Nature子刊:神經(jīng)干細(xì)胞作用新解
日期:2012-10-23 08:18:07
科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)大腦中的神經(jīng)前體細(xì)胞能夠分泌物質(zhì)促進(jìn)大腦免疫細(xì)胞的數(shù)量和活性,這些關(guān)鍵性的免疫細(xì)胞對于大腦健康有著至關(guān)重要的影響。該發(fā)現(xiàn)大大拓展了我們對干細(xì)胞及干細(xì)胞移植作用的認(rèn)識。
神經(jīng)前體細(xì)胞能夠再生那些受到神經(jīng)退行性疾病或創(chuàng)傷破壞的大腦組織。現(xiàn)在,斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院的科學(xué)家們提出了神經(jīng)前體細(xì)胞抵御腦部損傷的一條新途徑,在此之前還無人認(rèn)識到這其中的重要性。他們的文章發(fā)表在十月二十一日的Nature Neuroscience雜志上。
“將神經(jīng)干細(xì)胞移植到實(shí)驗(yàn)動物的大腦中,可以加速中風(fēng)或神經(jīng)退行性疾病后腦部的復(fù)原,”斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院神經(jīng)學(xué)與神經(jīng)科學(xué)教授Tony Wyss-Coray博士說。“不過人們還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有弄清楚這一技術(shù)起作用的機(jī)制。”
哺乳動物大腦中的神經(jīng)干細(xì)胞幾十年也不會發(fā)生什么本質(zhì)改變,它們增殖僅供所處區(qū)域的日常需要,在絕大多數(shù)的大腦區(qū)域中,并未發(fā)現(xiàn)神經(jīng)干細(xì)胞的存在。
盡管神經(jīng)干細(xì)胞對于維持大腦健康很關(guān)鍵,但真正的神經(jīng)干細(xì)胞其實(shí)很少,比較常見的是其直系后代神經(jīng)前體細(xì)胞NPC。快速分裂的NPC能夠分化為包括神經(jīng)元在內(nèi)的多種腦細(xì)胞。如果人們受到輻射或者被藥物阻礙了NPC增殖,就會引發(fā)記憶缺失(“化療腦”)。人們正在展開研究,希望給阿爾茨海默癥患者的大腦移植神經(jīng)干細(xì)胞能夠增強(qiáng)患者的記憶機(jī)能。
小膠質(zhì)細(xì)胞microglia是大腦中起免疫作用的細(xì)胞,與絕大多數(shù)成熟腦細(xì)胞不同,小膠質(zhì)細(xì)胞在成年期也能夠增殖,尤其是在對大腦損傷做出反應(yīng)時。它們能夠移動到損傷位點(diǎn),分泌多種“化學(xué)信號”物質(zhì),吞噬微生物入侵者或者死亡神經(jīng)元。
小膠質(zhì)細(xì)胞通常分布于整個大腦中,形成一個監(jiān)控系統(tǒng)。如果這一監(jiān)控系統(tǒng)察覺了創(chuàng)傷或感染等干擾信號,小膠質(zhì)細(xì)胞就會開始行動。它們開始增殖和膨脹,從戴眼鏡的小記者變身成為飛向事故現(xiàn)場的超人,并分泌殺敵物質(zhì)或者呼叫增援。在這些激活的細(xì)胞中,負(fù)責(zé)清理垃圾的溶酶體大量集結(jié),隨時準(zhǔn)備擊潰病原體或者細(xì)胞殘骸。
除了擔(dān)任巡邏隊(duì)和清道夫,小膠質(zhì)細(xì)胞還會分泌出幫助神經(jīng)元生長的物質(zhì),并不斷修剪著不需要的神經(jīng)元連接。不過和其他免疫細(xì)胞一樣,小膠質(zhì)細(xì)胞活性異常也是有害的。它們會開始清除健康細(xì)胞(如帕金森癥)或者停止清理腦部垃圾(如阿爾茨海默癥)。
Wyss-Coray及其同事通過一系列實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),NPC分泌的物質(zhì)能夠激活小膠質(zhì)細(xì)胞。研究人員發(fā)現(xiàn)哺乳動物大腦中NPC形成新神經(jīng)元的兩個區(qū)域中,小膠質(zhì)細(xì)胞特別多也特別活躍。研究人員將小鼠的小膠質(zhì)細(xì)胞與NPC在培養(yǎng)基中共同孵育,兩天后他們發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細(xì)胞增殖得更多,并表達(dá)了多種信號分子,細(xì)胞中的溶酶體也更多。“小膠質(zhì)細(xì)胞正準(zhǔn)備行動,”Wyss-Coray說。
他們將NPC注入到小鼠大腦本不含NPC的區(qū)域,并在另外那個大腦半球中的相應(yīng)位置注入對照溶液。研究顯示,大腦兩邊的小膠質(zhì)細(xì)胞增殖情況及其活性存在顯著差異,注入NPC的區(qū)域“超人”態(tài)小膠質(zhì)細(xì)胞更多。而用去除了NPC的培養(yǎng)基液代替NPC進(jìn)行實(shí)驗(yàn),也出現(xiàn)了相似結(jié)果。顯然,是NPC分泌的物質(zhì)刺激了小膠質(zhì)細(xì)胞的改變。
研究人員還發(fā)現(xiàn),NPC比其他類型細(xì)胞分泌的血管內(nèi)皮生長因子VEGF更多,VEGF是刺激血管形成且對神經(jīng)元有益的熱點(diǎn)分子。由于腫瘤快速生長需要大量血液供給,阻斷VEDF的藥物(如Avastin)常被用于治療癌癥。
VEGF還能促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞增殖,研究人員將VEGF注入小鼠大腦右半球,而左半球注入對照,其結(jié)果與之前的實(shí)驗(yàn)一致。而后他們用去除了VEGF和NPC的培養(yǎng)基進(jìn)行了同樣的實(shí)驗(yàn),研究顯示出幾乎完全相反的結(jié)果。
“我們證實(shí),NPC產(chǎn)生的VEGF對小膠質(zhì)細(xì)胞行為有重要影響,”Wyss-Coray說。“這一發(fā)現(xiàn)非常重要,因?yàn)樵谒猩窠?jīng)退行性疾病中都涉及了失控的小膠質(zhì)細(xì)胞。”這項(xiàng)研究將有望幫助人們對這些失控的小膠質(zhì)細(xì)胞進(jìn)行重編程。