神经干细胞
神经干细胞(NSCs)是一种自我更新的多能性细胞,可以生成神经系统的基本细胞类型。首先,NSCs生成通用的祖细胞,这些细胞分化为神经祖细胞和胶质祖细胞。然后,这两类祖细胞根据环境信号分别分化为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞(取决于环境信号)(图1)。这三种细胞是中枢神经系统中的主要和重要细胞类型。一些神经祖细胞仍然存在于成年脊椎动物大脑中高度受限的区域,并在整个生命中继续产生神经元。
神经干细胞有两种增殖方式:对称性分裂和不对称性分裂。对称性分裂产生两个干细胞或两个祖细胞,而不对称性分裂产生一个新的干细胞和一个祖细胞。由于不断的迁移和分化或后增殖,祖细胞只存在于很短的时间。所产生的新细胞可以融入原始的神经组织,并在体内长期存活。这些特性使得NSCs在中枢神经系统发育、损伤、疾病或自然细胞更新后维持细胞数量方面成为重要的元素。
图1. NSCs的亚型
注意,在所有神经组织(如大脑和脊髓)中,不同类型的NSC会产生不同类型的子代细胞,它们的分布也不同。
NSCs的分类
根据分化潜能和子代细胞类型,NSCs可以分为四类:神经管上皮细胞、放射状胶质神经元、神经原细胞和神经前体细胞。
神经管上皮细胞具有最强的分裂能力,仅存在于胚胎期。它们可以产生放射状胶质神经元和神经原细胞。放射状胶质神经元可以分裂产生自身,并同时产生神经前体细胞或胶质细胞。它的主要作用是在早期儿童的神经元发育过程中产生投射神经元,完成类似于大脑皮质和核团等基本神经组织细胞的发育。神经原细胞是主要存在于成年体内的NSCs,可以分裂为神经前体细胞、神经元和各种类型的胶质细胞。神经前体细胞是各种类型神经元的前体细胞,如微胶质细胞,由胶质细胞前体产生。
根据不同的位置,NSCs被分为神经嵴干细胞(NC-SC)和中枢神经干细胞(CNS-SC)。
NSCs疗法
在研究和医学中,越来越广泛地使用NSCs。神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞起源于位于特定脑区域(如脑室壁和海马)的NSCs的发现,揭示了使用NSCs治疗中枢神经系统疾病的潜力,包括帕金森病和阿尔茨海默病。目前,NSCs的治疗机制包括:
在疾病部位组织损伤后会释放多种趋化因子,吸引NSCs到受伤部位,并在局部微环境的作用下分化为不同类型的细胞,以修复和补充受损神经细胞。缺血和缺氧引起的血管内皮细胞和胶质细胞损伤会增加局部通透性。此外,在多种粘附分子的作用下,NSCs可以穿过血脑屏障,并在损伤处高浓度聚集;
NSCs可以分泌多种神经营养因子,促进受损细胞的修复;
NSCs可以增强突触之间的连接,创建新的神经回路。
NSCs的标记物
在NSCs疗法之前,NSCs的分离是最重要的过程。NSCs标记物指的是一些特殊蛋白质,可以将NSC与其他细胞类型区分开来。我们在以下表格中列出了最常见的NSCs标记物。
参考文献:
[1] Beattie, R, Hippenmeyer, S. Mechanisms of radial glia progenitor cell lineage progression [J]. FEBS Letters. 2017, 591 (24): 3993–4008.
[2] Tobias Bergström and Karin Forsberg-Nilsson. Neural stem cells: Brain building blocks and beyond [J]. Ups J Med Sci. 2012, 117(2): 132–142.
[3] Seaberg RM, van der Kooy D. Adult rodent neurogenicregions: the ventricular subependyma contains neural stem cells, but thedentate gyrus contains restricted progenitors [J]. J Neurosci. 2002; 22:1784–1793.