神经细胞生物学——neural cell biology
作者：Cheng Wang, William Slikker, Jr.
出版：CRC Press
索书号： Q421/N494/2017/Y
ISBN: 9-781498-726009
藏书地点： 武大外教中心
神经系统由两大类细胞组成——神经细胞或神经元，它们处理信息并迅速传递信息，神经胶质细胞是神经系统的支持细胞。神经元通过相互连接来创建神经网络，从而促进交流。树突是接收来自不同来源的信息的过程，如感觉上皮细胞或其他神经元。因此，神经元通常通过树突和胞体接收信息，并通过轴突通过突触将信息传递给其他神经元。感觉神经元通过对触摸或温度变化等刺激做出直接反应，或接受来自非神经元受体细胞的直接连接，参与感觉刺激的接收。谷氨酸神经元是利用谷氨酸(谷氨酸)作为神经递质的神经元。哺乳动物中枢神经系统多巴胺的主要来源是位于中脑的多巴胺能神经元。
星形胶质细胞具有发育良好的细胞骨架，以中间丝为主，也包括微管和肌动蛋白丝，这与结构支持元件的作用相一致。随着神经胶质细胞与神经元之间的相互作用变得越来越复杂，星形胶质细胞在中枢神经系统(CNS)中的比例也随之增加。星形胶质细胞长期以来一直被认为是中枢神经系统的主要支持细胞：它们通过其内务功能为神经元维持生存环境。然而，进一步研究的数据表明胶质纤维酸性蛋白在介导星形细胞与神经元的相互作用和通过星形细胞过程调节突触活动方面的重要性。星形胶质细胞活化过程中所发生的病理事件以及星形胶质细胞反应性增生对邻近神经组织的影响已被广泛研究。星形胶质细胞占中枢神经系统胶质细胞的绝大部分。星形胶质细胞和小胶质细胞对细菌或病毒中枢神经系统感染产生炎症反应。
在中枢神经系统(CNS)中，少突胶质细胞是具有髓鞘的神经胶质细胞。少突细胞是少突细胞谱系细胞在精细调控下经过复杂的发育过程而产生的最终产物。与神经元和星形胶质细胞的前体细胞相似，少突胶质细胞的前体细胞最初来源于神经管的神经上皮细胞。心室腹侧区少突胶质细胞前体的出现依赖于局部信号，这些信号指示细胞承担着少突胶质细胞的命运。成熟的少突胶质细胞表达主要的髓鞘蛋白，包括髓鞘碱性蛋白和髓磷脂蛋白，并最终组装髓鞘。轴突的电活动可以调节发展中少突胶质细胞对其增殖、生存、终端分化。少突细胞前体的细胞来源于心室禁区的神经管在早期的发展过程中。而在成年期，少突胶质细胞广泛分布在整个中枢神经系统。
在脊椎动物神经系统中，胶质细胞包括小胶质细胞、少突胶质细胞、星形胶质细胞和雪旺细胞。此外，雪旺细胞为轴突提供绝缘，从而促进神经冲动的轴突转导。嵴细胞向腹侧迁移，产生包括雪旺细胞在内的周围神经胶质。直径为0.5-1.5
pm的小轴突，如C纤维痛觉神经元、节后交感神经纤维、部分节前交感神经纤维和副交感神经纤维被定义为Remak纤维，周围被无髓鞘的雪旺细胞所包围。雪旺细胞是外周神经系统的主要胶质细胞，在发育成熟过程中起着重要作用。本文主要讨论了雪旺细胞在轴索髓鞘形成、神经再生，损伤后再髓鞘形成以及各种神经病变中的作用。出生后不久，周围神经可分化出有髓性雪旺细胞和无髓性雪旺细胞。
神经内分泌肿瘤可能由神经内分泌细胞(NEC)发育而来，嗜铬细胞瘤是一种罕见的产生儿茶酚胺的神经内分泌肿瘤，它起源于肾上腺髓质中的嗜铬细胞因子NECs。一般来说，传统的神经内分泌系统概念是将神经系统的各个方面与内分泌系统的各个方面结合起来，强调两者的融合与配合。肺NECs被认为是肺神经内分泌系统的组成部分，由一组特殊的气道上皮细胞组成。嗜铬颗粒蛋白A是一种神经内分泌细胞标志物，当嗜铬颗粒蛋白A免疫反应细胞的数量超过含胰岛素和胰高血糖素的细胞时，嗜铬颗粒蛋白A就出现在早期人类胎儿中。在人类中，分化诊断试验可以将正常的NECs从癌细胞中分离出来，因为前列腺神经内分泌肿瘤细胞也可能表达上述所有的蛋白NEC标记物。下丘脑和垂体是机体神经内分泌整合的主要中枢。
在中枢神经系统发育过程中，NSC和祖细胞似乎致力于产生特定类型的神经细胞。神经干细胞及其祖细胞的产生通常发生在胚胎发育早期至产后早期，而胶质细胞的产生则发生在胚胎发育晚期至产后。NSC生态位包括不同类型的细胞和结构，包括星形胶质细胞、神经元、轴突投射和血管。因此，NSC的分裂和自我更新，以及NSC子代向成熟神经元或胶质细胞的分化，都受到多细胞生态位中其他细胞类型以及NSC自身信号的调控。异常的NSC活动可能导致多种精神疾病，如精神分裂症、自闭症谱系障碍和重度抑郁症。
本文还介绍干细胞的现有需求、将干细胞分化成特定神经元类型的技术进展、动物模型移植的结果、人类临床试验以及尚待克服的挑战。移植这些干细胞或它们的衍生物，以及动员成人大脑中已经内源性的干细胞，都被认为是未来神经退行性疾病的治疗方法。虽然帕金森病(PD)也可能影响脑干和皮层区域，但主要受影响的神经元群是黑质多巴胺能(DA)神经元，因此DA神经元移植被认为是治疗PD的有效方法。在SOD1G93A小鼠肌萎缩侧索硬化症模型中，鞘内移植取自脊髓神经雪旺细胞的人类运动神经元，可以延迟疾病的发生，延长动物的寿命。
人类干细胞或神经前体细胞制备的三维(3D)模型，以及聚集大鼠脑细胞培养物，将载3D神经组织的聚四氟乙烯膜片倒置放置于多电极阵列系统上。在三维培养条件下，阳性神经元成熟程度较高，存在较多的精索静脉曲张。首先由莫斯科纳和他的同事们开发的大鼠脑细胞三维模型已经被广泛地描述出来，并被洪格和他的同事们用于神经毒理学和发育神经毒性(DNT)的研究。一个好的DNT体外模型必须复制细胞增殖、迁移、过程形成、突触形成和髓鞘形成等关键的发育步骤。神经元和胶质细胞都可能是神经毒性损伤的主要靶点，这一事实进一步证明了异基因细胞培养模型对DNT的重要性。这是神经科学研究中最广泛和最具特征的细胞系，以及它们的应用和这些研究的重要结果。此外，从胶质瘤或成胶质母细胞瘤中分离出的几种胶质细胞系也已建立并鉴定。早期发展神经细胞系的一个重要目标和设想是产生大量特定类型的细胞或携带特定基因的细胞，用于临床移植，目的是修复或治愈神经疾病。1971年，F98和RG2细胞株在同一实验室生产。F98和RG2细胞系已被用于多种体内移植研究，包括血管通透性、局部血流、肿瘤代谢、肿瘤生长、血脑屏障破坏、化疗、放疗和基因治疗。现有的神经细胞系为阐明控制神经生长、分化、信号转导和细胞死亡的基本生物学过程和机制提供了相对简单和控制良好的系统。
利用一系列与人类有关的现代毒理学高通量试验，鉴定化学物质的发育神经毒性作用。代谢组学方法也越来越多地应用于毒理学。先进的技术允许人们使用多组学技术，包括基因组学、表观基因组学、蛋白质组学、转录组学、代谢组学，作为全球评估生物变化的综合方法。蓝斑多硬结代谢组学在诊断、预后和治疗反应等方面已广泛应用于生物标志物的发现。例如，已经观察到自闭症谱系障碍(ASD)患者的生物体液代谢变化。相反，利用来自发育障碍(如ASD)患者的诱导多功能干细胞，可以研究该疾病的分子机制，并测试不同遗传背景的物质敏感性。发育神经生物学和神经毒性是迫切需要预测人类细胞为基础的测试模型的领域。中枢神经系统的复杂性需要先进的培养技术才能在实验室环境中模拟出这种情况。
一些关于可塑性定义了全麻(GA)的概念，展示了药物对正在发育的中枢神经系统的潜在影响。本章讨论了成人大脑麻醉暴露下的可塑性机制。探讨全麻在重度抑郁症中的治疗作用，并解释神经可塑性与这些现象之间的基本分子和细胞机制。神经可塑性可以定义为神经系统由于环境或稳态条件的改变而发生的变化。除了为未来的神经保护方法提供一个潜在的框架外，研究结果还提出了一些重要的论据，支持神经可塑性调节中高度相关的信号通路的可能性。在成年人中，GA已被证明干扰细胞和分子事件，有助于维持可塑性。
由于血脑屏障(BBB)的存在，向大脑特定区域提供神经保护或治疗药物是一个重大挑战。血脑屏障由毛细血管内皮细胞形成，周围有基板和星形细胞的血管，星形细胞为神经元提供细胞连接。在致力于药物在血脑屏障内的传递的同时，最近有大量的文献描述了纳米颗粒对血脑屏障的影响。紧密连接的存在负责极化膜的发展，通过使用有源和外排转运体来调节血脑屏障的转运。星形胶质细胞还分泌大量的物质，包括调节血脑屏障功能的肽、生长因子和趋化因子。周还会分泌等因素调节BBB转变增长factor-ß和胶质细胞衍生神经营养因子,增加生产紧密连接蛋白组成, 闭合蛋白和胞质蛋白。
本章综述了神经营养因子，尤其是最常见的神经生长因子(NGF)和脑源性神经营养因子在阿尔茨海默病治疗中的研究进展及其潜在的治疗价值。神经营养素是神经系统发育、行使功能和神经元存活所必需的一类蛋白质。旨在增强神经营养因子信号传导的临床前药物，这个开发被认为为神经退行性疾病提供了新的治疗方法。NGF是第一个被确认的神经营养素后，发现其能力，促进神经突生长时，适用于外植的背根神经节。神经生长因子促进大鼠胆碱能中隔海马系统的电生理长期电位(LTP)，阻断神经生长因子可抑制LTP。NGF通过与受体原肌球蛋白相关激酶A (TrkA)结合，诱导TrkA介导的信号通路，促进细胞存活和增殖。脑内NGF缺乏可诱导神经元凋亡、死亡和功能障碍，加速Ap沉积和Ap诱导的毒性。
神经递质及其受体系统的领域正在以光速发展，不仅是在探测新的神经递质方面，而且在破译它们的生物学功能方面，都在以前沿的方式开发新的治疗靶点。神经递质必须在神经元中存在或合成，要求它必须正面临挑战，要求包括能够通过对突触后膜的影响在神经元之间传递信息的化学物质，而不管它们来自何处。神经递质通常在轴突末端的细胞质中合成，储存在突触囊泡中，通常直径约40-50纳米。受体是一种膜蛋白，它嵌在突触后膜磷脂双层中，由神经递质激活。通过释放神经递质实现的神经元通讯非常复杂，涉及到接收传递到每个神经元的数千个兴奋和抑制信号。
本文还讨论电压门控和配体门控离子通道，在皮质和丘脑回路中的表达及其与全身麻醉的关系。它利用了电压门控钙通道的子类，这些通道在神经元振荡中起着至关重要的作用。本章讨论了丘脑通道的长期可塑性，这些通道可能对发育中的大脑产生神经毒性作用。与电压门控离子通道的超家族不同，这些蛋白质对电压并不敏感，而是通过与特定配体结合而被激活，而这些配体通常在突触活动期间被释放。电压门控钙通道是存在于几乎所有细胞类型质膜中的杂合物，具有高度的电生理和药理多样性。T通道是麻醉研究中的新课题，但其在疼痛传递和神经睡眠通路中的作用使其成为进一步研究的重要目标。
本文讨论了全麻手术患者脑损伤的病因。创伤性脑损伤、心脏骤停、围产期窒息和急性中风是常见的情况，现在已经发表了基于临床证据的神经复苏指南。脑缺血是脑损伤的主要原因之一。在临床环境中预防急性脑损伤主要基于两条原则：传递底物和降低脑氧代谢率和脑葡萄糖代谢率。脑损伤患者高氧血症的临床试验并没有显示出任何临床病因。在实验室里，体温过低对预防脑损伤有明显的影响。低温可线性降低细胞代谢率和耗氧量，是保护器官功能的有效方法。在一项随机对照试验中测试了预防性低温治疗对动脉瘤手术患者的神经保护作用。
《神经细胞生物学》一书于2017年由CRC Press出版，作者为Cheng Wang, William Slikker, Jr.。
《神经细胞生物学》一书，作者展现了神经细胞生物学领域正在迅速发展，由于神经细胞生物学研究知识的进步，新的学科突破正在发生。本书描述了应用于神经发育毒理学的系统生物学、药物基因组学和行为方法如何提供一种结构来在生物模型中排列信息。本文综述和讨论的方法，可作为有效的工具，以剖析潜在的药理学和毒理学现象与药物或环境毒物暴露在发展过程中的机制。这本书使用啮齿动物和非人类灵长类动物的体内和体外模型来详细阐述成分间关系的功能结果，该模型允许对整个生物体在环境扰动下的定向和定量描述。此外，近年来在进化神经生物学领域应用的基因组学、蛋白质组学和代谢组学等方法也受到关注。
《神经细胞生物学》一书作为神经细胞生物学专业研究读物，内容全面，语言浅显易懂，除此之外，还包括一些其他的特点：
1、 本书在每一章的结尾突出对未来潜力的展望，以激发在这一令人兴奋和富有成果的研究领域继续研究的新思想和动机。
2、 本书提供了最新神经细胞生物学的见解。一个主要的焦点是神经细胞生物学在各个领域的突出地位，以及在不同学科中的应用。这本书旨在阐明神经细胞生物学的科学的意义和美，并为希望从事神经细胞生物学的学者以及已经从事该领域工作的科学家提供一个切入点。
总的说来，《神经细胞生物学》一书为想要了解的人员提供了清晰的导读路径，作为神经细胞生物学领域的一本前沿研究图书，是一本值得为想要涉足该领域的人员推荐的专业书籍。
本书目录：
1、
神经元——神经细胞
Fang Liu, Tucker A. Patterson, Jingshu
Zhang, Merle G. Paule, William Slikker,
Jr. and Cheng Wang
2、
星形胶质细胞
Cheng Wang, Qi Yin, Shuliang
Liu, Xuan Zhang, Fang Liu, Jingshu
Zhang, Tucker A. Patterson, Merle G. Paule and
William Slikker, Jr.
3、
中枢神经系统中myelin-相关细胞
Shuliang Liu,
Merle G. Paule, Fang Liu, Qi Yin, Tucker A.
Patterson, William Slikker, Jr. and Cheng Wang
4、
许旺细胞
Xuan Zhang, Tucker A. Patterson, Merle G. Paule, Cheng Wang and William Slikker,
Jr.
5、
神经内分泌细胞
Zhen He, Sherry A. Ferguson, Tucker A. Patterson
and Merle G. Paule
6、
成人大脑中的神经干细胞:在衰老、阿尔茨海默氏症、情绪障碍和癫痫中活动的改变
Ashok K. Shetty and Bharathi Hattiangady
7、
神经干细胞和移植
Malathi Srivatsan
8、
发育神经毒性(DNT)三维体外模型
Luc Stoppini, Jenny Sandström von Tobel, Igor Charvet, Marie-Gabrielle Zurich, Lars Sundstrom
and Florianne Monnet-Tschudi
9、
神经细胞系(谱系)
Qiang Gu
10、研究发育神经生物学和毒理学的先进细胞技术
Thomas Hartung, Helena T.
Hogberg, Marcel Leist,
David Pamies and Lena Smirnova
11、麻醉与神经可塑性
Laszlo Vutskits
12、血脑屏障(BBB)
Balabhaskar Prabhakarpandian, Syed Ali and Kapil
Pant
13、神经营养素和老年痴呆症
Jyotshna Kanungo
14、神经递质和受体
Vesna Jevtovic-Todorovic
15、神经元离子通道
Slobodan M. Todorovic
16、脑损伤-神经保护
Koichi Yuki, Mary Ellen McCann and Sulpicio G. Soriano