自上世纪60年代发现神经再生现象以来，神经科学领域专家学者做了大量关于神经再生的研究，包括体外分离培养神经干细胞并探索神经干细胞增殖、分化、迁移的规律和机制，以期最终应用于中枢神经系统疾病的治疗，如干细胞移植和神经生长因子诱导治疗等。脑脊髓损伤是死残率高、经济负担重的临床常见疾患，现撰文主要就目前神经科学领域有关调控内源性神经干细胞参与脑脊髓损伤神经再生修复的研究进展作一综述。
引用本文： 梁锐超, 方芳. 内源性神经干细胞在中枢神经系统创伤修复中的研究进展. 华西医学, 2014, 29(1): 150-154. doi: 10.7507/1002-0179.20140047 复制
神经干细胞（NSC）是具有分化为神经元星形胶质细胞及少突胶质细胞的能力，能自我更新并足以提供大量脑组织细胞的细胞。内源性NSC是机体神经系统自身存在而非从外界导入的NSC。上世纪60年代，Altman等[1]首次证实成年哺乳动物大脑具有神经再生的能力，80年代Goldman等[2]再次提出此概念并有一系列实验显示成年鸟类大脑有新神经元生成，1992年Reynolds等[3]首次在体外成功分离并培养成年哺乳动物的NSC。Weiss等[4]于1996年首次体外成功分离培养哺乳动物脊髓的NSC。目前已公认，成年哺乳动物（包括人类）中枢神经系统中存在内源性NSC[5]，主要分布于侧脑室壁的室管膜下区（SVZ）和海马齿状回的颗粒下层（SGZ），在脊髓室管膜区和白质也普遍存在NSC，可能由于这些区域具有适合干细胞生存及促使其发挥神经再生特性的特定微环境[6, 7]。另外，Imura[8]认为，在脑缺血或其他神经系统的病理状态下，成熟细胞可发生细胞骨架的胚胎回复，出现胚胎神经上皮细胞特性的再表达。
创伤性脑损伤（TBI）和脊髓损伤（SCI）是由外伤引起的脑组织和脊髓组织损伤。随着现代化建设进程及交通高速化发展，TBI和SCI的发生率逐年上升，并且死残率高，后遗症多，给患者及家庭造成极大的痛苦和经济负担，也给社会造成极大的救助压力，是当今威胁人类生命健康的重要疾患之一[9]。TBI和SCI的病理生理过程相当复杂，传统的药物及手术治疗手段往往难以逆转细胞水平损害造成的神经功能缺失。外源性NSC移植是修复和代替受损脑组织的有效方法，能重建部分环路和功能。然而，外源性NSC移植存在一些问题[10]：① NSC在体外分离和鉴定培养中，还无法做到产出细胞完全均一，且不能将尚未标准化的操作流程所产出的随机性很高的细胞直接移植给患者；② 其他组织干细胞如骨髓来源的干细胞，尽管也能向神经细胞分化，但几乎无实验能够证明具有神经细胞抗原标记的跨胚层分化细胞是有功能的神经细胞；③ 先前进行的移植试验，甚至临床试验，所观察到的疗效未提供令人信服的物质基础，已经进行的很多临床试验都未发现长期疗效，无法为细胞移植治疗的可靠性提供直接证据；④ 外源性NSC存在潜在致瘤性是目前国际共识和研究焦点。相对于外源性NSC，内源性NSC具有来源稳定、无免疫原性、无成瘤性、可避免内环境紊乱等优势。因此，充分调动患者自身中枢神经系统的内源性NSC迁移、分化和成熟，或许会为脑和脊髓创伤修复提供一个强有力的工具。现就其在中枢神经系统创伤修复中的研究进展作一综述。
1 生理状态下内源性NSC的增殖、分化和迁移
胚胎期NSC起源于神经管上皮并迁移分化为大脑皮层的锥体细胞和中间神经元[11]。出生前大多数神经前体细胞的迁移就已结束，成年哺乳动物生理状态下中枢神经干细胞的分化迁移主要发生在大脑的SVZ、SGZ以及脊髓的室管膜区和白质[12]。内源性NSC的检测方法有溴脱氧尿苷标记法（BrdU）、内源性细胞周期蛋白检测法以及14C法，目前最常用的方法仍然是BrdU[13]。免疫组织化学验证发现成体中枢神经干细胞表达巢蛋白（Nestin）、Musashi-1、SOX家族转录因子、细胞黏附因子（LeX和CXCR4等）以及CD133等表面标志物[14]。
位于SVZ的神经干细胞主要是LeX+、CD133+、GFAP+、Nestin+、CD24-、O4-、NeuN-、S-100β-的静止细胞，它们通过类似室管膜上皮细胞纤毛的结构连接侧脑室[15]。此类细胞可生成表达Dlx2+、Musashi-1+的中间前体细胞，中间前体细胞分裂活跃，短暂存在后分化为表达PSA-NCAM+、DCX+的神经母细胞[16]，神经母细胞可通过一种喙侧迁移流（RMS）的结构迁移至嗅球并分化为嗅球中间神经元，从而形成脑室-嗅球神经再生系统（VONS）[17]，参与嗅觉辨别和记忆，使机体达到更好的嗅觉适应，增加嗅觉灵敏度[18]。神NSC在沿着VONS系统迁移过程中可能受RMS内的血管走向、纤维走向介导[12]，并循着VONS系统内的细胞因子浓度梯度迁移到嗅球，常见的如脑源性神经营养因子（BDNF）、胶质源性神经营养因子（GDNF）、血管内皮生长因子（VEGF）等[19, 20]。在迁移过程中，神经母细胞不断分化成熟。
SGZ的NSC并无类似SVZ中的远距离迁移途径，此区主体细胞是表达GFAP+、S-100β-、Sox2+、Nestin+的静止细胞，它们与表达GFAP-、S-100β-、Sox2+、Nestin+的活跃中间前体细胞共存，后者可进一步分化为表达GFAP+、S-100β+的成熟胶质细胞和表达DCX+的神经母细胞[16]。增殖分化的NSC迁移范围很局限，它们主要迁移到颗粒层分化建立突触，形成新的颗粒层神经元，并与分子层神经元联系，参与学习和记忆活动[21]。
在脊髓，NSC的增殖、分化和迁移情况一直有争议，目前比较常见的说法是，在室管膜的干细胞缓慢增殖、迁移到脊髓外层并分化为星形胶质细胞和少突胶质细胞[22]；而另一种说法认为干细胞和祖细胞可独立存在于室管膜层外的脊髓实质，并在生理情况下增殖分化为星形胶质细胞和少突胶质细胞[23]。不管哪种说法，脊髓NSC的增殖分化方向是倾向胶质细胞，向神经元分化较少。
细胞信号分子、细胞外基质和细胞之间的相互作用共同调控NSC的分化[7]。SVZ和SGZ区的星形胶质细胞可以通过分泌信号分子和细胞接触两种途径促进NSC向神经元方向分化，如SGZ区的胶质细胞分泌的Neurogenesin-1以及SVZ区分泌的Noggin可拮抗骨形态发生蛋白4（BMP-4）的诱导胶质分化作用，星形胶质细胞还可分泌Sonic hedgehog蛋白和白细胞介素（IL）-6、IL-1β等分子促进神经元的形成，在海马区星形胶质细胞的长期接触诱导，可增加海马齿状回神经元容量。血管内皮细胞分泌的BDNF和VEGF可介导干细胞向神经元方向分化，内皮下的基底膜可通过接触诱导和捕获成纤维细胞生长因子2（FGF-2）间接诱导神经元的形成[7, 24]。
2 病理状态下NSC干细胞的增殖、分化和迁移
2.1 TBI
创伤引起的神经元变性和缺失分局部和弥漫性两种情况。局部损伤主要存在于额极、额叶眶部、颞极以及外侧裂以上的脑区，包括局部的脑挫裂伤和出血；而弥漫性损伤则主要累及海马区脑组织，致死性TBI患者的脑组织损伤缺失可达80%以上，此类患者病情稳定后会出现不同程度认知障碍。
动物实验证明，TBI可引起SVZ的干细胞分裂、增殖、分化，并以类似生理状态下的链式迁移方式到达损伤病灶，替换变性坏死的神经元；与此同时，生理状态下的RMS迁移方式就相应减少，提示增殖的干细胞可能因为细胞外信号的改变打破了RMS中星形胶质细胞和神经前体细胞之间的屏障，重新定向迁移途径[25]。大鼠海马创伤模型研究发现，最早于TBI后2 d就可在伤侧和对侧海马区检测到大量新生的神经元，均来源于齿状回增殖分化的NSC[25, 26]。成年大鼠海马齿状回SGZ的NSC与幼年大鼠相比，具有相似的增殖能力，但损伤灶新生神经元数量较幼年组少，可能由于成年大鼠分泌神经营养因子（如BDNF）的能力减弱所致。通过脑室内注入神经营养因子S-100β后，大鼠SGZ区NSC增殖明显，创伤灶新生神经元数量也较对照组明显增加，实验组大鼠智力测试结果也较对照组高[27]。以上实验提示海马区NSC在创伤后增殖、分化、迁移到病灶，可以替代缺失神经元重建神经网络。临床上也有轻中度的脑外伤患者认知障碍有自发改善和恢复的报导[28]。虽然新皮层的挫伤可能通过SVZ区NSC的增殖、迁移和分化得以修复，但Magavi等[29]的研究发现，成年猴皮层损伤后可在原位检测到NSC增殖、分化并自我修复。
脑损伤后NSC的增殖迁移现象支持内源性NSC的诱导分化修复脑损伤的猜测，但根据大多数患者的表现看，这种内源性再生修复作用并不十分有效，因为再生过程中只有不到50%的神经元能够迁移分化成熟并在损伤部位成功建立突触联系[30]。内源性NSC再生迁移分化过程好像并未充分激活或者被周围环境所抑制[24]。
2.2 SCI
脊髓的直接创伤可引起一系列细胞和分子病理事件，包括进行性的出血坏死、水肿、髓鞘脱失和细胞破坏。在脊髓损伤早期，主要是脊髓内部血管破坏、灰质神经元变性缺失以及白质少突胶质细胞的缺失。血管损伤引起的缺血缺氧以及轴突断裂等可继发系列二次损伤事件，包括兴奋毒性、变性坏死区的扩大以及星形胶质细胞和小胶质细胞的活化，后者的增生可引起病灶胶质瘢痕的形成。临床上，患者会出现一系列的感觉运动缺失和自主神经功能障碍[31]。
脊髓中央管内的室管膜细胞被认为是成年脊髓内NSC的主要来源，其在正常生理状态下可进行自我更新，但增殖分化成其他细胞（胶质细胞和神经元）的比例较少。脊髓受损后早期（24 h内）就可观察到NSC增殖活化，活化的室管膜细胞分化成星形胶质细胞和少突胶质细胞，但生成神经元的比例极少[32]。星形胶质细胞可迁移到损伤灶形成胶质瘢痕，阻碍轴突的再生修复和组织重建，而且活化的星形胶质细胞可分泌神经再生修复抑制因子。少突胶质细胞可参与髓鞘修复和重建，但脊髓损伤可波及大范围内的髓鞘脱失，且室管膜细胞分化形成的星形胶质细胞比例较大，胶质瘢痕范围也广，这些都阻碍了少突胶质细胞的神经再生作用[33]。总之，脊髓损伤后虽有大量细胞再生，但其自然病程是形成胶质瘢痕而不是神经中枢的再生修复，导致患者功能恢复受限[34]。
3 调控内源性NSC参与再生修复的因素
3.1 外源性神经生长因子和营养因子的引入
3.1.1 TBI修复中神经生长因子的作用
大量TBI动物模型研究发现，脉络丛-脑脊液的稳定性在TBI发生时遭到破坏，包括血-脑脊液屏障破坏、脑脊液流体动力学改变、大量白细胞进入脑脊液等都可严重影响SVZ和SGZ区的神经再生修复过程。脉络丛修复时，可上调脑脊液中生长因子和神经营养因子的浓度，又可促进神经再生和认知功能的恢复。因此，通过脑室内注射补充生长因子和神经营养因子的措施可加快神经再生、血管再生和神经保护作用[35]。
生长因子如FGF-2和表皮生长因子（EGF）有强烈的促有丝分裂作用，基因敲除鼠实验表明FGF-2对于海马的神经再生必不可少，脑室灌注FGF-2或EGF可促进TBI动物模型的SVZ和SGZ区的神经再生和动物神经功能的恢复。VEGF是一种血管再生蛋白，同时具有神经营养保护作用，小鼠实验证明VEGF可以促进神经再生功能，改善TBI预后。促红细胞生成素是造血干细胞成熟、分化和存活的必需细胞因子，重组人促红细胞生长素可明显促进SGZ区神经再生及改善认知功能[5]。胰岛素样生长因子1（IGF-1）可以促进海马齿状回SGZ区的干细胞增殖以及神经元、少突胶质细胞和血管的新生。近来发现，生长激素（GH）也可以诱导成年大脑细胞新生，甚至生长激素刺激激素（GHS）也有神经保护和神经再生作用。GH信号通路相关基因敲除的大鼠神经元和星形胶质细胞都明显减少。总之，GH/IGF-1轴在TBI后的神经再生和功能恢复中可能起到比较重要的作用[36]。
但上述实验采用侧脑室注射药物方式，随着脑脊液的流动，药物会广泛分布于大脑组织，而实验观察到的神经再生或神经营养作用是这些生长因子直接作用于NSC产生的还是脑组织的连锁反应值得思考。且弥散性的给药可能引发不适当的诱导增殖作用，导致难以控制的不良反应（如肿瘤、癫痫[37]等）。
3.1.2 SCI修复中神经生长因子的作用
目前在脊髓损伤修复中，为动员NSC采取的措施有促进或抑制特定细胞因子、施加特定生长因子以及调控转录因子的表达[32]。
给予细胞因子或抑制某细胞因子受体可促使脊髓损伤向期望的方向恢复。粒单核细胞集落刺激因子（GM-CSF）在体外实验中可促进NSC增殖，SCI后向损伤灶直接注射GM-CSF可增加病灶周围内源性NSC数量，并促进运动功能恢复。IL-6可诱导内源性NSC向星形胶质细胞分化，向实验性SCI小鼠腹腔注射IL-6单抗治疗后，明显抑制损伤灶星形胶质细胞的聚集，并改善小鼠运动功能。白血病抑制因子（LIF）也可促进SCI动物模型脊髓损伤灶NSC的增殖[32]。
向SCI病灶直接注射生长因子（如FGF-2和EGF）可刺激神经前体细胞的神经再生及少突胶质细胞再生修复功能。结合生长因子治疗（如BDNF、FGF-2和EGF）和基因修饰（通过逆转录病毒导入目的基因使NSCS高表达neurogenin 2/Mash1）等实验表明可促进神经再生和少突胶质细胞再生[32]。
3.2 与神经再生相关的信号通路
NSC再生微环境有一系列促进干细胞增殖、迁移、分化以及成熟的分子信号，包括Wnt、Shh、骨形态发生蛋白拮抗分子、Notch信号以及细胞因子等。这些细胞外信号以及相关的胞内信号网络紧密联系，共同调控神经再生过程。目前研究比较热的有Wnt信号通路、Notch信号通路等。
Wnt家族是促进细胞增殖分化的糖蛋白，由NSC和星形胶质细胞产生。哺乳动物Wnt家族有19个成员，它们的分泌受到严格的时空特异性调控，并可激活不同的细胞内信号通路，调控细胞功能。经典的Wnt信号通路又叫Wnt/beta-catenin通路，在哺乳动物不同种属之间高度保守。Wnt蛋白与其跨膜受体结合后通过LPR共受体激活胞内的Dvl蛋白，Dvl蛋白的激活促进胞质内beta-catenin破坏复合物的解离，蓄积的beta-catenin转位到核内激活靶基因，并进一步参与内源性NSC的自我更新、分化和成熟。虽然目前有大量关于Wnt/beta-catenin信号通路的研究结果，但其调控的分子机制尚未完全明确[38]。
Notch信号通路在哺乳动物体内是比较保守的，Notch是受体分子包括Notch1-4，对应的配体如锯齿状蛋白（JAG1、JAG2）等。Notch信号与其他信号相互作用，形成交叉网络，共同调控神经再生过程。Notch及其配体是跨膜蛋白，二者结合后激活蛋白酶切割Notch跨膜段，游离的Notch胞内结构域转位入核内调控基因表达。与此同时，Notch配体胞内段也受蛋白酶切割，但游离片段功能尚不清楚。此前研究结果提出许多Notch参与神经再生修复的机制理论，但尚未确切证实。明确Notch信号通路分子机制，可以很大程度促进神经再生修复的理论与临床研究[39]。
4 问题与展望
内源性NSC通过不对称分裂，一方面保持自我更新，另一方面不断分化成神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞，维持大脑正常神经功能。在疾病状态下，NSC会改变分化、迁移模式参与损伤部位的神经再生过程。调控神经再生修复过程的机制复杂，尚未完全明确，但自然状态下，NSC的神经再生作用不能完全发挥，或往不理想方向发展（如形成胶质瘢痕），需借助干预措施动员NSC，诱导其迁移、分化修复损伤。在此前需充分了解干细胞的动员模式和机理，寻找恰当的动员措施，严格控制其神经再生作用，这是目前神经再生领域研究的难点和重点。随着高分子材料技术的发展及其与生物医学领域的交叉融合，微纳米生物材料在生物治疗中的应用越来越广泛，微纳米颗粒系统在将生物信号分子运送达目的靶位之前可有效保护信号分子及维持其稳定性，为中枢神经系统的创伤修复提供新思路[24]。总之，内源性NSC在中枢神经系统创伤修复方面具有独特的优势，值得深入研究并有望在不久的将来成为中枢神经系统创伤修复极具潜力的治疗途径。
神经干细胞（NSC）是具有分化为神经元星形胶质细胞及少突胶质细胞的能力，能自我更新并足以提供大量脑组织细胞的细胞。内源性NSC是机体神经系统自身存在而非从外界导入的NSC。上世纪60年代，Altman等[1]首次证实成年哺乳动物大脑具有神经再生的能力，80年代Goldman等[2]再次提出此概念并有一系列实验显示成年鸟类大脑有新神经元生成，1992年Reynolds等[3]首次在体外成功分离并培养成年哺乳动物的NSC。Weiss等[4]于1996年首次体外成功分离培养哺乳动物脊髓的NSC。目前已公认，成年哺乳动物（包括人类）中枢神经系统中存在内源性NSC[5]，主要分布于侧脑室壁的室管膜下区（SVZ）和海马齿状回的颗粒下层（SGZ），在脊髓室管膜区和白质也普遍存在NSC，可能由于这些区域具有适合干细胞生存及促使其发挥神经再生特性的特定微环境[6, 7]。另外，Imura[8]认为，在脑缺血或其他神经系统的病理状态下，成熟细胞可发生细胞骨架的胚胎回复，出现胚胎神经上皮细胞特性的再表达。
创伤性脑损伤（TBI）和脊髓损伤（SCI）是由外伤引起的脑组织和脊髓组织损伤。随着现代化建设进程及交通高速化发展，TBI和SCI的发生率逐年上升，并且死残率高，后遗症多，给患者及家庭造成极大的痛苦和经济负担，也给社会造成极大的救助压力，是当今威胁人类生命健康的重要疾患之一[9]。TBI和SCI的病理生理过程相当复杂，传统的药物及手术治疗手段往往难以逆转细胞水平损害造成的神经功能缺失。外源性NSC移植是修复和代替受损脑组织的有效方法，能重建部分环路和功能。然而，外源性NSC移植存在一些问题[10]：① NSC在体外分离和鉴定培养中，还无法做到产出细胞完全均一，且不能将尚未标准化的操作流程所产出的随机性很高的细胞直接移植给患者；② 其他组织干细胞如骨髓来源的干细胞，尽管也能向神经细胞分化，但几乎无实验能够证明具有神经细胞抗原标记的跨胚层分化细胞是有功能的神经细胞；③ 先前进行的移植试验，甚至临床试验，所观察到的疗效未提供令人信服的物质基础，已经进行的很多临床试验都未发现长期疗效，无法为细胞移植治疗的可靠性提供直接证据；④ 外源性NSC存在潜在致瘤性是目前国际共识和研究焦点。相对于外源性NSC，内源性NSC具有来源稳定、无免疫原性、无成瘤性、可避免内环境紊乱等优势。因此，充分调动患者自身中枢神经系统的内源性NSC迁移、分化和成熟，或许会为脑和脊髓创伤修复提供一个强有力的工具。现就其在中枢神经系统创伤修复中的研究进展作一综述。
1 生理状态下内源性NSC的增殖、分化和迁移
胚胎期NSC起源于神经管上皮并迁移分化为大脑皮层的锥体细胞和中间神经元[11]。出生前大多数神经前体细胞的迁移就已结束，成年哺乳动物生理状态下中枢神经干细胞的分化迁移主要发生在大脑的SVZ、SGZ以及脊髓的室管膜区和白质[12]。内源性NSC的检测方法有溴脱氧尿苷标记法（BrdU）、内源性细胞周期蛋白检测法以及14C法，目前最常用的方法仍然是BrdU[13]。免疫组织化学验证发现成体中枢神经干细胞表达巢蛋白（Nestin）、Musashi-1、SOX家族转录因子、细胞黏附因子（LeX和CXCR4等）以及CD133等表面标志物[14]。
位于SVZ的神经干细胞主要是LeX+、CD133+、GFAP+、Nestin+、CD24-、O4-、NeuN-、S-100β-的静止细胞，它们通过类似室管膜上皮细胞纤毛的结构连接侧脑室[15]。此类细胞可生成表达Dlx2+、Musashi-1+的中间前体细胞，中间前体细胞分裂活跃，短暂存在后分化为表达PSA-NCAM+、DCX+的神经母细胞[16]，神经母细胞可通过一种喙侧迁移流（RMS）的结构迁移至嗅球并分化为嗅球中间神经元，从而形成脑室-嗅球神经再生系统（VONS）[17]，参与嗅觉辨别和记忆，使机体达到更好的嗅觉适应，增加嗅觉灵敏度[18]。神NSC在沿着VONS系统迁移过程中可能受RMS内的血管走向、纤维走向介导[12]，并循着VONS系统内的细胞因子浓度梯度迁移到嗅球，常见的如脑源性神经营养因子（BDNF）、胶质源性神经营养因子（GDNF）、血管内皮生长因子（VEGF）等[19, 20]。在迁移过程中，神经母细胞不断分化成熟。
SGZ的NSC并无类似SVZ中的远距离迁移途径，此区主体细胞是表达GFAP+、S-100β-、Sox2+、Nestin+的静止细胞，它们与表达GFAP-、S-100β-、Sox2+、Nestin+的活跃中间前体细胞共存，后者可进一步分化为表达GFAP+、S-100β+的成熟胶质细胞和表达DCX+的神经母细胞[16]。增殖分化的NSC迁移范围很局限，它们主要迁移到颗粒层分化建立突触，形成新的颗粒层神经元，并与分子层神经元联系，参与学习和记忆活动[21]。
在脊髓，NSC的增殖、分化和迁移情况一直有争议，目前比较常见的说法是，在室管膜的干细胞缓慢增殖、迁移到脊髓外层并分化为星形胶质细胞和少突胶质细胞[22]；而另一种说法认为干细胞和祖细胞可独立存在于室管膜层外的脊髓实质，并在生理情况下增殖分化为星形胶质细胞和少突胶质细胞[23]。不管哪种说法，脊髓NSC的增殖分化方向是倾向胶质细胞，向神经元分化较少。
细胞信号分子、细胞外基质和细胞之间的相互作用共同调控NSC的分化[7]。SVZ和SGZ区的星形胶质细胞可以通过分泌信号分子和细胞接触两种途径促进NSC向神经元方向分化，如SGZ区的胶质细胞分泌的Neurogenesin-1以及SVZ区分泌的Noggin可拮抗骨形态发生蛋白4（BMP-4）的诱导胶质分化作用，星形胶质细胞还可分泌Sonic hedgehog蛋白和白细胞介素（IL）-6、IL-1β等分子促进神经元的形成，在海马区星形胶质细胞的长期接触诱导，可增加海马齿状回神经元容量。血管内皮细胞分泌的BDNF和VEGF可介导干细胞向神经元方向分化，内皮下的基底膜可通过接触诱导和捕获成纤维细胞生长因子2（FGF-2）间接诱导神经元的形成[7, 24]。
2 病理状态下NSC干细胞的增殖、分化和迁移
2.1 TBI
创伤引起的神经元变性和缺失分局部和弥漫性两种情况。局部损伤主要存在于额极、额叶眶部、颞极以及外侧裂以上的脑区，包括局部的脑挫裂伤和出血；而弥漫性损伤则主要累及海马区脑组织，致死性TBI患者的脑组织损伤缺失可达80%以上，此类患者病情稳定后会出现不同程度认知障碍。
动物实验证明，TBI可引起SVZ的干细胞分裂、增殖、分化，并以类似生理状态下的链式迁移方式到达损伤病灶，替换变性坏死的神经元；与此同时，生理状态下的RMS迁移方式就相应减少，提示增殖的干细胞可能因为细胞外信号的改变打破了RMS中星形胶质细胞和神经前体细胞之间的屏障，重新定向迁移途径[25]。大鼠海马创伤模型研究发现，最早于TBI后2 d就可在伤侧和对侧海马区检测到大量新生的神经元，均来源于齿状回增殖分化的NSC[25, 26]。成年大鼠海马齿状回SGZ的NSC与幼年大鼠相比，具有相似的增殖能力，但损伤灶新生神经元数量较幼年组少，可能由于成年大鼠分泌神经营养因子（如BDNF）的能力减弱所致。通过脑室内注入神经营养因子S-100β后，大鼠SGZ区NSC增殖明显，创伤灶新生神经元数量也较对照组明显增加，实验组大鼠智力测试结果也较对照组高[27]。以上实验提示海马区NSC在创伤后增殖、分化、迁移到病灶，可以替代缺失神经元重建神经网络。临床上也有轻中度的脑外伤患者认知障碍有自发改善和恢复的报导[28]。虽然新皮层的挫伤可能通过SVZ区NSC的增殖、迁移和分化得以修复，但Magavi等[29]的研究发现，成年猴皮层损伤后可在原位检测到NSC增殖、分化并自我修复。
脑损伤后NSC的增殖迁移现象支持内源性NSC的诱导分化修复脑损伤的猜测，但根据大多数患者的表现看，这种内源性再生修复作用并不十分有效，因为再生过程中只有不到50%的神经元能够迁移分化成熟并在损伤部位成功建立突触联系[30]。内源性NSC再生迁移分化过程好像并未充分激活或者被周围环境所抑制[24]。
2.2 SCI
脊髓的直接创伤可引起一系列细胞和分子病理事件，包括进行性的出血坏死、水肿、髓鞘脱失和细胞破坏。在脊髓损伤早期，主要是脊髓内部血管破坏、灰质神经元变性缺失以及白质少突胶质细胞的缺失。血管损伤引起的缺血缺氧以及轴突断裂等可继发系列二次损伤事件，包括兴奋毒性、变性坏死区的扩大以及星形胶质细胞和小胶质细胞的活化，后者的增生可引起病灶胶质瘢痕的形成。临床上，患者会出现一系列的感觉运动缺失和自主神经功能障碍[31]。
脊髓中央管内的室管膜细胞被认为是成年脊髓内NSC的主要来源，其在正常生理状态下可进行自我更新，但增殖分化成其他细胞（胶质细胞和神经元）的比例较少。脊髓受损后早期（24 h内）就可观察到NSC增殖活化，活化的室管膜细胞分化成星形胶质细胞和少突胶质细胞，但生成神经元的比例极少[32]。星形胶质细胞可迁移到损伤灶形成胶质瘢痕，阻碍轴突的再生修复和组织重建，而且活化的星形胶质细胞可分泌神经再生修复抑制因子。少突胶质细胞可参与髓鞘修复和重建，但脊髓损伤可波及大范围内的髓鞘脱失，且室管膜细胞分化形成的星形胶质细胞比例较大，胶质瘢痕范围也广，这些都阻碍了少突胶质细胞的神经再生作用[33]。总之，脊髓损伤后虽有大量细胞再生，但其自然病程是形成胶质瘢痕而不是神经中枢的再生修复，导致患者功能恢复受限[34]。
3 调控内源性NSC参与再生修复的因素
3.1 外源性神经生长因子和营养因子的引入
3.1.1 TBI修复中神经生长因子的作用
大量TBI动物模型研究发现，脉络丛-脑脊液的稳定性在TBI发生时遭到破坏，包括血-脑脊液屏障破坏、脑脊液流体动力学改变、大量白细胞进入脑脊液等都可严重影响SVZ和SGZ区的神经再生修复过程。脉络丛修复时，可上调脑脊液中生长因子和神经营养因子的浓度，又可促进神经再生和认知功能的恢复。因此，通过脑室内注射补充生长因子和神经营养因子的措施可加快神经再生、血管再生和神经保护作用[35]。
生长因子如FGF-2和表皮生长因子（EGF）有强烈的促有丝分裂作用，基因敲除鼠实验表明FGF-2对于海马的神经再生必不可少，脑室灌注FGF-2或EGF可促进TBI动物模型的SVZ和SGZ区的神经再生和动物神经功能的恢复。VEGF是一种血管再生蛋白，同时具有神经营养保护作用，小鼠实验证明VEGF可以促进神经再生功能，改善TBI预后。促红细胞生成素是造血干细胞成熟、分化和存活的必需细胞因子，重组人促红细胞生长素可明显促进SGZ区神经再生及改善认知功能[5]。胰岛素样生长因子1（IGF-1）可以促进海马齿状回SGZ区的干细胞增殖以及神经元、少突胶质细胞和血管的新生。近来发现，生长激素（GH）也可以诱导成年大脑细胞新生，甚至生长激素刺激激素（GHS）也有神经保护和神经再生作用。GH信号通路相关基因敲除的大鼠神经元和星形胶质细胞都明显减少。总之，GH/IGF-1轴在TBI后的神经再生和功能恢复中可能起到比较重要的作用[36]。
但上述实验采用侧脑室注射药物方式，随着脑脊液的流动，药物会广泛分布于大脑组织，而实验观察到的神经再生或神经营养作用是这些生长因子直接作用于NSC产生的还是脑组织的连锁反应值得思考。且弥散性的给药可能引发不适当的诱导增殖作用，导致难以控制的不良反应（如肿瘤、癫痫[37]等）。
3.1.2 SCI修复中神经生长因子的作用
目前在脊髓损伤修复中，为动员NSC采取的措施有促进或抑制特定细胞因子、施加特定生长因子以及调控转录因子的表达[32]。
给予细胞因子或抑制某细胞因子受体可促使脊髓损伤向期望的方向恢复。粒单核细胞集落刺激因子（GM-CSF）在体外实验中可促进NSC增殖，SCI后向损伤灶直接注射GM-CSF可增加病灶周围内源性NSC数量，并促进运动功能恢复。IL-6可诱导内源性NSC向星形胶质细胞分化，向实验性SCI小鼠腹腔注射IL-6单抗治疗后，明显抑制损伤灶星形胶质细胞的聚集，并改善小鼠运动功能。白血病抑制因子（LIF）也可促进SCI动物模型脊髓损伤灶NSC的增殖[32]。
向SCI病灶直接注射生长因子（如FGF-2和EGF）可刺激神经前体细胞的神经再生及少突胶质细胞再生修复功能。结合生长因子治疗（如BDNF、FGF-2和EGF）和基因修饰（通过逆转录病毒导入目的基因使NSCS高表达neurogenin 2/Mash1）等实验表明可促进神经再生和少突胶质细胞再生[32]。
3.2 与神经再生相关的信号通路
NSC再生微环境有一系列促进干细胞增殖、迁移、分化以及成熟的分子信号，包括Wnt、Shh、骨形态发生蛋白拮抗分子、Notch信号以及细胞因子等。这些细胞外信号以及相关的胞内信号网络紧密联系，共同调控神经再生过程。目前研究比较热的有Wnt信号通路、Notch信号通路等。
Wnt家族是促进细胞增殖分化的糖蛋白，由NSC和星形胶质细胞产生。哺乳动物Wnt家族有19个成员，它们的分泌受到严格的时空特异性调控，并可激活不同的细胞内信号通路，调控细胞功能。经典的Wnt信号通路又叫Wnt/beta-catenin通路，在哺乳动物不同种属之间高度保守。Wnt蛋白与其跨膜受体结合后通过LPR共受体激活胞内的Dvl蛋白，Dvl蛋白的激活促进胞质内beta-catenin破坏复合物的解离，蓄积的beta-catenin转位到核内激活靶基因，并进一步参与内源性NSC的自我更新、分化和成熟。虽然目前有大量关于Wnt/beta-catenin信号通路的研究结果，但其调控的分子机制尚未完全明确[38]。
Notch信号通路在哺乳动物体内是比较保守的，Notch是受体分子包括Notch1-4，对应的配体如锯齿状蛋白（JAG1、JAG2）等。Notch信号与其他信号相互作用，形成交叉网络，共同调控神经再生过程。Notch及其配体是跨膜蛋白，二者结合后激活蛋白酶切割Notch跨膜段，游离的Notch胞内结构域转位入核内调控基因表达。与此同时，Notch配体胞内段也受蛋白酶切割，但游离片段功能尚不清楚。此前研究结果提出许多Notch参与神经再生修复的机制理论，但尚未确切证实。明确Notch信号通路分子机制，可以很大程度促进神经再生修复的理论与临床研究[39]。
4 问题与展望
内源性NSC通过不对称分裂，一方面保持自我更新，另一方面不断分化成神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞，维持大脑正常神经功能。在疾病状态下，NSC会改变分化、迁移模式参与损伤部位的神经再生过程。调控神经再生修复过程的机制复杂，尚未完全明确，但自然状态下，NSC的神经再生作用不能完全发挥，或往不理想方向发展（如形成胶质瘢痕），需借助干预措施动员NSC，诱导其迁移、分化修复损伤。在此前需充分了解干细胞的动员模式和机理，寻找恰当的动员措施，严格控制其神经再生作用，这是目前神经再生领域研究的难点和重点。随着高分子材料技术的发展及其与生物医学领域的交叉融合，微纳米生物材料在生物治疗中的应用越来越广泛，微纳米颗粒系统在将生物信号分子运送达目的靶位之前可有效保护信号分子及维持其稳定性，为中枢神经系统的创伤修复提供新思路[24]。总之，内源性NSC在中枢神经系统创伤修复方面具有独特的优势，值得深入研究并有望在不久的将来成为中枢神经系统创伤修复极具潜力的治疗途径。