什么是神经干细胞，它们为何重要？

前言：只要任何人都记得，大脑在受伤后愈合的能力有限。人们普遍认为，这部分是由于大脑无法制造新细胞。然后，研究人员观察到，大脑中有两个特殊区域确实会产生新细胞，即使在成年人中也是如此。这两个特殊区域的细胞被称为神经干细胞，现在科学家们正在努力确定它们的特殊特性如何用于治疗大脑中不同类型的损伤。

什么是细胞？

您可能听说过人类主要由水组成。那么，我们为什么不倒在地上变成水坑呢？那是因为人体是由各种不同类型的细胞组成的–皮肤细胞（非常平坦）、心脏细胞（真的会跳动！）和脑细胞（传输信息）等等。细胞（图1）有一个重要特征，可以防止我们塌陷成地面上的水坑：它们有一层由特殊脂肪分子组成的外膜，可以防止里面的水漏出！在细胞内部，有更多称为“细胞器”的脂肪膜隔室，它们都有自己的重要工作。最重要的细胞器之一是细胞核。

这是脱氧核糖核酸（DNA）形式的遗传信息被发现。细胞核控制在每种不同类型的细胞中表达哪些不同的蛋白质。蛋白质是细胞中忙碌的工作人员，因为它们执行重要的工作，让细胞做它需要做的事情！

图1-神经元是一种细胞，它们内部有多种细胞器，每个细胞器都具有非常重要的功能。例如，在细胞核内，制造蛋白质的指令以DNA的形式存储。

我们的大脑中有哪些类型的“特化”细胞？

有几种类型的“专业，例如神经元（图1）、少突胶质细胞和星形胶质细胞（图2）。我们称这些细胞为特化的因为它们具有不同的形状和特性，旨在允许这些细胞执行特定的功能。

神经元，其投射称为“树突”和“轴突”，使我们大脑的不同区域能够相互交流，并允许大脑与身体的其他部分交谈（和控制），这使我们能够四处走动和感知我们环境的变化。神经元传输和接收信息。少突胶质细胞包裹在神经元周围，提供支持，使神经元能够快速传递这些信息。星形胶质细胞（星形细胞）通过提供营养和调节可以从身体其他部位进入大脑的物质来支持神经系统。

图2-神经干细胞能够“自我更新”。这意味着它们可以产生另一个干细胞。然而，当用适当的生长因子处理时，神经干细胞也可以变成神经元、星形胶质细胞或少突胶质细胞。

什么是干细胞，“干”部分是什么意思？

干细胞不成熟或“非特化”处于未成熟状态的细胞，有可能成为一种特殊类型的细胞。这些单元格就像一张白纸。类似于一张白纸，它们就像空白细胞，可以成为不同类型的特化细胞。

干细胞只要活着就可以不断分裂（我们说它们是“自我更新的”），它们有两个重要特征：它们可以产生其他干细胞，它们可以成为多种类型的更特化的细胞（图2）。

在大脑中，我们有神经干细胞。这意味着这些神经干细胞可以产生神经元、星形胶质细胞或少突胶质细胞。胚胎的大脑中有许多干细胞，因为神经干细胞产生了大脑的所有细胞类型；大多数脑细胞是在胚胎阶段出生的。有趣的是，神经干细胞甚至在成年后仍存在于大脑中，它们位于大脑的特定部位（图3）。

图3在这张人脑的侧视图中，显示了称为海马体和侧脑室的大脑区域的位置，位于大脑深处。科学家们在大脑的这两个区域发现了神经干细胞。

“干细胞”一词的历史相当复杂。一个简化的类比是一棵树的茎，所有不同的树枝都从它产生。同样，干细胞是产生所有不同类型特化细胞的细胞。

研究人员何时首次在成人大脑中发现干细胞？

成人大脑中干细胞的发现花了几十年时间，许多不同的科学家都参与其中（图4）。在这里，我们总结了几个重要的发现。请注意，许多其他团体和研究也做出了重要贡献，这些也可以通过研究文献找到。

在1960年代，两位研究人员Joseph Altman博士和Gopal D. Das博士一起工作，提出了大脑中存在神经干细胞的早期证据，随后在1980年代其他几位研究人员。当两个不同的小组能够真正从大脑中分离出干细胞并证明这些细胞表现出上述干细胞特性时，科学家们才真正开始注意到这一点。

图4-此时间线显示神经干细胞研究的开创性发现何时发生。这些贡献为今天该领域的进步奠定了基础。

Sally Temple博士从胚胎中分离出干细胞“一个非常早期的发育阶段，一个有机体刚刚开始生长器官和系统的主要结构”1989年的大鼠大脑，她能够在实验室的细胞培养皿中培养它们。她发现的一些干细胞可以变成神经元，而其他干细胞可以变成星形胶质细胞。所有的干细胞都可以制造更多的神经干细胞。她的工作让科学家们认为，在包括人类在内的其他哺乳动物的胚胎大脑中也可以找到类似的干细胞。

1992年，Brent Reynolds博士和Samuel Weiss博士表明，成年小鼠的大脑也含有干细胞。他们在装有一些重要分子的培养皿中培养成年小鼠大脑中的细胞，这些分子称为“生长因子”（告诉细胞生长和分裂的物质）。他们表明，在这些生长因子存在的情况下，分离的细胞既可以自我更新，又可以成为神经元或星形胶质细胞，这意味着它们是神经干细胞。在这些结果的基础上，研究人员最近进行了实验，以准确发现新神经元何时从成年大鼠和人类大脑中的神经干细胞中诞生，使我们能够更多地了解这种类型的干细胞，包括超出本文范围的人类和啮齿动物之间的重要差异。

了解未来神经干细胞如何帮助我们治疗脑损伤或疾病？

科学家们正在积极研究神经干细胞（无论是已经存在于大脑中的，还是在实验室中培养的或取自另一个大脑的）如何帮助治疗中风等疾病（当流向大脑的正常血流停止，因此细胞无法获得足够的营养和氧气）、脊髓损伤和帕金森病（一种有助于控制身体运动的细胞逐渐停止工作并死亡的疾病）。大脑中的神经干细胞对变化非常敏感。例如，在脑损伤后，神经干细胞将穿过脑组织到达损伤部位。我们知道这实际上可以改善恢复，因为当科学家阻止干细胞移动到损伤部位时，恢复会更糟。

解释干细胞如何以及为何帮助脑损伤恢复的机制是一个重要且活跃的研究领域。神经干细胞在一些脑部疾病中也会受到影响，例如帕金森氏症和阿尔茨海默氏症在这些疾病中，神经干细胞的增殖率似乎较低当细胞增殖时，细胞数量增加的速度有多快。并且不太可能成为完全发育和健康的神经元。

科学家们还可以将其他来源的干细胞注入体内（通过血流或直接注入大脑或脊髓），并观察脑损伤后的恢复情况是否有所改善。几个研究小组正在研究这种治疗的细节并仔细研究结果。

最终，如果任一增强增加有生命的主体或客体的强度、功能或反应。大脑中的神经干细胞或实验室培养的神经干细胞的转移变得成功且可重复，医生将有更好的方法来治疗几种不同类型的脑损伤或疾病。同时，感谢神经干细胞的重要发现；我们将继续了解大脑及其功能，并设计不同的方法使其更健康。

参考资料：Swayne L, Sanchez-Arias J, Agbay A and Willerth S (2016) What Are Neural Stem Cells, and Why Are They Important?. Front. Young Minds. 4:20. doi: 10.3389/frym.2016.00020

标签:神经干细胞移植