只要活着，成年海马就会源源不断的产生新生神经元，这些新生的神经元整合到海马神经环路中，调控社交、情感、饮食、空间记忆等行为。侧脑室相邻的脑室下区（SVZ）是成人大脑中神经干细胞最多的区域，在某些因素的诱导下，静息态的神经干细胞转化为活跃态，进行增殖分裂。

目前大多数对于神经干细胞的研究是在麻醉状态或离体中进行的，我们迫切需要在活体动物中真真切切的看见神经干细胞增殖的全过程。

2021年1月21日加拿大CERVO脑研究中心ArmenSaghatelyan研究团队在cell杂志上发现利用在体深部内窥镜技术发现成年海马神经干细胞大多选择在白天”生小孩”，这主要与钙离子活性相关。在光控诱导钙离子内流后可使原本活跃的神经干细胞变得沉默了。

(相关资料图)

深部脑区在体内窥镜成像技术观察海马神经干细胞分裂

为了能够在体观察到神经干细胞的分裂情况，研究人员在刚出生的GFAP-GFP幼崽的SVZ植入CMV-RFP质粒，随着细胞分裂的进行，这些携带荧光的质粒会被“稀释”，只有不分裂或分裂缓慢的细胞保留了标签。

根据是否增殖，成年海马神经干细胞可分为：28.5%不分裂的神经干细胞（保留原核标签，同时GFAP和s100b表达阳性）；53.4%分裂缓慢的神经干细胞（GFAP阳性和s100b阴性）；7.1%增殖活跃的神经干细胞（Ki67阳性）。

神经干细胞的增殖主要发生在白天

研究人员通过内窥镜显微成像技术对神经干细胞连续动态观察2天，每隔15分钟记录一次神经干细胞的分裂情况。结果发现68.75%的神经干细胞分裂发生在白天，具体为上午9点-12点。为了进一步证实神经干细胞分裂具有这种昼夜节律的特点，他们将老鼠连续7天放置在黑暗的环境中，结果发现处于增殖状态的神经干细胞数目明显减少；而在连续7天光照下，神经干细胞增殖的比例增加4倍。

抑制褪黑素受体后夜间神经干细胞增殖增多

为什么在夜晚神经干细胞就被束缚了双手了一样，只有31%的神经干细胞分裂增殖？研究人员想到了褪黑素-一种专在夜间活动、松果体分泌的激素，可抑制癌细胞和肿瘤细胞的增殖生长。在海马SVZ脑区几乎所有的神经元均表达褪黑素的受体MTR1a，MTR1b，神经干细胞也不例外。

研究人员在夜间褪黑素分泌高峰前注射褪黑素受体抑制剂luzindole抑制褪黑素的分泌，随后神经干细胞增殖的比例增加了1.5倍（由原来的不到6%增加到15%左右）。然而褪黑素这种只在夜间活动的激素对白天的神经干细胞的增殖没有影响。

静息态和活跃态神经干细胞的钙活性特点

先前研究表明神经元活动调控神经干细胞的生理活性，而褪黑素影响细胞内Ca2+动力学。研究人员同样在刚出生的幼崽SVZ脑区植入携带钙离子指示剂GCaMP6s的质粒，以便于观察神经干细胞在增殖分化中钙离子变化。他们发现处于分裂期的神经干细胞钙离子活性降低，也就是说活跃状态下神经干细胞钙离子活动弱，而静息态神经干细胞钙离子活动强。

钙离子活动是如何在神经干细胞在静息态和活跃态之间转换过程中发挥什么样的作用？研究人员通过药理性手段阻断三磷酸肌醇（IP3）依赖的细胞内钙释放后，静息态的神经干细胞钙离子活动减弱，其胞浆内的钙离子水平升高，这种钙离子水平的变化最终引起静息干细胞增殖比例增加。这进一步表明钙离子水平在神经干细胞活跃向静息态转换过程中发挥关键作用。

hBACCS2技术光控促进钙离子向神经干细胞内流

既然钙离子对神经干细胞的增殖这么重要，那么人工增加钙离子浓度会发生什么？hBACCS2是一种光控钙离子通道的技术，在蓝光下可激活钙离子通道，能够在1秒内使钙离子胞内浓度迅速升高。

研究人员利用hBACCS2诱导钙离子快速进入神经干细胞后，之前连续光照能够促进神经干细胞增殖的现象消失了，也就是说部分神经干细胞由活跃态转换为静息状态。

总的来说，本文发现成年海马神经干细胞的增殖分裂具有昼夜节律性，绝大多数发生在白天，在晚上被限制住了。静息态神经干细胞钙离子活动强，活跃态钙离子活动弱。而夜晚松果体分泌的褪黑素正是通过影响钙离子活动限制了神经干细胞的增殖过程。

【参考文献】

Gengatharanetal.,Adultneuralstemcellactivationinmiceisregulatedbytheday/nightcycleandintracellularcalciumdynamics,Cell(2021),https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.12.026，文中图片均来自参考文献

关键词： 神经干细胞