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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 大鼠穹窿海馬傘切割對(duì)海馬傘內(nèi)神經(jīng)干細(xì)胞再生的影響
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡(jiǎn)介：
- 新近研究發(fā)現(xiàn)，外傷、神經(jīng)退行性變等病理性刺激會(huì)誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞增殖，并向受損或退行性變的區(qū)域遷移。本課題組曾在去膽堿能神經(jīng)支配的海馬中發(fā)現(xiàn)自體神經(jīng)干細(xì)胞增生，但是損傷的穹窿海馬傘內(nèi)神經(jīng)再生情況尚不清楚。本研究切割穹窿海馬傘，觀察穹窿海馬傘內(nèi)的神經(jīng)再生情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在損傷的海馬傘內(nèi)發(fā)現(xiàn)了明顯的神經(jīng)干細(xì)胞再生。本研究的結(jié)果為利用自體神經(jīng)干細(xì)胞治療自身神經(jīng)系統(tǒng)疾病提供重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
- 詳細(xì)介紹：
- 神經(jīng)干細(xì)胞(neural stem cells, NSCs)具有自我更新特性和多分化潛能，主要存在于成年哺乳動(dòng)物的前腦室下帶(subventricular zone, SVZ) 和海馬齒狀回顆粒下區(qū)（subgranular zone, SGZ）。正常情況下，SVZ中的神經(jīng)干細(xì)胞遷移至嗅球并分化為顆粒和球旁神經(jīng)元，而海馬齒狀回中的神經(jīng)干細(xì)胞遷移至顆粒層并分化為顆粒神經(jīng)元，這些神經(jīng)元的軸突投射到海馬的CA3區(qū)域，并與該區(qū)域的神經(jīng)元發(fā)生突觸聯(lián)系。大鼠起自海馬CA2、CA3、CA4錐體細(xì)胞的纖維，自海馬傳出, 參與形成海馬傘，進(jìn)入隔區(qū)成為穹窿, 止于丘腦前核、乳頭體核、隔外側(cè)核及斜角帶核等；而大鼠基底前腦隔區(qū)內(nèi)側(cè)隔核和斜角帶垂直支中膽堿能神經(jīng)元發(fā)出的突起，又通過(guò)海馬傘投射至海馬，成為海馬內(nèi)乙酰膽堿遞質(zhì)的主要來(lái)源。切割穹窿海馬傘，可阻斷基底前腦膽堿能神經(jīng)纖維向海馬的投射，引起海馬內(nèi)乙酰膽堿遞質(zhì)的下降，從而導(dǎo)致動(dòng)物學(xué)習(xí)記憶等認(rèn)知功能的損傷。本課題組利用切割穹窿海馬傘(fimbria fornix, FiFx)，阻斷海馬與其他腦區(qū)的纖維聯(lián)系，制備去神經(jīng)支配海馬模型，模擬Alzheimer’s disease（早老性癡呆）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在失去膽堿能神經(jīng)支配的海馬中自體神經(jīng)干細(xì)胞增殖加快, 并可向神經(jīng)元分化。本課題在切割穹窿海馬傘后，應(yīng)用5-溴-2-脫氧尿苷(5-Bromo-2-deoxy-uridine, BrdU)和神經(jīng)上皮干細(xì)胞蛋白(nestin)免疫熒光雙標(biāo)檢測(cè)、神經(jīng)干細(xì)胞體外分化等技術(shù)觀察在膽堿能投射通路穹窿海馬傘中自體NSC再生增殖的情況。結(jié)果表明，大量BrdU陽(yáng)性細(xì)胞或nestin陽(yáng)性細(xì)胞可在切割側(cè)穹窿海馬傘中檢測(cè)到，這些細(xì)胞絕大部分為BrdU/nestin雙標(biāo)陽(yáng)性，進(jìn)一步推測(cè)這些雙標(biāo)陽(yáng)性細(xì)胞可能為NSCs。取切割側(cè)穹窿海馬傘組織在體外進(jìn)行培養(yǎng)，可獲得相當(dāng)數(shù)量的神經(jīng)球，而用相同方法并不能從未切割側(cè)海馬傘中獲得。之后將神經(jīng)球進(jìn)行體外誘導(dǎo)分化，免疫熒光化學(xué)檢測(cè)，神經(jīng)球可以分化為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞。從而證明，在切割側(cè)的BrdU和nestin雙標(biāo)陽(yáng)性細(xì)胞為NSCs。與切割側(cè)相比，在正常側(cè)幾乎沒(méi)有觀察到BrdU和nestin雙標(biāo)陽(yáng)性細(xì)胞，表明穹窿海馬傘切割損傷誘導(dǎo)了海馬傘內(nèi)NSC的增殖，而且這種增殖可能是為了損傷修復(fù)作準(zhǔn)備。研究認(rèn)為，當(dāng)腦受到病理?yè)p傷等刺激后，腦內(nèi)特定區(qū)域會(huì)出現(xiàn)神經(jīng)前體細(xì)胞增生現(xiàn)象，推測(cè)這種增生與損傷區(qū)域的修復(fù)有關(guān)，如替代缺失的神經(jīng)元、補(bǔ)充神經(jīng)遞質(zhì)等。本實(shí)驗(yàn)中，切割穹窿海馬傘后，海馬對(duì)其他腦區(qū)的傳出信號(hào)不能傳出，同時(shí)也失去了其他腦區(qū)的神經(jīng)傳入支配，這就需要某些自身機(jī)制來(lái)修復(fù)這種損傷。在本課題組研究的損傷修復(fù)可能存在兩種形式，一是投射纖維目的腦區(qū)的修復(fù)，這也是我們?cè)谇捌趯?shí)驗(yàn)中觀察到的海馬內(nèi)的神經(jīng)干細(xì)胞再生現(xiàn)象；二是投射纖維通路損傷周圍結(jié)構(gòu)的修復(fù)，在本實(shí)驗(yàn)中，損傷周圍的海馬傘中也發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)干細(xì)胞增生，預(yù)示著損傷區(qū)周圍出現(xiàn)神經(jīng)修復(fù)活動(dòng)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
撰寫(xiě)目的和基本思路
- 神經(jīng)系統(tǒng)再生是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一，對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)損傷的修復(fù)有著積極的意義。本作品利用去除海馬的膽堿能神經(jīng)支配，制備早老性癡呆模型。通過(guò)對(duì)海馬傘的檢測(cè)，研究神經(jīng)干細(xì)胞在非神經(jīng)元區(qū)域穹窿海馬傘內(nèi)的再生情況。研究目的是尋找非神經(jīng)發(fā)生區(qū)神經(jīng)再生的證據(jù)，為利用內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞治療神經(jīng)系統(tǒng)損傷提供了新的思路。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 神經(jīng)干細(xì)胞具有自我更新特性和多分化潛能，在成年哺乳動(dòng)物腦內(nèi)，室下帶和海馬齒狀回被認(rèn)為是神經(jīng)發(fā)生區(qū)。海馬中膽堿能纖維主要由隔區(qū)膽堿能神經(jīng)元經(jīng)海馬傘投射而來(lái)，故可以去除海馬的膽堿能神經(jīng)支配制備早老性癡呆模型。本研究發(fā)現(xiàn)，在損傷后的非神經(jīng)發(fā)生區(qū)海馬傘內(nèi)檢測(cè)到神經(jīng)干細(xì)胞再生。這一結(jié)果在國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)到報(bào)道。表明，腦損傷可以誘導(dǎo)非神經(jīng)發(fā)生區(qū)神經(jīng)干細(xì)胞再生，為利用內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞治療神經(jīng)系統(tǒng)損傷提供新的依據(jù)。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 本作品結(jié)果顯示，穹窿海馬傘切斷之后，海馬傘內(nèi)出現(xiàn)明顯的神經(jīng)干細(xì)胞再生。表明，中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，損傷等應(yīng)激反應(yīng)可以透發(fā)非神經(jīng)元區(qū)域的神經(jīng)再生。從而提示，中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病發(fā)生后，可以設(shè)法誘導(dǎo)內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞再生，以補(bǔ)充損傷/死亡的神經(jīng)元。這些結(jié)果為利用內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞替代治療神經(jīng)退行性疾病提供了新的證據(jù)。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 目的：檢測(cè)切割穹窿海馬傘后損傷的海馬傘中自體神經(jīng)干細(xì)胞的再生情況。方法：取SD大鼠7只，在立體定位儀上切割左側(cè)穹窿海馬傘，術(shù)后腹腔注射BrdU。7天時(shí)取腦冰凍切片，行nestin、BrdU免疫熒光檢測(cè)；取術(shù)后7d的穹窿海馬傘組織進(jìn)行神經(jīng)干細(xì)胞的體外分離培養(yǎng)。將獲得的細(xì)胞，進(jìn)行nestin與BrdU免疫熒光檢測(cè)；利用Accutase將分離培養(yǎng)獲得的細(xì)胞團(tuán)制成單細(xì)胞懸液，接種于24孔培養(yǎng)板中，加入含10%血清的培養(yǎng)基誘導(dǎo)分化。再對(duì)分化的細(xì)胞進(jìn)行MAP-2、GFAP和CNP免疫熒光檢測(cè)。結(jié)果：切割側(cè)穹窿海馬傘中見(jiàn)到較多的nestin和BrdU陽(yáng)性細(xì)胞，部分細(xì)胞表現(xiàn)為BrdU/nestin雙重陽(yáng)性；而在正常側(cè)比較少見(jiàn)。取切割側(cè)穹窿海馬傘組織進(jìn)行分離培養(yǎng)能獲得神經(jīng)球表現(xiàn)為nestin與BrdU陽(yáng)性，而正常側(cè)海馬傘未能培養(yǎng)出神經(jīng)球；分化所得的細(xì)胞中，一部分為MAP-2陽(yáng)性的神經(jīng)元，一部分為GFAP陽(yáng)性的星形膠質(zhì)細(xì)胞，還有一部分為CNP陽(yáng)性的少突膠質(zhì)細(xì)胞。結(jié)論：切割穹窿海馬傘后，切割側(cè)穹窿海馬傘中出現(xiàn)了自體神經(jīng)干細(xì)胞的再生及增殖。
獲獎(jiǎng)情況
- 1.2010年某某大學(xué)醫(yī)學(xué)院第一屆大學(xué)生課外學(xué)術(shù)作品競(jìng)賽中獲得一等獎(jiǎng)。 2.2010年某某大學(xué)第三屆大學(xué)生課外學(xué)術(shù)作品競(jìng)賽中獲得特等獎(jiǎng)。
鑒定結(jié)果
- 本作品得到2010年某某省高等學(xué)校大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目的資助，該項(xiàng)目已經(jīng)完成，并已結(jié)題。目前尚未鑒定。
參考文獻(xiàn)
- 現(xiàn)有技術(shù) (1)去神經(jīng)支配海馬模型制作。 (2)腦組織冰凍切片。 (3)免疫組織化學(xué)方法檢測(cè)海馬傘內(nèi)神經(jīng)干細(xì)胞再生情況。 (4)分離模型動(dòng)物的海馬傘，神經(jīng)干細(xì)胞培養(yǎng)。 (5)神經(jīng)干細(xì)胞特性檢測(cè)。 (6)神經(jīng)干細(xì)胞體外誘導(dǎo)分化及檢測(cè)。文獻(xiàn)： 1.Zhang X, Jin G, Wang L, Hu W, Tian M, Qin J, Huang H (2009) Brn-4 is upregulated in the deafferented hippocampus and promotes neuronal differentiation of neural progenitors in vitro. Hippocampus 19:176-186. 2.Zhang X, Jin G, Tian M, Qin J, Huang Z (2007) The denervated hippocampus provides proper microenvironment for the survival and differentiation of neural progenitors. Neurosci Lett 414:115-120. 3.張新化，金國(guó)華，秦建兵，田美玲，黃鎮(zhèn)，徐慧君。穹窿海馬傘切割側(cè)海馬對(duì)植入神經(jīng)干細(xì)胞分化為神經(jīng)元的影響。神經(jīng)解剖學(xué)雜志，2004, 20(4): 360-364. 4.張新化，金國(guó)華，田美玲，黃鎮(zhèn)，秦建兵，徐慧君。神經(jīng)干細(xì)胞植入大鼠海馬中的遷移。某某醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002, 22(2): 119-122.
同類課題研究水平概述
- 神經(jīng)干細(xì)胞(neural stem cells, NSCs)具有自我更新特性和多分化潛能。可以分化為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞。在成年哺乳動(dòng)物主要存在于前腦室下帶(subventricular zone, SVZ) 和海馬齒狀回顆粒下層（subgranular zone, SGZ）。正常情況下，SVZ中的神經(jīng)干細(xì)胞遷移至嗅球并分化為顆粒和球旁神經(jīng)元，而海馬齒狀回中的神經(jīng)干細(xì)胞則遷移至顆粒層，分化為顆粒神經(jīng)元，并投射到海馬的CA3區(qū)，與該區(qū)的神經(jīng)元發(fā)生突觸聯(lián)系。可見(jiàn)，神經(jīng)干細(xì)胞可以作為理想的細(xì)胞來(lái)源治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病。目前對(duì)利用神經(jīng)干細(xì)胞治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究主要集中在兩個(gè)方面：一是在體外誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞向神經(jīng)元分化，再移植到病變區(qū)域，替代退變或死亡的神經(jīng)細(xì)胞，重新建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，從而達(dá)到治療的目的。然而，神經(jīng)干細(xì)胞只有極少部分分化為神經(jīng)元。如何促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞向神經(jīng)元分化是急需解決的問(wèn)題，目前還沒(méi)有非常有效的方法誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞向神經(jīng)元分化； 二是直接利用神經(jīng)干細(xì)胞替代治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病或損傷。有兩種方法，1、“替代治療”：移植外源性神經(jīng)干細(xì)胞以替換損傷或退變的神經(jīng)細(xì)胞；2、“補(bǔ)充治療”：激活內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞代償丟失的神經(jīng)細(xì)胞。其中“補(bǔ)充治療”可以避免異源免疫排斥反應(yīng)和倫理問(wèn)題。新近研究發(fā)現(xiàn)，外傷、神經(jīng)退行性變等病理性刺激會(huì)誘導(dǎo)內(nèi)源性NSC增殖，并向受損或退行性變的區(qū)域遷移。因此，“補(bǔ)充治療”更為合理可行。本作品的前期工作發(fā)現(xiàn)去膽堿能神經(jīng)支配的海馬中內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞增生，并向神經(jīng)元分化。但是損傷的穹窿海馬傘內(nèi)神經(jīng)再生情況尚不清楚。本研究在損傷成年大鼠海馬傘中發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)干細(xì)胞再生，這一現(xiàn)象在國(guó)內(nèi)、外是首次發(fā)現(xiàn)。這一研究的結(jié)果為利用自體神經(jīng)干細(xì)胞治療自身神經(jīng)系統(tǒng)疾病提供重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
