什么是神經干細胞，它們為何重要？

前言：只要任何人都記得，大腦在受傷后愈合的能力有限。人們普遍認為，這部分是由于大腦無法制造新細胞。然后，研究人員觀察到，大腦中有兩個特殊區域確實會產生新細胞，即使在成年人中也是如此。這兩個特殊區域的細胞被稱為神經干細胞，現在科學家們正在努力確定它們的特殊特性如何用于治療大腦中不同類型的損傷。

什么是細胞？

您可能聽說過人類主要由水組成。那么，我們為什么不倒在地上變成水坑呢？那是因為人體是由各種不同類型的細胞組成的–皮膚細胞（非常平坦）、心臟細胞（真的會跳動！）和腦細胞（傳輸信息）等等。細胞（圖1）有一個重要特征，可以防止我們塌陷成地面上的水坑：它們有一層由特殊脂肪分子組成的外膜，可以防止里面的水漏出！在細胞內部，有更多稱為“細胞器”的脂肪膜隔室，它們都有自己的重要工作。最重要的細胞器之一是細胞核。

這是脫氧核糖核酸（DNA）形式的遺傳信息被發現。細胞核控制在每種不同類型的細胞中表達哪些不同的蛋白質。蛋白質是細胞中忙碌的工作人員，因為它們執行重要的工作，讓細胞做它需要做的事情！

圖1-神經元是一種細胞，它們內部有多種細胞器，每個細胞器都具有非常重要的功能。例如，在細胞核內，制造蛋白質的指令以DNA的形式存儲。

我們的大腦中有哪些類型的“特化”細胞？

有幾種類型的“專業，例如神經元（圖1）、少突膠質細胞和星形膠質細胞（圖2）。我們稱這些細胞為特化的因為它們具有不同的形狀和特性，旨在允許這些細胞執行特定的功能。

神經元，其投射稱為“樹突”和“軸突”，使我們大腦的不同區域能夠相互交流，并允許大腦與身體的其他部分交談（和控制），這使我們能夠四處走動和感知我們環境的變化。神經元傳輸和接收信息。少突膠質細胞包裹在神經元周圍，提供支持，使神經元能夠快速傳遞這些信息。星形膠質細胞（星形細胞）通過提供營養和調節可以從身體其他部位進入大腦的物質來支持神經系統。

圖2：神經干細胞能夠“自我更新”。這意味著它們可以產生另一個干細胞。然而，當用適當的生長因子處理時，神經干細胞也可以變成神經元、星形膠質細胞或少突膠質細胞。

什么是干細胞，“干”部分是什么意思？

干細胞不成熟或“非特化”處于未成熟狀態的細胞，有可能成為一種特殊類型的細胞。這些單元格就像一張白紙。類似于一張白紙，它們就像空白細胞，可以成為不同類型的特化細胞。

干細胞只要活著就可以不斷分裂（我們說它們是“自我更新的”），它們有兩個重要特征：它們可以產生其他干細胞，它們可以成為多種類型的更特化的細胞（圖2）。

在大腦中，我們有神經干細胞。這意味著這些神經干細胞可以產生神經元、星形膠質細胞或少突膠質細胞。胚胎的大腦中有許多干細胞，因為神經干細胞產生了大腦的所有細胞類型；大多數腦細胞是在胚胎階段出生的。有趣的是，神經干細胞甚至在成年后仍存在于大腦中，它們位于大腦的特定部位（圖3）。

圖3：在這張人腦的側視圖中，顯示了稱為海馬體和側腦室的大腦區域的位置，位于大腦深處。科學家們在大腦的這兩個區域發現了神經干細胞。

“干細胞”一詞的歷史相當復雜。一個簡化的類比是一棵樹的莖，所有不同的樹枝都從它產生。同樣，干細胞是產生所有不同類型特化細胞的細胞。

研究人員何時首次在成人大腦中發現干細胞？

成人大腦中干細胞的發現花了幾十年時間，許多不同的科學家都參與其中（圖4）。在這里，我們總結了幾個重要的發現。請注意，許多其他團體和研究也做出了重要貢獻，這些也可以通過研究文獻找到。

在1960年代，兩位研究人員Joseph Altman博士和Gopal D. Das博士一起工作，提出了大腦中存在神經干細胞的早期證據，隨后在1980年代其他幾位研究人員。當兩個不同的小組能夠真正從大腦中分離出干細胞并證明這些細胞表現出上述干細胞特性時，科學家們才真正開始注意到這一點。

Sally Temple博士從胚胎中分離出干細胞“一個非常早期的發育階段，一個有機體剛剛開始生長器官和系統的主要結構”1989年的大鼠大腦，她能夠在實驗室的細胞培養皿中培養它們。她發現的一些干細胞可以變成神經元，而其他干細胞可以變成星形膠質細胞。所有的干細胞都可以制造更多的神經干細胞。她的工作讓科學家們認為，在包括人類在內的其他哺乳動物的胚胎大腦中也可以找到類似的干細胞。

1992年，Brent Reynolds博士和Samuel Weiss博士表明，成年小鼠的大腦也含有干細胞。他們在裝有一些重要分子的培養皿中培養成年小鼠大腦中的細胞，這些分子稱為“生長因子”（告訴細胞生長和分裂的物質）。他們表明，在這些生長因子存在的情況下，分離的細胞既可以自我更新，又可以成為神經元或星形膠質細胞，這意味著它們是神經干細胞。在這些結果的基礎上，研究人員最近進行了實驗，以準確發現新神經元何時從成年大鼠和人類大腦中的神經干細胞中誕生，使我們能夠更多地了解這種類型的干細胞，包括超出本文范圍的人類和嚙齒動物之間的重要差異。

了解未來神經干細胞移植如何幫助我們治療腦損傷或疾病？

科學家們正在積極研究神經干細胞（無論是已經存在于大腦中的，還是在實驗室中培養的或取自另一個大腦的）如何幫助治療中風等疾病（當流向大腦的正常血流停止，因此細胞無法獲得足夠的營養和氧氣）、脊髓損傷和帕金森病（一種有助于控制身體運動的細胞逐漸停止工作并死亡的疾病）。大腦中的神經干細胞對變化非常敏感。例如，在腦損傷后，神經干細胞將穿過腦組織到達損傷部位。我們知道這實際上可以改善恢復，因為當科學家阻止干細胞移動到損傷部位時，恢復會更糟。

解釋干細胞如何以及為何幫助腦損傷恢復的機制是一個重要且活躍的研究領域。神經干細胞在一些腦部疾病中也會受到影響，例如帕金森氏癥和阿爾茨海默氏癥在這些疾病中，神經干細胞的增殖率似乎較低當細胞增殖時，細胞數量增加的速度有多快。并且不太可能成為完全發育和健康的神經元。

科學家們還可以將其他來源的干細胞注入體內（通過血流或直接注入大腦或脊髓），并觀察腦損傷后的恢復情況是否有所改善。幾個研究小組正在研究這種治療的細節并仔細研究結果。

最終，如果任一增強增加有生命的主體或客體的強度、功能或反應。大腦中的神經干細胞或實驗室培養的神經干細胞的轉移變得成功且可重復，醫生將有更好的方法來治療幾種不同類型的腦損傷或疾病。同時，感謝神經干細胞的重要發現；我們將繼續了解大腦及其功能，并設計不同的方法使其更健康。

參考資料：Swayne L, Sanchez-Arias J, Agbay A and Willerth S (2016) What Are Neural Stem Cells, and Why Are They Important?. Front. Young Minds. 4:20. doi: 10.3389/frym.2016.00020

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