综述：成年动物中脑基底丘脑和延髓的区域特异性神经干细胞微环境

《Stem Cell Reviews and Reports》：Region-Specific Adult Neural Stem Cell Niches of the Mediobasal Hypothalamus and Medulla Oblongata

本综述聚焦于成年哺乳动物脑中两个关键区域——中脑基底丘脑（MBH）和延髓的神经干细胞（NSC）微环境。文章系统阐述了这些区域中NSC（如伸展细胞和星形胶质细胞样NSC）的鉴定、其独特的增殖与分化潜能，及其在维持能量稳态、响应神经元损伤（如谷氨酸单钠诱导的神经元死亡）和脱髓鞘疾病（如实验性自身免疫性脑脊髓炎EAE）中的背景依赖性再生作用。作者强调了这些进化上保守的、负责基本生命维持功能的脑区，相较于新皮层等高级功能中心，展现出更强的可塑性与再生能力，为理解脑损伤修复提供了新视角。

　　

成年哺乳动物大脑的神经发生长期以来被认为主要局限于海马齿状回（DG）的颗粒下区（SGZ）和侧脑室室管膜下区（SVZ）。然而，近年来的研究揭示，在进化上保守的、负责基本生命维持功能的脑区，如中脑基底丘脑（MBH）和延髓，也存在着具有独特特性的神经干细胞（NSC）微环境，这些微环境在特定条件下展现出显著的再生潜力。

成年哺乳动物脑中神经干细胞（NSCs）的发现

从卡哈尔提出成年中枢神经系统再生能力有限的“神经元理论”，到Altman等人利用放射性胸苷标记首次在成年啮齿类海马等区域发现新生神经元，再到Reynolds和Weiss成功分离出能产生神经元和胶质细胞的神经球，成年神经发生的存在才逐渐被确认。即使在人类中，研究也证实了海马等区域的神经发生，尽管其程度和功能意义仍存争议。运动、环境 enrichment 等因素可促进海马神经发生，而压力、衰老等则对其有抑制作用。这些经典神经发生区域在应对脑损伤时，其再生能力往往有限，新生神经元可能迁移错误或难以整合到现有网络中，这可能是为了防止高级认知功能（如记忆）受到干扰。

哺乳动物大脑缺乏再生潜力吗？

与哺乳动物相比，低等脊椎动物（如鱼类）的成年神经发生区域更广泛，再生能力也更强。在哺乳动物的进化过程中，随着大脑结构和功能的复杂化，神经发生的能力似乎受到了限制。然而，这种限制可能并非意味着NSCs的完全缺失，而是它们大多处于静息状态，或受到抑制性机制的调控。在脑损伤等情况下，内源性NSCs可以被激活，但其产生的修复反应往往不足以实现功能恢复。科学家们正尝试通过各种策略（如神经营养因子、细胞重编程等）来增强内源性神经发生。

中脑基底丘脑（MBH）是神经元和胶质细胞的新来源

MBH是间脑的一部分，位于第三脑室底部，包括弓状核（Arc）和正中隆起（ME）等结构。其中的伸展细胞（Tanycytes）被认为是关键的NSCs。

MBH中的NSCs/NPCs

研究表明，成年大鼠下丘脑组织能够形成神经球，并分化为表达各种下丘脑释放激素的神经元。在体实验也发现，MBH存在增殖细胞，其数量可被成纤维细胞生长因子-2（FGF-2）等因子增强。在成年人类和啮齿类动物的MBH中也观察到了神经前体细胞（NPCs）的标志物，如双皮质素（DCX）。

α-和β-伸展细胞

伸展细胞可根据其脑室侧位置、蛋白表达和功能分为α和β亚型。β-伸展细胞主要分布在ME和漏斗部，而α-伸展细胞则位于靠近Arc和腹内侧核的第三脑室区。它们的功能远不止是干细胞：α-伸展细胞能将脑脊液（CSF）中的葡萄糖转化为乳酸，通过连接蛋白43（connexin-43）缝隙连接和单羧酸转运体（MCT）提供给Arc中的阿片-促黑素细胞皮质素原（POMC）神经元以维持其活性，从而调控摄食和能量消耗。伸展细胞还表达功能性瘦素受体，并能通过细胞转作用将外周瘦素转运入CSF，这对于胰腺β细胞功能的调控至关重要。

中脑基底丘脑的伸展细胞具有NSCs特性

发育过程中，下丘脑的伸展细胞就具有增殖活性。从成年下丘脑分离的细胞在体外能多次传代并分化为多种神经元类型。研究表明，年轻小鼠ME的β-伸展细胞能产生新的神经元，高脂饮食（HFD）可影响此过程。谱系追踪实验证实，表达FGF-10的β-伸展细胞在出生后能生成Arc中的食欲素和神经肽Y神经元。在弓状核中，谷氨酸单钠（MSG）选择性清除AgRP神经元后，伸展细胞会增殖，并由分裂后前体细胞补充AgRP神经元，实现近乎完全的神经元密度恢复。此外，在垂体柄离断后，ME的NPCs能分化成新的神经元，重建类似神经垂体的结构，恢复体液代谢功能。这些表明MBH在应对损伤时具有显著的电路重组和再生能力。

方法学考量与局限性

研究MBH和延髓NSCs的方法（如神经球实验、BrdU标记、损伤模型等）各有优劣。神经球形成表明存在有分裂能力的前体细胞，但不能完全等同于在体的干细胞特性。BrdU标记可能标记到增殖的胶质细胞或内皮细胞。诱导性基因谱系追踪（如Nestin-、GFAP-、Rax-CreER）能部分解决这些问题，但仍受启动子特异性和重组效率的限制。损伤模型会改变微环境，可能混淆对NSC内在行为的解读。年龄、性别、品系等因素也会影响增殖和分化。因此，需要多种方法相互印证。

成年延髓中的新细胞来源

延髓是脑干的最下部，连接脊髓，是心血管、呼吸等生命中枢的所在地。其中，最后区（AP）和孤束核（Sol）等结构组成的背侧迷走复合体（DVC）是重要的整合中心。近年来发现AP在摄食、恶心、癌症恶病质等病理反应中也起关键作用。

AP属于感觉性脑室周围器官（CVOs）

CVOs是脑内缺乏典型血脑屏障（BBB）的特殊区域，被称为“脑之窗”。AP与OVLT、SFO同属感觉性CVOs，其血管有窗孔，允许血液中的物质直接作用于脑实质细胞，从而感知外周信号并整合信息。这些细胞表达多种感应蛋白，如Toll样受体（TLR）、瞬时受体电位香草素亚型1（TRPV1）、Nax通道等，用于感知病原、热、钠离子等信号。

成年延髓中的NSCs

研究发现在成年大鼠AP存在BrdU标记的神经元和Nestin阳性细胞。利用转基因小鼠证实，成年CVOs中存在表达Nestin、胶质纤维酸性蛋白（GFAP）、波形蛋白（Vimentin）的NSCs，在体内外均具有增殖和分化为神经元和胶质细胞的潜能。最近的研究进一步明确，延髓中存在两种类型的NSCs：位于AP实质的星形胶质细胞样NSCs和位于中央管（CC）旁的伸展细胞样NSCs。

星形胶质细胞样NSCs

在成年小鼠AP，星形胶质细胞样NSCs表达GFAP、Nestin、Sox2、S100β等标志物，并具有增殖活性。与大脑其他区域典型的星形胶质细胞不同，AP内的GFAP阳性细胞几乎都具备NSC特性。它们形态独特，排列紧密，不仅作为干细胞，还构成了一道屏障，限制血液中小分子物质对神经元的直接作用，并表达多种感应受体（如瘦素受体、TLR4），从而兼具感知血源性信号和屏障功能。它们与AP内缺乏BBB的特殊血管关系密切，可能通过直接的接触或血管内皮细胞衍生的信号（如VEGF、Notch）来调控其增殖。

伸展细胞样NSCs

与MBH类似，延髓CC的室管膜中也存在伸展细胞样NSCs，它们表达Nestin等标志物，并伸出长突起深入实质。这些细胞在CC中连续分布，构成了一个可以从CSF接收信息的微环境。CSF中含有多种有丝分裂原（如FGFs、VEGFs）和信号分子，可以调节NSCs的增殖和分化。这些伸展细胞样NSCs在正常情况下几乎处于静息状态，但其增殖可被表皮生长因子（EGF）和FGF-2等因子激活。

loxP/loxP EGFP转基因成年小鼠中，EGFP表达的伸展细胞样NSCs从延髓到脊髓沿CC连续存在。标尺=50（A）和10（C）μm。图片摘自Scientific Reports[85]'>

延髓中NSCs的表征

AP的星形胶质细胞样NSCs增殖相对活跃，而CC的伸展细胞样NSCs则基本静息。瘦素能促进AP中NSCs的增殖，食物剥夺则抑制其增殖，表明其活动与能量稳态调控相关。在分化方面，体外神经球实验表明，延髓NSCs主要分化为星形胶质细胞和少突胶质细胞，而非神经元。

环境因素对NSCs/NPCs增殖和分化的影响

与SGZ类似，压力（如慢性皮质酮处理）会抑制AP中NSCs的增殖。而迷走神经切断术、创伤性脑损伤、延髓出血等损伤则会激活AP和DVC的NSCs/NPCs。有趣的是，慢性跑步运动在促进海马神经发生的同时，却会抑制AP中星形胶质细胞样NSCs的增殖，这可能与跑步引起的内脏活动改变有关。

成年延髓的神经发生和少突胶质细胞生成

研究表明，外周给予MSG可引起AP神经元急性激活和大量死亡，但随后NSCs和NPCs被激活并增殖，新生的神经元逐渐成熟，最终在35天左右实现神经元密度的近乎完全恢复。

在脱髓鞘疾病方面，实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）模型小鼠的延髓出现脱髓鞘病变后，NSCs和 resident 的少突胶质祖细胞（OPCs）被激活，并分化为成熟的少突胶质细胞，部分恢复髓鞘密度。而由溶血磷脂酰胆碱（LPC）引起的局灶性脱髓鞘，则主要由resident OPCs增殖来修复，NSCs贡献较小，说明损伤的严重程度和范围决定了参与修复的细胞来源。

loxP/loxP EGFP转基因小鼠。标尺=50μm。图片经Elsevier许可重新排列[105]'>

未来研究展望

MBH（间脑）和延髓（脑干）的NSCs和祖细胞在应对特定损伤时，展现出不同于新皮层等高级功能中心的、背景依赖性的再生能力。这种能力可能与这些区域负责基本生命维持、对电路稳定性的要求相对较低有关。未来的治疗策略可能需要着眼于调控这些内源性干细胞，同时 mitigating 炎症诱导的生长抑制性微环境信号（如IL-1β、TNF-α等），并重新平衡Notch/BMP/Wnt等通路，以解锁其修复潜力。人类iPSC衍生的类器官和组装体系统为在人类遗传背景下测试这些假说提供了转化平台。尽管在人类延髓中的直接再生证据尚缺乏，但MBH中的人类研究数据支持其可塑性是保守的。对这些具有强大内源性修复潜力的脑区进行更深入的研究，将为开发针对脑损伤和神经系统疾病的新疗法提供重要基础。