长期以来人们对成年哺乳动物神经发生有这样的认识：成年哺乳动物神经干细胞(NSCs)的数量只会减少而不会增加。然而随着神经科学的发展，人们发现成年哺乳动物体内也存在神经发生，正常生理状态下神经发生较少，而病理或其他状态下神经发生较多。在过去的10年里，有关哺乳动物大脑神经发生方面的研究取得了一系列的成果，人们证实了神经发生几乎在包括人类在内的所有哺乳动物大脑中都有存在并伴其一生^[1]。神经发生是一个活跃的过程，包括NSCs的增殖、分化以及新生神经元的整合等^[2]。整合到现有神经回路中的新生神经元发挥着重要的作用，影响着机体对学习、记忆、嗅觉、情绪等的调控。成年哺乳动物中枢神经系统的神经发生是一个动态、微观的过程，受到多种生理因素及化合物的调控。因此，研究成年神经发生具有重要的科学意义。

1 成年哺乳动物大脑中的神经发生

神经发生的过程十分复杂，由一系列生物学事件构成，包括NSCs的增殖与分化，神经前体细胞增殖、迁移、分化产生成熟的神经元，以及新生神经元整合到现有的神经回路中。成年哺乳动物神经发生主要在大脑的两个神经源性区域，即侧脑室外侧壁的脑室下区(subventricular zone，SVZ)和海马齿状回的颗粒下层(subgranular zone，SGZ)^[3]。

1.1 SVZ的神经发生

成年哺乳动物的SVZ主要有4种与NSCs活性有关的细胞类型：室管膜E细胞；室管膜下区GFAP⁺B型细胞，其中有些被称为CD133⁺细胞(其CD133蛋白与GFAP蛋白均得以表达)；过渡扩增细胞C；A型成神经细胞^[4-5]。关于何种细胞类型才能被定义为神经干细胞，科学界一直存在争议。最初室管膜E细胞曾被认为具有干细胞特征，而随着科学研究的推进，室管膜下区GFAP⁺B型细胞被认定为干细胞。然而Coskun等^[6]2007年利用遗传谱系示踪方法证实，SVZ中的CD133⁺细胞可以不断的产生新的神经元，且新生神经元可迁移到嗅球，并认为CD133⁺细胞与GFAP⁺B型细胞相比能更普遍地代表静息状态下的成体大脑干细胞。CD133⁺细胞通过喙嘴侧迁移流(rostral migratory stream, RMS)可分化成A型成神经细胞和嗅球中间神经元，这也证明了CD133⁺细胞具有NSCs的特性^[6-7]。研究的另一种解释是并非所有的CD133⁺细胞具有NSCs活性，而只有CD133⁺GFAP⁺的细胞才具有NSCs的活性^{[4, 7]}。另外，Luo等2015年利用单细胞转录组、加权基因共表达网络分析(weighted gene correlation network analysis, WGCNA)等方法研究成年小鼠SVZ中的CD133⁺细胞和CD133^－细胞，发现特定的基因调控模块与细胞的干性密切相关，同时成体CD133⁺细胞的激活与脉管系统发育、血管再生等相关信号通路有着紧密联系^{[5-6, 8]}。

在SVZ这个特定的“神经源性”大脑区域中，神经发生比较活跃。SVZ中的GFAP⁺B型细胞处于活性状态时，可以分化为过渡扩增细胞C，而过渡扩增细胞C是SVZ中最活跃的细胞，可快速地分裂为A型成神经细胞^{[5, 9]}。A型成神经细胞是SVZ中数量最多的一种细胞，可以表达β-微管蛋白，与迁移相关的分子标记，以及唾液酸化的神经细胞黏附分子(PSA-NCAM)，参与调控细胞迁移的稳定性和方向性^[10-11]。A型成神经细胞通过RMS迁移至嗅球，SVZ的室管膜细胞通过纤毛的跳动设置一个浓度梯度引导A型成神经细胞的迁移，这些细胞形成一条迁移链迁移到嗅球中不同的神经元层，并分化形成不同的神经元亚型^{[2, 12-13]}。有研究表明，极少的一部分A型成神经细胞分化为多巴胺能的球旁中间神经元，而90%以上的A型成神经细胞则分化为GABA能颗粒细胞^[14]。发育成熟的颗粒细胞和神经元整合到嗅球中已存在的神经回路中，从而发挥正常的功能。

1.2 SGZ区域的神经发生

成年哺乳动物海马中的NSCs一般处于静息状态，且具有神经发生的潜能。NSCs主要分布在齿状回门部和颗粒细胞层之间，即亚颗粒层SGZ，各种脑损伤(如脑缺血、创伤、癫痫、抑郁等)可激活NSCs从而促进神经发生。SGZ分布着多种类型的NSCs，如GFAP^－细胞、Nestin^－细胞、Sox2^－细胞和放射状胶质(radial glia like, RGL)细胞。单克隆研究分析发现RGL细胞具有自我更新和分化的能力，可以增殖及分化产生神经元和星形胶质细胞^[15]。当成体SGZ神经发生时，SGZ的RGL细胞进行不对称分裂，在内部颗粒细胞层和海马门区域之间形成中间前体细胞，随后中间前体细胞分化为成神经细胞^[16-17]。成神经细胞沿SGZ切向迁移分化形成未成熟的神经元，而未成熟的神经元径向迁移到颗粒细胞层后分化成齿状颗粒神经元^[18]。新生成熟的神经元在颗粒细胞层产生树突、轴突，整合到现有的神经回路中参与海马的各种功能活动。随着研究的深入，人们发现SGZ区域的神经发生不仅存在于哺乳动物的胚胎时期，也长期存在于其成体期^[19]。

1.3 下丘脑区域的神经发生

除了SVZ和SGZ两个主要的神经源性区域存在神经发生，近几年研究发现下丘脑作为中枢神经系统的第三个神经源性区域，也存在神经发生^[20]。下丘脑位于第三脑室室管膜腹侧区域，由多个核或神经元组成，即使在没有外界刺激的情况下，成体下丘脑区域也会出现大幅度的细胞增殖^[21]。Robins等2013年证实了下丘脑内侧基底NG2-胶质细胞具有增殖性并表达干细胞标识物Sox2，还可以分化成大量的APC⁺少突胶质细胞和一小部分HuC/D⁺或NeuN⁺神经元并整合到下丘脑现有的神经回路中发挥功能^[21]。NG2-胶质细胞一定程度上赋予下丘脑具有神经源性的能力^[21]。另外，谱系示踪法已经证实了一种放射状胶质细胞的存在，称为脑室膜细胞。脑室膜细胞位于第三脑室腹侧区域，是下丘脑的重要组成部分，这类细胞具有神经源性属性且多数缺乏纤毛^[22-23]。脑室膜细胞是异构细胞群，由不同的细胞亚群组成，与其他NSC群体相比具有独特的属性，它们可以不受限制的获取血液信号并传播，此外与脑脊液(cerebro-spinal fluid，CSF)也有密切联系^[22]。其他研究指出，在下丘脑薄壁组织层中存在神经前体细胞(neural progenitor cells, NPCs)，且多种信号分子作用于下丘脑，与NPCs的增殖有关^[24]。

下丘脑是体内稳态和重要生理活动(如进食、新陈代谢、生长、繁殖和压力等)的中央调节器^[25]。有研究发现，饮食可参与调节下丘脑区域的神经发生，高脂肪食物的摄入会抑制下丘脑内侧基底(mediobasal hypothalamus, MBH)的神经发生加速祖细胞的凋亡；而下丘脑中隆部区域(median eminence, ME)的反应却相反，高脂肪食物促进ME区域的神经发生^{[20, 26]}。

1.4 第四脑室区域的神经发生

最新的实验研究证实了在哺乳动物大脑的第四脑室也存在神经发生。第四脑室室管膜静息状态下的细胞接触血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)和纤维母细胞生长因子(basic fibroblast growth factor, bFGF)时可以被激活，从而进行分裂。Luo等^[5]2015年向携带有prominin1启动子并标记ROSA26-tdTomato的小鼠的第四脑室注射bFGF或VEGF，发现第四脑室室管膜上的细胞被激活，并进行有丝分裂。单独向小鼠第四脑室注射bFGF时，仅检测到少量tdTomato⁺细胞；而同时注射bFGF和VEGF时，室管膜上CD133⁺细胞可被激活^[5]。研究还发现第四脑室中的tdTomato⁺细胞和CD133⁺细胞可以迁移到薄壁组织，并分化形成MAP2⁺神经元和GFAP⁺星形胶质细胞^[5]。此外，在大脑受到损伤的情况下第四脑室的CD133⁺细胞也可以被激活，并分化产生下游神经类的细胞^[5-6]。

2 成年哺乳动物神经发生的信号通路调控

神经发生贯穿于成年哺乳动物的整个生命周期，外在环境、内在遗传因素严格地对其进行调控。近年来的研究已揭示了部分参与调控NSCs的自我更新、扩散、分化及神经元的迁移、功能整合等的信号通路，如Wnt信号通路、Notch信号通路以及miR-30c/sema3A信号通路等。这些关键的信号通路分别从不同的层面参与调控成体神经发生。

2.1 Wnt/β-catenin信号通路

Wnt信号通路是一个高度保守的信号通路，涉及神经系统的发育，包括神经管的形成、背根神经节的发育、中脑的发育。中断这一信号通路将会导致相关神经系统疾病的发生，如精神分裂、心理障碍、自闭症、阿尔茨海默病等^[27]。

Wnt蛋白通过自分泌和旁分泌的方式构建了一个糖蛋白家族，参与多类细胞的发育过程。当Wnt蛋白缺乏时，Wnt信号通路中一个关键的调控器糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)被激活。GSK-3β与轴蛋白、结肠腺瘤性息肉病蛋白(adenomatous polyposis coli protein, APC)、β-Trcp蛋白形成降解复合物，该复合物会导致β-catenin磷酸化从而被蛋白酶降解。Wnt蛋白持续匮乏的情况下，细胞内β-catenin将保持较低的水平^[28]。当Wnt蛋白与其受体跨膜卷曲蛋白(frizzle, FRZ)以及低密度脂蛋白受体相关蛋白(LRP5/6) 形成三元复合体时，蓬乱蛋白(dishevelled, DVL)将被磷酸化。磷酸化后的DVL致使GSK-3β失去活性，使得β-catenin的降解途径被切断，从而导致β-catenin在细胞质中积累。积累的β-catenin进入细胞核并与TCF/LEF转录因子相结合，促使Wnt靶基因进行转录表达^[29]。相关的研究已经揭示了Wnt信号通路在成体神经发生中所起的作用：在成年小鼠的海马区域注射慢病毒会导致Wnt蛋白表达减少，进而海马区域神经发生明显减少，表明Wnt信号通路在成年海马神经发生中具有重要的调控作用^[30]。Wnt信号通路对成体SVZ区域的神经发生也有调控作用，Wnt3A蛋白、Wnt5A蛋白在SVZ过表达会促进神经祖细胞的增殖和分化。此外，由逆转录病毒介导的β-catenin的稳定表达，可促进SVZ区域神经祖细胞的增殖，也可以促进嗅球部位的神经发生^[31]。

2.2 miR-30c/sema3A信号通路

尽管对于成年哺乳动物来说，神经发生局限于几个特定的区域，但是它在很大程度上赋予大脑神经可塑性。成体神经发生的触发与否是由NSCs的增殖和分化状态来决定的。miRNAs在特定的组织中差异表达，对胚胎期和成体期的神经发生都具有重要的调控作用。成年哺乳动物的大脑中存在着丰富的miR-30c，而miR-30c对于细胞的增殖和分化而言至关重要^[32]。

miR-30c对成体神经发生的调控，是通过作用于靶蛋白sema3A来完成的。sema3A是一种分泌蛋白，通过抑制轴突的形成与促进树突的生长来调控神经元的极化和再生。sema3A对轴突形成的抑制，是由轴突决定子LKB1和GSK-3β所依赖的蛋白激酶A (protein kinase A, PKA)磷酸化作用的下调所引起的。环磷酸鸟苷(cyclic guanosine monophosphate, cGMP)与环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)对轴突/树突的极化作用是负相关的。sema3A通过提高cGMP的活性，降低cAMP与PKA的活性来调控轴突或树突的形成^[33]。

最新的研究揭示，miR-30c对sema3A表达的调控方式为负调控。Sun等2016年将携带有miR-30c敲低基因序列的病毒载体(miR-30c-KD)通过立体定位的方式注射到成年小鼠的SVZ，2周后取大脑SVZ检测miR-30c、sema3A的表达量，发现miR-30c的表达量明显减少，sema3A的表达量增加；而在未注射miR-30c-KD的对照组中，miR-30c降低了sema3A的表达水平^[34]。此外，成年小鼠SVZ中不同类型细胞中的sema3A的表达也是不同的，神经祖细胞与成熟的神经元表达sema3A，而在NSCs中没有检测到sema3A。这些结果表明，sema3A对成体SVZ细胞的增殖、分化具有调控作用。在成体SVZ提高miR-30c降低sema3A，可以促进NSCs的增殖抑制NSCs的分化；而降低miR-30c提高sema3A，可以促进NSCs的分化并抑制其增殖。miR-30c促进成体SVZ的神经发生，与miR-30c和sema3A的上调、下调密切相关。关于miR-30c/sema3A信号通路下游调控的分子机制仍需要深入探索，这些探索将有助于从内源性神经再生的角度治疗神经退性疾病和其他脑损伤等^[34-35]。

2.3 Notch信号通路

Notch信号通路对神经系统的发育具有广泛的影响，包括细胞增殖、分化和凋亡。Notch受体是单次跨膜的二聚体蛋白，被激活后可与相邻细胞的Notch配体结合形成复合物^[36]。该复合物被γ-分泌酶裂解后释放出胞内结构域(notch intracellular domain, NICD)，随后NICD进入细胞核与重组信号结合蛋白(recombination signal binding protein-Jk, RBPJ)形成复合体NICD-RBPJ。NICD-RBPJ复合体可以作为转录激活因子诱导bHLH转录因子的表达^[37]。

Notch信号通路调控成体神经祖细胞池细胞的分裂与静止，从而维持成体NSCs的干性。成体SVZ区域RBPJ的下调会促使所有B型细胞分化成为过渡扩增细胞C和神经元，从而导致NSCs池的过度耗损以及神经发生的过早停止^[38]。在成体哺乳动物的SGZ，Notch信号通路的调控对表达巢蛋白细胞的扩增与自我更新来说是至关重要的^[38]。相关研究表明，成体海马区域神经祖细胞内NICD的过表达会导致NSCs池的扩张。在成年哺乳动物的生命过程中，Notch信号通路对未分化细胞池的维持以及神经发生的正常进行是极其重要的。

2.4 转录因子

转录因子对基因表达的调控是成体神经发生调控的一个基本机制。细胞外转录因子的转导触发信号级联反应可以激活细胞内的调控机制，这些转录因子包括TLX、SRY (sex determining region Y)-Sox2、Tbr2等，可直接调控基因的表达和细胞的功能，同时这些调控机制相互偶联，形成一个复杂的调控网络^[40]。

细胞核受体TLX在成体大脑中高表达，最近的一些研究揭示了TLX在成体神经发生过程中的调控机制。SVZ的GFAP⁺B细胞特异表达TLX，敲除TLX基因会导致SVZ NSCs自我更新能力的完全丧失。在成体的海马区域，TLX编码基因的缺失也会导致NSCs自我更新能力的丧失，并促使NSCs分化成为神经胶质细胞，这表明TLX参与调控NSCs增殖、分化的动态平衡^[41-42]。TLX还可以激活Wnt/β-catenin信号通路，进而介导由TLX调控的成体NSCs的增殖与自我更新。另外, TLX可以招募组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases, HDACs)，使其结合到TLX的受体基因p21上，从而抑制HDACs在NSCs中的表达，以此维持NSCs的增殖状态^[43]。

转录因子SRY-Sox2在成体NSCs中是高度表达的，而SRY-Sox2的缺失将会导致NSCs的过度耗损。另外，成体大脑神经源性区域广泛表达Tbr2，如海马区域的神经祖细胞。敲除Tbr2基因将导致成体海马区域的NSCs无法分化为成神经细胞，从而造成神经发生受损^[44]。

2.5 其他调控因素

一方面，NSCs能够适应外界微环境变化带来的影响，并在哺乳动物的整个生命过程中维持机体基因组的完整性。另一方面，成体NSCs所处的微环境或成体所处的外界环境的改变也会影响成体的神经发生，如外界机械损伤、病理等因素可调控成体的神经发生^[45]。

机械损伤、病理因素会导致中枢神经系统的损伤，这时SVZ、SGZ的NSCs被激活并不断地产生新的神经元，新生神经元迁移到受损部位，从而替代或修复受损的神经组织。大脑损伤后，前脑侧脑室区域的CD133阳性细胞可以被激活，迁移到相应的位置充当NSCs的角色^[5]。癫痫、脑缺血、神经系统退性疾病、脑缺血等病理因素也会影响成体神经的发生：癫痫所致的神经发生主要位于SGZ区域，神经发生的程度、新生细胞的迁移速率等取决于个体病情状况；脑缺血后，SVZ和SGZ区域的NSCs被激活，进而进行增殖、迁移和分化^[46]。

受到人们较高关注的病理性脊髓损伤是一种严重危害人类健康的疾病，创伤性脊髓损伤容易导致少突胶质细胞死亡、灰质中神经元的丢失等。有研究表明，在亚急性或慢性脊髓损伤小鼠模型(免疫缺陷背景)的脊髓中移植正常的NSCs，能很好的恢复小鼠脊髓的运动功能。从病理生理机制角度分析，脊髓损伤后局部微环境的改变是造成神经发生失败的重要原因，而NSCs的植入可改变这种局部微环境，从而促进内源性NSCs的生成和分化。

3 展望

成年哺乳动物大脑神经发生被发现后的几十年里，人们不仅仅获得了有关成年哺乳动物大脑NSCs的知识，同时也认识到神经再生是一个高度协作的过程。中枢神经系统发生病变后，NSCs会特异性地的向病变或损伤部位迁移，其新生的神经元替代缺失的细胞并与其他神经元建立通路, 从而使受损脑组织达到功能上的修复。然而目前有关神经发生、干细胞定向分化、NSCs与微环境相互作用方面的详细机制仍未彻底探明，NSCs及神经发生的调控机制的阐明不仅会极大地推动神经科学的发展，而且也能为中枢神经系统相关疾病提供新的有效治疗方案。