神經干細胞的體外培養(yǎng)和外源基因在其中的表達

神經干細胞的體外培養(yǎng)和外源基因在其中的表達神經干細胞（neuralstemcells，NSCs）是一類可自我復制并分化成神經系統細胞的多能細胞，其在治療神經退行性疾病、脊髓和大腦損傷等方面具有廣闊的應用前景。體外培養(yǎng)是研究和應用NSCs最常用的手段，通過合適的培養(yǎng)條件，可以促進NSCs增殖和分化，并從中獲得大量的神經元、神經膠質細胞和OLPs（oligodendrocyteprogenitorcells）。此外，外源基因在NSCs中的表達也是神經科學領域的研究熱點之一，通過引入特定的基因序列，可以實現NSCs的定向分化、細胞命運轉化以及復雜神經網絡的建立等功能。

一、神經干細胞的培養(yǎng)方法

1.來源及分離

NSCs在胚胎發(fā)育和成年人中均存在，來源包括胚胎干細胞、胚胎腦、成人大腦和它們的亞型等。如何高效、純化地獲取NSCs是體外培養(yǎng)的第一步。常用的NSCs來源及處理方法如下：

（1）胚胎干細胞（embryonicstemcells，ESCs）：體外誘導ESC分化為NSCs的方法較為成熟，但ESC的來源受到道德和法規(guī)的限制，應用范圍相對小。

（2）胚胎腦：通過胚胎腦的懸浮培養(yǎng)、機械和化學分離等方法，可以將NSCs從中分離出來。

（3）成人大腦：近年來的研究表明，成人大腦中也存在NSCs，可以通過基因表達譜分析或熒光標記的細胞顆粒來篩選NSCs，并在體外培養(yǎng)中進行進一步的繁殖和分化。

2.培養(yǎng)基的配方

NSCs的培養(yǎng)需要一種復雜的培養(yǎng)基，其中至少應包括以下組分：營養(yǎng)成分、生長因子、抗生素、酶解液和緩沖液等。常見的培養(yǎng)基及其組分如下：

（1）N2B27：可能是最常用的NSCs培養(yǎng)基，包括DMEM/Ham’sF12、N2和B27等組分。其中N2是一種無血清添加劑，是神經細胞特異性營養(yǎng)成分的混合液，可以提高神經小管的生長和穩(wěn)定神經元表型。B27包括28種胱抑素、抗氧化劑和其他生長因子，已經被證明在維持NSCs的自我更新和神經分化中起重要作用。

（2）Neurobasal：由具有抗氧化活性和脈沖響應因子的腦血管內皮細胞衍生的培養(yǎng)基。

（3）DMEM/F12：經常加入N2和B27，以支持NSCs的減少分化和生長。

3.分化誘導

NSCs存活時細胞內有完整的表觀遺傳調控系統，其表達譜受于復雜的調控網絡。通過培養(yǎng)基的組分和特定的生長因子，可以向著特定的神經細胞類型誘導NSCs分化，包括神經元、星形膠質細胞和熟化的OLPs等。

二、外源基因在神經干細胞中的表達

外源基因在NSCs中的表達可以通過轉染病毒、質粒轉染、高效轉染物質介導的轉染等方法來實現。目前，最常用的轉染載體是病毒，包括質粒病毒、腺病毒和逆轉錄病毒等。這些病毒將外源DNA序列嵌入NSCs的染色體DNA，從而實現在NSCs中的恒定表達。

外源基因在NSCs中的表達可應用于下列研究領域：

1.定向分化

NSCs的分化方向是其未來的細胞命運。NSCs的未分化狀態(tài)支持著其自我信號，從而保持其多能性并促進其增殖。當細胞進入分化狀態(tài)時，細胞開始表達一些特定的神經細胞類型和功能上的基因，并且停止增殖。外源基因的加入可以改變標準分化協議中的基因表達譜，以間接地操縱NSCs的命運。例如，人工過表達ATOH1基因可以在體外誘導成人NSCs分化成某種神經元類型。

2.細胞修復

NSCs在體內可以游走到受損區(qū)域并成為解決方案的一部分。在體外，NSCs也可以被應用于維修或取代受損的神經組織。對這種應用的限制在于，NSCs很難定向分化成特定類型的細胞，并且在體內NSCs的壽命比較短。引入外源基因可能會在分化NSCs的方向上起作用。在治療神經系統疾病方面，NSCs和外源基因的聯合應用表現出了良好的治療效果。例如，在肌萎縮側索硬化癥治療中，NSCs擔任了產生可維持神經髓鞘的細胞類型的角色。

3.細胞命運重編程

細胞重編程是將已分化細胞轉變?yōu)槿軤顟B(tài)的一種過程。這可以通過一些特定外源因素來完成，例如低分子化合物、mRNA、微RNA和外源基因等。外源基因可以促進NSCs的全能狀態(tài)，并可以轉化成多種類型的神經細胞。例如，人工過表達Pax6基因可以在體外將NSCs轉化為星形膠質細胞，轉錄因子NeuroD1可以將NSCs轉化為神經元。

三、結論

總之，NSCs在體外的培養(yǎng)和外源基因的引入是神經科學領域的前沿研究。在完善培養(yǎng)系統和了解細胞特異性之后，NSCs有望在解決神經系統疾病方面發(fā)揮更廣泛的作用。同時，NSCs的繁殖和分化過程可以使神經系統發(fā)育的過程被重新建造，以期獲得更深入的理解。外源基因的應用也是研究神經科學中的一個難題，但這個難題前景十分光明，未來可以為應用、基礎科學和神經學提供無限可能。四、神經干細胞在神經系統疾病治療中的應用

由于神經干細胞具有多能性、自我復制和分化能力，可以分化為多種神經元和膠質細胞，因此，在神經系統疾病治療方面，神經干細胞具有廣泛的應用前景。神經干細胞在臨床上的應用主要包括以下方面：

1.腦損傷恢復

神經干細胞可以分化為不同類型的神經元和膠質細胞，因此在腦損傷、中風和腦外傷等神經系統疾病的治療中具有廣泛的應用。神經干細胞移植后可以促進細胞生長和組織修復，并調節(jié)神經元和膠質細胞的功能，從而改善神經系統疾病的癥狀。

2.神經退行性疾病治療

神經退行性疾病是由神經系統中神經元或神經元的突出部分遭受損害而引起的疾病，如阿爾茨海默病、亨廷頓病和帕金森病等。神經干細胞在治療神經退行性疾病方面具有廣泛的應用前景，能夠分化成多種神經元和膠質細胞，并在神經退行性疾病患者中恢復受損的神經系統功能。

3.脊髓損傷治療

脊髓是人體神經系統的主要傳導通路，如果脊髓受到損傷，就會影響神經信號的傳遞，導致不同程度的功能障礙。通過移植神經干細胞，可以促進脊髓的修復和再生，并最終使患者恢復損傷前的功能。

4.白質病變治療

白質是神經系統中的主要結構組成部分之一，由多神經突出部分（軸突）及其周圍的神經膠質細胞組成。與白質相關的疾病包括多發(fā)性硬化癥（MS）等，該疾病導致神經髓鞘遭受損害，導致軸突失去保護，最終導致神經元的死