痫性发作后的神经再生研究进展

来源:岁月联盟 作者:李听松,蒋莉 时间:2010-07-12

【关键词】  痫性发作;神经再生

传统观点认为,中枢神经系统缺乏再生能力,创伤和癫痫等病理过程引发的神经元丢失等病理改变无法逆转。一些细胞增殖标记物如5?溴2?脱氧尿嘧啶核苷(5?bronmo?dexyuridine, BrdU)及逆转录病毒的应用,使得人们发现在啮齿类动物的中枢神经系统内至少有两个区域存在神经再生(neurogenesis)能力:齿状回颗粒细胞下区(Subgranular Zone,SGZ)和侧脑室下区(Subventricular Zone,SVZ)。体外实验已经证实上述两个神经再生区的部分细胞具有自我更新和多向分化潜能等干细胞所具有的特点,故又被称为成体神经干细胞(Adult neural stem cell)或神经前体细胞(Neural Progenitor cells)。啮齿类动物中,齿状回SGZ的神经再生能力终身存在,但随着年龄的增长而逐渐减弱[1]。体内神经干细胞的发现为内源性调控神经再生促进癫痫等神经系统疾病造成的脑损伤的结构和功能恢复提供了全新的理论基础和策略。

  1  痫性发作后神经再生的部位
      
  目前很多研究发现,无论是电刺激或化学刺激诱导的单纯惊厥和/或癫痫持续状态,还是无惊厥发作的轻微脑电活动增加均可以使SGZ的神经再生增加[1],此外侧脑室下区和杏仁核及其周围的皮质在惊厥后亦表现出神经再生现象[2]。齿状回新生的神经前体细胞在首次痫性发作后逐渐向颗粒细胞层迁移,在该过程中有80%~90%分化为颗粒细胞[3],还有部分细胞迁移至齿状回的门区[4]。但是有人在海人酸侧脑室注射诱导的颞叶癫痫模型中发现SGZ的神经再生能力受到不可逆的抑制[5],该差异的出现可能与发作后神经再生的微环境的破坏和特定细胞之间的接触丧失及动物模型的不同有关。
      
  此外,Parent等在痫性发作前采用脑立体定位仪定位注射逆转录病毒载体介导的绿色荧光蛋白基因转染标记SVZ 处于分裂期的神经前体细胞,在痫性发作后1~2周内,SVZ区的GFP阳性细胞明显增殖,而且向CA1和CA3区迁移,且分化为星形胶质细胞和少突胶质细胞[6],这可能与来自于损伤海马结构释放某些细胞因子产生的化学信号作用有关。
      
  近来,Hess等[7]学者相继发现一些外周组织的细胞可以分化为具有神经元特征的细胞,而长时程的惊厥发作可以使血脑屏障受损,故海马结构中出现的新生神经元不排除来自外周细胞迁移分化而来,Hellsten等[8]就在电刺激诱导成年大鼠惊厥模型中发现BrdU标记的内皮细胞同神经前体细胞混杂出现在分子层、颗粒细胞层、颗粒细胞下层和门区。

  2  痫性发作后新生神经元的功能
      
  新生神经细胞有无功能及发挥何种功能是影响成体神经干细胞临床应用的关键因素。动物实验已经发现,这些新生的神经细胞在惊厥发作后,经过一定的时间,能与周围的神经细胞发生功能上的整合[9]。这些神经前体细胞在分化成熟过程中,树突变得逐渐复杂,而且伸入分子细胞层,同时,还表达一系列特征性标志物:doublecortin,collapsin response mediator protein 4(CRMP?4),PSA?NCAM,calretinin等[10]。Overstreet?Wadiche等运用匹鲁卡品诱导POMC?EGFP转基因小鼠惊厥模型,发现惊厥本身促进了新生神经元与周围神经细胞的功能整合,在匹鲁卡品诱导惊厥发作后5~16 d,来自中穿行通路的刺激能诱发新生颗粒细胞产生由NMDA和AMPA受体介导的兴奋性动作电位,而正常对照组的新生颗粒细胞无此现象,其树突发育水平也较惊厥组低[1]。有人用戊四氮诱导大鼠惊厥持续状态发作后33 d,再次给予相同剂量的戊四氮诱导第二次发作,结果显示首次发作后增殖的神经前体细胞大多已发育成熟,而且与其周围的颗粒细胞一样,表达神经元被激活的标记蛋白Fos蛋白和谷氨酸脱羧酶?67,提示新生神经元在分化成熟后,能与海马内原有的神经进行功能整合,对刺激产生反应[12]。在海人酸和戊四氮诱导惊厥模型后的2~5周内,亦有大量的新生颗粒细胞表达c?fos基因蛋白产物,而且其中的80%对突触刺激有反应。这提示惊厥后,大部分新生神经元可以整合到海马神经环路中,并且具有一定的功能[13]。体外研究也证实了这一点,Song等将脑来源神经前体细胞与胶质细胞体外共培养发现部分前体细胞分化成具有细胞电活动的神经元,而且还可以形成神经网络[14]。
       
  对于痫性发作后,整合到周围神经网络的新生神经元的功能目前尚有争议,这些新生的神经细胞是增加还是降低自发放电的易感性还不清楚。大多学者认为反复自发性发作痫性与初始发作后的神经纤维芽生导致颗粒细胞之间形成异常的联系产生的兴奋性反馈有关。有人认为痫性发作后体内新生的神经细胞参与了这种异常兴奋的形成。Pierce等[15]运用免疫电镜技术发现芽生的神经纤维也与门区异位的新生颗粒细胞的树突形成突触联系,而且其形成的异常联系明显多于与颗粒细胞内分子层的突触形成的异常联系,提示惊厥后反复自发兴奋通路的产生可能与门区新生的异位颗粒细胞有关。但是新生颗粒细胞是否通过神经纤维芽生发生联系导致了惊厥易感性的改变?Jung等[16]运用Ara?C抑制痫性发作后的神经再生发现,抑制组自发性发作的频率和时间均较实验对照组低,而神经纤维芽生在两组之间没有差别。Parent等运用X线照射去除神经再生的影响,但在致痫后第四周,在齿状回颗粒细胞上层虽然还是出现了茂密的异常苔藓纤维重塑,痫性发作易感性并没有降低[17]。因此,痫性发作后新生的神经细胞与苔藓纤维芽生是通过何种机制促进自发性发作以及两者形成的联系在这个过程中发挥了何种作用仍无明确答案。此外,痫性发作后导致的体内神经再生在损伤部位有可能起到一定的修复作用。有人通过脑室内注射海人酸建立生后7 d的新生鼠惊厥模型,结果在惊厥后1~8周内均发现在海马CA3区除有神经元凋亡外,存在明显的新生细胞增殖反应,其中40%的新生细胞表达神经元的表面标志,而表达胶质细胞标志的仅有8%,提示齿状回和/或SVZ 的神经前体细胞迁移到CA3 区,对此处已发生凋亡的神经元起到替代和修复的作用[18]。Parent等也发现痫性发作后脑内神经前体细胞向CA1和CA3区迁移且分化成胶质细胞,发作后的这种增殖和迁移可能有助于受损海马结构和功能的恢复[6]。

  3  神经再生的影响因素
      
  神经肽和某些细胞因子等可能通过MAPK、ERK、Wnt[19]和Notch[20]等不同的信号转导通路及化学趋化作用对神经再生和新生神经前体细胞的迁移、分化产生影响。
      
  脑源性神经营养因子(Brain derived neurotrophic factor,BDNF)是一种维持海马功能不可缺少的多肽物质,分子量为13.5 KD,有三个二硫键,主要位于齿状回颗粒细胞的轴突。痫性发作后,齿状回颗粒细胞分泌BDNF的浓度远高于其它区域的神经元[21],而且Scharfman已经报导,BDNF齿状回定位注射,可以明显促进正常大鼠齿状回的神经再生水平[22]。由此,痫性发作后,BDNF的高表达可能与神经再生存在一定的关系。体外实验已经发现,神经干细胞表达BDNF 及其酪氨酸激酶B受体(tyrosine kinase B, TrkB),使用抗BDNF抗体或阻断干细胞上TrkB受体的表达、或抑制其下游的PI3K?Akt(磷脂酰肌醇3激酶?蛋白激酶B)和MEK?ERK(促分裂原活化蛋白激酶?胞外调节激酶)信号通路,均可明显抑制皮层神经干细胞的存活、增殖与分化[23]。Pyle等在体外实验发现,人胚胎干细胞通过自身表达TrkB受体与BDNF结合,激活ERK信号转导通路,促进细胞增殖及分化[24]。
      
  惊厥发作后,齿状回GABA能神经元表达NPY水平明显升高,而且在齿状回的颗粒神经元的轴突也有所表达,它通过与齿状回颗粒细胞下层神经前体细胞表面的Y1受体相结合,进而激活ERK信号转导通路,发挥促神经再生作用[25,26]。
      
  此外,谷氨酸[27]和GABA等与癫痫发作密切相关的一些化学物质在神经再生的调节上也发挥重要作用,而且后者在促进新生颗粒细胞的成熟以及与周围神经网络的整合过程中均发挥重要作用[28]。中枢神经系统中特异性自身免疫T淋巴细胞和小胶质细胞也可以通过分泌相关的细胞因子调节齿状回和SVZ的神经前体细胞增殖水平和BDNF的表达,促进空间学习记忆[29]。但是,这些化学物质作用于新生神经前体细胞的具体机制仍有待深入研究。

    此外,脑内皮质固醇、甲状腺素及儿茶酚胺类物质亦参与脑内神经再生的调节过程。
      
  综上所述,痫性发作后体内存在神经再生已经得到证实,它为癫痫性脑损伤的提供了一种全新的思路。但是这些新生的前体细胞在经过周围微环境的作用下是怎样刺激脑内的神经发生异位迁移到脑内受损区域?而这些迁移的神经前体细胞能否分化神经元及继续生存,能否与已存在的神经结合?迁移的神经元可以起到损伤后重新确立正常神经联系的作用,或者走向反面,参与异常神经网络的形成等一系列问题仍有待进一步研究。随着参与调节痫性发作后神经再生因素的研究逐渐深入,在明确惊厥后神经干细胞增殖是促进海马神经结构与功能的恢复,还是形成异常的结构与功能的基础上,进一步在调节神经再生的影响因素和信号转导通路上进行有针对性的调控,有效促进或抑制神经干细胞增殖分化,有望实现惊厥性脑损伤的内源性修复,减少惊厥性脑损伤

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