综述：静息态作为成年嗅觉神经发生中神经干细胞的主动和动态调节因子

《European Journal of Neuroscience》：Quiescence as an Active and Dynamic Regulator of Neural Stem Cells in Adult Olfactory Neurogenesis

　　

成年嗅觉神经发生主要依赖于脑室-室下区（ventricular-subventricular zone, V-SVZ）中驻留的静息态神经干细胞（neural stem cells, NSCs）的持续存在及其可逆地转换为激活态以产生新神经元的能力。这些细胞表现出细胞周期和生物合成活性降低，同时维持关键的信号传导和应激反应程序。静息态并非一种均一状态，而是包含一个从深静息到浅静息的连续亚态谱系，每种亚态具有不同的激活阈值。状态转换的动态性和可逆性受NSCs与邻近细胞、细胞外基质（extracellular matrix, ECM）以及全身性因子等相互作用的调控。随着衰老，NSCs逐渐转向更深的静息态，这些状态对激活的允许程度较低，从而减少整体神经发生输出。因此，静息态不应再被视为干细胞活性的被动暂停，而是一种组织原则，构成成年NSCs长期维持和适应性的基础。更深入地理解静息态如何建立、多样化并动态调控，对于阐明调控成年嗅觉神经发生的原理以及在衰老和疾病中利用其再生潜力至关重要。

1 细胞静息态：定义、功能意义和开放问题

细胞静息态传统上定义为可逆地退出细胞周期，使细胞处于与增殖循环和终末分化均不同的G0状态，同时保留在适当生理信号下重新进入细胞周期的能力。这种可逆性将静息与衰老或终末分化区分开来，并突显其在需要终身再生能力的组织中的重要性。在成体干细胞系统中，静息态逐渐被视为一种保护性和调节性策略，而非默认或被动状态。对造血、肌肉和肠道干细胞的研究表明，静息态可保护基因组完整性、限制复制应激并维护长期再生潜能。然而，过度或不可逆的静息也可能损害组织修复并导致年龄相关功能衰退。静息与激活之间的转换是双向动态过程，涉及细胞生理的深刻重构，并存在连续中间状态。目前仍有多个基本问题尚未解决，例如调控静息诱导、维持和退出的完整信号网络、静息态是否只能通过细胞分裂获得、所谓静息或激活的群体在多大程度上真正均一，以及激活后返回静息的细胞是否与从未激活的细胞存在功能或分子差异。

2 成体神经干细胞静息的一般原则

成年神经干细胞（NSCs）在哺乳动物大脑的神经生发龛中终身维持，最典型的包括脑室-室下区（V-SVZ）和齿状回颗粒下区（SGZ）。在V-SVZ，NSCs产生高度增殖的瞬时扩增神经祖细胞（NPCs），后者分化为成神经细胞（NBs），经嘴侧迁移流到达嗅球（OB）并最终分化为中间神经元。NSCs在胚胎中期进入静息，成体中仅约5%在任一时刻处于活跃状态，但可在需要时被招募以再生整个谱系。单细胞RNA测序（scRNA-seq）等研究揭示了静息态NSCs的复杂转录组：它们主动抑制细胞周期和生物合成程序，同时上调信号接收、应激反应、细胞间通讯和蛋白质稳态相关基因。功能研究证实，静息态NSCs主要依赖脂肪酸氧化供能，激活时伴随脂质合成增加；它们还表现出低水平蛋白质合成、高自噬通量和溶酶体接触，从而维持蛋白质稳态。通过限制分裂频率，静息态减少了复制应激和DNA损伤积累，有助于保护长寿干细胞。衰老时，NSCs逐渐积累在更深的静息态，激活频率和对促有丝分裂信号的响应能力降低，但一旦激活，其增殖和分化潜力基本保留，表明衰老主要提高了静息退出阈值而非损害内在潜能。

3 成体神经干细胞中静息的异质性和深度

静息态并非单一均一状态，而是一个包含不同分子构型和功能潜能的亚态谱系。单细胞转录组研究在成年V-SVZ中鉴定出转录上截然不同的静息态NSC亚群，包括深层静息态和预备（primed）静息态，两者之间存在渐进过渡而非截然边界。深层静息态NSCs强烈抑制细胞周期基因，核糖体生物合成低，转录组强调应激抵抗、生态位互作和长期维持；预备静息态NSCs则部分启动生物合成程序，核糖体活性增加，并表达低水平早期细胞周期调控因子，但仍缺乏明显增殖标志。功能实验表明，预备态细胞对生理或实验刺激更易响应并激活，而深层静息细胞具有更高抗激活能力。这种功能分层支持“分工”模型：预备态静息NSCs维持稳态条件下的神经发生，深层静息NSCs作为长期储备以保存再生能力。衰老可能优先稳定深层静息或损害深层向预备态的转变，从而减少可激活细胞池。亚态究竟代表稳定的亚群，还是单个细胞在深浅静息间动态转换的瞬时阶段，仍是领域内核心未解问题。

4 定义静息亚态的实验挑战

在体内解析静息态异质性仍面临显著技术障碍。目前缺乏能唯一标记深层静息或预备态NSCs的确定性标志物，现有方法通常依赖阴性增殖标志物、报告基因系或转录组特征组合，可能无法完全反映功能差异。常用的体外培养方法如神经球形成实验，倾向于选择性捕获激活或易激活的NSCs，从而低估深层静息群体的存在和贡献。近期结合流式细胞术纯化、体内标记策略和纵向单细胞分析的技术正在部分弥补这些局限，但将分子状态与长期功能结局直接关联仍是未解决的挑战。此外，细胞状态与细胞身份的定义也需更清晰：静息可被理解为多维状态空间中的一个区域，其“深度”反映细胞在该状态空间中的位置以及向激活转变的概率。表型相似的细胞可能处于相反轨迹或具有不同的既往激活历史，这提示仅凭当前状态标签不足以完整描述NSC行为。

5 静息的动态本质：诱导、维持与退出

静息不是简单的增殖缺失，而是可被获得、长期维持并最终逆转的主动调节状态。静息诱导是指NSC在退出细胞周期同时保留干细胞身份和长期潜能的过程。在V-SVZ，静息首先在胚胎发育期间建立，激活后也可重新进入。关键调控因子包括Ascl1的快速降解、细胞周期抑制因子p21和p57以及Hes1的持续表达，它们共同确保静息诱导是一个主动过程而非细胞周期停滞的被动结果。静息维持则需要持续的内源程序，包括低生物合成活性、低蛋白质合成、高自噬通量和溶酶体接触，以及可逆但必须主动维持的染色质构型，从而防止不恰当激活或终末分化。静息退出被重新定义为概率性转变而非不可逆的增殖承诺。谱系追踪和数学建模表明，激活后的V-SVZ NSCs可返回静息态，且回归频率受生态位空间占用限制。因此，激活、谱系进展和重新进入静息构成动态稳态循环，共同平衡神经发生输出与干细胞池的长期保存。

6 外部信号对静息控制的整合观点

NSCs的静息状态源于其与复杂微环境的持续动态互作。V-SVZ中NSCs具有极化结构：顶端突起接触脑脊液（CSF），基底突起接触血管和细胞外基质（ECM）。室管膜细胞分泌Noggin，拮抗促静息的骨形态发生蛋白（BMP）信号。星形胶质细胞和小胶质细胞通过代谢支持或炎症依赖方式调节静息。直接细胞接触分子如N-cadherin和血管细胞黏附分子1（VCAM1）参与锚定和接触依赖性信号传递，而Notch信号是维持NSC身份和抑制分化的范例。ECM不仅提供结构支撑，还通过调节生长因子可利用性、机械传导和整合素信号影响激活阈值。全身性因素如循环细胞因子、激素和代谢信号可通过血管或CSF进入微环境；干扰素和肿瘤坏死因子（TNF）等炎症信号可促进深层静息，特别是在衰老或慢性炎症背景下。异时共生实验显示年轻循环因子可部分恢复老龄NSC活性。因此，静息产生于细胞接触、可溶性因子、ECM介导信号和系统输入在共享胞内通路中的汇聚，既稳定又灵活，能够适应生理状态的变化。

7 结论

本综述强调区分静息态诱导、维持与退出三个过程的重要性，它们虽然相互关联，但可能依赖部分不同的机制。年龄相关的神经发生下降并非单纯由于NSC耗竭，而是静息调节异常，特别是深层静息过度稳定和退出激活受损。炎症和病理状况也常常使NSCs偏向保护性静息，以牺牲再生输出为代价。治疗上不应采取简单全局“激活”静息NSC的策略，因为这可能耗尽干细胞池或破坏微环境完整性；未来应针对静息深度、激活响应性或衰老/疾病生态位中的平衡转变进行精确调节。人类V-SVZ神经发生在出生后显著下降，可能并非完全源于干细胞丢失，而是NSCs逐渐进入深层静息态。理解调控静息深度的分子和细胞机制，有望为激活内源性NSCs进行脑修复提供新策略。