EMBO J. ：沈沁团队揭示微环境调控成体神经干细胞数量的新机制学术资讯

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成年哺乳动物体内的干细胞存在于特定的微环境（stem cell niche）中，在微环境组分的调控下，干细胞既可保持相对静息的状态，也会通过增殖和分化产生多种类型的细胞以响应机体的需求 (Chacon-Martinez et al, 2018）。受到微环境滋养能力以及物理空间的限制，干细胞的数量在一定阶段处于相对稳定的状态。随着年龄的增加，成体干细胞的数量逐步减少，除了自身的消耗以外，微环境的变化也是非常重要的原因 (Silva-Vargas et al, 2016, Villeda et al, 2011）。
在成年小鼠侧脑室边缘的脑室下区（V-SVZ），室管膜细胞通过粘附连接组成单层的细胞屏障将神经发生区域与脑脊液分隔开来，但神经干细胞的部分胞体镶嵌在室管膜细胞层中，其突起可与脑脊液直接接触。数个室管膜细胞围绕神经干细胞，形成风车样结构（Mirzadeh et al, 2008），这些结构中心的神经干细胞大部分表达细胞粘附分子VCAM1，保持静息状态。一个个的风车样结构散布在脑室下区的表面，可以被称为神经干细胞单元（NSC unit）。神经干细胞单元的数目以及每个单元里干细胞的数量反映了脑室下区能够容纳的神经干细胞总量，即微环境容量。

同济大学生命科学与技术学院和同济医院沈沁教授团队利用成年小鼠脑室下区神经干细胞微环境为模型，发现了神经干细胞的“近邻”室管膜细胞中的分泌蛋白CCN1具有调控神经干细胞数目的功能，并提出了“微环境容量调控”的作用方式。该研究工作于2020年1月发表在EMBO Journal，题为 “Ependyma-expressed CCN1 restricts the size of the neural stem cell pool in the adult ventricular-subventricular zone”。

沈沁教授团队研究发现，成年小鼠脑室下区的室管膜细胞特异性地表达基质细胞蛋白CCN1。该蛋白是CCN家族的一员，分泌到胞外以后能够诱发并整合细胞受体、信号分子和胞外基质间的相互作用，进而产生多种生理功能，包括细胞黏附、迁移、分裂和分化等（Lau, 2011），但CCN1在神经系统中的功能目前知之甚少。
利用Foxj1-CreERT2和Ccn1-flox小鼠模型在成年阶段选择性地敲除室管膜细胞中的Ccn1基因，研究者发现CCN1缺失在短时间内促进了脑室下区神经干细胞的分裂，抑制了神经干细胞的分化，进而导致干细胞数量增加。

有意思的是，神经干细胞的增殖很快恢复正常，但增加的神经干细胞并没有致力于分化为更多的新生神经元，而是成为VCAM1+的静息神经干细胞，使微环境中神经干细胞单元以及每个单元里神经干细胞的数量显著增加。在基因缺失一个月以后，脑室下区干细胞的数量没有持续增加，而是维持在了稳定的水平，并且持续到了老年阶段。

这一结果显示，缺失CCN1的微环境并没有持续激活神经干细胞使其耗竭，而是扩大了所能容纳的神经干细胞的储备量，当干细胞数量重新达到微环境容量上限以后，便会稳定在新的平衡点，神经干细胞进入静息态，脑室下区的神经干细胞分裂和分化都恢复到正常水平。

图1　敲除Ccn1显著增加了脑室下区静息态神经干细胞的数量。TAM诱导敲除Ccn1一周（A）以及16个月（B）以后，脑室下区静息态神经干细胞数量显著增加。方框显示放大区域的位置，虚线轮廓显示一个神经干细胞单元，箭头表明表达γ-tubulin（青色）、GFAP（红色）和VCAM1（白色）的静息态神经干细胞。Ctrl：对照组；cKO：基因敲除组。标尺：50 μm（左），10 μm（右）。
研究者进一步发现，基因诱导敲除Ccn1初期神经干细胞的的短期扩增效应依赖于表皮生长因子受体（EGFR）信号通路，而阻断EGFR信号通路能够有效地减弱CCN1缺失导致的表型。此外，在Ccn1选择性敲除小鼠中，外源的CCN1蛋白能够有效的恢复CCN1缺失导致的表型。

值得关注的是，尽管神经干细胞表达已知的CCN1结合蛋白Integrin alpha6beta1，但alpha6 integrin阻断抗体并没有导致同样的表型，提示在成体神经干细胞微环境中可能存在其它可与CCN1结合并介导其效应的蛋白。

总结

该研究从全新的角度探究了微环境调控干细胞数量的机制，揭示了微环境中的调控因子对微环境容量的限制作用。对微环境容量调控因子的进一步探索将帮助深入了解干细胞的调控机制，找到有效的操控微环境的手段，这样既可以有效地增加干细胞的数量，又不会造成干细胞过度增殖导致的肿瘤或静息干细胞的耗竭，对干细胞在再生医学临床转化的应用有重要意义。

据悉，同济大学生命科学与技术学院和同济医院的沈沁教授为该文章的通讯作者。清华大学医学院武君博士和清华大学生命学院田文嘉博士为共同第一作者。

原文链接：

https://www.embopress.org/doi/pdf/10.15252/embj.2019101679

参考文献

Chacon-Martinez CA,Koester J, Wickstrom SA (2018) Signaling in the stem cell niche: regulatingcell fate, function and plasticity. Development145Lau LF (2011) CCN1/CYR61: thevery model of a modern matricellular protein. Cell Mol Life Sci 68: 3149-3163Mirzadeh Z, Merkle FT,Soriano-Navarro M, Garcia-Verdugo JM, Alvarez-Buylla A (2008) Neural stem cellsconfer unique pinwheel architecture to the ventricular surface in neurogenicregions of the adult brain. Cell StemCell 3: 265-278Silva-Vargas V, Maldonado-SotoAR, Mizrak D, Codega P, Doetsch F (2016) Age-Dependent Niche Signals from theChoroid Plexus Regulate Adult Neural Stem Cells. Cell Stem Cell 19: 643-652Villeda SA, Luo J, Mosher KI, ZouB, Britschgi M, Bieri G, Stan TM, Fainberg N, Ding Z, Eggel A, Lucin KM, CzirrE, Park JS, Couillard-Despres S, Aigner L, Li G, Peskind ER, Kaye JA, Quinn JF,Galasko DR et al. (2011) The ageing systemic milieu negatively regulatesneurogenesis and cognitive function. Nature477: 90-4

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