神经干细胞（NSC）是一类具有分化成为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞潜能的细胞，其具有广泛的应用价值，尤其对神经损伤康复有重要意义，但NSC定向分化为神经元受多重因素调控。近年来诱导NSC定向分化已经成为科学研究的热点问题。但其中关于药物制剂、激素等化学因子诱导NSC体外定向分化的研究较为多见。而目前相关研究已表明某些物理因子可以干预NSC的调控，现从物理因子对神经干细胞分化影响的研究进展作一综述。
引用本文： 孟琳, 屈云. 物理因子对神经干细胞分化影响的研究进展. 华西医学, 2016, 31(10): 1778-1781. doi: 10.7507/1002-0179.201600489 复制
神经干细胞（NSC）是一类具有分化成为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞潜能的细胞。胚胎期人脑的NSC位于皮质和纹状体，成年人脑的干细胞则位于侧脑室等的室下区和海马齿状回的颗粒下层[1]。现有研究表明体外培养的NSC经血清自然诱导分化或移植入脑损伤模型后形成的神经元数量相对较少[2]，大部分都分化为胶质细胞[3-4]，其结果就明显局限了NSC的应用。因此，寻找诱导NSC定向分化为神经元的方法已经成为科学研究的热点问题，其中关于药物制剂、激素等化学因子诱导NSC定向分化的研究较为多见。而目前相关研究已表明某些物理因子可以调控NSC的增殖和分化，本文主要从物理因子对NSC分化影响的研究进展方面进行阐述。
1 物理因子对NSC分化的影响
由于NSC广泛的临床应用价值，并且目前已有研究表明物理因子可以干预NSC的调控，促进NSC的增殖和分化。但是物理因子具体是通过内源性、外源性或两者同时参与的调控而影响NSC分化尚不清楚，仍需进一步研究探讨。以下介绍脉冲磁场刺激（PEMF）、电针、高压氧、电离辐射等几种临床常用的物理因子对NSC分化的影响。
1.1 PEMF对NSC分化的影响
近年来关于PEMF对NSC分化影响的研究越来越多，对于阐述其是否能促进NSC的增殖与分化，李怡等[5]研究提示5 Hz和20 Hz正弦交变磁场（8 mT）可以促进NSC向神经元的定向分化；Piacentini等[6]研究发现，频率50 Hz、强度1 m T的PEMF增加细胞膜上Cav-1通道的活性，诱发钙离子内流，调控NSC向神经细胞分化。研究结果提示PEMF促进NSC分化时依赖于磁场的强度及频率，所以探究磁场的有效“生物窗”对NSC分化的影响有重要意义。
重复经颅磁刺激（rTMS）是在磁刺激基础上发展起来的神经电生理技术。目前多项临床研究发现rTMS在治疗缺血性脑卒中患者时，可以改善患者的运动能力（包括精细动作），提高看图识物命名能力及改善语言表达能力等[7-9]。为进一步探究其作用，尹清等[10]研究表明了rTMS可促进海马内源性NSC向神经元的分化，但仍未能获得治疗最优的刺激频率。为进一步指导临床应用，Abbasnia等[11]将BALB/c小鼠分为3组，分别为对照组、低频组（以1 Hz的强度、150次/d的频率进行刺激）、高频组（以30 Hz的强度、150次/d的频率进行刺激），结果表明低频组、高频组NSC向神经元的分化均较对照组增加，而实验2周后，高频组相对于低频组能更好地促进NSC分化。而促进NSC的增殖、迁移及定向向神经元分化对于促进脑损伤功能恢复有着重要的作用。
虽然现有研究表明rTMS可促进海马内源性NSC向神经元的分化，但是其通过何种途径来促进分化尚不明确；以及rTMS治疗时依赖于治疗的位置、刺激的频率及时间。所以，探索rTMS治疗时的有效位置及最优的刺激频率和刺激时间对NSC分化的影响具有重要的临床意义。
1.2 电针对NSC分化的影响
目前关于电针刺激对NSC分化影响的研究逐渐增多，且研究结果提示两者具有相关性。Tao等[12]通过电针刺脑缺血的大鼠模型，计数5-溴脱氧尿嘧啶核苷（BrdU）、神经元核抗原（NeuN）与胶质纤维酸性蛋白（GFAP）共同标记的细胞数目，其中BrdU是一种胸腺脱氧核苷类似物，在细胞增殖周期S期即DNA合成期整合入细胞核，可以作为细胞增殖的理想标志物。NeuN和GFAP分别为成熟神经元和神经胶质细胞的特异性标志物，结果发现电针可以促进NSC增殖，同时可以促进NSC向神经元及神经胶质细胞的分化。芮君等[13]用BrdU/NSE和BrdU/GFAP免疫荧光双标记法观察电针刺激“百会”和“风府”穴治疗脑缺血的大鼠模型，其中神经元特异性烯醇化酶（NSE）为神经元的特异性标志物。实验表明：电针刺激能促进脑缺血大鼠NSE和GFAP的表达，并激能够促进脑缺血后内源性NSC增殖分化成神经元和神经胶质细胞，从而参与脑缺血后神经损伤的修复。Kim等[14]以分子机制为基础，研究电针在大脑中动脉阻断模型中的抗凋亡能力，研究结果提示2 Hz的电针治疗可明显减少卒中后的梗死区域，特别是大脑的中间区域，并且电针的治疗可明显减少细胞的凋亡。通过分析涉及细胞凋亡的蛋白，明确电针治疗可明显减少DR5的表达，同时在Bcl-2家族中，抗凋亡的Bcl-2和Bcl-XL明显升高，提示电针治疗可能通过发挥抗凋亡作用保护缺血后的脑神经。周利等[15]研究提示头针对增殖后的NSC分化为神经元也起到促进作用。张礼萍等[16]在实验中观察到脑损伤后大鼠RARβ表达明显降低，而电针灸后海马区和皮质中RARβ表达明显增加，说明针灸通过上调RARβ的表达，强化了神经生长因子的促神经生长作用，从而促进了脑损伤的恢复。
目前研究表明电针刺激可以促进NSC分化为神经元及神经胶质细胞，但其促进NSC定向分化的条件及其作用过程中转录因子的变化仍需进一步研究。电针刺激需结合中医的经络理论，选择穴位对于NSC的分化具有影响。Zhou等[17]研究发现电针通过刺激“百会”“水沟”“曲池”及“内关”穴可增加脑缺血大鼠的脑血流量，从而减少脑损伤，而刺激这些穴位是否会促进NSC分化仍待进一步研究。同时电针的频率、强度及作用时间对于NSC分化的影响同样需要进一步明确。
1.3 高压氧对NSC分化的影响
现已有报道表明高压氧可上调神经营养因子-3、碱性成纤维生长因子（bFGF）的表达[18-19]，而这些因子的可改变NSC周围的局部微环境，从而促进NSC的分化为神经元。Yin等[20]研究发现高压氧治疗缺氧/缺血性脑损伤（HIBD），可以减少HIBD后NSC的死亡，并促进神经功能的恢复。彭争荣等[21]通过对缺血缺氧脑源性神经干细胞模型进行1次/d、连续7 d的高压氧处理（压缩空气给予0.2 MPa压力1 h（加、减压时间各15 min，稳压30 min），稳压时舱内氧浓度保持在80%以上），与高压组、高氧组及对照组进行比较，各组神经干细胞分化结果提示：高压氧组神经元及胶质细胞分化率与正常对照组基本相似，但神经元分化率明显高于模型对照组、高浓度氧组及高气压组，胶质细胞分化率低于此3组。因此，高压氧处理能够上调脑源性NSC向神经元分化的比例。谌崇峰等[22]通过研究不同压力和不同稳压时间下高压氧对离体NSC分化的影响，结果显示，2个绝对大气压下稳压时间为60 min的高压氧促进NSC向神经元分化的作用最强。然而高压氧如何促进NSC向神经元分化和其中有哪些细胞因子参与扔需进一步研究明确。
1.4 电离辐射对NSC分化的影响
关于电离辐射诱导NSC分化的研究较少，但刘萍等[23]研究表明电离辐射可以影响NSC的分化。其研究通过对分为4组的第2代神经传代细胞，分别给予0、0.5、1及2 Gy γ射线照射，并在培养基中加入表皮生长因子和bFGF等刺激神经干细胞生长的丝裂，培养7 d后。经免疫荧光法检测巢蛋白阳性率结果各照射组与未照射组比较，各照射组巢蛋白阳性率较未照射组降低，并随着照射剂量的加大，巢蛋白阳性率逐渐降低。说明经过γ射线照射后可以促进NSC进入分化阶段，并且照射剂量越大NSC分化的比例越大。而用免疫荧光方法检测细胞内NSE、GFAP，结果显示各照射组NSE阳性细胞数较未照射组阳性细胞数明显增加，且GFAP阳性细胞数较未照射组比较明显减少，经照射后神经元细胞比例增加，胶质细胞比例降低，并且这种关系与照射剂量呈正相关。因此，一定剂量范围内，电离辐射能使NSC分化为神经元的比例增加。明确照射剂量的有效范围及最佳照射剂量对于探究电离辐射诱导NSC分化有着重要的意义，同时电离辐射诱导NSC分化为神经元的机制及与其他因子的相互作用仍不清楚。
2 调控NSC定向分化的条件
内源性的基因调控对NSC分化有着重要的作用，近年来研究最多的有Notch信号通路和碱性螺旋-环-螺旋（BHLH）基因。Wang等[24]研究结果显示在缺血诱导的成年大鼠神经发生过程中，Notch信号系统被激活可显著促进NSC的增殖，而当Notch信号被抑制时，NSC的增殖受到抑制，而向神经元的分化增加，提示Notch在NSC向神经元分化的过程中可能主要起负调控作用。关于BHLH调控因子，其包括激活型和抑制型，这两种不同类型的BHLH调控因子的相互调控在NSC的增殖和分化中起重要作用。吴学潮等[25]研究示激活型BHLH调控因子（Mash1、Math1、Ngn和NeuroD、Hes6等）可诱导神经元分化基因的表达，同时又可抑制神经胶质细胞分化基因的表达；而抑制型BHLH调控因子（Hes1、Hes5等）是NSC维持和增殖的必需因子，同时又能促进NSC向神经胶质细胞的分化。近期Ma等[26]的研究表明cyclinD1的过表达可以通过通过Jak-STAT3通路促进NSC增殖和诱导其分化为星形胶质细胞。所以进一步明确这些基因对于NSC分化的调控机制及相互作用有着重要的意义。
除了基因调控的影响外，相关研究表明有许多其他因子参与NSC分化的内源性调控，如神经生长因子可以促进NSC的增殖和分化。bFGF对NSC分化的影响呈浓度依赖性，即低浓度的bFGF可以促进NSC向神经元的分化，而高浓度的bFGF则促进NSC向神经胶质细胞的分化[27]。而了解这些因子具体参与的信号通路，对于诱导NSC定向分化为神经元有重要意义。
除内源性调控外，NSC的分化还受到邻近的神经元、基质细胞和细胞外基质（各类糖蛋白、黏蛋白）等所形成的微环境的外源性的调控。有研究发现神经细胞黏附分子可以抑制海马前体细胞的增殖，其抑制作用呈浓度依赖性，同时可以诱导NCS向神经元方向的分化[28]。Amoureux等[29]研究结果提示视黄酸可以通过提高NSC内p21的表达，从而使NCS退出细胞周期进入分化，并能够诱导源于成年大鼠海马的多潜能细胞分化为神经元，同时上调了trk受体，神经营养因子作用于此受体后，能促进细胞的进一步成熟，有时能诱导出多巴胺神经元。李文晶等[30]的研究结果表明，未成熟钠通道可通过激活ERK信号途径促进NSC的分化。钠通道的这种作用可能是由钙离子介导的，其机制有待进一步研究。
3 展望
目前关于物理因子促进NSC向神经元分化的研究较少，相关的物理因子种类较为局限。但目前研究结果提示物理因子可以促进NSC向神经元的定向分化。然而，相关物理因子的具体参数以及作用部位对NSC分化的影响仍需探讨，并且物理因子具体调控NSC分化的机制及其中有哪些调控因子参与尚不清楚，需要更深入的研究。因其重要的临床应用价值，物理因子对于NSC分化的影响是不能忽略的，在将来，这方面研究会促进脑损伤的康复及开拓医学的新领域。
神经干细胞（NSC）是一类具有分化成为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞潜能的细胞。胚胎期人脑的NSC位于皮质和纹状体，成年人脑的干细胞则位于侧脑室等的室下区和海马齿状回的颗粒下层[1]。现有研究表明体外培养的NSC经血清自然诱导分化或移植入脑损伤模型后形成的神经元数量相对较少[2]，大部分都分化为胶质细胞[3-4]，其结果就明显局限了NSC的应用。因此，寻找诱导NSC定向分化为神经元的方法已经成为科学研究的热点问题，其中关于药物制剂、激素等化学因子诱导NSC定向分化的研究较为多见。而目前相关研究已表明某些物理因子可以调控NSC的增殖和分化，本文主要从物理因子对NSC分化影响的研究进展方面进行阐述。
1 物理因子对NSC分化的影响
由于NSC广泛的临床应用价值，并且目前已有研究表明物理因子可以干预NSC的调控，促进NSC的增殖和分化。但是物理因子具体是通过内源性、外源性或两者同时参与的调控而影响NSC分化尚不清楚，仍需进一步研究探讨。以下介绍脉冲磁场刺激（PEMF）、电针、高压氧、电离辐射等几种临床常用的物理因子对NSC分化的影响。
1.1 PEMF对NSC分化的影响
近年来关于PEMF对NSC分化影响的研究越来越多，对于阐述其是否能促进NSC的增殖与分化，李怡等[5]研究提示5 Hz和20 Hz正弦交变磁场（8 mT）可以促进NSC向神经元的定向分化；Piacentini等[6]研究发现，频率50 Hz、强度1 m T的PEMF增加细胞膜上Cav-1通道的活性，诱发钙离子内流，调控NSC向神经细胞分化。研究结果提示PEMF促进NSC分化时依赖于磁场的强度及频率，所以探究磁场的有效“生物窗”对NSC分化的影响有重要意义。
重复经颅磁刺激（rTMS）是在磁刺激基础上发展起来的神经电生理技术。目前多项临床研究发现rTMS在治疗缺血性脑卒中患者时，可以改善患者的运动能力（包括精细动作），提高看图识物命名能力及改善语言表达能力等[7-9]。为进一步探究其作用，尹清等[10]研究表明了rTMS可促进海马内源性NSC向神经元的分化，但仍未能获得治疗最优的刺激频率。为进一步指导临床应用，Abbasnia等[11]将BALB/c小鼠分为3组，分别为对照组、低频组（以1 Hz的强度、150次/d的频率进行刺激）、高频组（以30 Hz的强度、150次/d的频率进行刺激），结果表明低频组、高频组NSC向神经元的分化均较对照组增加，而实验2周后，高频组相对于低频组能更好地促进NSC分化。而促进NSC的增殖、迁移及定向向神经元分化对于促进脑损伤功能恢复有着重要的作用。
虽然现有研究表明rTMS可促进海马内源性NSC向神经元的分化，但是其通过何种途径来促进分化尚不明确；以及rTMS治疗时依赖于治疗的位置、刺激的频率及时间。所以，探索rTMS治疗时的有效位置及最优的刺激频率和刺激时间对NSC分化的影响具有重要的临床意义。
1.2 电针对NSC分化的影响
目前关于电针刺激对NSC分化影响的研究逐渐增多，且研究结果提示两者具有相关性。Tao等[12]通过电针刺脑缺血的大鼠模型，计数5-溴脱氧尿嘧啶核苷（BrdU）、神经元核抗原（NeuN）与胶质纤维酸性蛋白（GFAP）共同标记的细胞数目，其中BrdU是一种胸腺脱氧核苷类似物，在细胞增殖周期S期即DNA合成期整合入细胞核，可以作为细胞增殖的理想标志物。NeuN和GFAP分别为成熟神经元和神经胶质细胞的特异性标志物，结果发现电针可以促进NSC增殖，同时可以促进NSC向神经元及神经胶质细胞的分化。芮君等[13]用BrdU/NSE和BrdU/GFAP免疫荧光双标记法观察电针刺激“百会”和“风府”穴治疗脑缺血的大鼠模型，其中神经元特异性烯醇化酶（NSE）为神经元的特异性标志物。实验表明：电针刺激能促进脑缺血大鼠NSE和GFAP的表达，并激能够促进脑缺血后内源性NSC增殖分化成神经元和神经胶质细胞，从而参与脑缺血后神经损伤的修复。Kim等[14]以分子机制为基础，研究电针在大脑中动脉阻断模型中的抗凋亡能力，研究结果提示2 Hz的电针治疗可明显减少卒中后的梗死区域，特别是大脑的中间区域，并且电针的治疗可明显减少细胞的凋亡。通过分析涉及细胞凋亡的蛋白，明确电针治疗可明显减少DR5的表达，同时在Bcl-2家族中，抗凋亡的Bcl-2和Bcl-XL明显升高，提示电针治疗可能通过发挥抗凋亡作用保护缺血后的脑神经。周利等[15]研究提示头针对增殖后的NSC分化为神经元也起到促进作用。张礼萍等[16]在实验中观察到脑损伤后大鼠RARβ表达明显降低，而电针灸后海马区和皮质中RARβ表达明显增加，说明针灸通过上调RARβ的表达，强化了神经生长因子的促神经生长作用，从而促进了脑损伤的恢复。
目前研究表明电针刺激可以促进NSC分化为神经元及神经胶质细胞，但其促进NSC定向分化的条件及其作用过程中转录因子的变化仍需进一步研究。电针刺激需结合中医的经络理论，选择穴位对于NSC的分化具有影响。Zhou等[17]研究发现电针通过刺激“百会”“水沟”“曲池”及“内关”穴可增加脑缺血大鼠的脑血流量，从而减少脑损伤，而刺激这些穴位是否会促进NSC分化仍待进一步研究。同时电针的频率、强度及作用时间对于NSC分化的影响同样需要进一步明确。
1.3 高压氧对NSC分化的影响
现已有报道表明高压氧可上调神经营养因子-3、碱性成纤维生长因子（bFGF）的表达[18-19]，而这些因子的可改变NSC周围的局部微环境，从而促进NSC的分化为神经元。Yin等[20]研究发现高压氧治疗缺氧/缺血性脑损伤（HIBD），可以减少HIBD后NSC的死亡，并促进神经功能的恢复。彭争荣等[21]通过对缺血缺氧脑源性神经干细胞模型进行1次/d、连续7 d的高压氧处理（压缩空气给予0.2 MPa压力1 h（加、减压时间各15 min，稳压30 min），稳压时舱内氧浓度保持在80%以上），与高压组、高氧组及对照组进行比较，各组神经干细胞分化结果提示：高压氧组神经元及胶质细胞分化率与正常对照组基本相似，但神经元分化率明显高于模型对照组、高浓度氧组及高气压组，胶质细胞分化率低于此3组。因此，高压氧处理能够上调脑源性NSC向神经元分化的比例。谌崇峰等[22]通过研究不同压力和不同稳压时间下高压氧对离体NSC分化的影响，结果显示，2个绝对大气压下稳压时间为60 min的高压氧促进NSC向神经元分化的作用最强。然而高压氧如何促进NSC向神经元分化和其中有哪些细胞因子参与扔需进一步研究明确。
1.4 电离辐射对NSC分化的影响
关于电离辐射诱导NSC分化的研究较少，但刘萍等[23]研究表明电离辐射可以影响NSC的分化。其研究通过对分为4组的第2代神经传代细胞，分别给予0、0.5、1及2 Gy γ射线照射，并在培养基中加入表皮生长因子和bFGF等刺激神经干细胞生长的丝裂，培养7 d后。经免疫荧光法检测巢蛋白阳性率结果各照射组与未照射组比较，各照射组巢蛋白阳性率较未照射组降低，并随着照射剂量的加大，巢蛋白阳性率逐渐降低。说明经过γ射线照射后可以促进NSC进入分化阶段，并且照射剂量越大NSC分化的比例越大。而用免疫荧光方法检测细胞内NSE、GFAP，结果显示各照射组NSE阳性细胞数较未照射组阳性细胞数明显增加，且GFAP阳性细胞数较未照射组比较明显减少，经照射后神经元细胞比例增加，胶质细胞比例降低，并且这种关系与照射剂量呈正相关。因此，一定剂量范围内，电离辐射能使NSC分化为神经元的比例增加。明确照射剂量的有效范围及最佳照射剂量对于探究电离辐射诱导NSC分化有着重要的意义，同时电离辐射诱导NSC分化为神经元的机制及与其他因子的相互作用仍不清楚。
2 调控NSC定向分化的条件
内源性的基因调控对NSC分化有着重要的作用，近年来研究最多的有Notch信号通路和碱性螺旋-环-螺旋（BHLH）基因。Wang等[24]研究结果显示在缺血诱导的成年大鼠神经发生过程中，Notch信号系统被激活可显著促进NSC的增殖，而当Notch信号被抑制时，NSC的增殖受到抑制，而向神经元的分化增加，提示Notch在NSC向神经元分化的过程中可能主要起负调控作用。关于BHLH调控因子，其包括激活型和抑制型，这两种不同类型的BHLH调控因子的相互调控在NSC的增殖和分化中起重要作用。吴学潮等[25]研究示激活型BHLH调控因子（Mash1、Math1、Ngn和NeuroD、Hes6等）可诱导神经元分化基因的表达，同时又可抑制神经胶质细胞分化基因的表达；而抑制型BHLH调控因子（Hes1、Hes5等）是NSC维持和增殖的必需因子，同时又能促进NSC向神经胶质细胞的分化。近期Ma等[26]的研究表明cyclinD1的过表达可以通过通过Jak-STAT3通路促进NSC增殖和诱导其分化为星形胶质细胞。所以进一步明确这些基因对于NSC分化的调控机制及相互作用有着重要的意义。
除了基因调控的影响外，相关研究表明有许多其他因子参与NSC分化的内源性调控，如神经生长因子可以促进NSC的增殖和分化。bFGF对NSC分化的影响呈浓度依赖性，即低浓度的bFGF可以促进NSC向神经元的分化，而高浓度的bFGF则促进NSC向神经胶质细胞的分化[27]。而了解这些因子具体参与的信号通路，对于诱导NSC定向分化为神经元有重要意义。
除内源性调控外，NSC的分化还受到邻近的神经元、基质细胞和细胞外基质（各类糖蛋白、黏蛋白）等所形成的微环境的外源性的调控。有研究发现神经细胞黏附分子可以抑制海马前体细胞的增殖，其抑制作用呈浓度依赖性，同时可以诱导NCS向神经元方向的分化[28]。Amoureux等[29]研究结果提示视黄酸可以通过提高NSC内p21的表达，从而使NCS退出细胞周期进入分化，并能够诱导源于成年大鼠海马的多潜能细胞分化为神经元，同时上调了trk受体，神经营养因子作用于此受体后，能促进细胞的进一步成熟，有时能诱导出多巴胺神经元。李文晶等[30]的研究结果表明，未成熟钠通道可通过激活ERK信号途径促进NSC的分化。钠通道的这种作用可能是由钙离子介导的，其机制有待进一步研究。
3 展望
目前关于物理因子促进NSC向神经元分化的研究较少，相关的物理因子种类较为局限。但目前研究结果提示物理因子可以促进NSC向神经元的定向分化。然而，相关物理因子的具体参数以及作用部位对NSC分化的影响仍需探讨，并且物理因子具体调控NSC分化的机制及其中有哪些调控因子参与尚不清楚，需要更深入的研究。因其重要的临床应用价值，物理因子对于NSC分化的影响是不能忽略的，在将来，这方面研究会促进脑损伤的康复及开拓医学的新领域。