什么是神經(jīng)干細(xì)胞，它們?yōu)楹沃匾?/h1>

前言：只要任何人都記得，大腦在受傷后愈合的能力有限。人們普遍認(rèn)為，這部分是由于大腦無法制造新細(xì)胞。然后，研究人員觀察到，大腦中有兩個特殊區(qū)域確實(shí)會產(chǎn)生新細(xì)胞，即使在成年人中也是如此。這兩個特殊區(qū)域的細(xì)胞被稱為神經(jīng)干細(xì)胞，現(xiàn)在科學(xué)家們正在努力確定它們的特殊特性如何用于治療大腦中不同類型的損傷。

什么是細(xì)胞？

您可能聽說過人類主要由水組成。那么，我們?yōu)槭裁床坏乖诘厣献兂伤幽兀磕鞘且驗(yàn)槿梭w是由各種不同類型的細(xì)胞組成的–皮膚細(xì)胞（非常平坦）、心臟細(xì)胞（真的會跳動！）和腦細(xì)胞（傳輸信息）等等。細(xì)胞（圖1）有一個重要特征，可以防止我們塌陷成地面上的水坑：它們有一層由特殊脂肪分子組成的外膜，可以防止里面的水漏出！在細(xì)胞內(nèi)部，有更多稱為“細(xì)胞器”的脂肪膜隔室，它們都有自己的重要工作。最重要的細(xì)胞器之一是細(xì)胞核。

這是脫氧核糖核酸（DNA）形式的遺傳信息被發(fā)現(xiàn)。細(xì)胞核控制在每種不同類型的細(xì)胞中表達(dá)哪些不同的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)是細(xì)胞中忙碌的工作人員，因?yàn)樗鼈儓?zhí)行重要的工作，讓細(xì)胞做它需要做的事情！

圖1-神經(jīng)元是一種細(xì)胞，它們內(nèi)部有多種細(xì)胞器，每個細(xì)胞器都具有非常重要的功能。例如，在細(xì)胞核內(nèi)，制造蛋白質(zhì)的指令以DNA的形式存儲。

我們的大腦中有哪些類型的“特化”細(xì)胞？

有幾種類型的“專業(yè)，例如神經(jīng)元（圖1）、少突膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞（圖2）。我們稱這些細(xì)胞為特化的因?yàn)樗鼈兙哂胁煌男螤詈吞匦裕荚谠试S這些細(xì)胞執(zhí)行特定的功能。

神經(jīng)元，其投射稱為“樹突”和“軸突”，使我們大腦的不同區(qū)域能夠相互交流，并允許大腦與身體的其他部分交談（和控制），這使我們能夠四處走動和感知我們環(huán)境的變化。神經(jīng)元傳輸和接收信息。少突膠質(zhì)細(xì)胞包裹在神經(jīng)元周圍，提供支持，使神經(jīng)元能夠快速傳遞這些信息。星形膠質(zhì)細(xì)胞（星形細(xì)胞）通過提供營養(yǎng)和調(diào)節(jié)可以從身體其他部位進(jìn)入大腦的物質(zhì)來支持神經(jīng)系統(tǒng)。

圖2：神經(jīng)干細(xì)胞能夠“自我更新”。這意味著它們可以產(chǎn)生另一個干細(xì)胞。然而，當(dāng)用適當(dāng)?shù)纳L因子處理時(shí)，神經(jīng)干細(xì)胞也可以變成神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞或少突膠質(zhì)細(xì)胞。

什么是干細(xì)胞，“干”部分是什么意思？

干細(xì)胞不成熟或“非特化”處于未成熟狀態(tài)的細(xì)胞，有可能成為一種特殊類型的細(xì)胞。這些單元格就像一張白紙。類似于一張白紙，它們就像空白細(xì)胞，可以成為不同類型的特化細(xì)胞。

干細(xì)胞只要活著就可以不斷分裂（我們說它們是“自我更新的”），它們有兩個重要特征：它們可以產(chǎn)生其他干細(xì)胞，它們可以成為多種類型的更特化的細(xì)胞（圖2）。

在大腦中，我們有神經(jīng)干細(xì)胞。這意味著這些神經(jīng)干細(xì)胞可以產(chǎn)生神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞或少突膠質(zhì)細(xì)胞。胚胎的大腦中有許多干細(xì)胞，因?yàn)樯窠?jīng)干細(xì)胞產(chǎn)生了大腦的所有細(xì)胞類型；大多數(shù)腦細(xì)胞是在胚胎階段出生的。有趣的是，神經(jīng)干細(xì)胞甚至在成年后仍存在于大腦中，它們位于大腦的特定部位（圖3）。

圖3：在這張人腦的側(cè)視圖中，顯示了稱為海馬體和側(cè)腦室的大腦區(qū)域的位置，位于大腦深處。科學(xué)家們在大腦的這兩個區(qū)域發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)干細(xì)胞。

“干細(xì)胞”一詞的歷史相當(dāng)復(fù)雜。一個簡化的類比是一棵樹的莖，所有不同的樹枝都從它產(chǎn)生。同樣，干細(xì)胞是產(chǎn)生所有不同類型特化細(xì)胞的細(xì)胞。

研究人員何時(shí)首次在成人大腦中發(fā)現(xiàn)干細(xì)胞？

成人大腦中干細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)花了幾十年時(shí)間，許多不同的科學(xué)家都參與其中（圖4）。在這里，我們總結(jié)了幾個重要的發(fā)現(xiàn)。請注意，許多其他團(tuán)體和研究也做出了重要貢獻(xiàn)，這些也可以通過研究文獻(xiàn)找到。

在1960年代，兩位研究人員Joseph Altman博士和Gopal D. Das博士一起工作，提出了大腦中存在神經(jīng)干細(xì)胞的早期證據(jù)，隨后在1980年代其他幾位研究人員。當(dāng)兩個不同的小組能夠真正從大腦中分離出干細(xì)胞并證明這些細(xì)胞表現(xiàn)出上述干細(xì)胞特性時(shí)，科學(xué)家們才真正開始注意到這一點(diǎn)。

Sally Temple博士從胚胎中分離出干細(xì)胞“一個非常早期的發(fā)育階段，一個有機(jī)體剛剛開始生長器官和系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)”1989年的大鼠大腦，她能夠在實(shí)驗(yàn)室的細(xì)胞培養(yǎng)皿中培養(yǎng)它們。她發(fā)現(xiàn)的一些干細(xì)胞可以變成神經(jīng)元，而其他干細(xì)胞可以變成星形膠質(zhì)細(xì)胞。所有的干細(xì)胞都可以制造更多的神經(jīng)干細(xì)胞。她的工作讓科學(xué)家們認(rèn)為，在包括人類在內(nèi)的其他哺乳動物的胚胎大腦中也可以找到類似的干細(xì)胞。

1992年，Brent Reynolds博士和Samuel Weiss博士表明，成年小鼠的大腦也含有干細(xì)胞。他們在裝有一些重要分子的培養(yǎng)皿中培養(yǎng)成年小鼠大腦中的細(xì)胞，這些分子稱為“生長因子”（告訴細(xì)胞生長和分裂的物質(zhì)）。他們表明，在這些生長因子存在的情況下，分離的細(xì)胞既可以自我更新，又可以成為神經(jīng)元或星形膠質(zhì)細(xì)胞，這意味著它們是神經(jīng)干細(xì)胞。在這些結(jié)果的基礎(chǔ)上，研究人員最近進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，以準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)新神經(jīng)元何時(shí)從成年大鼠和人類大腦中的神經(jīng)干細(xì)胞中誕生，使我們能夠更多地了解這種類型的干細(xì)胞，包括超出本文范圍的人類和嚙齒動物之間的重要差異。

了解未來神經(jīng)干細(xì)胞移植如何幫助我們治療腦損傷或疾病？

科學(xué)家們正在積極研究神經(jīng)干細(xì)胞（無論是已經(jīng)存在于大腦中的，還是在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)的或取自另一個大腦的）如何幫助治療中風(fēng)等疾病（當(dāng)流向大腦的正常血流停止，因此細(xì)胞無法獲得足夠的營養(yǎng)和氧氣）、脊髓損傷和帕金森病（一種有助于控制身體運(yùn)動的細(xì)胞逐漸停止工作并死亡的疾病）。大腦中的神經(jīng)干細(xì)胞對變化非常敏感。例如，在腦損傷后，神經(jīng)干細(xì)胞將穿過腦組織到達(dá)損傷部位。我們知道這實(shí)際上可以改善恢復(fù)，因?yàn)楫?dāng)科學(xué)家阻止干細(xì)胞移動到損傷部位時(shí)，恢復(fù)會更糟。

解釋干細(xì)胞如何以及為何幫助腦損傷恢復(fù)的機(jī)制是一個重要且活躍的研究領(lǐng)域。神經(jīng)干細(xì)胞在一些腦部疾病中也會受到影響，例如帕金森氏癥和阿爾茨海默氏癥在這些疾病中，神經(jīng)干細(xì)胞的增殖率似乎較低當(dāng)細(xì)胞增殖時(shí)，細(xì)胞數(shù)量增加的速度有多快。并且不太可能成為完全發(fā)育和健康的神經(jīng)元。

科學(xué)家們還可以將其他來源的干細(xì)胞注入體內(nèi)（通過血流或直接注入大腦或脊髓），并觀察腦損傷后的恢復(fù)情況是否有所改善。幾個研究小組正在研究這種治療的細(xì)節(jié)并仔細(xì)研究結(jié)果。

最終，如果任一增強(qiáng)增加有生命的主體或客體的強(qiáng)度、功能或反應(yīng)。大腦中的神經(jīng)干細(xì)胞或?qū)嶒?yàn)室培養(yǎng)的神經(jīng)干細(xì)胞的轉(zhuǎn)移變得成功且可重復(fù)，醫(yī)生將有更好的方法來治療幾種不同類型的腦損傷或疾病。同時(shí)，感謝神經(jīng)干細(xì)胞的重要發(fā)現(xiàn)；我們將繼續(xù)了解大腦及其功能，并設(shè)計(jì)不同的方法使其更健康。

參考資料：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

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