小鼠胚胎幹細胞定向分化爲神經細胞的研究進展

小鼠胚胎幹細胞定向分化爲神經細胞的研究進展 【摘要】 小鼠胚胎幹細胞（embryonic stem cell , ES cell）體外培養可以分化成爲外胚層組織，並進一步分化爲神經元和神經膠質細胞。這些細胞已用於中樞神經系統疾病的細胞替代治療和治療藥物的研發。小鼠胚胎幹細胞定向分化爲神經細胞的方法主要有擬胚體介導的神經細胞分化、基質細胞誘導的神經細胞分化、默認模式介導的神經細胞分化、單層粘附培養誘導的神經細胞分化和遺傳工程介導的神經細胞分化等。本文綜述了這些分化方法。

【關鍵詞】 胚胎幹細胞; 神經細胞; 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

小鼠胚胎幹細胞於1981年首次由Evans和Kaufman［1］成功分離建系，它們來源於胚泡的內細胞團（inner cell mass , ICM），這些細胞具有穩定的二倍體核型，在體外可以分化爲三個胚層的多種細胞。將小鼠胚胎幹細胞重新植入胚泡可以參與形成胚胎。體外ES細胞維持未分化狀態依賴於一些細胞因子的存在，如白血病抑制因子（leukemia inhibitory factor , LIF）［2］。撤去這種自我更新的刺激信號後，ES細胞很快分化爲多種細胞。這些屬性使ES細胞成爲非常有用的發育生物學和功能基因組學研究的生物系統［3］。

1 擬胚體（embryoid bodies, EBs）內神經細胞的分化

　　小鼠ES細胞透過擬胚體分化爲神經細胞主要有以下兩種方案。

1.1 “4-/4 方案”［4］ 將小鼠ES細胞無LIF培養4天，形成EB；再用維甲酸（retinoic acid, RA）處理4天，然後在明膠（gelatin）［5］或層粘連蛋白（laminin）［4］包被的組織培養皿上培養［6］。培養6天后，細胞出現明顯的神經細胞形態，開始表達神經細胞特異的基因，如神經微絲輕鏈（neurofilament light chain）、微管相關蛋白2和5（MAP2、MAP5）等。這些細胞對一系列神經遞質和去極化電流起反應，證實了它們是可以傳遞興奮的神經元。這一方案還會分化出神經膠質細胞，多數爲星形膠質細胞，但也有少突膠質細胞的存在［7］。RA是一類促神經生長因子，不僅對多潛能幹細胞有誘導作用，對神經前體細胞也有促進增殖、成熟的作用。RA與受體RAR、RXR結合，後者活化後與RA反應元件（RARE）結合，激活神經細胞相關基因並抑制中胚層相關基因的轉錄［8］。Wiles 等人的實驗表明RA透過激活抑胰蛋白（follistatin）抑制骨形態形成蛋白（bone morphogenetic protein, BMP）而使小鼠ES細胞向神經細胞方向分化［9］。
　　
　　該方案時間短、成本低，是目前使用較爲廣泛的神經細胞誘導方法。其不足之處是EB的外層細胞先分化而內層細胞仍保持未分化狀態, 分化不均一，得到的細胞種類複雜，不利於純化。