神经干细胞：神经系统疾病治疗的基石

“头号杀手”易主，不再是心血管疾病，更新为神经系统疾病。《柳叶刀-神经病学》（The Lancet Neurology）一项全球调研结果显示，过去30年，神经系统相关疾病病例激增59%，成为全球疾病负担的主要原因。神经系统疾病范围广泛，其中中风、偏头痛、阿尔茨海默症及痴呆症对健康影响显著。

成年人中枢系统的自我修复和再生能力有限，以细胞不可逆损伤为特征的神经退行性疾病、中风、创伤性脑损伤等疾病常被称之为“难治性疾病”。神经干细胞（NSCs）能够更新分化为中枢神经系统的多种神经元和神经胶质细胞，为神经退行性疾病和中风等疾病的治疗带来新希望。

神经干细胞（NSCs）是一类具有自我更新和多向分化潜能的细胞，能够分化为多种神经细胞类型，如神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞，使其能够在神经系统重新替代或修复受损的细胞。近年来，随着干细胞技术的飞速发展，神经干细胞在神经系统疾病治疗中的应用逐渐成为研究热点。

华中科技大学的唐洲平团队在综述文章中指出，通过特定的诱导系统或转录因子介导的方法，可以将神经干细胞定向分化为中脑多巴胺能神经元。分化后的细胞移植到帕金森动物模型的大脑中，能显著提高多巴胺水平，改善运动障碍，并在一定程度上恢复神经回路的功能。临床实验发现源自人胚胎干细胞或诱导多能干细胞衍生的多巴胺前体细胞能够有效改善帕金森患者的运动能力。

2月份刚刚在洛杉矶举办的国际中风会议上，一项研究进展吸引了科研人员的目光。加州大学圣地亚哥分校的Joseph Ciacci教授团队公布18名慢性缺血性中风患者接受NSCs移植12个月后的临床试验结果，显示患者神经功能评分评价提高25%。步态速度提升20%，甚至有患者离开轮椅站了起来。这一突破被“Healio”报道为“中风治疗的转折点”。从实验室到临床，神经干细胞用事实证明，大脑修复不再是梦。

神经干细胞治疗脑中风研究进展（截图源自www.healio.com）

神经干细胞在神经系统疾病治疗中表现出巨大的潜力，但目前仍面临一些挑战。NSCs的来源和获取是限制其应用的关键因素之一；NSCs的定向诱导分化效率和细胞存活率有待提高。在体外培养过程中，如何通过优化培养条件和诱导方法，提高NSCs的定向分化效率和细胞存活率，是实现有效治疗的关键。

唐洲平团队在综述文章“Directional induction of neural stem cells, a new therapy for neurodegenerative diseases and ischemic stroke”中，对神经干细胞的来源和分化进行了讨论。

神经干细胞主要通过三种方式获得：

（1）从原发性中枢神经系统直接提取，主要包括成体和胎儿脑组织；

（2）多能干细胞分化，包括胚胎干细胞（ESCs）和诱导多能干细胞（iPSCs）；

（3）体细胞重编程转化，如外周血、成纤维细胞。

不同来源的神经干细胞的定向分化（源自文献：doi: 10.1038/s4-9）

细胞因子与神经干细胞的增殖、分化密切相关。参与神经干细胞诱导分化的白介素有IL-1、IL-7、IL-9、IL-11等。神经营养因子对神经干细胞分化到终末细胞的整个过程均有影响，如添加BDNF可使其向神经元分化。EGF、NGF、bFGF等也会影响NSCs的分化。

NSCs对不同种类、不同浓度、不同组合的细胞因子反应不同；在其发育分化的不同阶段，同一细胞因子的作用也可能不同。如在EGF和bFGF条件下，胚胎神经干细胞主要向神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞分化，而成体的脑神经干细胞主要分化为星形胶质细胞。

不同来源神经干细胞分化为神经亚细胞谱系的机制（源自文献：doi: 10.1038/s4-9）

1、NSCs定向分化为神经元

多巴胺能神经元是大脑中的重要神经元之一，主要负责合成和释放“快乐因子”：多巴胺，具有治疗帕金森病的潜力。多巴胺能神经元可以通过诱导神经干细胞获得。研究发现添加神经营养因子，如BDGF、GDNF、BMP2或其它细胞因子，能够提高神经干细胞定向分化为多巴胺能神经元的产量。促有丝分裂因子，如FGF2、EGF有利于神经干细胞分化，增加其原始数量。在增殖的人源中脑腹侧神经干细胞中添加特定的调节信号因子，如Shh、FGF8、FGF2，在WNT5存在的情况下，维持生成中脑多巴胺能神经元的能力，并延长分化时间。随着神经干细胞分化方案的不断优化，GSK-3β抑制剂CHIR-99021在体外模拟参与神经细胞Wnt信号激活过程，高效改善神经元干细胞的定向分化。抑制BMP信号通路促进PSCs的神经诱导，激活BMP有助于多巴胺能神经元的定向分化。

纹状体中的中型多棘神经元（MSNs）是亨廷顿病（HD）中受影响严重的细胞类型。目前MSNs主要从中枢神经系统组织来和多能干细胞来源的神经干细胞中诱导产生。中等浓度的Shh能将神经干细胞诱导成类似外侧神经节隆起的祖细胞。这些祖细胞主要产生GABA神经元，约占培养细胞总数的75%。研究人员通过双重抑制SMAD通路，实现对人胚胎干细胞和诱导多能干细胞的神经诱导，通过Shh和Wnt通路抑制剂DKK1，实现神经干细胞向外侧神经节隆起祖细胞的分化。

2、NSCs定向分化为少突胶质细胞

少突胶质细胞是中枢神经系统（CNS）中围绕轴突形成髓鞘的神经胶质细胞，支持神经冲动的快速传导，在脑卒中治疗中潜力无限。研究人员在化学限定培养体系中，通过FGF2、NT3、PDGF-AA因子组合，将胚胎前脑来源的神经干细胞中的少突胶质细胞比例提高到总细胞的15-20%。采用类似的因子组合，从人胎儿神经干细胞中获得高纯度的少突胶质前体细胞。另一项研究通过添加PDGF-AA、FGF2、Shh、NT3，使胎儿前脑来源的神经干细胞向少突胶质细胞表型分化。

但遗憾的是，这种诱导方案从多能干细胞生成少突胶质前体细胞至少需要3个月的时间。复旦大学的熊曼团队通过双重抑制SMAD通路和激活Shh信号，促进配体干细胞腹侧前脑神经干细胞的生成，过表达Olig2、Sox10，在40天内生成前脑成熟少突胶质细胞。

神经干细胞体外培养和分化不仅需要建立稳定可靠的方案，探索生长因子、小分子化合物及生态发生素的使用浓度、添加顺序以及作用时间，还需要考虑调控基因的过表达，确保分化细胞能够充分成熟，并长期维持其表型。神经干细胞治疗正从“细胞替代”迈向“智能修复”，每一次突破都可能为帕金森、阿尔茨海默病、脑卒中等“难治性疾病”点亮希望。

****，神经干细胞未来的研究方向将集中在优化NSCs的获取、培养和分化方案，开发更有效的诱导方法和培养体系。

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