神經(jīng)干細胞的研究現(xiàn)狀與應用前景演示文稿

神經(jīng)干細胞的研究現(xiàn)狀與應用前景演示文稿當前1頁，總共46頁。（優(yōu)選）神經(jīng)干細胞的研究現(xiàn)狀與應用前景當前2頁，總共46頁?；局R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(tài)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(yī)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(xiàn)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(chuàng)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(jīng)干細胞的定義1989年，Temple等從13天大鼠胚胎腦隔區(qū)取出細胞進行培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)這些細胞發(fā)育成神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)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(jīng)元和星形膠質(zhì)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(nèi)也同樣存在神經(jīng)干細胞。目前得到普遍認可的神經(jīng)干細胞的概念是由Mckay在1997年提出的：神經(jīng)干細胞(neuralstemcell，NSC)是指具有分化為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞和少突膠質(zhì)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(jīng)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(jīng)祖細胞的的生存，促進其增殖。ECG（神經(jīng)表皮生長因子）在發(fā)育較晚期促使神經(jīng)祖細胞增殖和分化。BDNF（腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子）及IGF1（胰島素樣生長因子1）主要促進祖細胞向神經(jīng)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(jīng)元的發(fā)育；BMP（骨架多型性蛋白）促進神經(jīng)干細胞向星形膠質(zhì)細胞方向分化。3．移植區(qū)域的信號：一是選擇性調(diào)控，即信號只能調(diào)節(jié)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(jīng)干細胞、祖細胞向特定譜系分化。4．神經(jīng)干細胞和神經(jīng)祖細胞自身產(chǎn)生多種調(diào)控信號。5．Nestin基因和Notch基因：人nestin基因第二個內(nèi)含子中存在一個（〈400bp區(qū)域〉對神經(jīng)干細胞起增強作用。這個增強子也對早期神經(jīng)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(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過程中確定神經(jīng)元數(shù)量的重要調(diào)控基因。當前7頁，總共46頁。神經(jīng)干細胞的形態(tài)當前8頁，總共46頁。神經(jīng)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(jīng)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(jīng)細胞，損傷或疾病可以刺激神經(jīng)干細胞分化。自我更新能力和多向分化潛能是神經(jīng)干細胞的兩個基本特征。當前9頁，總共46頁。神經(jīng)干細胞的分類神經(jīng)管上皮細胞1.根據(jù)分化潛能及產(chǎn)生子細胞種類不同分為：放射狀膠質(zhì)神經(jīng)元神經(jīng)母細胞大腦中皮質(zhì)及神經(jīng)核等的基本神經(jīng)組織細胞神經(jīng)前體細胞各類神經(jīng)膠質(zhì)細胞神經(jīng)元各類神經(jīng)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(jù)部位分類主要有兩類：

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

NCSC為外周神經(jīng)干細胞(PNS-SC)，既可發(fā)育為外周神經(jīng)細胞、神經(jīng)內(nèi)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(jīng)干細胞(CNS-SC)，其子代細胞能分化成為神經(jīng)系統(tǒng)的大部分細胞。當前11頁，總共46頁。胚胎期：神經(jīng)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(qū)域。成年期：中樞神經(jīng)系統(tǒng)仍有神經(jīng)干細胞存在，只不過這些細胞平時處于靜止狀態(tài)。成年腦區(qū)神經(jīng)干細胞主要局限在海馬齒狀回、紋狀體和環(huán)繞側腦室的室腦膜下層。神經(jīng)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(zhì)髓質(zhì)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(jīng)干細胞的研究現(xiàn)狀當前16頁，總共46頁。以前的觀點認為成年大腦中的神經(jīng)元數(shù)量是穩(wěn)定不變的，由這些神經(jīng)元構成的神經(jīng)網(wǎng)絡結構是相對穩(wěn)定的，神經(jīng)結構上的可塑性僅發(fā)生在樹突、軸突和突觸等部位。而目前對神經(jīng)再生和成年神經(jīng)干細胞的研究增加了新的認識。成年神經(jīng)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(jīng)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(jīng)元的數(shù)目。緊張、濫用鴉片和癲癇發(fā)作等都可以影響到成年海馬齒狀回新生神經(jīng)元的增殖和分化水平。人為減少海馬顆粒樣神經(jīng)元的數(shù)目，經(jīng)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(jīng)干細胞產(chǎn)生的新生神經(jīng)元不僅在形態(tài)上與成熟海馬神經(jīng)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(jīng)環(huán)路中去。人們推測，這些由神經(jīng)干細胞產(chǎn)生的新生神經(jīng)元是參與其所在海馬區(qū)域的正常功能。神經(jīng)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(qū)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(jīng)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(jīng)元不斷產(chǎn)生，顯然這些細胞是來補充已經(jīng)缺失的神經(jīng)元，這樣成年大腦神經(jīng)元數(shù)目才能保持相對穩(wěn)定。研究表明在成年大腦神經(jīng)再生區(qū)域里存在著普遍的神經(jīng)元凋亡現(xiàn)象。神經(jīng)再生活躍區(qū)域的死亡細胞數(shù)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(jīng)元從而替代死亡的神經(jīng)元。有人推測，中樞神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病形成的原因就是由于內(nèi)源性神經(jīng)干細胞不能對這些疾病產(chǎn)生的信號起反應，內(nèi)源性神經(jīng)干細胞不能替代變性的神經(jīng)元，而最終導致老年性疾呆，癲癇，精神分裂癥等神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病的發(fā)生。成年神經(jīng)干細胞導?？赡軐е录膊“l(fā)生當前27頁，總共46頁。1.成年神經(jīng)再生和早期發(fā)育中的神經(jīng)生成有哪些不同？2.為什么神經(jīng)再生只存在于成年大腦的某些特定的區(qū)域？3.這些區(qū)域的局部微環(huán)境對成年神經(jīng)干細胞的遷徙和分化有些什么影響？4.成年大腦的神經(jīng)可塑性的功能意義？5.神經(jīng)干細胞和認知等高級功能神經(jīng)活動的關系？成年神經(jīng)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(jīng)組織：目前從哺乳動物胚胎期大部分腦區(qū)、成年期的腦室下區(qū)、海馬回的顆粒下層、脊髓等部位均成功分離出神經(jīng)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(tǒng)：骨髓間質(zhì)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(jīng)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(fā)育到一定階段后在相應部位獲得神經(jīng)干細胞,可重建組織相容性。神經(jīng)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(jīng)因子的無血清培養(yǎng)基中培養(yǎng)，實現(xiàn)NSC的體外穩(wěn)定有效擴增。經(jīng)過長期培養(yǎng)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(fā)現(xiàn)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(yǎng),只有NSC能特異性地出現(xiàn)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(jīng)干細胞的分離與純化當前31頁，總共46頁。神經(jīng)干細胞的鑒定1990年，Lendahl的實驗證實，神經(jīng)干細胞的標志蛋白是神經(jīng)上皮干細胞蛋白（nestin）．Nestin在神經(jīng)胚形成時開始表達，隨著神經(jīng)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(jīng)干細胞的鑒定。

培養(yǎng)的小鼠神經(jīng)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(yǎng)得到的NSC進行標記時發(fā)現(xiàn)：Nestin和Musashi呈雙重陽性,且隨著NSC分化成為神經(jīng)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(jīng)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(nèi)源性NSC的自身激活

理論依據(jù)：大量體外和在體實驗已經(jīng)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(qū)等部位的NSC在腦損傷發(fā)生后能夠增殖，并遷移到受損部位并分化成新的神經(jīng)細胞，取代受損腦組織細胞。

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

可能原因：(1)原位誘導出功能特異的神經(jīng)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(jīng)系統(tǒng)的干細胞缺陷或無法激活。當前36頁，總共46頁。異體神經(jīng)干細胞移植依據(jù)：臨床試驗表明，移植胎兒腦組織治療神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病可以明顯改善癥狀；在體外培養(yǎng)擴增的NSC移植到腦疾病動物模型腦內(nèi)的實驗表明，體外培養(yǎng)的NSC移植到腦內(nèi)后能夠遷移分化為特定部位的神經(jīng)細胞，其分化方向與所處的微環(huán)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(fā)展；（２）在研究細胞移植治療帕金森病時發(fā)現(xiàn),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(jīng)元的比例只占細胞總數(shù)的0.5%～5%。

因此，誘導NSC向修復所需的神經(jīng)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?；蛑委熁蛑委熓峭ㄟ^特定載體相關外源基因導入體內(nèi),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(jīng)系統(tǒng)基因治療常用的靶細胞有：(1)成纖維細胞,來自間充質(zhì),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(jīng)祖細胞,體外容易進行基因轉導和能與宿主整合等優(yōu)點,但存在致癌的危險；(3)NSC來源于神經(jīng)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(wěn)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(jīng)系統(tǒng)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(jīng)系統(tǒng)疾病的藥物篩選平臺當前39頁，總共46頁。神經(jīng)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(jīng)干細胞聚集到損傷部位，并在局部微環(huán)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(jīng)細胞。由于缺血、缺氧導致的血管內(nèi)皮細胞、膠質(zhì)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(jīng)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(jīng)干細胞可以分泌多種神經(jīng)營養(yǎng)因子，促進損傷細胞的修復。３、神經(jīng)干細胞可以增強神經(jīng)突觸之間的聯(lián)系，建立新的神經(jīng)環(huán)路當前40頁，總共46頁。傳統(tǒng)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(xiàn)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(fā)。藥物不具備激活腦神經(jīng)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(jīng)系統(tǒng)疾病，借助外界移植神經(jīng)干細胞是唯一有效的方法。科學研究證明了神經(jīng)干細胞的定向分化性，使修復和替代死亡的神經(jīng)細胞成為現(xiàn)實。為了減少神經(jīng)損傷的后遺癥，延緩或抑止疾病的進一步發(fā)展，取得更好的恢復效果，從根本上修復和激活死亡神經(jīng)細胞是十分必要的。神經(jīng)干細胞治療疾病的意義當前41頁，總共46頁。神經(jīng)干細胞移植后神經(jīng)是否存在有免疫反應?神經(jīng)干細胞移植是否有產(chǎn)生腫瘤的可能?神經(jīng)干細胞腦內(nèi)移植的最佳時機是什么?雖然神經(jīng)干