神经损伤与修复1

神经损伤与修复,解剖教研室宣爱国,神经损伤包括:,中枢神经系统周围神经系统,损伤形式,外伤 丢失物理化学 神经细胞 溃变疾病 凋亡（生理性）遗传 死亡（病理性）,Seddon 将周围神经损伤：,、神经失用症（机能性麻痹）、轴突中断（轴索断裂）、神经断伤（神经断裂）,顺行溃变：自损伤部位向神经纤维远侧部及其末梢发生的溃变。逆行溃变：自损伤部位向神经纤维近侧部溃变，一般仅出现一段。,凋亡的概念及特征,凋亡是细胞维持自身稳定的一种基本生理机制细胞凋亡，亦称细胞程序性死亡，是细胞在一系列内源性基因的调控下发生的自然或生理性死亡的过程。特征：有生化方面和形态学方面的特征，前者是后者形成的基础。在科研中常以生化特征作为细胞凋亡早期和晚期的检测指标,1.生化特征：胞浆内Ca2+浓度升高；细胞内活性氧增多；质膜通透性变大；DNA内切酶活性被激活升高，双链DNA在核小体之间切断形成-185bP为基数的有序片段；型谷氨酰胺转移酶和需钙蛋白酶活性升高。2.形态学特征：胞膜完整，外形发泡状；胞质浓缩，细胞器紧聚；染色体紧缩呈月牙状，凝聚在核膜周围；形成膜包的凋亡小体，被附近的细胞或M吞噬消化清除；细胞凋亡可发生在正常细胞群中的单个细胞。,中枢神经系统修复,药物治疗（促循环、代谢剂、激素）神经营养因子和细胞因子(NGF、BDNF等）替代疗法（递质、神经干细胞、组织）基因治疗（直接、间接法）传统观点：神经细胞不可再生现在观点：,？,神经营养因子,神经营养因子（neurotrophic factor）是能支持神经元存活，促进其生长、分化，及维持其功能的一类化学因子。,神经营养因子分类,神经营养素家族睫状神经营养因子胶质细胞系源性神经营养因子已知的生长因子和细胞因子,神经营养素家族： NGF, BDNF, NT-3, NT-45, NT-6, NT-7作用形式：NT受体：P75 低亲和力受体，能快速与配体结合Trk受体高亲和力受体，结合动力慢，可通过Ras-MAP激酶途径和PI3激酶途径发挥作用,NT的生物学作用：（一）支持神经元存活维持周围神经系统的感觉神经元、交感神经元，以及中枢神经元的存活。（二）调节神经元表型发育期的水平的改变不会影响神经元的细胞数目，但会改变神经元的阈值、分化表型。（三）调节神经元的连接对正常成年脑全部神经元的活动可产生明显急速、剧烈和协调的作用，可能是对突触效能的作用结果。,（四）参与神经再生,不仅能支持原代培养的感觉神经元的存活，也促进他们突起的生长。,睫状神经营养因子（ciliary neurotrophic factor, CNTF),从鸡眼组织中分离，能支持体外培养的鸡副交感睫状神经元的存活而得名。对神经元和非神经元均有作用。如感觉神经元、多巴胺神经元、海马神经元、骨骼肌细胞等。CNTF信号转导通过CNTF受体复合物实现。受体包括： CNTFR、白血病抑制因子受体、gp130等,胶质细胞系源性神经营养因子（glial cell line-derived neurotrophic factor, GDNF),最初从大鼠胶质细胞系49条件培养基中分离出。促进中脑多巴胺神经元存活和分化。GDNF可在全身各种组织中表达，表明对神经系统和其他器官均有作用。GDNF通过和复合受体发挥效应。受体有： GDNF家族受体，et受体。,已知的生长因子和细胞因子,一、成纤维细胞因子（一）成纤维细胞因子家族（FGF)酸性和碱性，已发现种，依次被命名为FGF1 FGF23，其作用可与受体结合。（二） FGF受体：高亲和性和低亲和性（三） FGF家族对发育中神经干细胞增殖和分化起着重要作用。 FGF是神经干细胞抵抗自然产生的细胞凋亡的保护因子。,二、胰岛素样生长因子（IGF), 分为：IGF-和IGF - 2、IGF具有多种生理功能，特别是影响细胞的繁殖、分化和存活，在个体生长和发育中发挥重要作用。,1、研究发现神经系统疾病往往也缺少相应的神经递质， 例如基底神经节病主要是帕金森氏病，它主要是中脑黑质纹状体多巴胺减少。阿尔茨海默病特点是基底前脑胆碱能神经元溃变及随后发生皮质和海马乙酰胆碱丢失。2、中枢神经系统递质表型的发育是大脑形成完整、具有正常生理功能神经环路过程中的重要环节。3、体外研究发现中枢神经系统包括大量形态不同、类型各异的神经元，也可产生不同功能的神经递质。 将相应的递质注入颅内达到治疗效果。,替代疗法（递质）,替代疗法（细胞）神经系统许多疾病发现均有不同程度的神经细胞丢失或退变，阿尔茨海默病是胆碱能神经元帕金森氏病是多巴胺能神经元丢失亨廷顿舞蹈病是纹状体神经元退变。1、针对性的注射相应神经元。2、移植干细胞，分化成相应的细胞。 目前对细胞移植后的分化和迁移成为热点。体外标 记后观察细胞的情况。常用BrdU、DAPI和GFP3、体外研究也表明细胞具有分化或迁移特性。移植技术比较成熟，但要模拟完全体内环境尚在研究中。4、移植的细胞也会发生凋亡和死亡。,干细胞的特点,自我复制自我更新多潜能分化,干细胞分类,根据分化潜能分：全能、多能和单能性干细胞根据发育阶段分：胚胎和成体干细胞,全能性干细胞：受精卵及其细胞可分化任何组织 细胞甚至是个体的能力。多能性干细胞：受精卵分裂形成胚泡，胚泡中内 细胞群中的任何一个细胞可分化 成任何类型细胞但不能形成个体。单能性干细胞：只能向某特定系统的细胞分化。,胚胎干细胞：具有多向分化潜能和无限增殖 能力的细胞。成体干细胞：种类多，分布广。具有纵向和横 向分化能力。 包括：造血、骨髓间充质、肠、 表皮、肝、神经等干细胞。,神经干细胞存在位置 Neural stem cells（NSCs）,对于发育期脑内：主要存在于脑室区、脑室下区，胚胎期包绕神经管的整个上皮板层。对于成年脑内：主要存在于嗅球、海马、侧脑室下层、脊髓中央管周围。其他的如小脑皮质、黑质、大脑皮质也存在。,NSCs修复机制, 组织形态修复基本机制 向受损区域迁移、替代受损神经元，移植位点的微环境可诱导NSCs向不同表型分化。 海马海马颗粒细胞神经元 小脑大量胶质细胞、少量神经元 嗅球嗅神经元表型, 神经营养因子促进NSCs增殖和分化 碱性成纤维生长因子（bFGF）NSCs增殖 bFGF+BDNF神经元分化 社会和心理活动和损伤可促进内源性因子产 生，进而促进NSCs产生。如唱歌可上调 BDNF、bFGF表达；体育锻炼可胰岛素生长 因子，促进海马神经元产生。,NSCs修复机制, 药物促进NSCs增殖 研究表明：压力、抑郁和衰老可抑制海马内 NSCs的产生。,NSCs修复机制,NSCs分化机制,NSCs定向诱导分化困绕临床使用.机制: 细胞因子与NSCs的分化 NSCs分化的基因调控,细胞因子与NSCs的分化,细胞因子诱导NSCs的表型 骨形成蛋白2NSCs自主神经元 胶质生长因子NSCs许旺细胞 肿瘤坏死因子NSCs平滑肌细胞, NSCs分化的基因调控,碱性螺旋-环-螺旋基因决定NSCs分化功能基因 主要调节神经元及胶质细胞分化的比例 Notch信号通路影响NSCs分化 主要抑制NSCs向神经元分化，促进向胶质细胞分化,影响NSCs修复的因素,NSCs植入途径免疫因素,NSCs移植常用方法,细胞悬液立体定位注射生物材料吸附移植法静脉内细胞悬液输入法细胞悬液蛛网膜下腔注射法不同情况需选择不同移植法,例如： NSCs多聚物基质中缺血、氧的脑空洞内 物质交换修复 骨髓间质干细胞尾静脉脑梗塞迁 移、分化 NSCs脑创伤的脑室内损伤区迁移、分化,免疫因素对神经修复的影响,NSCs免疫原性？能否引起免疫排斥反应？,NSCs免疫原性？,判断免疫性：组织相容性复合物类分子 （MHC-）NSCs很少表达MHC-抗原，具有极低或无免疫原性，无明显的宿主免疫排斥反应。,存在的问题,实验研究已取得满意的效果。目前需解决问题： 同种移植NSCs来源的伦理学 如何调控NSCs向特定神经元方向分化 体内微环境各种因子在分化、迁移中的作用,替代疗法（组织）神经组织移植即脑内移植是研究中枢神经系统修复的一种有效手段。将脑组织移植入患病脑中，可观察脑的发育中神经元在新的环境中能否继续存活、分裂、分化？能否与宿主脑整合重建新的神经环路，并产生功能效果？是否出现程序性死亡？1、自20世纪70年代末英国科学家发现脑移植不仅能存活，而且具有功能效应。30年来研究集中在机制研究。现已进行了脑移植修复退行性疾病的研究有帕金森氏病、阿尔茨海默病、亨廷顿舞蹈病、脑外伤、脑缺血等。,替代疗法（组织）,2、目前移植有异种移植和异位移植。异种移植是指将猪脑移植至鼠脑及人脑的研究；异位移植是将不同部位的脑组织移植入患病的脑内；观察其存活力、产生的效应及免疫排斥。,替代疗法（组织）,3、神经组织移植产生功效的可能机制： 营养作用：移植细胞产生营养因子。 生物学微泵作用：移植并存活的细胞可 分泌神经递质，形成内源性生物学微泵，不断产生所需递质。 形成功能性突触：移植的神经元能伸出轴突和宿主脑形成传出、传入联系。,基因治疗,基因治疗（gene therapy）是指将目的基因导入靶细胞使之与宿主细胞内的基因发生整合成为宿主遗传物质的一部分，其表达产物起到对疾病治疗的作用。基因治疗可分为直接体内法和间接体内法。,基因治疗,直接体内法是将含有目的基因修饰的载体直接注入脑内，使其与脑内宿主细胞整合，由宿主细胞表达目的基因产物而达到治疗作用。 有研究者用含NGF或BDNF基因的重组腺病毒相关病毒载体，他们采用单侧注射法注入大鼠中隔，使载体转导入中隔细胞。6个月后，胆碱能神经元和非胆碱能神经元均可表达NGF或BDNF，注射含BDNF基因载体的大鼠脑内胆碱能乙酰转移酶水平在6个月明显提高；注射含NGF基因载体的大鼠检测到TrK受体表达增多。,基因治疗,间接体内法是近几年来转基因治疗的主要研究策略，它是用分子生物学技术将目的基因构建至载体，然后用含有目的基因的载体转染或转导体外培养的细胞，脑内移植使其表达目的基因产物而达到治疗作用。 神经生长因子（NGF）基因修饰成纤维细胞，使其分泌NGF，然后将此细胞移植至老年鼠基底核。观察到NGF基因修饰的成纤维细胞在脑内存活6周并持续表达NGF mRNA，大鼠的空间记忆障碍得到明显的改善，基底前脑中NGF P75阳性细胞数明显增多。,基因治疗优势：基因表达产物可直接地特异性地作用于靶细胞，从而减少因使用药物所引起的全身副作用；一次性脑内注射可减少经常性脑内注射引起的局部炎症反应和脑部感染；移植基因修饰细胞或者直接将含有目的基因的载体注入脑内使之整合入宿主细胞，由这些细胞分泌神经营养因子可起到长期的神经营养作用。,基因治疗,神经疾病基因治疗的模式举例,疾病 修饰基因 方法 阿尔茨海默病 NGF或其他营养因子 基因修饰细胞移植基底前脑或皮质 直接将载体传递至基底前脑 帕金森病 氨酸羟化酶 基因修饰细胞移植基底节 直接将载体传递至基底节或中脑 溶酶体储存失常 溶酶体 移植基因改造骨髓 直接将载体传递至脑 损伤 生长因子、营养因子 基因修饰细胞或载体移植受损区,NSCs免疫原性？,判断免疫性：组织相容性复合物类分子 （MHC-）NSCs很少表达MHC-抗原，具有极低或无免疫原性，无明显的宿主免疫排斥反应。,名词解释,逆行溃变 神经营养因子 凋亡简答题1、简述神经营养因子的生物学作