冬虫夏草诱导神经干细胞定向分化的影响

2020-08-16 编辑：藏红花

来源：局解手术学杂质

作者：郑衍芳，李艳君，钟震亚（佳木斯大学基础医学院局解教研室）

自从Reynolds从成鼠纹状体和海马中分离出神经干细胞(neural stem cells，NSCs)后，人们又从其他成年哺乳动物的中枢神经系统中成功分离得到神经干细胞。NSCs的研究己成为当今生命科学研究的热点之一。NSCs是神经系统发育过程中特殊的细胞群，是能够在适当的微环境中分化产生神经元细胞、星形胶质细胞和少突胶质细胞的一类多能干细胞。近年来，一些研究表明移植神经干细胞在治疗急、慢性脊髓损伤以及多种神经系统疾病如脊髓损伤、多发性硬化、Alzheimer症、Huntington、Parkinson病、缺血性脑损伤等方面具有广阔的临床应用前景。因此，NSCs的定向诱导分化是一个关键性的问颗。近年研究我国的中药冬虫夏草是否能促进神经干细胞分化为神经元的作用，罕有文献报道。本文就冬虫夏草在促进神经干细胞向神经元方向分化的作用进行了初步的探索。

1 神经干细胞的特征

神经干细胞的主要特征为：未分化、缺乏分化标记、能自我更新并具有多种分化潜能。它并不是指特定的某一类型细胞，而是具有相似性质的细胞群。Gagd将神经干细胞的特性概括描述为：①可生成神经组织；②具有自我更新能力；③可通过不对称细胞分裂产生新的细胞。

2 神经干细胞的鉴定

神经干细胞的鉴定通常采用分子学特征鉴定。NSCs的特异性标志抗原是神经巢蛋白，或称神经上皮干细胞蛋白(neuro-epithelial stern protein，Nestin)，Nestin是一种新发现的中枢神经系统特有的基因蛋白，属中间微丝族(IF族)，由于该基因在未分化的神经系统中表达，分化后成熟的神经细胞不表达，因而是NSCs的特异性标志物，主要存在于海马齿状回和脑室旁区。此外，NSCs分子标记物包括Musashil l、波形蛋白(vimentin)、RC1，CD133等 J，但是Nestin，CD133有时也在非神经干细胞群表达，因此神经干细胞的分子鉴定需要结合其子代细胞的表面抗原特征才具有可信度。神经干细胞可分化为神经元、星形细胞和少突胶质细胞三种子代细胞，MAP-2(微管相关蛋白-2)、神经烯醇化酶(NSE)及p-tubulin III是神经元特异性细胞标记物，星形细胞则特异表达GFAP(胶质纤维酸性蛋白)，少突胶质细胞表面可表达Gal-C等等。另外，5-溴-2-脱氧尿苷(BrdU)、抗神经元特异性标记物B-tubulin.Ⅲ、神经元Ne-uN等标记物也是常用的神经干细胞的荧光鉴定方法。

3 神经干细胞分化的影响因素

3.1 内在调控因素

有研究表明：体外培养的NSCs受到培养条件的影响，自然分化为神经元的比例非常低，神经干细胞的分化受各种内部因素和外部因素的共同、复杂调控作用的影响。Sousa等研究发现原代培养的表达Nurrl的NSCs提高了中脑多巴胺能神经元存活，而且使其更能对抗氧化应激。Shiml从成年大鼠脑室下区和白质分离出神经前体细胞，使得Nurrl过表达后促进神经前体细胞分化产生有功能的多巴胺能神经元。Kim等详细分析在发育中的中脑腹侧，显示多巴胺祖细胞区域有Ngn2和Mashl表达，它们是碱性螺旋一环一螺旋(bHLH)转录因子。过表达Ngn2或Mash1诱导来源于中脑腹侧的神经祖细胞分化产生新的神经元。同时转染Nurrl及Ngn2或Mashl导致小部分酪氨酸羟化酶(TH)阳性神经元产生。NSCs的基因调控包括正负性双重调节。负性调节使NSCs不分化通过对称性分裂增加NSCs的数量，主要包括Notch信号等途径；正性调节则通过不对称性分裂使NSCs分化，其中bHLH转录因子包括Mash、NeuroD、Neurogenins(Ngn/Ngn2)和Math家族等，其调控作用备受关注。

3.2 外源调控因素

外源调控因素主要有生长因子、分化诱导剂以及某些抗氧化剂。在外源因子的刺激下，NSCs接受外来信号，许多转录因子参与细胞基因的调控，它们在特定时间通过某一或者某几个途径被启动后，引起或关闭下游基因的表达，决定着神经干细胞的分化。

生长因子类包括神经生长因子(NGF)、碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)、表皮生长因子((EGF)等。表皮生长因子(EGF)和bFGF均可以维持神经干细胞的自我更新能力，但两种生长因子对神经干细胞促增殖作用的时间不同。bFGF在神经干细胞增殖的早期阶段发挥促有丝分裂作用，使神经干细胞获得对另一作用更强的促有丝分裂因子EGF的反应性；而EGF在神经干细胞增殖后期发挥作用。bFGF和EGF对神经干细胞分化方向的作用也不相同，EGF多数分化为星形胶质细胞，少数分化为神经元。有研究用B-琉基乙醇(BME)或二甲基亚(DMSO)等体外诱导成年大鼠和人的NSCs分化时发现，NSCs呈现为神经元形态。此后，这一诱导方法被广泛用于BMSC向神经元分化的体外研究。全反式维甲酸(AT-RA)是一种作用很强的分化诱导剂，有实验证实：AT-RA能增加干细胞核内13-catenin的表达，进而引起Neurogeninl(Ngn1)的表达增加，从而促进干细胞向神经元的分化。NSCs分化诱导剂中有许多是抗氧化剂，其机制是细胞内部产生的活性氧(reactiveoxygen species，ROS)与抗氧化代谢之间的平衡与NSCs的生存直接相关，这种平衡反映了细胞内氧化还原态水平。正常情况下，机体细胞ROS的产生和消解处于一种动态平衡。各种刺激引起平衡失调，必将改变细胞氧化还原状态，然后通过相应的信号转导途径，导致相关基因表达水平的改变，最终细胞表现不同的生物学效应，如细胞的分化、增殖、凋亡等一系列生命活动。

4 冬虫夏草成分对神经干细胞分化的影响冬虫夏草(conrdycepssincesis，CS)，又名虫草、冬虫草，属真菌门，子囊菌亚门，核菌纲，肉座菌目。为麦角菌科真菌寄生在蝙蝠蛾科昆虫蝙蝠蛾幼虫上的干燥子座和虫体。冬虫夏草含有氨基酸、核苷类物质、糖蛋白，甘露醇等，这些成分是冬虫夏草发挥生理活性或药效的主要物质基础。

冬虫夏草含有18种氨基酸，其中包括谷氨酸、甘氨酸，作为微环境中的一员也参与对神经干细胞分化的调节。目前已从冬虫夏草中分得腺嘌呤、腺苷、胸腺嘧啶、尿嘧啶、尿苷、脱氧腺苷和虫草素(3’-去氧腺嘌呤核苷)等核苷类成分，尤以腺苷具有明显的药理作用。可以调节腺苷酸环化酶活性、促进胞内cAMP的增加，从而激活cAMP介导的信号转导途径，进而引起细胞的分化。糖蛋白是药食用真菌发挥药效的活性成分之一。大量药理试验表明：虫草糖蛋白具有多种作用，其药理作用主要是抗肿瘤、降糖、抗免疫损伤性肝纤维化、提高免疫力等。实验证明各种糖蛋白、黏蛋白通过调节黏着和迁移能力，以及与细胞外基质中各种生长因子和细胞因子的结合，来影响NSCs的增殖和分化。虫草中的抗氧化成分虫草素和D-甘露醇可以清除自由基，起到抗氧化作用。近年的一系列研究表明，细胞内ROS水平的轻微增高促进NSCs的增殖和分化，而胞内ROS水平的显著增高则快速触发NSCS的凋亡。

5 问题与展望

冬虫夏草可以诱导NSCs的定向分化。但是虫草的成分复杂且影响NSCs分化的因素很多，需要深入探讨和研究虫草诱导NSCs定向分化的方法和机制。若对虫草的药效能进一步明确，将对NSCs治疗部分神经系统疾病开辟新的前景。

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