创伤性脑损伤(TBI)致死率和致残率居创伤首位，中国每年有60万TBI患者，其中大多数为重度脑损伤患者，其病死率高于20%、致残率高于50%。TBI主要致伤原因有跌倒、交通事故、运动或枪伤等，包括直接损伤和二次损伤，二次损伤主要包括炎症反应释放对受损组织完整性造成严重伤害的信号分子和由于脑血流量、颅内压的改变等引起继发性损伤区域周围水肿带的出现。

随着创伤系统和急救技术的发展，脑损伤的愈后已经有很大改善。但是TBI造成的二次损伤还没有一个好的解决方法。因此，除传统手术等治疗手段，还需要研究新的治疗技术来阻止甚至逆转脑损伤。近年来神经干细胞(neuralstemcells，NSCs)成为治疗神经系统损伤与神经退行性病变的研究焦点，但其移植后成活率和神经元的转化率严重限制了临床的应用。本文主要探讨NSCs在脑损伤中的作用以及其已知的机制与方法。

1.NSCs的基本特性

NSCs有两个基本属性：无限的自我更新能力和分化为成熟细胞表型的能力。首先，NSCs有永久的增殖能力，并终生存在于中枢神经系统中;其次，NSCs有分化多向性，可以产生中枢神经系统中神经元、神经胶质细胞等细胞。NSCs存在于大脑的侧脑室室管膜下区(SVZ区)和海马齿状回颗粒下区(SGZ区)，这两个区域存在着活跃状态的NSCs，激活后可分化产生神经细胞;而大脑其他结构中则存在着休眠状态的NSCs，这些细胞在一定条件下可激活，这些激活后的NSCs可增殖分化成为新的神经元和神经胶质细胞。

NSCs存在于高度特异的微环境中，这些微环境在发育和成年过程中具有区域和成分上的差异。这些微环境由许多细胞和细胞外成分组成，如室管膜细胞、脉管系统、细胞外基质蛋白、可溶性因子、星形胶质细胞、小胶质细胞和周细胞。这些细胞与细胞的相互作用、自我调节(如转录因子)及细胞因子(如形态因子、生长因子、神经递质、激素、信号分子)的释放都能够影响NSCs的增殖与分化。

NSCs的多能性、无限增殖能力、迁移能力及修复损伤脑组织的能力受这些细胞因子的影响。NSCs在脑损伤治疗中有指导性的关键特征是指在一定条件下NSCs可以从聚集处移动到指定的区域(如损伤区域)。据估计，成年的啮齿动物每天有30000个神经细胞产生，这些神经细胞在脑中快速移动(30～122μm/h)很长的距离。在啮齿动物中NSCs每天移动5mm，猴子可达到20mm。NSCs的迁移与血管和成熟的星形胶质细胞有非常重要的关系，这些血管和细胞组成的结构被称为星形胶质细胞隧道或胶质管，胶质管被证明是引导NSCs迁移的支架。

2.NSCs与TBI

近年的研究显示，脑损伤后神经组织的慢性炎症是阻碍NSCs迁移、增殖、分化的主要原因。Obora等通过表达NSCs中的miRNA-155，从而抑制了NSCs增殖分化相关的蛋白(Msi1、Hes1和Bmi1)，进而抑制了NSCs的增殖分化。有研究显示成人室管膜下区NSCs可在一定条件下快速增殖分化和自我更新。基于NSCs无限的增殖分化特点，NSCs移植成为治疗脑损伤以及神经退行性疾病的新方法。然而目前的问题是移植后的存活率并不高，且移植后的分化方向无法控制。

近年，NSCs定向分化方面的研究有了很大的进展。Shirazi等研究发现，1，25-二羟维生素D3增强NSCs增殖和少突胶质细胞分化。有研究发现脑室-室下区(LVCP)除了执行重要的稳态支持功能外，还分泌促进纯化静止和活化的V-SVZ干细胞因子以及传递扩增细胞聚集形成和增殖的因子。LVCP是将生理变化转化为直接影响NSCs行为的分子信号的关键部位。NSCs移植目前已经开始应用于临床实验。Mazzini等已经在老年痴呆患者的研究发现NSCs移植可以减慢病情发展。有研究发现NSCs移植可以减少阿尔茨海默病转基因小鼠的神经炎症反应。然而这项研究最初的重点在于使用NSCs来替换退化的神经元，但最近的研究表明NSCs介导的神经营养素的变化是影响治疗效果的主要原因。

在NSCs移植对TBI的研究中，国外已通过单细胞转录术证明了休眠的NSCs在脑损伤时被激活。国外临床实验发现NSCs移植可改善TBI后的认知障碍，这可能与抑制创伤性脑损伤大鼠模型的凋亡、凋亡抑制基因(Bcl-xL)上调和神经功能恢复有关。最近有研究显示，硫酸软骨素糖胺聚糖基质、甲氧基欧芹酚(Osthole)、银杏内酯B在TBI后可促进NSCs的维持和神经保护。而EphrinB3蛋白则会引导创伤性脑损伤后内源性NSCs的迁移。

Zamproni等通过向TBI的损伤区注射含有基细胞衍生因子(SDF-1)的纳米颗粒，发现其可刺激NSCs发生聚集。Ahmad等通过转录抑制因子Capicua调控NSCs的增殖分化。也有研究显示脑脊液流量可调节NSCs增殖。Ziegler等研究发现胰岛素和促生长因子(IGF)受体在NSCs中起着维持细胞稳定的作用。Lange等的研究发现选择性干扰血管特异性Gpr124零胚的脑血管新生，阻止了低氧的缓解，以牺牲分化为代价增加了NSCs的增殖，通过提供氧气可能调节NSCs代谢，因此完好的血管功能是促使大脑皮层中产生有效分化的NSCs所必需的。

在成熟细胞向NSCs的诱导方面，有研究发现通过信号定向转录激活将成纤维细胞逆分化成NSCs。而近期有研究显示，雌二醇对NSCs的增值分化也有一定影响。一定浓度的苯甲酸雌二醇能够促进培养基培养的NSCs增殖和分化，使NSCs更多地向神经元分化。实验者发现苯甲酸雌二醇处理NSCs后，细胞活性明显升高，并且神经元特异性核蛋白(NeuN)阳性细胞所占比例升高，而神经胶质纤维酸性蛋白(GFAP)细胞阳性的比例下降。

雌二醇还可促进胶质源神经营养因子受体α1(GFRα1)、神经胶质源神经营养因子(GDNF)、转染重排蛋白(Ret)的表达。这为雌激素联合NSCs移植治疗脑挫伤提供了思路。笔者前期研究发现，雌激素可通过Hippo通路作用于yes相关蛋白(YAP1)，使YAP1高表达，高表达的YAP1可明显抑制细胞凋亡。因此推测雌激素可抑制NSCs凋亡，有利于NSCs对脑挫伤的恢复。研究表明，中枢神经系统受到损伤后，NSCs会定向迁移到损伤部位并可替代损伤的细胞，周围的神经元重建联系，从而使受损脑组织得到修复。

Koch等研究发现卷曲纳米膜的维数控制着NSCs的迁移机制。Rabenstein等通过骨桥蛋白的预处理以及趋化因子受体4的阻断，证明了骨桥蛋白可通过趋化因子受体4来调控NSCs的增殖分化。Dai等研究发现新生成年大鼠中有一种腱糖蛋白C(TNC)，可能与NSCs分化为星形胶质细胞有关。

3.NSCs损伤修复的可能机制

目前可能调控NSCs的细胞同路有两个，分别是Hippo通路和Notch通路。研究发现，Hippo通路对NSCs的增殖、分化有着很大的影响。有研究显示在果蝇大脑上皮中，过度活跃的Yorkie蛋白(YKI，与YAP相同)可促进神经上皮细胞过度生长，抑制其分化;而失活的YKI则抑制其生长，促进凋亡、分化。YAP蛋白在小鼠、青蛙和小鸡神经管中表达，与神经标记物Sox2共表达。在这里，Mst1/2或Lats1/2的丢失，或YAP-TEAD的激活可导致神经祖细胞的显著扩张。分析其原因是细胞周期重启和干细胞基因的上调，以及通过抑制关键基因而导致的分化阻滞。相反，YAP功能的丧失会导致细胞死亡和神经分化。

NSCs调控的关键信号通路之一是Notch信号通路。在小鼠中，Notch受体和通路下游成分的表达开始于胚胎8～9周的神经管，在神经发育过程中继续进入额叶内含脑室区(VZ)和SVZ。从Notch突变小鼠模型中可以明显看出Notch信号在胚胎生长发育中的重要作用。核内重组信号结合蛋白(RBPJ)是典型Notch信号通路的转录因子和中心成分，其缺失导致E9.5位点发育受阻和胚胎死亡。RBPJ缺失的胚胎也显示神经系统发育迟缓。同样，Notch1缺陷小鼠在胚胎9d左右死亡，表现出与RBPJ突变体相似的形态学缺陷。Notch1缺乏也导致NSCs过早停止细胞周期，这表明Notch1在通过胚胎NSCs调控神经元分化的开始起着相当重要的作用。这些研究说明了Notch信号组分在大脑NSCs维持和存活中是非常重要的。

4.展望

近年来NSCs在神经系统疾病治疗方面的研究越来越深入，揭示了其在神经系统生长发育、维持稳态、损伤修复中的作用及机制，为神经系统损伤、神经退行性病变的治疗提供了理论基础。然而，NSCs神经系统中的增殖分化机制仍不明确，尤其是诱导定向分化，很多关键问题仍有待解决，如在神经系统损伤中如何诱导其定向分化成为神经元，如何重建神经元之间的联系。诱导分化及机制的研究为其提供了新的想法，但是，利用NSCs治疗神经系统疾病，要走的路还很远。

来源：陈佳树,宋灏哲,陈天,谢川平,赵格晶娃,李力卓.神经干细胞修复创伤性脑损伤及其影响因素的研究进展[J].创伤外科杂志,2020,22(01):73-75+81.