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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。

NSCs的亚型

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。

ABCG2 ASCL1 BMI1 CALCR CD133 CDCP1 CDH2 CTNNB1
CXCR4 FABP7 FGFR2 FGFR4 FOXD3 FZD9 GATA2 GCNF
GFAP HOXB1 ID2 LRTM1 METRN MSX1 NES NEUROD1
NFE2L2 NGFR NOG NOTCH1 NOTCH2 NR2F1 NUMB OTX2
PAX3 PAX6 PDGFRA PRKCZ PROM2 ROR2 RUNX1 RXRA
SFRP2 SLAIN1 SLC2A1 SMARCA4 SOX1 SOX11 SOX2 SOX21
SOX9 TRAF4 VIM ZIC1

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.

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