神經干細胞（NSC）是一類具有分化成為神經元、星形膠質細胞和少突膠質細胞潛能的細胞，其具有廣泛的應用價值，尤其對神經損傷康復有重要意義，但NSC定向分化為神經元受多重因素調控。近年來誘導NSC定向分化已經成為科學研究的熱點問題。但其中關于藥物制劑、激素等化學因子誘導NSC體外定向分化的研究較為多見。而目前相關研究已表明某些物理因子可以干預NSC的調控，現從物理因子對神經干細胞分化影響的研究進展作一綜述。
引用本文： 孟琳, 屈云. 物理因子對神經干細胞分化影響的研究進展. 華西醫學, 2016, 31(10): 1778-1781. doi: 10.7507/1002-0179.201600489 復制
神經干細胞（NSC）是一類具有分化成為神經元、星形膠質細胞和少突膠質細胞潛能的細胞。胚胎期人腦的NSC位于皮質和紋狀體，成年人腦的干細胞則位于側腦室等的室下區和海馬齒狀回的顆粒下層[1]。現有研究表明體外培養的NSC經血清自然誘導分化或移植入腦損傷模型后形成的神經元數量相對較少[2]，大部分都分化為膠質細胞[3-4]，其結果就明顯局限了NSC的應用。因此，尋找誘導NSC定向分化為神經元的方法已經成為科學研究的熱點問題，其中關于藥物制劑、激素等化學因子誘導NSC定向分化的研究較為多見。而目前相關研究已表明某些物理因子可以調控NSC的增殖和分化，本文主要從物理因子對NSC分化影響的研究進展方面進行闡述。
1 物理因子對NSC分化的影響
由于NSC廣泛的臨床應用價值，并且目前已有研究表明物理因子可以干預NSC的調控，促進NSC的增殖和分化。但是物理因子具體是通過內源性、外源性或兩者同時參與的調控而影響NSC分化尚不清楚，仍需進一步研究探討。以下介紹脈沖磁場刺激（PEMF）、電針、高壓氧、電離輻射等幾種臨床常用的物理因子對NSC分化的影響。
1.1 PEMF對NSC分化的影響
近年來關于PEMF對NSC分化影響的研究越來越多，對于闡述其是否能促進NSC的增殖與分化，李怡等[5]研究提示5 Hz和20 Hz正弦交變磁場（8 mT）可以促進NSC向神經元的定向分化；Piacentini等[6]研究發現，頻率50 Hz、強度1 m T的PEMF增加細胞膜上Cav-1通道的活性，誘發鈣離子內流，調控NSC向神經細胞分化。研究結果提示PEMF促進NSC分化時依賴于磁場的強度及頻率，所以探究磁場的有效“生物窗”對NSC分化的影響有重要意義。
重復經顱磁刺激（rTMS）是在磁刺激基礎上發展起來的神經電生理技術。目前多項臨床研究發現rTMS在治療缺血性腦卒中患者時，可以改善患者的運動能力（包括精細動作），提高看圖識物命名能力及改善語言表達能力等[7-9]。為進一步探究其作用，尹清等[10]研究表明了rTMS可促進海馬內源性NSC向神經元的分化，但仍未能獲得治療最優的刺激頻率。為進一步指導臨床應用，Abbasnia等[11]將BALB/c小鼠分為3組，分別為對照組、低頻組（以1 Hz的強度、150次/d的頻率進行刺激）、高頻組（以30 Hz的強度、150次/d的頻率進行刺激），結果表明低頻組、高頻組NSC向神經元的分化均較對照組增加，而實驗2周后，高頻組相對于低頻組能更好地促進NSC分化。而促進NSC的增殖、遷移及定向向神經元分化對于促進腦損傷功能恢復有著重要的作用。
雖然現有研究表明rTMS可促進海馬內源性NSC向神經元的分化，但是其通過何種途徑來促進分化尚不明確；以及rTMS治療時依賴于治療的位置、刺激的頻率及時間。所以，探索rTMS治療時的有效位置及最優的刺激頻率和刺激時間對NSC分化的影響具有重要的臨床意義。
1.2 電針對NSC分化的影響
目前關于電針刺激對NSC分化影響的研究逐漸增多，且研究結果提示兩者具有相關性。Tao等[12]通過電針刺腦缺血的大鼠模型，計數5-溴脫氧尿嘧啶核苷（BrdU）、神經元核抗原（NeuN）與膠質纖維酸性蛋白（GFAP）共同標記的細胞數目，其中BrdU是一種胸腺脫氧核苷類似物，在細胞增殖周期S期即DNA合成期整合入細胞核，可以作為細胞增殖的理想標志物。NeuN和GFAP分別為成熟神經元和神經膠質細胞的特異性標志物，結果發現電針可以促進NSC增殖，同時可以促進NSC向神經元及神經膠質細胞的分化。芮君等[13]用BrdU/NSE和BrdU/GFAP免疫熒光雙標記法觀察電針刺激“百會”和“風府”穴治療腦缺血的大鼠模型，其中神經元特異性烯醇化酶（NSE）為神經元的特異性標志物。實驗表明：電針刺激能促進腦缺血大鼠NSE和GFAP的表達，并激能夠促進腦缺血后內源性NSC增殖分化成神經元和神經膠質細胞，從而參與腦缺血后神經損傷的修復。Kim等[14]以分子機制為基礎，研究電針在大腦中動脈阻斷模型中的抗凋亡能力，研究結果提示2 Hz的電針治療可明顯減少卒中后的梗死區域，特別是大腦的中間區域，并且電針的治療可明顯減少細胞的凋亡。通過分析涉及細胞凋亡的蛋白，明確電針治療可明顯減少DR5的表達，同時在Bcl-2家族中，抗凋亡的Bcl-2和Bcl-XL明顯升高，提示電針治療可能通過發揮抗凋亡作用保護缺血后的腦神經。周利等[15]研究提示頭針對增殖后的NSC分化為神經元也起到促進作用。張禮萍等[16]在實驗中觀察到腦損傷后大鼠RARβ表達明顯降低，而電針灸后海馬區和皮質中RARβ表達明顯增加，說明針灸通過上調RARβ的表達，強化了神經生長因子的促神經生長作用，從而促進了腦損傷的恢復。
目前研究表明電針刺激可以促進NSC分化為神經元及神經膠質細胞，但其促進NSC定向分化的條件及其作用過程中轉錄因子的變化仍需進一步研究。電針刺激需結合中醫的經絡理論，選擇穴位對于NSC的分化具有影響。Zhou等[17]研究發現電針通過刺激“百會”“水溝”“曲池”及“內關”穴可增加腦缺血大鼠的腦血流量，從而減少腦損傷，而刺激這些穴位是否會促進NSC分化仍待進一步研究。同時電針的頻率、強度及作用時間對于NSC分化的影響同樣需要進一步明確。
1.3 高壓氧對NSC分化的影響
現已有報道表明高壓氧可上調神經營養因子-3、堿性成纖維生長因子（bFGF）的表達[18-19]，而這些因子的可改變NSC周圍的局部微環境，從而促進NSC的分化為神經元。Yin等[20]研究發現高壓氧治療缺氧/缺血性腦損傷（HIBD），可以減少HIBD后NSC的死亡，并促進神經功能的恢復。彭爭榮等[21]通過對缺血缺氧腦源性神經干細胞模型進行1次/d、連續7 d的高壓氧處理（壓縮空氣給予0.2 MPa壓力1 h（加、減壓時間各15 min，穩壓30 min），穩壓時艙內氧濃度保持在80%以上），與高壓組、高氧組及對照組進行比較，各組神經干細胞分化結果提示：高壓氧組神經元及膠質細胞分化率與正常對照組基本相似，但神經元分化率明顯高于模型對照組、高濃度氧組及高氣壓組，膠質細胞分化率低于此3組。因此，高壓氧處理能夠上調腦源性NSC向神經元分化的比例。諶崇峰等[22]通過研究不同壓力和不同穩壓時間下高壓氧對離體NSC分化的影響，結果顯示，2個絕對大氣壓下穩壓時間為60 min的高壓氧促進NSC向神經元分化的作用最強。然而高壓氧如何促進NSC向神經元分化和其中有哪些細胞因子參與扔需進一步研究明確。
1.4 電離輻射對NSC分化的影響
關于電離輻射誘導NSC分化的研究較少，但劉萍等[23]研究表明電離輻射可以影響NSC的分化。其研究通過對分為4組的第2代神經傳代細胞，分別給予0、0.5、1及2 Gy γ射線照射，并在培養基中加入表皮生長因子和bFGF等刺激神經干細胞生長的絲裂，培養7 d后。經免疫熒光法檢測巢蛋白陽性率結果各照射組與未照射組比較，各照射組巢蛋白陽性率較未照射組降低，并隨著照射劑量的加大，巢蛋白陽性率逐漸降低。說明經過γ射線照射后可以促進NSC進入分化階段，并且照射劑量越大NSC分化的比例越大。而用免疫熒光方法檢測細胞內NSE、GFAP，結果顯示各照射組NSE陽性細胞數較未照射組陽性細胞數明顯增加，且GFAP陽性細胞數較未照射組比較明顯減少，經照射后神經元細胞比例增加，膠質細胞比例降低，并且這種關系與照射劑量呈正相關。因此，一定劑量范圍內，電離輻射能使NSC分化為神經元的比例增加。明確照射劑量的有效范圍及最佳照射劑量對于探究電離輻射誘導NSC分化有著重要的意義，同時電離輻射誘導NSC分化為神經元的機制及與其他因子的相互作用仍不清楚。
2 調控NSC定向分化的條件
內源性的基因調控對NSC分化有著重要的作用，近年來研究最多的有Notch信號通路和堿性螺旋-環-螺旋（BHLH）基因。Wang等[24]研究結果顯示在缺血誘導的成年大鼠神經發生過程中，Notch信號系統被激活可顯著促進NSC的增殖，而當Notch信號被抑制時，NSC的增殖受到抑制，而向神經元的分化增加，提示Notch在NSC向神經元分化的過程中可能主要起負調控作用。關于BHLH調控因子，其包括激活型和抑制型，這兩種不同類型的BHLH調控因子的相互調控在NSC的增殖和分化中起重要作用。吳學潮等[25]研究示激活型BHLH調控因子（Mash1、Math1、Ngn和NeuroD、Hes6等）可誘導神經元分化基因的表達，同時又可抑制神經膠質細胞分化基因的表達；而抑制型BHLH調控因子（Hes1、Hes5等）是NSC維持和增殖的必需因子，同時又能促進NSC向神經膠質細胞的分化。近期Ma等[26]的研究表明cyclinD1的過表達可以通過通過Jak-STAT3通路促進NSC增殖和誘導其分化為星形膠質細胞。所以進一步明確這些基因對于NSC分化的調控機制及相互作用有著重要的意義。
除了基因調控的影響外，相關研究表明有許多其他因子參與NSC分化的內源性調控，如神經生長因子可以促進NSC的增殖和分化。bFGF對NSC分化的影響呈濃度依賴性，即低濃度的bFGF可以促進NSC向神經元的分化，而高濃度的bFGF則促進NSC向神經膠質細胞的分化[27]。而了解這些因子具體參與的信號通路，對于誘導NSC定向分化為神經元有重要意義。
除內源性調控外，NSC的分化還受到鄰近的神經元、基質細胞和細胞外基質（各類糖蛋白、黏蛋白）等所形成的微環境的外源性的調控。有研究發現神經細胞黏附分子可以抑制海馬前體細胞的增殖，其抑制作用呈濃度依賴性，同時可以誘導NCS向神經元方向的分化[28]。Amoureux等[29]研究結果提示視黃酸可以通過提高NSC內p21的表達，從而使NCS退出細胞周期進入分化，并能夠誘導源于成年大鼠海馬的多潛能細胞分化為神經元，同時上調了trk受體，神經營養因子作用于此受體后，能促進細胞的進一步成熟，有時能誘導出多巴胺神經元。李文晶等[30]的研究結果表明，未成熟鈉通道可通過激活ERK信號途徑促進NSC的分化。鈉通道的這種作用可能是由鈣離子介導的，其機制有待進一步研究。
3 展望
目前關于物理因子促進NSC向神經元分化的研究較少，相關的物理因子種類較為局限。但目前研究結果提示物理因子可以促進NSC向神經元的定向分化。然而，相關物理因子的具體參數以及作用部位對NSC分化的影響仍需探討，并且物理因子具體調控NSC分化的機制及其中有哪些調控因子參與尚不清楚，需要更深入的研究。因其重要的臨床應用價值，物理因子對于NSC分化的影響是不能忽略的，在將來，這方面研究會促進腦損傷的康復及開拓醫學的新領域。
神經干細胞（NSC）是一類具有分化成為神經元、星形膠質細胞和少突膠質細胞潛能的細胞。胚胎期人腦的NSC位于皮質和紋狀體，成年人腦的干細胞則位于側腦室等的室下區和海馬齒狀回的顆粒下層[1]。現有研究表明體外培養的NSC經血清自然誘導分化或移植入腦損傷模型后形成的神經元數量相對較少[2]，大部分都分化為膠質細胞[3-4]，其結果就明顯局限了NSC的應用。因此，尋找誘導NSC定向分化為神經元的方法已經成為科學研究的熱點問題，其中關于藥物制劑、激素等化學因子誘導NSC定向分化的研究較為多見。而目前相關研究已表明某些物理因子可以調控NSC的增殖和分化，本文主要從物理因子對NSC分化影響的研究進展方面進行闡述。
1 物理因子對NSC分化的影響
由于NSC廣泛的臨床應用價值，并且目前已有研究表明物理因子可以干預NSC的調控，促進NSC的增殖和分化。但是物理因子具體是通過內源性、外源性或兩者同時參與的調控而影響NSC分化尚不清楚，仍需進一步研究探討。以下介紹脈沖磁場刺激（PEMF）、電針、高壓氧、電離輻射等幾種臨床常用的物理因子對NSC分化的影響。
1.1 PEMF對NSC分化的影響
近年來關于PEMF對NSC分化影響的研究越來越多，對于闡述其是否能促進NSC的增殖與分化，李怡等[5]研究提示5 Hz和20 Hz正弦交變磁場（8 mT）可以促進NSC向神經元的定向分化；Piacentini等[6]研究發現，頻率50 Hz、強度1 m T的PEMF增加細胞膜上Cav-1通道的活性，誘發鈣離子內流，調控NSC向神經細胞分化。研究結果提示PEMF促進NSC分化時依賴于磁場的強度及頻率，所以探究磁場的有效“生物窗”對NSC分化的影響有重要意義。
重復經顱磁刺激（rTMS）是在磁刺激基礎上發展起來的神經電生理技術。目前多項臨床研究發現rTMS在治療缺血性腦卒中患者時，可以改善患者的運動能力（包括精細動作），提高看圖識物命名能力及改善語言表達能力等[7-9]。為進一步探究其作用，尹清等[10]研究表明了rTMS可促進海馬內源性NSC向神經元的分化，但仍未能獲得治療最優的刺激頻率。為進一步指導臨床應用，Abbasnia等[11]將BALB/c小鼠分為3組，分別為對照組、低頻組（以1 Hz的強度、150次/d的頻率進行刺激）、高頻組（以30 Hz的強度、150次/d的頻率進行刺激），結果表明低頻組、高頻組NSC向神經元的分化均較對照組增加，而實驗2周后，高頻組相對于低頻組能更好地促進NSC分化。而促進NSC的增殖、遷移及定向向神經元分化對于促進腦損傷功能恢復有著重要的作用。
雖然現有研究表明rTMS可促進海馬內源性NSC向神經元的分化，但是其通過何種途徑來促進分化尚不明確；以及rTMS治療時依賴于治療的位置、刺激的頻率及時間。所以，探索rTMS治療時的有效位置及最優的刺激頻率和刺激時間對NSC分化的影響具有重要的臨床意義。
1.2 電針對NSC分化的影響
目前關于電針刺激對NSC分化影響的研究逐漸增多，且研究結果提示兩者具有相關性。Tao等[12]通過電針刺腦缺血的大鼠模型，計數5-溴脫氧尿嘧啶核苷（BrdU）、神經元核抗原（NeuN）與膠質纖維酸性蛋白（GFAP）共同標記的細胞數目，其中BrdU是一種胸腺脫氧核苷類似物，在細胞增殖周期S期即DNA合成期整合入細胞核，可以作為細胞增殖的理想標志物。NeuN和GFAP分別為成熟神經元和神經膠質細胞的特異性標志物，結果發現電針可以促進NSC增殖，同時可以促進NSC向神經元及神經膠質細胞的分化。芮君等[13]用BrdU/NSE和BrdU/GFAP免疫熒光雙標記法觀察電針刺激“百會”和“風府”穴治療腦缺血的大鼠模型，其中神經元特異性烯醇化酶（NSE）為神經元的特異性標志物。實驗表明：電針刺激能促進腦缺血大鼠NSE和GFAP的表達，并激能夠促進腦缺血后內源性NSC增殖分化成神經元和神經膠質細胞，從而參與腦缺血后神經損傷的修復。Kim等[14]以分子機制為基礎，研究電針在大腦中動脈阻斷模型中的抗凋亡能力，研究結果提示2 Hz的電針治療可明顯減少卒中后的梗死區域，特別是大腦的中間區域，并且電針的治療可明顯減少細胞的凋亡。通過分析涉及細胞凋亡的蛋白，明確電針治療可明顯減少DR5的表達，同時在Bcl-2家族中，抗凋亡的Bcl-2和Bcl-XL明顯升高，提示電針治療可能通過發揮抗凋亡作用保護缺血后的腦神經。周利等[15]研究提示頭針對增殖后的NSC分化為神經元也起到促進作用。張禮萍等[16]在實驗中觀察到腦損傷后大鼠RARβ表達明顯降低，而電針灸后海馬區和皮質中RARβ表達明顯增加，說明針灸通過上調RARβ的表達，強化了神經生長因子的促神經生長作用，從而促進了腦損傷的恢復。
目前研究表明電針刺激可以促進NSC分化為神經元及神經膠質細胞，但其促進NSC定向分化的條件及其作用過程中轉錄因子的變化仍需進一步研究。電針刺激需結合中醫的經絡理論，選擇穴位對于NSC的分化具有影響。Zhou等[17]研究發現電針通過刺激“百會”“水溝”“曲池”及“內關”穴可增加腦缺血大鼠的腦血流量，從而減少腦損傷，而刺激這些穴位是否會促進NSC分化仍待進一步研究。同時電針的頻率、強度及作用時間對于NSC分化的影響同樣需要進一步明確。
1.3 高壓氧對NSC分化的影響
現已有報道表明高壓氧可上調神經營養因子-3、堿性成纖維生長因子（bFGF）的表達[18-19]，而這些因子的可改變NSC周圍的局部微環境，從而促進NSC的分化為神經元。Yin等[20]研究發現高壓氧治療缺氧/缺血性腦損傷（HIBD），可以減少HIBD后NSC的死亡，并促進神經功能的恢復。彭爭榮等[21]通過對缺血缺氧腦源性神經干細胞模型進行1次/d、連續7 d的高壓氧處理（壓縮空氣給予0.2 MPa壓力1 h（加、減壓時間各15 min，穩壓30 min），穩壓時艙內氧濃度保持在80%以上），與高壓組、高氧組及對照組進行比較，各組神經干細胞分化結果提示：高壓氧組神經元及膠質細胞分化率與正常對照組基本相似，但神經元分化率明顯高于模型對照組、高濃度氧組及高氣壓組，膠質細胞分化率低于此3組。因此，高壓氧處理能夠上調腦源性NSC向神經元分化的比例。諶崇峰等[22]通過研究不同壓力和不同穩壓時間下高壓氧對離體NSC分化的影響，結果顯示，2個絕對大氣壓下穩壓時間為60 min的高壓氧促進NSC向神經元分化的作用最強。然而高壓氧如何促進NSC向神經元分化和其中有哪些細胞因子參與扔需進一步研究明確。
1.4 電離輻射對NSC分化的影響
關于電離輻射誘導NSC分化的研究較少，但劉萍等[23]研究表明電離輻射可以影響NSC的分化。其研究通過對分為4組的第2代神經傳代細胞，分別給予0、0.5、1及2 Gy γ射線照射，并在培養基中加入表皮生長因子和bFGF等刺激神經干細胞生長的絲裂，培養7 d后。經免疫熒光法檢測巢蛋白陽性率結果各照射組與未照射組比較，各照射組巢蛋白陽性率較未照射組降低，并隨著照射劑量的加大，巢蛋白陽性率逐漸降低。說明經過γ射線照射后可以促進NSC進入分化階段，并且照射劑量越大NSC分化的比例越大。而用免疫熒光方法檢測細胞內NSE、GFAP，結果顯示各照射組NSE陽性細胞數較未照射組陽性細胞數明顯增加，且GFAP陽性細胞數較未照射組比較明顯減少，經照射后神經元細胞比例增加，膠質細胞比例降低，并且這種關系與照射劑量呈正相關。因此，一定劑量范圍內，電離輻射能使NSC分化為神經元的比例增加。明確照射劑量的有效范圍及最佳照射劑量對于探究電離輻射誘導NSC分化有著重要的意義，同時電離輻射誘導NSC分化為神經元的機制及與其他因子的相互作用仍不清楚。
2 調控NSC定向分化的條件
內源性的基因調控對NSC分化有著重要的作用，近年來研究最多的有Notch信號通路和堿性螺旋-環-螺旋（BHLH）基因。Wang等[24]研究結果顯示在缺血誘導的成年大鼠神經發生過程中，Notch信號系統被激活可顯著促進NSC的增殖，而當Notch信號被抑制時，NSC的增殖受到抑制，而向神經元的分化增加，提示Notch在NSC向神經元分化的過程中可能主要起負調控作用。關于BHLH調控因子，其包括激活型和抑制型，這兩種不同類型的BHLH調控因子的相互調控在NSC的增殖和分化中起重要作用。吳學潮等[25]研究示激活型BHLH調控因子（Mash1、Math1、Ngn和NeuroD、Hes6等）可誘導神經元分化基因的表達，同時又可抑制神經膠質細胞分化基因的表達；而抑制型BHLH調控因子（Hes1、Hes5等）是NSC維持和增殖的必需因子，同時又能促進NSC向神經膠質細胞的分化。近期Ma等[26]的研究表明cyclinD1的過表達可以通過通過Jak-STAT3通路促進NSC增殖和誘導其分化為星形膠質細胞。所以進一步明確這些基因對于NSC分化的調控機制及相互作用有著重要的意義。
除了基因調控的影響外，相關研究表明有許多其他因子參與NSC分化的內源性調控，如神經生長因子可以促進NSC的增殖和分化。bFGF對NSC分化的影響呈濃度依賴性，即低濃度的bFGF可以促進NSC向神經元的分化，而高濃度的bFGF則促進NSC向神經膠質細胞的分化[27]。而了解這些因子具體參與的信號通路，對于誘導NSC定向分化為神經元有重要意義。
除內源性調控外，NSC的分化還受到鄰近的神經元、基質細胞和細胞外基質（各類糖蛋白、黏蛋白）等所形成的微環境的外源性的調控。有研究發現神經細胞黏附分子可以抑制海馬前體細胞的增殖，其抑制作用呈濃度依賴性，同時可以誘導NCS向神經元方向的分化[28]。Amoureux等[29]研究結果提示視黃酸可以通過提高NSC內p21的表達，從而使NCS退出細胞周期進入分化，并能夠誘導源于成年大鼠海馬的多潛能細胞分化為神經元，同時上調了trk受體，神經營養因子作用于此受體后，能促進細胞的進一步成熟，有時能誘導出多巴胺神經元。李文晶等[30]的研究結果表明，未成熟鈉通道可通過激活ERK信號途徑促進NSC的分化。鈉通道的這種作用可能是由鈣離子介導的，其機制有待進一步研究。
3 展望
目前關于物理因子促進NSC向神經元分化的研究較少，相關的物理因子種類較為局限。但目前研究結果提示物理因子可以促進NSC向神經元的定向分化。然而，相關物理因子的具體參數以及作用部位對NSC分化的影響仍需探討，并且物理因子具體調控NSC分化的機制及其中有哪些調控因子參與尚不清楚，需要更深入的研究。因其重要的臨床應用價值，物理因子對于NSC分化的影響是不能忽略的，在將來，這方面研究會促進腦損傷的康復及開拓醫學的新領域。