陈四化 刘吉星 任海军

(兰州大学第二医院神经外科，甘肃 兰州 730000)

·综述·

神经递质对神经干细胞增殖的调控

陈四化 刘吉星 任海军*

(兰州大学第二医院神经外科，甘肃 兰州 730000)

神经递质; 神经干细胞; 增殖; 调控

一、引言

在过去的几年中，许多研究报道了在成人中枢神经系统中神经干细胞(neural stem cells,NSCs)能够分化成新的神经元，即星形胶质细胞和少突胶质细胞。这一发现推翻了在出生后中枢神经系统不能再生的中心假设，同时也为理解神经分化的分子原理基础以及神经组织修复新疗法的开发奠定了基础[1]。NSCs的增殖分化受细胞外环境信号和细胞内基因有序表达的双重控制。神经递质作为细胞外环境信号中一员的，不仅介导神经元之间、神经元和效应器之间的信息传递，还在调节成人神经干细胞的增殖，分化和突触融合，以及成人神经发生中发挥重要作用[2]。本文旨对几种重要的神经递质对位于哺乳动物大脑脑室下区(subventricular zone,SVZ)和颗粒下层(subgranular zone,SGZ)的前体细胞增殖的调控作一综述。

二、神经递质作用于SVZ和SGZ受体对神经干细胞增殖调控

1.多巴胺(dopamine,DA)：DA是儿茶酚胺类物质，由黑质腹侧被盖区和下丘脑的神经元合成。DA受体为G蛋白偶联受体，分为D1样和D2样。D1样受体激活腺苷酸环化酶，D2样受体抑制腺苷酸环化酶。D1样受体存在于细胞质中而不是存在于短暂扩增细胞和成纤维细胞膜上，D2样受体主要在短暂扩增细胞膜上表达，少量在SVZ星形胶质细胞膜上表达。短暂扩增细胞表达D3受体而神经母细胞和SVZ的胶质细胞却不表达D3受体[3]。啮齿类动物中，通过注射的选择性神经毒素，如6-羟基多巴胺或1-甲基4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶消融中脑多巴胺神经元，可以减少SVZ前体细胞的增殖和神经发生[4]。然而，在另一研究中，DA受体拮抗剂氟哌啶醇给药14 d导致SVZ神经前体细胞数目的增加[5]。对于上述不同研究结果表明同样的神经递质可能对NSCs的增殖发挥相反的作用。这一作用可能是DA不同受体亚型的激活所介导。长期激活DA受体可能会抑制NSCs的增殖，然而短期内激活DA受体促进NSCs的增殖。DA受体介导的调控NSCs增殖依赖于睫状神经营养因子，而已知睫状神经营养因子能够促进SVZ神经干细胞的增殖[6]。最近的一项研究提出，激活的DA受体主要通过Akt和细胞外信号调节激酶1/2(extracellular signal-regulated kinase,ERK1/2)信号促进NSCs增殖[7]。而其它的研究表明，激活的DA受体可以刺激表皮生长因分泌从而促进NSCs增殖[7]。

2.谷氨酸(glutamic acid,GAA)：在中枢神经系统中，GAA是一种兴奋性神经递质，它有几种不同的受体亚型：即离子型的N-甲基-D-天门冬氨(N-methyl-D-aspartate,NMDA)受体、(2-氨基-3-3-羟基-5-甲基-异恶唑-哌啶-4-基)丙酸[2-amino-3-(3-hydroxy-5-methylisoxazol-4-yl)propanoic acid]，AMPA受体、红藻氨酸 (kamate,KA) 受体以及代谢型谷氨酸受体(metabotropic glutamate receptor,mGluR)[8]。电生理和免疫组化研究显示各种谷氨酸受体在成年侧脑室的SVZ和齿状回SGZ的神经前体细胞中均有表达[9]。GAA无论作用于代谢型或离子型受体都为神经前体细胞的动员提供了重要信号[8]。已经检测到代谢型谷氨酸受体mGluR3、mGluR4和mGluR5在成年海马神经祖细胞上表达和mGluR5在放射状胶质细胞样细胞上表达[9]。生理条件下，NMDA受体激动剂抑制表达mGluR5的放射状胶质细胞样细胞增殖[9]。而在脑损伤条件下，NMDA受体激动剂促进放射状胶质细胞样细胞增殖[10]。NMDA受体通过抑制神经胶质细胞上游碱性环-螺旋-(basic-helix-loop-helix,bHLH)的Hes1基因和DNA结合抑制因子2(inhibitor of DNA binding 2,Id2 )的表达和促进转录因子神经源性分化(neurogenic differentiation,NeuroD)的表达诱导成年海马祖细胞的增殖[10]。

在SVZ，体内的放射状胶质细胞样细胞或在短暂扩充细胞上都尚未发现谷氨酸受体表达。Platel等已证实代谢型谷氨酸受体和KA受体在SVZ的神经母细胞上表达[10]。在体外，谷氨酸促进来源于SVZ神经祖细胞的增殖[5]。在体内敲除NMDA受体基因导致神经母细胞凋亡，表明NMDA受体对神经母细胞的存活至关重要[10]。红藻氨酸受体GLUK5在脑室下区神经母细胞的迁移过程中被完全激活，而这种激活降低神经母细胞迁移速度[8]。众所周知谷氨酸盐信号通过介导神经营养因子，如脑源性神经营养因子，神经生长因子和成纤维细胞生长因子的分泌促进神经干细胞增殖[2]。在成人大脑GAA介导祖细胞增殖调控的下游机制还没有被广泛研究。

3.γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)：GABA在成年脊椎动物大脑内是主要的抑制性神经递质，它通过激活离子型配体门控GABAA、GABAB或GABAC受体和G蛋白偶联受体发挥作用。研究发现，成年小鼠海马神经干细胞及其后代表达GABAB受体[11]。GABAB受体的药物抑制刺激NSCs增殖和在体内GABAB1受体亚基基因的缺失促进NSCs增殖和神经母细胞的分化[11]。Song等结合光遗传学和克隆谱系跟踪技术研究发现在齿状回的GABA由表达小清蛋白的中间神经元释放和通过激活含γ2亚基-GABAA受体抑制静态放射状胶质细胞样细胞的活化[12]。

在成年SVZ，GABA由神经母细胞以钙依赖性非囊泡形式合成释放，通过GABAA受体激活去极化神经母细胞并抑制神经母细胞增殖[13]。在成年SVZ激活GABAA受体诱导组蛋白H2AX的磷酸化，抑制细胞周期中DNA的合成，进而发挥GABA对该区域的细胞周期的抑制效果[13]。Alfonso等[14]研究发现，在SVZ神经母细胞表达能够结合地西泮结合抑制剂的GABAA受体亚单位，抵消GABA释放对神经神经干细胞的抑制作用。

4.5-羟色胺 (5-hydroxytryptamine,5-HT)：5-HT是SVZ的中缝核神经元合成的单胺类物质[5]。在脑室下区5-HT受体的表达模式仍存在争议。Councill[15]等提出从SVZ组织的逆转录聚合酶链反应表明5-HT受体，如5-HT1A，5-HT1B,5-HT1D,5-HT2A,5-HT2B,5-HT2C,5-HT3A和5-HT6在SVZ神经元上广泛表达，但是只有受体5-HT1A，5-HT2A和5-HT2C在脑室下区神经元上表达文献已报到。普遍认为5-HT 对脑室下区神经发生产生积极影响，因为在体内注射5-HT会促进脑室下区神经球产生.Tegenge等[16]通过特异性受体激动剂急性或慢性激活5-HT受体5-HT1A和5-HT2发现脑室下区和嗅球5-溴脱氧尿嘧啶核苷(5-bromo-2-deoxyuridine,BrdU)标记的神经干细胞数量增多，而对神经胶质细胞和新生神经元的比例没有影响。然而，慢性激活5HT1A可能阻止新生神经元向嗅球的迁移。

5.一氧化氮(nitric oxide,NO)：NO是一种非典型性神经递质，它不被存储在囊泡或通过胞吐作用释放出来，而是在合成位置释放，并通过扩散穿透细胞膜进入邻近的细胞。在大脑中， NO是由三种不同的一氧化氮合酶 (nitric oxide synthases,NOSs)，神经元一氧化氮合酶(neuronal NOS,nNOS)内皮一氧化氮合酶(endothelial NOS,eNOS)和诱导型一氧化氮合酶(inducible NOS,iNOS)合成。nNOS是由靠近脑室下区和齿状回的神经元表达。在生理条件下， NO抑制神经干细胞增殖，而在脑损伤条件下NO促进神经干细胞增殖[5]。在生理条件下，2个月小鼠脑室下区和齿状回中缺乏功能性的nNOS促进神经干细胞增殖[17]。体外研究表明 NO通过作用于表皮生长因子受体抑制神经干细胞增殖[18]。Carreira等[19〗研究表明，在脑损伤条件下NO能先后激活两条独立的信号途径细胞外信号调控激酶(extracellular signal -regulated kinase,EPK)/丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein,MAPK)和鸟苷酸环化酶(guanylate cyclase,GC)/环磷酸鸟苷(cyclic guanosine monophosphate,cGMP)/cGMP依赖蛋白激酶G(cGMP-dependent protein kinase G,PKG)促进神经干细胞增殖。

6.乙酰胆碱(acetylcholine,Ach)：输入到齿状回的胆碱能来自内侧隔核。用离子型乙酰胆碱受体激动剂烟碱长期治疗已经显示在齿状回减少增殖[20]。在成人大脑胆碱能神经元的消融导致颗粒下层区神经干细胞增殖的减少，同时也损害空间记忆[21]。胆碱能药物对SVZ和SGZ神经干细胞增殖发挥不同的调节作用[22]。在颗粒下层区的放射状胶质细胞样细胞和聚唾液酸-神经细胞黏附分子阳性细胞上毒蕈碱型乙酰胆碱受体表达已经被确定[23]。给予乙酰胆碱药10 d通过激活毒蕈碱M1受体促进颗粒下层区神经干细胞增殖，而通过激活烟碱受体发挥相反的作用。在啮齿类动物，功能性a4b2烟碱型胆碱能受体(nicotinic acetylcholine receptors,nAChR)通过促进Math1基因的表达，决定神经干细胞增殖和分化[23]。

三、总结与展望

神经干细胞移植治疗脑中风已成为当研究的热点。移植后的神经干细胞在一定条件下能够分化成具有形态学和电生理特性的神经元。神经递质作为细胞外环境的一员参与调控神经干细胞在体内外的增殖和分化。深入研究神经递质对脑室下区和颗粒下层区神经干细胞增殖调控机制，为研究神经递质和神经递质受体药理机制奠定了基础。

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3Young SZ,Taylor MM,Bordey A. Neurotransmitters couple brain activity to subventricular zone neurogenesis [J]. Eur J Neurosci,2011,33(6):1123-1132.

4L'Episcopo F,Tirolo C,Testa N,et al. Plasticity of subventricular zone neuroprogenitors in MPTP (1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine) mouse model of Parkinson's disease involves cross talk between inflammatory and Wnt/beta-catenin signaling pathways:functional consequences for neuroprotection and repair [J]. J Neurosci,2012,32(6):2062-2085.

5Berg DA,Belnoue L,Song H,et al. Neurotransmitter-mediated control of neurogenesis in the adult vertebrate brain [J]. Development,2013,140(12):2548-2561.

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1671-2897(2016)15-558-03

国家自然科学基金资助项目(C030307)

陈四化，硕士，E-mail:354409914@qq.com

*通讯作者：任海军，主任医师，E-mail:baiyunguan@hotmail.com

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2014-09-02；

2015-01-30)