Cell颠覆传统认知，命运早定的干细胞

　　

生物通报道  人们通常认为成体神经干细胞具有发育为多种类型脑细胞的能力，然而根据加州大学旧金山分校研究人员领导的一项新研究，事实上在出生前这些细胞就被预先编程来生成非常特异的神经元类型，至少在小鼠体内是如此。这项研究发表在6月18日的《细胞》（Cell）杂志上。

加州大学神经外科教授、脑肿瘤研究中心与Eli和Edythe Broad再生医学及干细胞研究中心首席研究员Arturo Alvarez-Buylla说：“这项研究从根本上改变了我们思考干细胞的方式。对于那些认为神经干细胞具有广泛神经修复潜力的人而言这或许是个不受欢迎的消息。与之相反，看起来这种潜力在胚胎发育极早期便已缩小。好像是胚胎时就为未来做好了规划。”

成体干细胞存在于全身的器官系统中。其中大多数都是未分化细胞，这意味着它们具有发育为不同的细胞类型，实现组织生长和修复的潜力。例如，皮肤干细胞发挥作用可以再生出皮肤，而肠道干细胞则可不断地衍生出大肠和小肠细胞。

大多数的成体干细胞也会自我更新。当一个干细胞分裂为两个细胞时，其中一个子细胞会仍然保持为未分化细胞，由此保留了细胞的再生和修复潜力。

Alvarez-Buylla的实验室在20多年前第一次发现了神经干细胞。“人们认为成体神经干细胞以相似的方式分化和自我更新。我们看到的却并非如此。”

和在人类大脑中一样，在小鼠的大脑中成体神经干细胞定位脑室壁上，脑室充满了脑脊液。利用先进的DNA标记技术，Alvarez-Buylla和他的研究小组追溯小鼠成体神经干细胞的发育至它们的胚胎祖细胞。他们发现在小鼠胚胎为13-15日龄（在胚胎脑发育的极早期）时大多数的神经干细胞便已生成，然后保持静息状态直至在以后的生活中被重新激活。

并且，他们发现它们在脑室壁上的位置决定了每个成体神经干细胞以后会发育为的精确神经元类型。而这种定位在胚胎发育的更早期，即胚胎11天时就已确定。

Alvarez-Buylla说：“因此，在这项研究中我们获得了一系列的惊人发现。这些细胞并没有持续地自我更新，而是在发育过程中的某一时期生成，然后保持静息状态直至被重新激活。结果表明当它们被重新激活时，它们在大脑中所起的作用在出生前就已经部分被确定了。”

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研究人员获得的另一个意外发现与胚胎干细胞和成体干细胞之间的关系有关。

通过DNA标记，科学家们发现他们研究的小鼠成体干细胞源自于生成大脑完全不同区域的神经元的胚胎神经干细胞。

Alvarez-Buylla说：“这意味着，这些细胞在一段时期内为胚胎大脑生成了神经元，然后切换至不同的模式，生成了会变为成体神经细胞祖细胞的细胞。令人难以置信的是，胚胎中生成的神经元极其不同于在成人中生成的神经元。因此在某种程度上，这些胚胎干细胞切换了模式，生成了全新的细胞类型。这一研究发现有可能从根本上改变我们的胚胎干细胞和成体干细胞关系图（延伸阅读：成体干细胞能否胜过胚胎干细胞？ ）。”

Alvarez-Buylla谨慎指出，正如所有涉及小鼠的研究一样，这对于人类生物学最多具有间接意义。“不过很早以前小鼠大脑就已被接受，作为人类大脑的极好基础研究模型。”

Alvarez-Buylla还指出，这篇论文还有可能会影响成功在人类大脑和神经系统中开展干细胞治疗。

“在人体中需要如此多不同的祖细胞来生成不同类型的神经元。诚然我们正在学习如何来重编程成体干细胞生成不同的神经元类型，这项工作告诉了我们，如果我们不了解大脑的胚胎学，无法追溯特定神经细胞类型的起源，我们利用干细胞疗法来修复脑损伤的可能性则会极低。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Embryonic Origin of Postnatal Neural Stem Cells

Adult neural stem/progenitor (B1) cells within the walls of the lateral ventricles generate different types of neurons for the olfactory bulb (OB). The location of B1 cells determines the types of OB neurons they generate. Here we show that the majority of mouse B1 cell precursors are produced between embryonic days (E) 13.5 and 15.5 and remain largely quiescent until they become reactivated postnatally. Using a retroviral library carrying over 100,000 genetic tags, we found that B1 cells share a common progenitor with embryonic cells of the cortex, striatum, and septum, but this lineage relationship is lost before E15.5. The regional specification of B1 cells is evident as early as E11.5 and is spatially linked to the production of neurons that populate different areas of the forebrain. This study reveals an early embryonic regional specification of postnatal neural stem cells and the lineage relationship between them and embryonic progenitor cells.