胚胎发育早期神经干细胞维持新机制

      8月7日，国际著名学术期刊《发育细胞》发表了我国科学家关于高等动物胚胎发育早期神经干细胞维持机制的最新研究成果。中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所景乃禾研究组经长期研究后发现：在神经发育早期，bHLH家族负性转录因子Id蛋白可以通过维持同家族中另一个转录因子Hes1基因的表达，抑制神经干细胞提前分化为神经元，从而使胚胎神经干细胞的数量维持在适当的水平。这项发现揭示了神经发育早期神经干细胞维持的新机制。

        生物化学与细胞生物学研究所景乃禾研究组在对鸡和小鼠胚胎神经发育过程的研究中发现，在神经干细胞比较集中的早期神经管中，Id和Hes1基因都具有较高的表达。过量表达Id基因可以上调Hes1基因的表达，并抑制神经元分化；抑制Id基因会导致Hes1基因的表达下调，同时引起神经干细胞提前分化为神经元。进一步的机制研究发现，Id蛋白是通过与Hes1蛋白相互结合，并解除Hes1基因的自反馈抑制来维持Hes1基因表达的。上述研究结果揭示了神经发育早期神经干细胞维持的新机制，不但有助于了解相关神经系统发育缺陷的发病机理，还将为预防和治疗脑部肿瘤以及为神经损伤后的干细胞治疗提供重要的理论基础。

        神经干细胞是一类存在于胚胎和成年神经系统中的干细胞，具有自我更新能力和多种分化潜能，可以分化成为多种类型的神经元和神经胶质细胞，从而构成整个中枢神经系统。

        科学界以往的研究表明，神经干细胞的维持对于神经发育的正常进行至关重要。神经干细胞提前分化会导致神经元数量下降以及神经胶质细胞类型的缺失，造成神经系统发育缺陷，从而严重影响整个中枢神经系统的正常发育。现代医学研究还表明，利用神经干细胞可以分化为多种神经细胞的特性，通过在病人体内进行神经干细胞移植具有治疗神经退行性疾病等多种神经系统疾病的潜力。此外，神经干细胞的非正常增殖还与脑部肿瘤的形成具有密切关系。

        神经干细胞仿佛树干，会长出枝，也会长出叶，这种“百变细胞”能适时、定点地分化为各不相同的神经细胞，但前提是它们必须维持足够的数量。昨天出版的国际著名学刊《发育细胞》发表了我国科学家一项最新研究成果，揭示了高等动物在胚胎发育早期维持神经干细胞的新机制。这有助于了解神经发育相关病理，并为预防和治疗脑部肿瘤，以及神经损伤后的干细胞治疗提供了重要理论基础。

　　神经干细胞存在于胚胎和成年神经系统中，具有多种分化潜能，它们接受信号调控，分批次地不断分化，最终构成整个中枢神经。如在小鼠21天的怀孕期内，前7天到10天神经干细胞仅扩充数量，10天到14天这些干细胞才分化出神经元，14天到21天又分化出神经胶质细胞，出生后再进一步分化。但如果这颗干细胞之树的主干还没长成，就早早分出了枝叶，此树必然矮小甚至畸形。研究表明，不足量的神经干细胞不合时宜地提前分化，会导致神经元数量下降、神经胶质细胞类型缺失，造成脑萎缩等发育缺陷。

　　已知与神经干细胞数量维持直接相关的基因，多达几十种。中科院上海生科院生化与细胞所景乃禾研究组，经过近5年对鸡蛋和小鼠胚胎神经发育过程的研究，在神经干细胞比较集中的早期神经管内，基本锁定了名为Id和Hes1的2种基因。他们发现，这对基因之间构成“正比”关系，它们的表达程度会同时强化，从而抑制神经干细胞分化为神经元；也会同时弱化，从而导致提前分化。在实验中，科研人员将Id基因的DNA导入神经干细胞，通过强化Id基因的表达，强化了Hes1基因的表达，使干细胞数量达到适当水平，维持了先保量再保质的神经发育进程。

　　新兴的干细胞疗法需要通过特定基因调控等手段，让神经干细胞在合适时间和地点实现分化。一些医学研究表明，将神经干细胞移植到病人体内，利用其可以定向分化为某种神经细胞的特性，可能弥补由物理因素造成的局部神经损伤，同时这种神奇干细胞也具有治疗老年痴呆等神经疾病的潜力。该论文第一作者白戈博士介绍，神经干细胞一旦处于非受控条件下，可能恶性增殖，发生癌变，形成脑瘤，因此这项研究也提示了这双基因可能在相关防治中扮演重要角色。

　　《发育细胞》审稿意见：神经干细胞的维持对于脑部肿瘤发生和治疗，以及脑部损伤修复都具有潜在意义，因此是一个非常重要的研究课题。这项深入细致的研究工作代表了干细胞研究领域的一个重要进展，必将引起广泛兴趣。 (责任编辑：泉水)

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