第三节　酒精与神经干细胞

一、神经再生的抑制

酒精能在神经元和胶质细胞开始形成的过程中发挥抑制作用。这一发现，使人们开始重点探索酒精导致大脑体积/组织损失或神经退化的新机制。缺乏细胞生成可能是神经退化的关键机制。的确，在大量神经退化疾病中，人们设想，缺乏干细胞产生的持续性细胞生成，是造成组织损失的原因之一。成年哺乳动物的神经发生主要位于环绕侧脑室的室管膜下层与 海马齿状回（dentate gyrus，DG）。其中海马齿状回的 神经干细胞（neural stem cells，NSCs）位于海马门与海马颗粒细胞层之间的下颗粒带。下颗粒带的神经发生分为三个阶段：①下颗粒带的NSCs开始分裂，这些细胞的分裂可被BrdU标记；②渐渐迁移到颗粒细胞层，这时的新生细胞处于半成熟阶段；③新生细胞整合进入颗粒细胞层，绝大部分分化为神经细胞。齿状回下颗粒带作为NSCs增生的区域，其作用一直延续到成年。下颗粒带的NSCs不断增殖、迁移到颗粒细胞层，并且在迁移过程中渐渐成熟。最后分化为颗粒细胞层的神经元。其最后的细胞形态与生物学类型取决于周围的环境及神经元的相互作用。越来越多的证据表明损害成人神经发生（adult neurogenesis）的任何过程都可以导致齿状回细胞数量的减少。虽然目前在是否将细胞生成减少定义为神经退变这一观点上存在一些争议，但是近来的研究明确显示，抑制神经发生会导致齿状回缩小或变性。另外有研究者阐述神经元产生或是再生减少是神经变性的一种形式。对大量神经退化性疾病的研究显示，神经发生的抑制与齿状回细胞或体积的损失呈直接相关性；而且，更重要的是，这种退化发生时，往往不会出现明显的细胞死亡。另外，只需抑制NSCs增殖/成人神经发生，就可影响海马体依赖性行为和功能；而神经发生的增加，则能改进海马体相关的行为。因此，通过过量酒精摄入造成的神经生成受损被认为是酒精造成神经变性的机制之一。有研究表明酒精可以对神经发生的多个过程造成影响。无论是在青年还是成年大鼠动物模型中，酒精都能够明显造成海马齿状回细胞死亡，但不是大范围的死亡。细胞死亡率预计在数以百计，但是造成的神经发生抑制的数量预计可达数以千计。这些数据强烈表明，酒精抑制神经发生可能是海马齿状回退变的原始机制，也能够解释为什么海马退变且并没有伴随明显的细胞死亡。形成新神经元或神经发生包括四种主要过程：增殖、分化、迁移和存活。体外研究分析反复显示，酒精能改变NSCs，包括其形成集落、增殖、分化和存活的能力，而这种分析又扩展到酒精暴露的体内模型分析。根据多数体内模型分析的成果，酒精中毒能抑制NSCs增殖。不同研究和暴露模式中，抑制比例惊人地相似，多数报道称成人增殖性细胞数量有50%±10%的减少。急性酒精暴露能减少青年大鼠的NSCs增殖；剂量大时，能完全抑制祖细胞。在一个为期四天的狂饮模拟试验中，考察了神经发生各个阶段的多种标记，其结果证明，最后一次剂量刚用完，祖细胞增殖即出现损失。许多研究不断显示，祖细胞的存活量同样出现下降，表明酒精减少了大鼠的神经发生。另外，成人神经发生期间进行酒精处理，发现可钝化祖细胞的树突分支。

二、酒精相关性脑损害的干细胞治疗研究进展

20世纪90年代以来，干细胞（stem cells）成为了医学和生物学研究最受瞩目的焦点之一。干细胞工程近来已蓬勃展开，在治疗中枢神经系统疾病也取得了可喜的成果。有研究表明，干细胞可以改善很多中枢疾病的结构和功能障碍，如脑缺血、脑外伤、阿尔茨海默病等，证实了干细胞在中枢系统疾病的应用潜力，为这些难治性中枢系统疾病的治愈提供了新的希望。干细胞治疗在酒精中毒方面的研究起步相对较晚，在2007年一个日本研究小组才首次报道了静脉移植胚胎鼠来源的NSCs能够改善胎儿酒精综合征的认知功能障碍，证实了干细胞治疗胎儿酒精综合征的可能性；随后研究组通过实验发现，静脉移植骨髓间充质干细胞能够明显改善慢性酒精中毒大鼠的认知功能损害，为干细胞在酒精中毒性器官损害领域开辟了新的途径。干细胞是个体、组织或器官的起始细胞，是一类具有自我更新和多向分化潜能的细胞。根据个体发育过程中出现的先后次序/起源和分化潜能不同，分为 胚胎干细胞（embryonic stem cells，ESCs）和 成体干细胞（adult stem cells，ASCs）。

1.胚胎干细胞

能够无限地自我更新，具有发育的全能性，在一定条件下可以向内、中、外三个胚层的组织和细胞分化。大量研究表明，胚胎干细胞可以分化为包括神经细胞在内的各种组织细胞并可移植治疗相应组织器官功能缺陷引起的疾病。但是胚胎干细胞来源的伦理限制和致瘤性也成为了其广泛应用的阻碍。

2.成体干细胞

是存在于一种已经分化组织中的未分化细胞，这种细胞能够自我更新并且能够特化形成组成该类型组织的细胞。现在已经在多种组织器官发现了成体干细胞，除了我们熟知的造血干细胞外，还有NSCs、间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）、脐带血干细胞等。一般认为，成体干细胞只能分化为其来源组织器官的细胞类型，然而，最近几年的研究表明，这些干细胞的分化能力远超过传统观点局限的范围，例如NSCs可以分化为血液细胞，脐带血干细胞可以分化为神经细胞等，具备了跨胚层分化潜能，因此被广泛关注。由于NSCs是神经元和神经胶质细胞的共同的起始细胞，加上NSCs具有较强的增殖能力，人们自然想到利用NSCs作为种子细胞来治疗神经损伤性疾病，并且得到了积极的治疗效果。然而从成体脑组织中分离的NSCs除了存在伦理问题，亦存在免疫排斥、细胞数量有限等缺点，这些问题在一定程度上限制了它在临床的应用。MSCs来源于发育早期的中胚层，作为一种成体干细胞，广泛存在于骨髓、骨膜、脂肪、羊水、真皮、牙、骨骼肌、脐血、脐带等多种组织中，其中骨髓中含量相对较多。它可以分化为中胚层来源的细胞如骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞等，还可以诱导分化为其他胚层来源的细胞如肝脏细胞、心肌细胞及神经细胞等。人们已经利用多种诱导剂在体外将MSCs诱导成神经细胞，诱导后的细胞能够表达神经细胞和/或胶质细胞特异性蛋白；或将MSCs移植到动物体内也发现其可以在体内特殊微环境的影响下分化为神经组织细胞并改善神经功能。除了多向分化的能力，结合MSCs取材方便，不存在伦理争议，体外扩增容易，具有高度自我更新能力和弱免疫原性，能很好地克服排斥反应等优点，其在临床应用的探索显得极具诱惑力，有望成为细胞治疗和基因治疗的主要靶细胞。

3.诱导性多潜能干细胞

通过转染特定的基因组合可以将已分化的体细胞重编程为多潜能干细胞。这是近年来干细胞研究领域最令人瞩目的一项新的干细胞制备技术。诱导性多潜能干细胞（induced pluripotent stem cells，iPS）的出现不仅为体细胞重编程去分化机制的研究提供了新的模型，而且为疾病发生发展相关机制研究与特异的细胞治疗带来了新的希望。虽然iPS技术为传统的ESCs技术带来了突破性的进展，在过去的几年间iPS细胞研究取得了巨大的进步。众多科学家在不断地改进iPS细胞的重编程策略，载体从整合型病毒载体到非整合病毒载体，再到质粒和蛋白，安全性得到不断地加强；从小分子化合物、miRNA、缺氧条件等的应用，重编程的效率也在不断提高。但是到目前为止，依然缺乏高效、安全的iPS细胞，成瘤性和诱导效率低是其亟待解决的技术难题。

目前认为干细胞治疗酒精相关性脑损害的作用可能分为以下几种：

第一，是通过移植外源性细胞进入宿主脑内取代受损的细胞，重建神经网络。移植后的干细胞能够趋向性的迁移到损伤区或其周围，这种靶向迁移可能与趋化因子、黏附分子相互作用有关，研究表明神经损伤区在一定时期内趋化因子和黏附分子表达量升高。另外，在神经损伤的早期血脑屏障增强也可能为经静脉注射的细胞进入脑内提供了良好的条件。干细胞可能通过在损伤部位分化为成熟神经元或胶质细胞而重建缺失神经组织的功能。但是大量研究结果提示，细胞转化率以及和宿主细胞发生功能联系的效率都不如预期的高，这似乎和我们用干细胞进行再生治疗的初衷不相符合，提示直接替代并不是其主要的机制。

第二，移植细胞能产生营养因子而促进受损区域的宿主神经元的存活。干细胞可以分泌很多细胞因子，如白介素、集落刺激因子、flt-3、干细胞因子等，它们能够刺激胶质细胞分泌营养神经的生长因子，如神经生长因子（nerve growth factor，NGF）、脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）等，有利于神经的生长分化。另外，干细胞还能自身分泌血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF），碱性成纤维因子（basic fibroblast growth factor，bFGF），或者促进脑组织内皮细胞高表达VEGF及其受体，从而防止内皮细胞进一步丧失或募集循环系统中的内皮祖细胞迁移后促进神经损伤部位血管的生成，促进神经功能的恢复。这些因子还被证实能够促进突触发生提高局部神经突触的活力来起到治疗作用。

第三，是通过促进内源性干细胞及神经前体细胞的增生、分化和迁徙到受损区域从而达到改善神经功能的目的。成体神经系统存在NSCs，这类干细胞主要位于 室管膜下区（subventricular zone，SVZ）和 海马齿状回（dentate gyrus，DG）。有研究者发现脑组织损伤后，这些区域的干细胞可以被动员，并且趋化到损伤区域参与神经的再生修复，但是动员的程度对于修复神经损伤的作用有限。干细胞移植后，一方面，可通过分泌间质细胞来源因子1或生长因子如VEGF，NGF，bFGF，BDNF以及趋化因子促进SVZ和DG部位神经干/祖细胞的动员激活以及趋化，从而促进内源性干细胞的募集和归巢到受损区域。另一方面，充质干细胞还可以重塑胶质细胞和神经元轴突，促进髓鞘再生，修复神经。

（刘 蕾 谭秀丽）