小鼠胚胎干细胞定向分化为神经细胞的研究进展

小鼠胚胎干细胞定向分化为神经细胞的研究进展 【摘要】 小鼠胚胎干细胞（embryonic stem cell , ES cell）体外培养可以分化成为外胚层组织，并进一步分化为神经元和神经胶质细胞。这些细胞已用于中枢神经系统疾病的细胞替代治疗和治疗药物的研发。小鼠胚胎干细胞定向分化为神经细胞的方法主要有拟胚体介导的神经细胞分化、基质细胞诱导的神经细胞分化、默认模式介导的神经细胞分化、单层粘附培养诱导的神经细胞分化和遗传工程介导的神经细胞分化等。本文综述了这些分化方法。

【关键词】 胚胎干细胞; 神经细胞; 分化

　　Progress in directed differentiation of mouse embryonic stem cells into neural cells

【Abstract】 Mouse embryonic stem cells can give rise to ectodermal derivatives in culture and can be further induced into neurons and glia for cell-replacement therapies in the central nervous system and for use in drug discovery. The methods of directed differentiation of mouse embryonic stem cells into neural cells include neural differentiation from embryonic stem cells via embryoid bodies, stromal cell induced neural differentiation, default model mediated neural differentiation, adherent monoculture induced neural differentiation, genetic engineering mediated neural differentiation and so on. Here we review these methodologies.

【Key words】 embryonic stem cell; neural cell; differentiation

小鼠胚胎干细胞于1981年首次由Evans和Kaufman［1］成功分离建系，它们来源于胚泡的内细胞团（inner cell mass , ICM），这些细胞具有稳定的二倍体核型，在体外可以分化为三个胚层的多种细胞。将小鼠胚胎干细胞重新植入胚泡可以参与形成胚胎。体外ES细胞维持未分化状态依赖于一些细胞因子的存在，如白血病抑制因子（leukemia inhibitory factor , LIF）［2］。撤去这种自我更新的刺激信号后，ES细胞很快分化为多种细胞。这些属性使ES细胞成为非常有用的发育生物学和功能基因组学研究的生物系统［3］。

1 拟胚体（embryoid bodies, EBs）内神经细胞的分化

　　小鼠ES细胞通过拟胚体分化为神经细胞主要有以下两种方案。

1.1 “4-/4 方案”［4］ 将小鼠ES细胞无LIF培养4天，形成EB；再用维甲酸（retinoic acid, RA）处理4天，然后在明胶（gelatin）［5］或层粘连蛋白（laminin）［4］包被的组织培养皿上培养［6］。培养6天后，细胞出现明显的神经细胞形态，开始表达神经细胞特异的基因，如神经微丝轻链（neurofilament light chain）、微管相关蛋白2和5（MAP2、MAP5）等。这些细胞对一系列神经递质和去极化电流起反应，证实了它们是可以传递兴奋的神经元。这一方案还会分化出神经胶质细胞，多数为星形胶质细胞，但也有少突胶质细胞的存在［7］。RA是一类促神经生长因子，不仅对多潜能干细胞有诱导作用，对神经前体细胞也有促进增殖、成熟的作用。RA与受体RAR、RXR结合，后者活化后与RA反应元件（RARE）结合，激活神经细胞相关基因并抑制中胚层相关基因的转录［8］。Wiles 等人的实验表明RA通过激活抑胰蛋白（follistatin）抑制骨形态形成蛋白（bone morphogenetic protein, BMP）而使小鼠ES细胞向神经细胞方向分化［9］。
　　
　　该方案时间短、成本低，是目前使用较为广泛的神经细胞诱导方法。其不足之处是EB的外层细胞先分化而内层细胞仍保持未分化状态, 分化不均一，得到的细胞种类复杂，不利于纯化。