第三節　酒精與神經干細胞

一、神經再生的抑制

酒精能在神經元和膠質細胞開始形成的過程中發揮抑制作用。這一發現，使人們開始重點探索酒精導致大腦體積/組織損失或神經退化的新機制。缺乏細胞生成可能是神經退化的關鍵機制。的確，在大量神經退化疾病中，人們設想，缺乏干細胞產生的持續性細胞生成，是造成組織損失的原因之一。成年哺乳動物的神經發生主要位于環繞側腦室的室管膜下層與 海馬齒狀回（dentate gyrus，DG）。其中海馬齒狀回的 神經干細胞（neural stem cells，NSCs）位于海馬門與海馬顆粒細胞層之間的下顆粒帶。下顆粒帶的神經發生分為三個階段：①下顆粒帶的NSCs開始分裂，這些細胞的分裂可被BrdU標記；②漸漸遷移到顆粒細胞層，這時的新生細胞處于半成熟階段；③新生細胞整合進入顆粒細胞層，絕大部分分化為神經細胞。齒狀回下顆粒帶作為NSCs增生的區域，其作用一直延續到成年。下顆粒帶的NSCs不斷增殖、遷移到顆粒細胞層，并且在遷移過程中漸漸成熟。最后分化為顆粒細胞層的神經元。其最后的細胞形態與生物學類型取決于周圍的環境及神經元的相互作用。越來越多的證據表明損害成人神經發生（adult neurogenesis）的任何過程都可以導致齒狀回細胞數量的減少。雖然目前在是否將細胞生成減少定義為神經退變這一觀點上存在一些爭議，但是近來的研究明確顯示，抑制神經發生會導致齒狀回縮小或變性。另外有研究者闡述神經元產生或是再生減少是神經變性的一種形式。對大量神經退化性疾病的研究顯示，神經發生的抑制與齒狀回細胞或體積的損失呈直接相關性；而且，更重要的是，這種退化發生時，往往不會出現明顯的細胞死亡。另外，只需抑制NSCs增殖/成人神經發生，就可影響海馬體依賴性行為和功能；而神經發生的增加，則能改進海馬體相關的行為。因此，通過過量酒精攝入造成的神經生成受損被認為是酒精造成神經變性的機制之一。有研究表明酒精可以對神經發生的多個過程造成影響。無論是在青年還是成年大鼠動物模型中，酒精都能夠明顯造成海馬齒狀回細胞死亡，但不是大范圍的死亡。細胞死亡率預計在數以百計，但是造成的神經發生抑制的數量預計可達數以千計。這些數據強烈表明，酒精抑制神經發生可能是海馬齒狀回退變的原始機制，也能夠解釋為什么海馬退變且并沒有伴隨明顯的細胞死亡。形成新神經元或神經發生包括四種主要過程：增殖、分化、遷移和存活。體外研究分析反復顯示，酒精能改變NSCs，包括其形成集落、增殖、分化和存活的能力，而這種分析又擴展到酒精暴露的體內模型分析。根據多數體內模型分析的成果，酒精中毒能抑制NSCs增殖。不同研究和暴露模式中，抑制比例驚人地相似，多數報道稱成人增殖性細胞數量有50%±10%的減少。急性酒精暴露能減少青年大鼠的NSCs增殖；劑量大時，能完全抑制祖細胞。在一個為期四天的狂飲模擬試驗中，考察了神經發生各個階段的多種標記，其結果證明，最后一次劑量剛用完，祖細胞增殖即出現損失。許多研究不斷顯示，祖細胞的存活量同樣出現下降，表明酒精減少了大鼠的神經發生。另外，成人神經發生期間進行酒精處理，發現可鈍化祖細胞的樹突分支。

二、酒精相關性腦損害的干細胞治療研究進展

20世紀90年代以來，干細胞（stem cells）成為了醫學和生物學研究最受矚目的焦點之一。干細胞工程近來已蓬勃展開，在治療中樞神經系統疾病也取得了可喜的成果。有研究表明，干細胞可以改善很多中樞疾病的結構和功能障礙，如腦缺血、腦外傷、阿爾茨海默病等，證實了干細胞在中樞系統疾病的應用潛力，為這些難治性中樞系統疾病的治愈提供了新的希望。干細胞治療在酒精中毒方面的研究起步相對較晚，在2007年一個日本研究小組才首次報道了靜脈移植胚胎鼠來源的NSCs能夠改善胎兒酒精綜合征的認知功能障礙，證實了干細胞治療胎兒酒精綜合征的可能性；隨后研究組通過實驗發現，靜脈移植骨髓間充質干細胞能夠明顯改善慢性酒精中毒大鼠的認知功能損害，為干細胞在酒精中毒性器官損害領域開辟了新的途徑。干細胞是個體、組織或器官的起始細胞，是一類具有自我更新和多向分化潛能的細胞。根據個體發育過程中出現的先后次序/起源和分化潛能不同，分為 胚胎干細胞（embryonic stem cells，ESCs）和 成體干細胞（adult stem cells，ASCs）。

1.胚胎干細胞

能夠無限地自我更新，具有發育的全能性，在一定條件下可以向內、中、外三個胚層的組織和細胞分化。大量研究表明，胚胎干細胞可以分化為包括神經細胞在內的各種組織細胞并可移植治療相應組織器官功能缺陷引起的疾病。但是胚胎干細胞來源的倫理限制和致瘤性也成為了其廣泛應用的阻礙。

2.成體干細胞

是存在于一種已經分化組織中的未分化細胞，這種細胞能夠自我更新并且能夠特化形成組成該類型組織的細胞。現在已經在多種組織器官發現了成體干細胞，除了我們熟知的造血干細胞外，還有NSCs、間充質干細胞（mesenchymal stem cells，MSCs）、臍帶血干細胞等。一般認為，成體干細胞只能分化為其來源組織器官的細胞類型，然而，最近幾年的研究表明，這些干細胞的分化能力遠超過傳統觀點局限的范圍，例如NSCs可以分化為血液細胞，臍帶血干細胞可以分化為神經細胞等，具備了跨胚層分化潛能，因此被廣泛關注。由于NSCs是神經元和神經膠質細胞的共同的起始細胞，加上NSCs具有較強的增殖能力，人們自然想到利用NSCs作為種子細胞來治療神經損傷性疾病，并且得到了積極的治療效果。然而從成體腦組織中分離的NSCs除了存在倫理問題，亦存在免疫排斥、細胞數量有限等缺點，這些問題在一定程度上限制了它在臨床的應用。MSCs來源于發育早期的中胚層，作為一種成體干細胞，廣泛存在于骨髓、骨膜、脂肪、羊水、真皮、牙、骨骼肌、臍血、臍帶等多種組織中，其中骨髓中含量相對較多。它可以分化為中胚層來源的細胞如骨細胞、軟骨細胞、脂肪細胞等，還可以誘導分化為其他胚層來源的細胞如肝臟細胞、心肌細胞及神經細胞等。人們已經利用多種誘導劑在體外將MSCs誘導成神經細胞，誘導后的細胞能夠表達神經細胞和/或膠質細胞特異性蛋白；或將MSCs移植到動物體內也發現其可以在體內特殊微環境的影響下分化為神經組織細胞并改善神經功能。除了多向分化的能力，結合MSCs取材方便，不存在倫理爭議，體外擴增容易，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應等優點，其在臨床應用的探索顯得極具誘惑力，有望成為細胞治療和基因治療的主要靶細胞。

3.誘導性多潛能干細胞

通過轉染特定的基因組合可以將已分化的體細胞重編程為多潛能干細胞。這是近年來干細胞研究領域最令人矚目的一項新的干細胞制備技術。誘導性多潛能干細胞（induced pluripotent stem cells，iPS）的出現不僅為體細胞重編程去分化機制的研究提供了新的模型，而且為疾病發生發展相關機制研究與特異的細胞治療帶來了新的希望。雖然iPS技術為傳統的ESCs技術帶來了突破性的進展，在過去的幾年間iPS細胞研究取得了巨大的進步。眾多科學家在不斷地改進iPS細胞的重編程策略，載體從整合型病毒載體到非整合病毒載體，再到質粒和蛋白，安全性得到不斷地加強；從小分子化合物、miRNA、缺氧條件等的應用，重編程的效率也在不斷提高。但是到目前為止，依然缺乏高效、安全的iPS細胞，成瘤性和誘導效率低是其亟待解決的技術難題。

目前認為干細胞治療酒精相關性腦損害的作用可能分為以下幾種：

第一，是通過移植外源性細胞進入宿主腦內取代受損的細胞，重建神經網絡。移植后的干細胞能夠趨向性的遷移到損傷區或其周圍，這種靶向遷移可能與趨化因子、黏附分子相互作用有關，研究表明神經損傷區在一定時期內趨化因子和黏附分子表達量升高。另外，在神經損傷的早期血腦屏障增強也可能為經靜脈注射的細胞進入腦內提供了良好的條件。干細胞可能通過在損傷部位分化為成熟神經元或膠質細胞而重建缺失神經組織的功能。但是大量研究結果提示，細胞轉化率以及和宿主細胞發生功能聯系的效率都不如預期的高，這似乎和我們用干細胞進行再生治療的初衷不相符合，提示直接替代并不是其主要的機制。

第二，移植細胞能產生營養因子而促進受損區域的宿主神經元的存活。干細胞可以分泌很多細胞因子，如白介素、集落刺激因子、flt-3、干細胞因子等，它們能夠刺激膠質細胞分泌營養神經的生長因子，如神經生長因子（nerve growth factor，NGF）、腦源性神經營養因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）等，有利于神經的生長分化。另外，干細胞還能自身分泌血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF），堿性成纖維因子（basic fibroblast growth factor，bFGF），或者促進腦組織內皮細胞高表達VEGF及其受體，從而防止內皮細胞進一步喪失或募集循環系統中的內皮祖細胞遷移后促進神經損傷部位血管的生成，促進神經功能的恢復。這些因子還被證實能夠促進突觸發生提高局部神經突觸的活力來起到治療作用。

第三，是通過促進內源性干細胞及神經前體細胞的增生、分化和遷徙到受損區域從而達到改善神經功能的目的。成體神經系統存在NSCs，這類干細胞主要位于 室管膜下區（subventricular zone，SVZ）和 海馬齒狀回（dentate gyrus，DG）。有研究者發現腦組織損傷后，這些區域的干細胞可以被動員，并且趨化到損傷區域參與神經的再生修復，但是動員的程度對于修復神經損傷的作用有限。干細胞移植后，一方面，可通過分泌間質細胞來源因子1或生長因子如VEGF，NGF，bFGF，BDNF以及趨化因子促進SVZ和DG部位神經干/祖細胞的動員激活以及趨化，從而促進內源性干細胞的募集和歸巢到受損區域。另一方面，充質干細胞還可以重塑膠質細胞和神經元軸突，促進髓鞘再生，修復神經。

（劉 蕾 譚秀麗）