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【摘要】 神经细胞的自我更新对脑功能的动态平衡非常重要。在人和动物发育的过程中，神经干细胞位于一个由脑微血管内皮细胞形成的微血管环境中。在动物整个发育过程中，该环境对神经系统发生发育具有重要的调节作用。在成熟的脑中，神经系统与血管系统是两个并行的系统，两者之间的相互促进相互支持实现了神经的发生和血管的形成。所以微血管内皮细胞与神经细胞的相互作用对神经系统和血管系统功能的完整具有至关重要的作用。
【关键词】 血管内皮细胞；神经干细胞；胶质细胞
近几年研究证明，神经干细胞的自我更新、增殖和分化对脑的功能结构的动态平衡至关重要［1］。在成熟的哺乳动物脑中，神经干细胞主要存在于两个区域，包括前脑的脑室下区（SVZ）和海马区的颗粒细胞层下带（SGZ）［2］。在整个生命过程中，这两个区域在特定的条件下不断地产生神经元和神经胶质细胞。成熟的SVZ区主要有3种神经前体细胞，分别是A型细胞、B型细胞和C型细胞［2］，B型细胞是胶质细胞样前体细胞，可以表达胶质纤维酸性蛋白（GFAP），它们可以进行自我更新产生神经元和星型胶质细胞，故被认为是神经干细胞。B型细胞通过快速分裂可以产生过度放大细胞和C型细胞。而C型细胞具有产生A型成神经细胞的能力，故B型细胞和C型细胞也被认为是神经干细胞［3,4］。中枢神经系统(CNS)发育过程中还存在多种分化程度更高的神经前体细胞，少突胶质细胞-2型星形胶质细胞的前体细胞(oligodendrocyte-type 2 astrocyte precursor,O2A)为一类胶质前体细胞，可从新生大鼠视神经、皮层及脊髓分离。O2A可分化为少突胶质细胞和2型星形胶质细胞，但不能形成神经元。O2A进行体内移植后可分化为少突胶质细胞［5］。星形胶质前体细胞是另一类胶质前体细胞，可从胚胎期(E16)小鼠小脑内分离，不表达神经胶质酸性蛋白，培养时依赖表皮生长因子，可分化形成星形胶质细胞，表达A2B5标记，不能产生少突胶质细胞，提示星形胶质前体细胞与O2A为两种不同的胶质前体细胞［6］。定向分化的胶质前体细胞(glial-restricted precursors,GRP)为另一类胶质前体细胞，可来源于发育阶段脊髓，同时呈A2B5和nestin阳性。GRP与O2A不同，GRP可形成两种星形胶质细胞，O2A只产生一种星形胶质细胞［7］。此外，还有神经元定向分化的前体细胞，表达E-NCAM标记，其形态与神经上皮细胞、神经嵴细胞、胶质前体细胞均不相同。培养可维持前体细胞未分化状态，能分化成熟为多种神经元，不能产生少突胶质细胞和星形胶质细胞［6，7］。
1 神经干细胞与微血管环境
神经细胞主要发生在成熟脑的前脑的SVZ区。在该区的神经干细胞生活在脑微血管内皮细胞提供的神经血管单元中。在发育过程中，神经系统与血管系统紧密联系，形成两个平行系统。这两个平行系统共同创造了神经干细胞的自我更新、增殖和分化的特殊的微环境（niche）［8］。研究发现，在成熟大鼠脑的海马区的SGZ，增殖细胞中有高达37%的细胞是血管内皮祖细胞，内皮祖细胞与神经干细胞和血管芽细胞（angioblasts）的增殖与SGZ区的微血管环境紧密联结。因此，许多学者认为神经营养因子在动物脑中对保持神经干细胞的可塑性具有重要的作用［9］。
2 内皮细胞对神经干细胞的作用
越来越多的证据表明，微血管内皮细胞既可促进神经干细胞的增殖，又可抑制其分化。2008年的一篇文献报道神经干细胞与脑微血管内皮细胞共同培养时，神经干细胞的增殖明显被促进，但它抑制神经干细胞在体外向神经元和星形胶质细胞的分化［10］。还有文献报道，在脑缺血的条件下，神经干细胞对脑内皮细胞具有一定的代偿性作用。Teng H等将正常大鼠的SVZ区的神经干细胞与中风边缘提取的脑内皮细胞共同培养时发现其促进了神经干细胞的增殖和神经元样分化而抑制了星型胶质细胞样的分化［11］。内皮细胞还可以诱导人胚胎干细胞起源的神经干细胞增殖和分化。作者进一步将内皮细胞同神经干细胞用不通过细胞的膜分离时，发现内皮细胞对神经干细胞仍然具有诱导作用。结果表明这种诱导作用是通过可溶性因子的释放而不是细胞接触来实现的［12］。电刺激可以诱导SGZ区神经干细胞的增殖，Joakim Ekstrand等利用肾上腺皮质酮可以明显抑制电刺激引起内皮细胞的增殖，但是他们发现对神经干细胞的增殖却并没有发生关联的细胞增殖抑制［13］。有学者推测血管内皮细胞对神经干细胞增殖促进作用主要是通过分泌营养因子或信号分子传递实现的，神经干细胞增殖并不依赖于内皮细胞的增殖［14］。与之前报道的内皮细胞促进神经干细胞的增殖的报道不同，Tamara Roitbak等发现内皮细胞也可以抑制神经干细胞的增殖，从而保证了神经干细胞的分化潜能。作者进一步的研究发现内皮细胞通过分泌骨形成蛋白（BMP），通过P53和P21激活神经干细胞中的BMP/Smad信号通路，使神经干细胞可逆性的出现细胞周期，停滞在G1期。在此过程中，伴随着PTEN（胚胎神经干细胞增殖的负调因子）的增加和Akt磷酸化水平的下降。BMP提供了一个反馈机制来调节神经干细胞的增殖，保持神经干细胞的动态平衡［15］。
3 内皮细胞与神经干细胞的相互作用
利用重组人促红细胞生成素（rhEPO）可以诱导神经细胞发生和血管形成。Wang L等利用神经细胞和内皮细胞共同培养的系统，研究经rhEPO处理神经干细胞是否促进内皮细胞的血管发生。研究发现EPO通过PI3K/Akt和ERK1/2信号通路增强了神经干细胞中VEGF的分泌，上调了脑微血管内皮细胞的VEGFR表达，促进了血管内皮细胞的血管样发生［16］。文献报道，在体外共培养神经干细胞可以促进内皮细胞分化和毛细管样结构的形成。但是，在缺血条件下，神经干细胞的应激反应则不明显。而Tamara等利用血清饥饿和氧糖剥夺模拟体内的缺血模型，给予神经干细胞与内皮细胞共同培养，可以有效地抑制内皮细胞的凋亡，保持内皮细胞的毛细管样结构。进一步研究发现，短时间内共培养的神经干细胞并不向内皮细胞分化，共培养10天后神经干细胞则向神经元、星型胶质细胞及内皮细胞分化。这些发现充分说明神经干细胞在缺氧缺血条件下对内皮细胞保护的应激反应，而这种反应是通过HIF-VEGF信号通路实现的［17］。这种病理状态下，神经干细胞对内皮细胞的代偿性作用在Teng H的结果中也得到证实。Teng H等将收集到的中风的神经干细胞的条件培养液与正常的脑微血管内皮细胞共培养时发现其促进了脑内皮细胞的毛细血管样结构的形成。进一步研究发现，当阻断 VEGFR 2h后，毛细血管样结构消失。这一结果说明VEGF参与了此过程［18］。在神经干细胞与内皮细胞相互接触发生作用前，神经干细胞必须首先黏附在血管内皮细胞上。已有研究表明，膜整连蛋白可介导这种黏附过程。膜整连蛋白α2、α6和β1可介导人神经干细胞与肿瘤坏死因子α（TNFα）刺激人脐静脉血管内皮细胞（HUVEC）之间的黏附作用，此黏附作用不依赖于膜整连蛋白α4、αv及趋化因子。成熟的SVZ区神经干细胞普遍表达层黏连蛋白受体膜整连蛋白α6β1，并且打断膜整连蛋白α6β1可以抑制神经干细胞同内皮细胞的黏附，改变它们的位置，抑制体内的细胞增殖。以上结果显示膜整连蛋白α6β1对成熟的SVZ区神经干细胞与它的血管生存环境具有重要的作用［5］。
4 其他神经细胞与血管内皮细胞的相互作用
其他神经细胞与内皮细胞往往形成一个特殊的血管单位进一步形成血脑屏障（BBB）和血视网膜屏障（BRB），两者统称为血神经屏障（BNB）。血神经屏障是由内皮细胞、星型胶质细胞和神经元细胞形成的神经血管单位形成的致密网络，对神经活性的微血管环境具有调节作用。BNB中的内皮细胞与血管周细胞之间具有一定的不同点，他们被四种蛋白包绕，包括胶原蛋白、层黏连蛋白、纤连蛋白、硫酸肝素蛋白聚糖形成的膜所包围，包被在胶质细胞尾足的鞘中。BNB是星型胶质细胞为主，但最重要的结构是紧密连接［19］。这3种细胞间复杂的相互作用共同调节了血神经屏障，形成了稳定的神经血管单元，保证了神经细胞的功能正常。
在成熟的CNS中，神经元并不直接与内皮细胞相作用。相反，星型胶质细胞介导了神经血管单位的连接，但是，在发育过程中，未分化的神经元同内皮细胞直接相互作用。因此，早期神经元可能对BNB中的内皮细胞具有作用［20］。而内皮细胞起源的生长因子可能是为脑神经元提供营养支持的来源［21］。
星型胶质细胞在BNB的诱导和调节中具有重要的作用。实际上，星型胶质细胞可以上调内皮细胞中紧密连接蛋白［22］，转运蛋白和屏障相关的标记酶活性［23］。星型胶质细胞可以诱导非CNS中的血管内皮细胞形成紧密连接和上调BNB的分子标记。内皮细胞也可以诱导星型胶质细胞生长和分化。胶质细胞起源的A-激酶锚定蛋白12（AKAP12）可以影响BNB的形成。用AKAP12表达的星型胶质细胞条件培养液处理人视网膜内皮细胞，作者发现AKAP12通过抑制人视网膜内皮细胞中蛋白激酶Czeta(PKCzeta)的磷酸化水平和Rho激酶活性，从而影响VEGF和血小板反应素（TSP-1）水平，进而调节血管发生和屏障形成［24］。
5 展望
神经细胞、星型胶质细胞、小胶质细胞和内皮细胞形成血管神经单元，构成了亲密的网络结构，称为BNB。BNB对脑具有重要的保护作用，可使某些气体分子、营养因子和生物信号选择性的通过，但是，一些生物大分子及有害分子则被阻挡在屏障之外。紧密连接的丧失或者星型胶质细胞与内皮细胞黏附异常都会导致血神经屏障的功能异常。屏障功能异常与许多疾病有关，近期比较关注的是阿兹海默症及帕金森病等［25］。研究星型胶质细胞，小胶质细胞和内皮细胞之间的相互作用，可以进一步探讨调节血神经屏障的功能，了解某些神经系统变性病的发病机制，为治疗这些疑难病症提供新的靶向。
有人预计到2040年全世界将有4亿人口忍受神经退行性疾病所带来的痛苦，这个数目是目前的两倍多。传统的观点认为神经退行性疾病本质上是由神经元损伤引起的。但是，最近的研究证据显示与神经系统毗邻的微血管并不像原来认为的是整个过程的旁观者。实际上，新的研究显示诱导血管形成的信号转导可以激发或诱导神经细胞凋亡、变性，继之引发神经病变，所以研究神经细胞与微血管内皮细胞的相互作用，可以帮助我们进一步认识神经系统某些变性病的发病机制，从而为治疗该类疾病提供新的思路。
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(编辑：张 犁)
作者单位：山东省科技攻关项目（编号：2008GG10002014）250033 山东济南,山东大学第二医院神经内科（Δ通讯作者）