长期以来,人们都以为成年哺乳动物脑内的神经细胞一旦受损,不能再生,导致神经退行性疾病的治疗受到了很大限制。当前治疗的原则是改善症状和减缓疾病进一步发展。近年来,神经生物学领域取得重大进展,特别是对成年脑内神经干细胞(neural stem cell,NSC)再生机制的研究具有重大意义。神经干细胞的分化研究为治疗神经退行性疾病带来了希望。
虽然神经干细胞能分化成脑内的各种神经细胞,但其如何转化为我们所需要的神经细胞呢?例如:帕金森病的治疗中,如何控制神经干细胞分化成多巴胺神经元?这都是需要解决的难题。目前,对神经干细胞分化的影响研究最多的是Notch信号通路、bHLH基因和细胞因子等。当神经干细胞被诱导分化成各种神经细胞后,还需对其进行鉴定,而细胞中重要功能蛋白的表达则是鉴定的关键。
一、神经干细胞标志物(包括Nestin、CD133、PSA-NCAM、p75 Neurotrophin R、Aggrecan、Notch1、SSEA1、Bmp2、CNTF、EMX2、Vimentin、Musashi、Sox-1、Sox-2等,以下列举出部分标志物的属性和功能)
(1) Nestin:Nestin主要表达在中枢神经系统的干细胞上,它几乎不在成熟的中枢神经细胞上表达。
(2) CD133:120kDa糖基化蛋白,包括5个跨膜结构域,最初是通过AC133单抗鉴定的。人的神经干细胞用抗CD133抗体可被直接分离。
(3) PSA-NCAM(Polysialic acid-neural cell adhesion molecule):胚胎时期的NCAM和PSA-NCAM常高唾液酸化,在神经元发育中起重要作用。74 PSA-NCAM可能和突触的重排和可塑性有关。77 PSA-NCAM阳性的新生儿脑前体细胞将发育为胶质细胞,甲状腺素可调控它们变为少突细胞。
(4) p75 Neurotrophin R(NTR):p75 NTR,被称为低亲和神经生长因子受体,属1型跨膜TNF受体超家族。它可和NGF,BDNF,NT-3和 NT-4 结合,但亲和力低。TrkC受体和 p75 NTR 协同作用,参与神经系统发育。神经冠干细胞(NCSCs)因为表面表达p75NTR而被分离。从外周神经组织新鲜分离的p75NTR+ NCSCs可体内和体外自我更新并产生神经元和神经胶质细胞。神经上皮来源的p75NTR+ 细胞在培养中有能力分化为神经元、平滑肌和雪旺细胞。
二、神经元早期标志物(包括tubulin β-4、Noggin、Neurosphere Embryoid body等,以下以tubulin β-4为例)
Tubulin β-4,是原始神经上皮中所表达的最早的神经元标志物之一。其作为神经元特有标志物,被广泛应用于神经生物学研究。
三、神经元标志物
1.神经元细胞体标志物(包括Neurofilament、NeuN、Neuronal specific enolase、Ataxin7、CNS gp130、Choline Acetyltransferase、Coilin、Doublecortin、ELAVL、PG P9-5、Tyrosine Hydroxylase、truncated Garp、p75等,以下列举出部分标志物的属性和功能)
(1) Neurofilament(NF):神经元所特有的中间丝蛋白(10-12nm),分为NF-L(68 kDa)、NF-M(160 kDa)和NF-H(200 kDa)。它们与其他中间丝蛋白相互聚合形成网络,是构成神经元骨架的主要成分。
(2) NeuN:识别神经元的免疫细胞化学标志物。
2.神经元轴突标志物(包括Tau、TUC-4等)
(1) Tau:含量最高的微管相关蛋白。微管系统是神经细胞骨架成分,微管由微管蛋白及微管相关蛋白组成。Tau蛋白可帮助维持轴突的结构。阿尔茨海默病患者脑的Tau蛋白异常过度磷酸化。
(2) TUC-4:参与轴突导向与生长。
3.神经元树突标志物(包括Drebrin、MAP、SAP102等,以下以MAP为例)
Microtubule-associated protein(MAP):微管相关蛋白,组成神经元细胞骨架的重要组成成分。在神经系统发育和再生过程的不同时期扮演着重要的角色。其中MAP5为早期微管相关蛋白,在胚胎期和新生动物大脑中有较高表达,并随大脑的逐渐成熟而退化,对神经元突起的生长具有重要的引导作用。随着年龄的增长,MAP2被组织蛋白酶D所降解,在不同类型的神经元中表达量存在差异。
四、星型胶质细胞标志物(包括Glial fibrillary acidic protein、S-100等,以下以Glial fibrillary acidic protein为例)
Glial fibrillary acidic protein(GFAP):属于三型中间丝蛋白家族成员,在星型胶质细胞中大量表达。在外周神经系统中的卫星细胞和部分雪旺氏细胞中也有少量表达。GFAP抗体经常被作为星型胶质细胞的标志物用于神经生物学研究。另外,对于一些来源于星型胶质细胞的脑源性肿瘤,GFAP的表达量也较高。
五、少突胶质细胞标志物(包括Myelin basic protein、O4、O1等,以下以Myelin basic protein为例)
Myelin basic protein(MBP):髓磷脂碱性蛋白,位于致密的髓鞘与髓核中, MBP能用作少突细胞、施万细胞和施万细胞瘤的标记物,同时也是神经细胞损伤的标志物。多重硬化症和脑白质营养不良等,都与神经系统的去髓鞘化相关。