞(ES)起源于人的囊胚。他 们从14个囊胚细胞团中分离出5个独立的细胞谱系,经持续培养5个月后,这些细胞可高度表 达端粒酶活性,具有高度复制性的生活间期,有正常细胞染色体组型的表面标志物。同时证 明,胚胎学上ES细胞可逐渐发育分化,形成血液、神经等组织,最后形成完整的个体。有多 种可塑性。
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    ES细胞亦可分化为NSCs。多能干细胞可出现于胚胎发育的早期阶段,具有广泛的自我更新能 力和可产生神经元、胶质细胞等。

    同时,经研究还证明,在发育和成熟的中枢神经系统中均存在着神经干细胞[8]。R eynolds等经表皮生长因子(EGF)诱导胎鼠纹状体产生了神经干细胞[9]。另外,也 有实验证明,胎鼠的小脑半球、海马、皮层脑室区等亦可分离出NSCs。Brent等通过3H示 踪技术和逆转录病毒介导技术证实成年哺乳动物、人类海马及室管下都存在着神经干细胞或 干细胞的前体细胞[10,11]

    近来,Svendsen和Flax又前进了一步,己经从人胎儿大脑皮层中分离出中枢神经干细胞 [9]。同时使用EGF、神经生长因子(EGF-2)等扩增出细胞团,并用底物诱导细胞可分化 出神经元及星形细胞。Flax等还将人脑干细胞移植到幼鼠脑的生长区,移植后的细胞能够良 好地生存、分化及迁移,移植的细胞经过基因操作可以表达外源基因。
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    从动物至人类的胚胎干细胞再至人脑的神经干细胞的不断深入研究,使人们进一步认识到神 经干细胞是一种终身具有自我更新能力的细胞。它在胚胎期和成年哺乳动物的神经组织及人 脑中皆可分离出来。其子细胞能分化产生神经系统的各类细胞。移植后能在宿主的神经组织 中良好地生存、整合及分化。这样,它作为移植物无疑大大优越于目前的脑细胞移植。无论 从理论上和实践上都展示了宽广的前景。首先,神经干细胞可以在体外大量培养、增殖,成 为“细胞工厂”,可以源源不断地供应,不似目前使用的胎儿细胞的来源受限,且受伦理道 德的非议;其次,没有异体免疫排斥反应;三是干细胞可来源于患者本人,经过体外扩增, 再移植到病损脑组织中。无排异反应的风险。目前,己有个别病例报道,如用此方法在治疗 Huntington氏病、Parkinson病、脑卒中后遗症等[12]。虽然病例少、时间亦短, 但这一由实验室到临床的实践,无疑是前进了一步。

    3 NSCs临床应用面临的问题

    NSCs经过一系列的实验求证,目前临床应用正在慎重有序地开展。如1998年起美国 匹兹堡大学中心就用NSCs治疗了12例脑卒中后功能障碍[13],Vescovi等诱导神经 干细胞分化多巴胺神经元治疗震颤麻痹等,显示了一个良好的开端。但仍存在一些问题尚未 认知和解决。
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    一是神经干细胞培养问题。目前的培养方法大概有两种[14]:(1)原代细胞培养。 原代神经干细胞可直接用于神经细胞移植,以医治脑的损伤和病变。优点是可以与其他神经 细胞整合,完成生理学上的细胞替换。理论上是把基因带到病变脑区的最佳载运细胞。但是 神经元是终末分化细胞,它在体外分离、纯化十分困难,且在分离过程中亦易造成细胞的损 伤,影响细胞的活化,促使细胞的凋亡,降低了移植的质量。(2)建立神经干细胞系。为了 保持神经干细胞在体外长时间生存、分裂和增殖,有人采用基因转移的方法建立神经干细胞 系,即诱导干细胞的细胞周期不断循环往复,以阻止细胞分化进程,促进自我复制,达到体 外源源增殖。若一旦植入体内则仍有多向分化潜能,保证“细胞不死化”(Immortalization )而形成不死化的神经干细胞系。因为神经系细胞对生长条件相对较低,较易培养,且可冻 存、故有不少优点。但亦有人指出:细胞系具有持续分化的特征,因而表明它们的基因表型 和蛋白表达己与正常的细胞显著不同。因此对结果的解释应持慎重的态度。目前研究的重点 是寻找控制胚胎干细胞分裂的途径以及干细胞生成特定细胞的方法。至于临床效果因时间短 、病例少,真实评估还有待时日。
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    二是人们对干细胞的研究开发,确实是对脑内移植又一贡献。美国有关部门己支持其研究 [15]。但也该承认,对于干细胞还有不少生物功能的未知数并未解开。如成年CNS中 干细胞的作用,功能是什么?位于何处?干细胞是以何种状态存在?体眠抑或增殖状态?体内的 干细胞与体外分离的是否同种细胞?有否差异?NGF的特定作用是什么等,都需进一步缜密观 察研讨。但无论怎么说,神经干细胞的前景是良好的最终定会为人类利用它培育各种特定细 胞,医治疑难杂症、解决脑内移植难题作出贡献。

    (朱贤立教授 审)

    作者简介:刘泉开(1932-),男。早年留学前苏联,学习神经外科。现为 脑系科教授、主任医师。江西省神经外科学会主任委员,全国委员。国家特殊津贴者。发表 专业论文100余篇。研究方向是老年性神经外科多发病。

    参考文献:

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    [2]Backlund EO,Granberg PO,Hamberger B,et al.Transplantation of adrenal medullary tissue to striatum in Parkinsonism,first clinical trials[J].J Neuro surg,1985,62:169.

    [3]吴承远,王建刚,杨 扬,等.神经细胞及转基因细胞脑内移植研究[J].中 华神经外科杂志,2000,16(增刊):103-107.

    [4]刘泉开.脑内移植:医学的冷静哲学的忧思[J].医学与哲学,2000,21(4): 7-9.

    [5]Evans MJ,Kaufman MH.Establishment in culture of pluripotential cells from mouse embryos[J].Nature,1981,292:154.
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    [6]Matsui Y,Toksoz D,Nishikawa S,et al.Effect of steel factor and leuka emia inhibitory factor on morine primordial germ cells in cuture[J].Nature,199 1,353:750.

    [7]Thomson JA,Itskovitz-Eldor J,Shapiro SS,et al.Embryonic stem cell l ines derived from human blastocytes[J].Science,1998,282:1145.

    [8]雷志年.神经干细胞研究进展及应用前景,立体定向和功能性[J].神经外科 杂志,1999,12(4):52-55.

    [9]刘 辉.神经干细胞及其临床应用前景[J].国外医学神经病学神经外科分册 ,2000,27(1):10-12.
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    [10]Mackay R, Stem cells in the central neurous system[J].Science,199 7,267:66-71.

    [11]Brent A,Reynolds,Samuel Weiss.Clonal and population analyses demons trate that and EGF-responsive mammalian embryonic CNS precursor in a stem cell [J].Developmental Biology,1996,175:1-13.

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    [15]Marwick C.Funding stem cell research[J].JAMA,1999,281:692.

    收稿日期:2000-04-29, 百拇医药