神經干細胞的研究現狀與應用前景演示文稿當前1頁，總共46頁。（優選）神經干細胞的研究現狀與應用前景當前2頁，總共46頁。基本知識當前3頁，總共46頁。干細胞（Stemcell，SC）是一類具有自我更新（self-renewing）能力的多潛能細胞，即干細胞保持未定向分化狀態和具有增殖能力，在合適的條件或給予合適的信號，它可以分化成多種功能細胞或組織器官，醫學界稱其為“萬用細胞”，也有人通俗而形象地稱其為“干什么都行的細胞”。干細胞來源于胚胎、胎兒組織和成年組織如骨髓、臍帶等。干細胞技術最顯著的作用就是：能再造一種全新的、正常的甚至更年輕的細胞、組織或器官。干細胞技術是近年現代生物科技繼克隆技術、基因工程之后的第三大科學成就。它不僅促使人們重新熟悉細胞生長與分化的基本生命原理，也為多種難治性疾病的治療帶來了劃時代的革命。21世紀是生命科學的時代，也是為人類的健康長壽創造世界奇跡的時代，干細胞的應用將有廣闊前景。干細胞的概念當前4頁，總共46頁。神經干細胞的定義1989年，Temple等從13天大鼠胚胎腦隔區取出細胞進行培養，發現這些細胞發育成神經元和神經膠質細胞。其后從成年鼠紋狀體、海馬齒狀回等處分離出能在體外不斷增殖，并具有向神經元和星形膠質細胞分化潛能的細胞群。20世紀90年代后，許多實驗都證實，人腦內也同樣存在神經干細胞。目前得到普遍認可的神經干細胞的概念是由Mckay在1997年提出的：神經干細胞(neuralstemcell，NSC)是指具有分化為神經元、星形膠質細胞和少突膠質細胞的能力，能自我更新并能提供大量腦組織細胞的細胞群。當前5頁，總共46頁。(Okanoetal.2002)當前6頁，總共46頁。神經干細胞的分化、增殖及其影響因素1．生長因子：FGF－2（堿性成纖維細胞生長因子－2）在胚胎早期維持神經祖細胞的的生存，促進其增殖。ECG（神經表皮生長因子）在發育較晚期促使神經祖細胞增殖和分化。BDNF（腦源性神經營養因子）及IGF1（胰島素樣生長因子1）主要促進祖細胞向神經元方向分化。2．細胞因子：紅細胞生成素、集落刺激因子、白介素家族等影響神經元的發育；BMP（骨架多型性蛋白）促進神經干細胞向星形膠質細胞方向分化。3．移植區域的信號：一是選擇性調控，即信號只能調節干細胞的存活和增殖而不能影響其分化方向。二是指導性作用，指特異性指導神經干細胞、祖細胞向特定譜系分化。4．神經干細胞和神經祖細胞自身產生多種調控信號。5．Nestin基因和Notch基因：人nestin基因第二個內含子中存在一個（〈400bp區域〉對神經干細胞起增強作用。這個增強子也對早期神經干細胞其他基因表達起作用，包括Notch基因。Notch基因是在中樞神經系統發育過程中確定神經元數量的重要調控基因。當前7頁，總共46頁。神經干細胞的形態當前8頁，總共46頁。神經干細胞的特征①有增殖能力。②有自我維持和自我更新能力，對稱分裂后形成的兩個子細胞為干細胞，不對稱分裂后形成的兩個子細胞中的一個為干細胞，另一個為祖細胞，祖細胞在特定條件下可分化為多種神經細胞。③具有多向分化潛能，在不同因子下，可以分化成不同類型的神經細胞，損傷或疾病可以刺激神經干細胞分化。自我更新能力和多向分化潛能是神經干細胞的兩個基本特征。當前9頁，總共46頁。神經干細胞的分類神經管上皮細胞1.根據分化潛能及產生子細胞種類不同分為：放射狀膠質神經元神經母細胞大腦中皮質及神經核等的基本神經組織細胞神經前體細胞各類神經膠質細胞神經元各類神經細胞的前體細胞胚胎期幼年期成年期當前10頁，總共46頁。2.根據部位分類主要有兩類：

神經嵴干細胞(neuralcreststemcell，NC-SC)和中樞神經干細胞(CNS-SC)。

NCSC為外周神經干細胞(PNS-SC)，既可發育為外周神經細胞、神經內分泌細胞和Schwann氏細胞，也能分化為色素細胞(pigmentedcell)和平滑肌細胞等。NSC一般是指存在于腦部的中樞神經干細胞(CNS-SC)，其子代細胞能分化成為神經系統的大部分細胞。當前11頁，總共46頁。胚胎期：神經干細胞主要分布在大腦的皮層、紋狀體、海馬、室管膜下層和中腦等區域。成年期：中樞神經系統仍有神經干細胞存在，只不過這些細胞平時處于靜止狀態。成年腦區神經干細胞主要局限在海馬齒狀回、紋狀體和環繞側腦室的室腦膜下層。神經干細胞的分布當前12頁，總共46頁。海馬齒狀回當前13頁，總共46頁。側腦室的室腦膜下層當前14頁，總共46頁。尾狀核豆狀核背側丘腦皮質髓質基底核側腦室尾狀核與豆狀核合稱紋狀體當前15頁，總共46頁。成年神經干細胞的研究現狀當前16頁，總共46頁。以前的觀點認為成年大腦中的神經元數量是穩定不變的，由這些神經元構成的神經網絡結構是相對穩定的，神經結構上的可塑性僅發生在樹突、軸突和突觸等部位。而目前對神經再生和成年神經干細胞的研究增加了新的認識。成年神經干細胞的功能當前17頁，總共46頁。當前18頁，總共46頁。當前19頁，總共46頁。當前20頁，總共46頁。當前21頁，總共46頁。當前22頁，總共46頁。當前23頁，總共46頁。小結成年海馬的神經再生與海馬功能有著密切關系。學習或奔跑可以改變動物海馬細胞存活或細胞增殖水平，從而增加海馬的新生神經元的數目。緊張、濫用鴉片和癲癇發作等都可以影響到成年海馬齒狀回新生神經元的增殖和分化水平。人為減少海馬顆粒樣神經元的數目，經過處理后的動物其海馬依賴的記憶功能受到損害。成年海馬神經干細胞產生的新生神經元不僅在形態上與成熟海馬神經元相同，而且對突觸刺激有動作電位反應，并且可以有效地整合到神經環路中去。人們推測，這些由神經干細胞產生的新生神經元是參與其所在海馬區域的正常功能。神經干細胞和學習記憶關系的研究是復雜的。盡管海馬具有記憶的存儲功能，但這種記憶的存儲是短暫的，只是為皮層區域的長時程記憶做時空上的準備。當前24頁，總共46頁。成年神經干細胞對腦損傷的修復作用controlkindledExamplesofBrdUpositivenucleiinhippocampalsectionsfromcontrol當前25頁，總共46頁。當前26頁，總共46頁。正常情況下，成年嚙齒類動物大腦中有大量的新生神經元不斷產生，顯然這些細胞是來補充已經缺失的神經元，這樣成年大腦神經元數目才能保持相對穩定。研究表明在成年大腦神經再生區域里存在著普遍的神經元凋亡現象。神經再生活躍區域的死亡細胞數倍于大腦其他部位，因而干細胞增殖、祖細胞遷徙并且分化成神經元從而替代死亡的神經元。有人推測，中樞神經系統變性疾病形成的原因就是由于內源性神經干細胞不能對這些疾病產生的信號起反應，內源性神經干細胞不能替代變性的神經元，而最終導致老年性疾呆，癲癇，精神分裂癥等神經系統退行性疾病的發生。成年神經干細胞導?？赡軐е录膊“l生當前27頁，總共46頁。1.成年神經再生和早期發育中的神經生成有哪些不同？2.為什么神經再生只存在于成年大腦的某些特定的區域？3.這些區域的局部微環境對成年神經干細胞的遷徙和分化有些什么影響？4.成年大腦的神經可塑性的功能意義？5.神經干細胞和認知等高級功能神經活動的關系？成年神經干細胞研究面臨的問題當前28頁，總共46頁。研究方法當前29頁，總共46頁。來源于神經組織：目前從哺乳動物胚胎期大部分腦區、成年期的腦室下區、海馬回的顆粒下層、脊髓等部位均成功分離出神經干細胞來源于胚胎：胚胎干細胞(embryonicstemcells,ESCs)、胚胎生殖細胞(embryonicgermcells,EGCs)等細胞的定向誘導分化而來。來源于血液系統：骨髓間質干細胞(bonemarrowmesenchymalstemcells,MSCs)、成年多能祖細胞(multipotentadultprogenitorcells,MAPCs)［10］及臍血細胞(umbilicalcordblood)［11］。來源于永生化細胞系：C17.2細胞系［12］、MHP36細胞系［13］、NT2細胞系。體核細胞轉移技術獲得神經干細胞：將體細胞核植入去核的卵母細胞漿中,再程序化后形成治療性克隆,讓其發育到一定階段后在相應部位獲得神經干細胞,可重建組織相容性。神經干細胞的來源當前30頁，總共46頁。（1）反復傳代法：取3～4個月齡的人胚胎紋狀體或孕14～16天小鼠、大鼠胚胎大腦，機械分離制作單細胞懸液。在含多種神經因子的無血清培養基中培養，實現NSC的體外穩定有效擴增。經過長期培養反復傳代可使NSC得到純化。（2）流式細胞術：Sasaki等采用流式細胞儀對約60種細胞表面抗原進行篩選，結果發現分選出的具有CD133+/CE34+/CD45-（細胞表面抗原）的細胞為NSC。（3）基因轉導：Keyoung等利用腺病毒為載體,將置于歸巢素和Msi1增強子和啟動子控制下的綠色熒光蛋白基因導入人胚胎細胞,然后對胚胎細胞進行體外培養,只有NSC能特異性地出現綠色熒光蛋白。再利用流式細胞儀進行熒光篩選,能進一步將NSC收集起來。（4）免疫磁珠細胞分選法：利用磁珠表面的特異性抗體與NSC表面抗原結合，在磁場作用下使結合磁珠的NSC與其他細胞分離，從而得到較純化的NSC。神經干細胞的分離與純化當前31頁，總共46頁。神經干細胞的鑒定1990年，Lendahl的實驗證實，神經干細胞的標志蛋白是神經上皮干細胞蛋白（nestin）．Nestin在神經胚形成時開始表達，隨著神經細胞的遷移和分化的完成，Nestin的表達量逐漸下降甚至完全停止。目前，Nestin已被用于神經干細胞的鑒定。

培養的小鼠神經干細胞胚胎小鼠腦側室胚胎小鼠紋狀體當前32頁，總共46頁。

Sakakibara等人鑒定出一種RNA結合蛋白即Musashi,可作為NSC的標志物。(Sakakibaraetal.1996)E10E14Ventricularzoneofspinalcord當前33頁，總共46頁。m-Msi-1nestin(Sakakibaraetal.1996)對分離培養得到的NSC進行標記時發現：Nestin和Musashi呈雙重陽性,且隨著NSC分化成為神經元,二者的標記作用也消失,說明Musashi具有與Nestin相似的特異性和種間保守性。Nestin和Musashi作為早期原始神經細胞的標志物已被廣泛地應用于NSC的鑒定。當前34頁，總共46頁。應用前景當前35頁，總共46頁。NSC原位誘導內源性NSC的自身激活

理論依據：大量體外和在體實驗已經證實成年腦中存在NSC。研究影響NSC增殖和分化的信號作用的實驗證實：腦室管膜下區等部位的NSC在腦損傷發生后能夠增殖，并遷移到受損部位并分化成新的神經細胞，取代受損腦組織細胞。

存在困難：在大多數情況下,僅由內源性干細胞產生的神經組織可能不足以替代損傷后缺失的神經組織,尤其在脊髓、紋狀體等神經組織發生很少的部位。

可能原因：(1)原位誘導出功能特異的神經元可能需要多種刺激和特定細胞因子的作用。(2)患者中樞神經系統的干細胞缺陷或無法激活。當前36頁，總共46頁。異體神經干細胞移植依據：臨床試驗表明，移植胎兒腦組織治療神經系統退行性疾病可以明顯改善癥狀；在體外培養擴增的NSC移植到腦疾病動物模型腦內的實驗表明，體外培養的NSC移植到腦內后能夠遷移分化為特定部位的神經細胞，其分化方向與所處的微環境密切相關。問題：（１）但胎腦的來源有限，受倫理和法律上的束縛，限制研究的發展；（２）在研究細胞移植治療帕金森病時發現,在體外實驗中沒有必需的因素干預下,NSC自然分化為多巴胺能神經元的比例只占細胞總數的0.5%～5%。

因此，誘導NSC向修復所需的神經功能(目的)細胞分化成為研究的核心問題。當前37頁，總共46頁。基因治療基因治療是通過特定載體相關外源基因導入體內,使其獲得表達,達到治療由于某種基因缺陷或突變引起的疾病。目前神經系統基因治療常用的靶細胞有：(1)成纖維細胞,來自間充質,能在體外分裂增殖,具有較高的病毒感染率但植入腦后不能與宿主整合；(2)永生化神經祖細胞,體外容易進行基因轉導和能與宿主整合等優點,但存在致癌的危險；(3)NSC來源于神經組織,比永生化NSC更能保持原有的生物學特性,具有分化能力和更好的組織相容性,可以整合到宿主腦組織并向周圍遷移,不形成腫瘤等。當前38頁，總共46頁。NSC具有穩定的生物學性狀,建系以后可以獲得均一的遺傳背景,具有組織和種屬特異性，可作為神經系統疾病的藥物篩選平臺。利用NSC的多向分化潛能,可篩選出控制和促進NSC向終末細胞分化的藥物。神經系統疾病的藥物篩選平臺當前39頁，總共46頁。神經干細胞用于治療的可能機理１、患病部位組織損傷后釋放各種趨化因子，可以吸引神經干細胞聚集到損傷部位，并在局部微環境的作用下分化為不同種類的細胞，修復及補充損傷的神經細胞。由于缺血、缺氧導致的血管內皮細胞、膠質細胞的損傷，使局部通透性增加，另外在多種黏附分子的作用下，神經干細胞可以透過血腦屏障，高濃度的聚集在損傷部位。２、神經干細胞可以分泌多種神經營養因子，促進損傷細胞的修復。３、神經干細胞可以增強神經突觸之間的聯系，建立新的神經環路當前40頁，總共46頁。傳統的藥物治療效果不令人滿意，吃藥只可暫時性的控制疾病，一旦停藥，病癥復現甚至更嚴重。常年服藥不僅讓患者痛苦不已，而且對身體造成極大的危害，導致其他嚴重疾病的并發。藥物不具備激活腦神經細胞的功能是根本原因，所以要想從根本上治療腦病等神經系統疾病，借助外界移植神經干細胞是唯一有效的方法。科學研究證明了神經干細胞的定向分化性，使修復和替代死亡的神經細胞成為現實。為了減少神經損傷的后遺癥，延緩或抑止疾病的進一步發展，取得更好的恢復效果，從根本上修復和激活死亡神經細胞是十分必要的。神經干細胞治療疾病的意義當前41頁，總共46頁。神經干細胞移植后神經是否存在有免疫反應?神經干細胞移植是否有產生腫瘤的可能?神經干細胞腦內移植的最佳時機是什么?雖然神經干