脊椎动物再生神经发生的比较

再生神经发生是神经系统中神经元生产得以重建或增强以恢复特定功能的过程。了解再生神经发生是如何在不同的环境中实现的，对于在治疗环境中修复损伤和逆转退化事件，甚至治疗某些精神障碍至关重要。此外，了解成功的神经元替换所涉及的机制可以为了解细胞可塑性、重编程和生理条件下干细胞命运的编码提供基础。

从构成性神经祖细胞和/或唤醒的潜在神经祖细胞实现功能性神经元再生需要严格控制一些参数。例如，调节受损或退化组织中的炎症，管理表观遗传机制，以及降低致瘤转化的风险至关重要。此外，与其他器官相比，神经系统的某些特定特征使神经再生特别具有挑战性。神经元亚型有着巨大的多样性，这意味着必须产生多种多样的分化细胞，不同于其他一些器官，在这些器官中，只有少数功能细胞类型才能改善疾病或损伤。另一个挑战是神经分化有多个步骤，每个步骤都代表着必须严格控制的细胞命运选择。空间因素又增加了一层复杂性：神经元和胶质细胞亚型、血管形成、小胶质细胞补体、心室通路和组织厚度的区域差异只是影响所需再生类型及其效率的几个变量。最后，神经系统中不同的损伤类型会导致不同的结果。例如，至少在啮齿类动物中，刺伤和缺血使反应性星形胶质细胞具有祖细胞潜能，而退行性疾病模型则没有。

通过研究不同的脊椎动物模型，如啮齿动物（小鼠或大鼠）、鸟类、爬行动物（蜥蜴）、尾两栖类（axolotl和蝾螈）和硬骨鱼类（主要是斑马鱼和水母），可以更好地了解影响人类神经系统修复机制的许多变量，内源性成年神经发生的程度和效率及其再生能力不同(图1)（有关审查，请参阅费雷蒂，2011年)。物种之间在活跃神经发生的空间域以及潜在祖细胞对损伤或疾病发生的反应方面存在着重大差异。总的来说，啮齿动物和鸟类的组成活性神经原域仅限于前脑和其中的神经原生态位，而两栖动物的大多数前脑脑室和硬骨鱼类的几个脑亚区都被它们覆盖。重要的是，所有物种中都存在组成性的“沉默”区域，在这些区域中，祖细胞的潜能可以通过损伤、病理条件、移植或培养来揭示。因此，这两种类型的祖细胞（构成型和条件型）及其生态位（神经原性和非许可型）的相关性和属性可以在物种之间进行信息比较。

在这篇综述中，我们重点关注用于神经元再生的新神经元细胞的产生，并讨论哺乳动物和非哺乳动物神经发生和神经元再生之间的比较如何有助于理解再生神经发生。我们首先讨论内源性神经发生的主要机制，并研究如何劫持这一过程以促进非哺乳动物和哺乳动物脊椎动物损伤后的神经元修复。在接下来的章节中，我们强调了啮齿类动物和非哺乳动物模型在从潜在神经祖细胞修复神经系统的能力方面的异同。总之，我们讨论了不同物种之间共享或不同的神经祖细胞招募和神经发生的阶段，并考虑了这对再生的影响，特别是对转化为人类的影响。

我们注意到，在修复生物学的背景下，细胞命运重新定向和细胞重新编程的概念，以及神经干细胞（NSC）或分化细胞的定义往往会变得模糊。在大多数情况下，修复过程中唤醒的潜在祖细胞的自我更新特性似乎是短暂的，或者没有随着时间的推移或重复修复事件进行评估。因此，在讨论这些特定的再生环境时，我们将使用更通用的术语“祖细胞”，而不是“干细胞”。另一个值得注意的话题，尤其是在神经再生领域，是将“老鼠”泛化为“哺乳动物”，或者同样地，将“斑马鱼”泛化成“鱼类”。冒着听起来有限制性的风险，我们会故意将下面得出的结论局限于获得这些结论的物种。

在不同的物种中，中枢神经系统拥有组成性活跃的神经元前体，负责在生物体的整个生命周期中产生新的神经元。这些祖细胞位于所谓的活跃神经原区(图1，红色），可被刺激以促进神经元修复。到目前为止，在所有研究的脊椎动物物种中都观察到了这一点；然而，物种之间在不同位置和损伤环境下修复的程度和效率方面存在明显差异。种间比较是一种信息丰富的方法，可以突出在不同环境下促进或限制神经原潜能的共同或不同途径。

在小鼠和大鼠中，构成性神经发生的两个主要生态位是侧脑室室管膜下区（SEZ）和海马齿状回颗粒下区（SGZ）(图1)。后者是人类中最活跃的生态位(Bergmann等人，2015年)尽管最近的一项研究发现了新的神经元，这些神经元是从一个尚待确定的来源组成地添加到人类纹状体中的(Ernst等人，2014年)。SEZ和SGZ都包含大量异质的内源性活性前体细胞，其中以星形胶质细胞为主，星形胶质细胞是一种非神经元细胞，对神经组织内的稳态和支持至关重要（最近由邦德等人，2015年；Kempermann等人，2015年)。尽管啮齿动物生发龛中精确的等级关系仍在被梳理(Bonaguidi等人，2012年)，基因追踪研究支持神经胶质细胞是神经干细胞的观点，并通过一系列中间、扩增和非神经胶质细胞状态产生神经元(图2)。与哺乳动物相比，像斑马鱼和墨鱼这样的硬骨鱼表现出明显更高的神经发生率，因为在成年后的大部分大脑区域都会产生新的神经元（综述克孜尔等人，2012年b；施密特等人，2013年)。背侧端脑，也称为大脑皮层，是硬骨鱼大脑的一个区域，包含与哺乳动物SEZ和SGZ同源的区域，以及一个新皮质样区域，在啮齿动物中，神经祖细胞沉默。在硬骨端大脑皮层中，神经源性放射状胶质细胞在单细胞水平上充当自我更新和多能干祖细胞，充当真正的神经干细胞(Rothenaigner等人，2011年; 审核人Than-Trong和Bally-Cuif，2015年)。但并非所有细胞都是平等的：一项最近的血统追踪研究(方框1)揭示了正常生理条件下大脑皮层前部、内侧和外侧NSC密度和激活频率的差异。NSC活动的这种区域多样性很重要，尤其是在分析再生时(Dray等人，2015年)。除神经干细胞外，非胶质细胞循环神经母细胞（假定为哺乳动物传递扩增祖细胞的等效物）沿着斑马鱼心室混合(März等人，2010年) (图2)。研究表明，大脑皮层神经原区产生的神经元分布在嗅球和大脑皮层本身(Kroehne等人，2011年；Dirian等人，2014年); 然而，从细胞亚型、谱系、分裂方式和命运等方面对这种神经源性生态位异质性进行更详细的时空表征尚未见报道。在红点蝾螈的成年大脑皮层(绿色眼)而轴索醇、心室放射状胶质细胞也表现出神经生成潜能，并能在生理条件下保留溴脱氧尿苷（BrdU）标记，这表明细胞循环缓慢(Berg等人，2010年；Maden等人，2013年)。蝾螈的放射状胶质细胞也存在异质性(Kirkham等人，2014年)但这些细胞类型之间的确切血统关系及其与斑马鱼或哺乳动物成年祖细胞的关系尚待确定。

与大多数其他分裂细胞相比，所有物种的神经干细胞都相对静止：这是一种有助于保护神经干细胞免受衰竭的机制。然而，招募内源性神经干细胞进行修复在一定程度上需要退出静止状态，因此，调节静止状态是神经修复非常感兴趣的话题。斑马鱼的分子分析已确定Notch3信号通路是维持放射状胶质细胞静止的关键途径(Alunni等人，2013年)。Notch信号也能维持成年小鼠组成生态位（SEZ和SGZ）中NSC的静止(Imayoshi等人，2010年)，尽管尚不清楚与哪个Notch受体有关。在蝾螈中，阻断系统性Notch信号已被证明会导致增殖的大脑皮层放射状胶质细胞数量增加(Kirkham等人，2014年)。然而，在小鼠和斑马鱼中，Notch1信号对于维持活化（增殖）的NSC是必要的，可以控制细胞分裂或“干细胞”(Pierfelice等人，2011年；Alunni等人，2013年)。斑马鱼中发现的NSC静止级联的其他分子成分包括转录因子Id1和Fezf2(Berberoglu等人，2014年；Rodriguez Viales等人，2015年)。这两个因子也在成年小鼠神经干细胞中表达，并与静息时间增加特别相关(Nam和Benezra，2009年)尽管它们在静止控制中的功能作用仍有待展示。

通过组成性神经发生产生的新神经元不足以补充损伤后神经元的突然丢失。在这里，需要更大的东西：募集内源性神经胶质祖细胞进行反应性神经发生。斑马鱼成年大脑皮层可以很好地进行反应性神经发生，在所有机械损伤的情况下，通过针刺损伤有效地替换丢失的神经元(Ayari等人，2010年；Kroehne等人，2011年；März等人，2011年；Baumgart等人，2012年；Skaggs等人，2014年)。对这种损伤的第一反应是免疫细胞的激活：受损的大脑皮层中的小胶质细胞和白细胞数在几天内显著增加(Baumgart等人，2012年；Kyritsis等人，2012年)。接下来，心室细胞被招募来增殖。放射状胶质细胞及其子代被永久标记的条件Cre/lox谱系追踪表明，放射状神经胶质细胞产生神经母细胞，这些神经母细胞迁移到损伤部位，在那里分化为长效神经元(Kroehne等人，2011年)。最近的一项血统追踪研究(方框1)显示了神经干细胞的分裂模式如何在机械损伤时部分切换，从而使对称神经源性分裂的比例增加，这有利于神经元修复。这与在小鼠SEZ中看到的情况一致(Ohab等人，2006年)。这些分裂消耗了放射状胶质细胞，生成一个细胞维持gfap:gfp分裂后不久表达一个非放射状胶质细胞，或产生两个非放射胶质细胞的对称分裂(Barbosa等人，2015年)。这些研究表明，来自内源性活跃的大脑皮层NSC区的放射状胶质细胞如何有效地被刺激并重新排列以进行大脑修复(图2)，一个涉及几个不同分子途径的过程(表1).

迄今为止，招募内源性祖细胞也是恢复啮齿动物神经功能最成功的策略。啮齿类动物纹状体的中风损伤导致SEZ的增殖增加，神经原性分裂比例增加，细胞向纹状体迁移的重新定向，以及神经元分化为纹状体中棘神经元(Ohab等人，2006年)。皮质脊髓投射神经元的光诱导凋亡诱导也触发了SEZ成神经细胞向皮层的重新排列，并伴随着一些功能再生(Chen等人，2004年) (图2)。最后，缺血诱导的海马CA1锥体神经元凋亡刺激齿状回内源性SGZ神经前体的激活及其随后迁移到CA1层，导致功能恢复，尽管不完全(Nakatomi等人，2002年) (图2)。尽管很明显，在某些情况下，内源性神经祖细胞的募集可以导致功能恢复，但这一过程仍然效率低下，关于增强这些细胞动员进行修复的机制，还有很多需要了解。这些祖细胞是如何迁移到损伤部位的，它们的命运又是如何转向产生与缺失神经元相匹配的神经元亚型的？在非神经原性区域定居时，这些祖细胞如何克服抗神经原性影响？神经发生和血管生成的协调似乎是至关重要的，控制成神经细胞募集和迁移的一些因素，如脑源性神经营养因子（BDNF），最近已被确定(Grade等人，2013年).

炎症是许多组织对损伤的必要第一反应，但其作用的好坏在很大程度上取决于环境。在成年斑马鱼大脑皮层中，炎症反应是启动特定再生程序的关键。通过转录组筛选和就地斑马鱼大脑皮层机械损伤前后的杂交确定了参与再生反应的候选基因(克孜尔等人，2012年c；Rodriguez Viales等人，2015年)。其中一种是转录因子Gata3，已知受活性Fgf信号和炎症调节(Kyritsis等人，2012年)。Gata3被发现对创伤后状态具有特异性：损伤后其在放射状神经胶质细胞中的表达被迅速诱导，Gata3活性的消除阻断了放射状神经胶质的激活并减少了再生神经发生(克孜尔等人，2012年c)。由于Gata3可能参与其他组织的再生，因此确定再生大脑中Gata3的下游介质和伙伴将特别有趣(克孜尔等人，2012年c)。趋化因子受体Cxcr5由放射状胶质细胞和室周细胞表达，也参与再生神经发生反应，表明趋化因子信号在这一过程中发挥作用(Kizil等人，2012年a).

与斑马鱼形成鲜明对比的是，小鼠和人类创伤性脑损伤后的神经炎症反应促进了有害胶质瘢痕的形成，是神经发生的直接负调控因子（有关最新综述，请参阅Kyritsis等人，2014年；克孜尔等人，2015年)。神经炎症在不同脊椎动物物种和/或损伤模式中可能导致看似相反的结果，这一事实特别有趣，了解这是如何发生的将非常重要。损伤后，反应性大胶质细胞，尤其是星形胶质细胞，可直接从室管膜细胞中招募或生成，上调GFAP和波形蛋白等中间丝蛋白的表达，用其肥大的过程填满一些伤口，沉积细胞外基质和蛋白多糖，阻碍再生(Burda等人，2016年)。斑马鱼大脑中没有发现星形胶质细胞，但大的损伤，特别是那些通过颅骨进行的损伤，并允许脑脊液侵入实质，也会触发斑马鱼苍白放射状胶质细胞中Gfap的上调。然而，有趣的是，这似乎并没有形成疤痕(März等人，2011年；Kishimoto等人，2012年)。许多研究表明，小鼠的神经炎症，特别是小胶质细胞的激活，会减少反应性神经前体细胞的增殖，并损害神经元的分化、存活和整合(Iosif等人，2008年；Jakubs等人，2008年)。然而，最近的报告对这一观点提出了挑战，确定了由趋化因子信号介导的早期炎症反应，这种反应有利于神经发生（由Jaerve和Müller，2012年)。总的来说，皮损诱导的炎症似乎在哺乳动物中持续时间较长，先是急性期，然后是慢性期，而在鱼类中消退相对较快。这种差异可能解释了为什么斑马鱼的炎症对内源性神经祖细胞有积极影响，而对哺乳动物有负面影响。目前还没有对这种差异的机制性理解，但深入分析了所涉及的免疫细胞类型和分子介质，以及它们对中枢神经系统大胶质细胞种类的影响(Anderson等人，2014年)将是朝着这个目标迈出的重要一步。

在稳态条件下，Notch信号在组成活性生发龛中的作用在斑马鱼和小鼠中都是复杂的，必须分别考虑不同的Notch受体。在完整的成年斑马鱼大脑皮层生发区，Notch1在活化的放射状胶质细胞中表达，并维持其干细胞(Alunni等人，2013年)。同样，病变后，在增殖活跃的丘脑下神经前体细胞中Notch1表达增加，并且对维持其表达是必要的(Kishimoto等人，2012年).缺口3及其潜在的下游目标her4（her4）斑马鱼大脑皮层损伤后也上调；然而，这有点反直觉，因为Notch3在正常稳态条件下促进静止(Alunni等人，2013年).标识1也在损伤后上调，但其功能性消退增强了放射状胶质细胞对损伤的增殖反应(Rodriguez Viales等人，2015年)。这两个例子表明，在机械损伤后，通过加强祖细胞静止来对抗修复性神经发生的遗传途径被诱导。对此的一种可能的解释是，这种反应是必要的，可以限制修复时放射状胶质细胞的募集，从而避免NSC池的耗尽。通过对斑马鱼大脑皮层造成重复性损伤，有可能验证这个假设，这将有助于回答一些非常重要的问题。首先，反应性缺口3和标识1显然发生在所有损伤后的反应性径向胶质细胞中，那么为什么只有一些径向胶质细胞绕过这一点来分裂呢？更一般地说，这一过程的镶嵌效率反映了一些内在的放射状胶质细胞异质性，还是在种群水平上有一些控制机制？第二，建立这种反修复反应的信号是什么，它们能否在限制哺乳动物中NSC的招募方面发挥作用？有趣的是标识1斑马鱼大脑皮层损伤后的表达不依赖炎症信号(Rodriguez Viales等人，2015年)其监管机构仍有待发现。

Notch在蝾螈前脑损伤中的作用已通过γ-分泌酶抑制剂DAPT的全身阻断来解决(Kirkham等人，2014年)。鉴于Notch1和Notch3所起的不同作用，在该物种中获得的结果仍然难以解释。DAPT可降低损伤后静止的放射状胶质细胞的增殖反应，但这可能反映了Notch3和Notch1的伴随阻滞，导致激活后放射状胶质干的丢失(Kirkham等人，2014年)。同样的解释可能解释了斑马鱼皮下的类似观察结果(Kishimoto等人，2012年)。此外，蝾螈的损伤模式是基于前脑视前区胆碱乙酰转移酶（ChAT）表达神经元的缺失(Kirkham等人，2014年)。因此，由于放射状神经胶质细胞可能在病变附近而不是在固有的苍白层中被募集，因此Notch信号传导也可能在这种病变背景和/或位置中发挥不同的作用。在这些不同的非哺乳动物环境中，破译Notch信号的净效应之间明显差异的基础将是非常有趣的。Notch在哺乳动物修复期间动员组成活性NSC的作用尚待研究。

axolotl大脑中的再生测试通常涉及严重损伤，会烧蚀大部分大脑皮层。这些损伤在12-15内再生 周，但仅当嗅神经得到保护，或在其再生后与端脑组织重新建立接触时(Maden等人，2013年)。当嗅神经不与端脑组织保持或接触时，只有伤口愈合。这些结果表明，在短距离内产生的嗅觉神经衍生线索促进神经祖细胞的募集，以介导端脑组织再生。至于究竟招募了哪些细胞以及刺激线索的确切性质，这些仍然是需要解决的重要问题。许多研究揭示了神经源性线索，如神经营养素，尤其是BDNF，在啮齿动物生理条件下对神经祖细胞增殖的重要性（由Berg等人，2013年)。axolotl苍白球再生依赖于一种特定来源于嗅神经的线索，而不是简单地由其他局部神经元释放，这可能允许识别一种新的神经源性因子，或该因子的特定剂量或位置，也可以刺激哺乳动物在修复条件下的再生。

在成年非哺乳动物中枢神经系统的某些区域可以发现具有神经上皮特征的非神经胶质细胞，在生理条件下也可以作为成年NSC样祖细胞（综述见Than-Trong和Bally-Cuif，2015年)。在爪蟾与成年斑马鱼和水母一样，这些祖细胞位于睫状体边缘区（CMZ），以及成年斑马鱼类和水母大脑的视顶盖边缘(Alunni等人，2010年；Ito等人，2010年)斑马鱼大脑皮层的外侧边缘(Dirian等人，2014年)。尽管这些神经上皮细胞的特性尚未得到广泛测试，但与放射状胶质细胞相比，它们确实依赖不同的维持途径(Dirian等人，2014年)它们被证明与再生有关。例如，CMZ似乎是视网膜再生的主要来源热带非洲爪蟾(Miyake和Araki，2014年) (图2)。目前，支持这类细胞在成年哺乳动物中枢神经系统中的维持和功能相关性的证据尚不明确，但提示：表达祖细胞标记的细胞可以在与CMZ同源的人视网膜移植物中诱导产生(Bhatia等人，2009年); 在小鼠视顶盖后缘观察到Notch1非依赖性神经上皮区域(鲁托夫等人，2002年); 最后，最近在小鼠海马中发现了能够在胚胎晚期产生成年SGZ神经干细胞亚群的神经上皮祖细胞，其位置可能与斑马鱼大脑皮层神经上皮池同源(Li等人，2013年)。未来的研究应该解决并比较哺乳动物和非哺乳动物物种大脑和眼睛中成年神经上皮池再生这一非常重要的问题。

非哺乳动物物种的一些再生反应并不涉及构成性活跃的神经原生态位，而是似乎招募潜在的祖细胞(图1，蓝色）。这方面研究得最好的例子是视网膜，在视网膜中，一个特殊的胶质细胞群体，即Müller胶质细胞，在损伤时充当主要的神经源，尽管在稳态条件下它们很少是神经源性的(Fausett和Goldman，2006年；Raymond等人，2006年；Bernardos等人，2007年；Fimbel等人，2007年)。在蝾螈中，消融后的视网膜完全再生是通过不同细胞群（视网膜色素上皮）的去分化实现的(斯通，1950年；长谷川，1965年)。另外两个相关案例，斑马鱼的脊髓和蝾螈的中脑，进一步证明了潜伏细胞的修复性补充，在本例中，潜伏细胞是排列在脑室或中央管的室管膜神经细胞(Reimer等人，2008年；Berg等人，2010年)。比较这些例子和调节它们的分子途径(表2)可能为研究刺激哺乳动物休眠祖细胞进行神经元修复的可能机制提供有用的见解。有趣的是，最近在啮齿类动物身上的数据表明，内因性非神经原细胞（如室管膜细胞或实质性星形胶质细胞）在大脑或脊髓损伤时具有可塑性(Buffo等人，2008年；Carlen等人，2009年；Barnabe-Heider等人，2010年；Sirko等人，2013年；Magnusson等人，2014年).

在硬骨鱼的整个生命周期中，视网膜通过添加新的神经元而生长，这些神经元来源于CMZ的视网膜干细胞(图3)。此外，分布在分化视网膜上的Müller胶质细胞在成人中很少分裂以产生新的视杆感光细胞(Raymond等人，2006年) (图3)。生理条件下促使Müller胶质细胞静止的关键信号通路是Notch(Conner等人，2014年)。在病变情况下，Müller胶质细胞是驱动视网膜神经元再生的视网膜前体细胞的来源(Bernardos和Raymond，2006年；Fausett和Goldman，2006年；Bernardos等人，2007年；Fimbel等人，2007年；Ramachandran等人，2010年b)：它们重新进入细胞周期并不对称分裂，生成神经原簇，然后产生所有缺失的神经元(Nagashima等人，2013年)。通过这种方式，受刺激的米勒神经胶质细胞比在稳态条件下表现出更大的谱系库，因为它们必须产生一系列通常不会产生的神经元谱系。再生过程中抑制Müller胶质细胞导致再生失败(Thummel等人，2008年) (图3).

驱动斑马鱼Müller胶质细胞介导修复的分子级联无疑是在刺激潜在祖细胞方面研究最多的，因此除了最近的综述外，还值得进行一些详细的讨论(高盛，2014年；Lenkowski和Raymond，2014年)。损伤后激活的几种信号通路刺激Müller胶质细胞重新进入神经祖细胞模式，包括肿瘤坏死因子（Tnfα），该因子由濒临死亡的视网膜神经元产生，并进一步刺激损伤部位其他生长因子和细胞因子的产生(Nelson等人，2013年)。这些因子集中于丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）和磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）通路的激活，然后是β-连环蛋白和Stat3的激活。同时，两种共同抑制因子Tgif1和Six3b在第一次Müller胶质细胞分裂前迅速上调，通过Smad2/3抑制Müler胶质细胞中的Tgfβ信号，以允许增殖反应和限制胶质增生，即胶质细胞在损伤反应中的非特异性病理重塑(Lenkowski等人，2013年；Lenkowski和Raymond，2014年)。此外，另一转录因子Ascl1的上调是Müller胶质细胞激活的关键事件。Ascl1的一个重要下游效应器是lin28，它通过负反馈回路促进Müller胶质细胞反应：它降低let-7 miRNA水平，缓解再生相关mRNA的抑制，包括klf4型,10月4日(pou5f3斑马鱼信息网络）和cmyc公司(麦加斑马鱼信息网），这是著名的重新编程鸡尾酒的组成部分(Ramachandran等人，2010年b)。Ascl1/lin28通路还导致Pax6表达的诱导，这是前体细胞增殖增加所需的修复(Thummel等人，2008年；Rajaram等人，2014年)。最后，Ascl1还诱导转录因子Insm1的表达，这有助于促进Müller胶质细胞重新进入周期(Ramachandran等人，2011年).

除了鱼类和尾蚴外，脊椎动物很少发现受损视网膜的功能性修复。啮齿动物Müller胶质细胞增殖并表达与视网膜干细胞相关的基因，以应对损伤，但其自身通常不作为视网膜祖细胞发挥作用体内(Jadhav等人，2009年)。相反，他们已经被证明患有神经胶质增生症(戴尔和塞普科，2000年；Bringmann等人，2009年)。视网膜损伤后，小鼠Müller胶质细胞不表达Ascl1；然而，当被迫在培养物中过度表达Ascl1时，它们会重新表达祖细胞基因，包括Insm1公司，并重新进入细胞周期以产生扩增的神经元前体细胞和神经元(Pollak等人，2013年)。最近的一份报告进一步证明，年轻小鼠损伤后，米勒神经胶质中Ascl1的强制表达足以促使它们实现有效的神经发生(Ueki等人，2015年)。因此，损伤后Müller胶质细胞中Ascl1表达的调节差异可能是小鼠和斑马鱼视网膜再生成功率差异的基础。

这些数据提出了几个重要问题。首先是斑马鱼Müller胶质细胞中损伤诱导的分子级联是否真的具有损伤特异性，或者某些基因是否在基础条件下低水平表达的问题。一些Ascl1诱导的多潜能因子在斑马鱼Müller胶质细胞中以低水平内源性表达(Ramachandran等人，2012年)即使没有损伤，其启动子也会发生低甲基化(Powell等人，2013年)而祖细胞基因的启动子在小鼠Müller胶质细胞中表观遗传沉默(Pollak等人，2013年)。对斑马鱼与哺乳动物Müller胶质细胞或哺乳动物星形胶质细胞的基础状态进行详细比较，可能会揭示一些潜在哺乳动物祖细胞招募的分子靶点。另一个问题是了解反应性斑马鱼Müller胶质细胞如何调节其反应，以再生适当数量和亚型的神经元。这里的一个可能的假设是，为了在重新编程后实现适当的神经元模式，Ascl1诱导必须是暂时的，这可能是Insm1和Ascl1的负反馈回路所允许的(Ramachandran等人，2012年)。如果是这样的话，那么可能在哺乳动物Müller细胞中重建这样的分子环，以促进视网膜再生而不是胶质增生。另一个必须解决的问题是Tnfα在促进祖细胞存活中的作用(Conner等人，2014年)以及涉及的其他途径和成分，独立于Notch抑制。最后，视网膜修复反应的一个重要方面也是限制它。这对于防止干细胞衰竭、过度生长和肿瘤的发展，和/或建立长期的胶质增生反应至关重要。斑马鱼体内Notch-dependent的第二个峰值单位1表达通过促进分化有助于阻止增殖反应(Ramachandran等人，2012年)。在反应性和稳态Müller胶质细胞中，Notch本身也通过抑制Ascl1和Stat3的表达来限制增殖(Conner等人，2014年)。这种反应是否以及如何在物种间得以保存尚不清楚，因为Notch已被证明能激活啮齿动物和鸡体内的Müller胶质细胞(Hayes等人，2007年；Del Debbio等人，2010年).

啮齿动物的几乎所有脑分区内都存在潜在但可活化的祖细胞，这一发现进一步激发了人们对动员这些内源性细胞来源进行修复的巨大希望（由Robel等人，2011年)尽管必须指出，啮齿类动物的再生神经发生效率远低于非哺乳动物。室管膜细胞和星形胶质细胞是修复的主要候选细胞类型，这两种细胞对损伤的反应都是通过重新表达祖细胞标记物和增殖体内至少表现出多潜能在体外(Buffo等人，2008年；Carlen等人，2009年；Barnabe-Heider等人，2010年；Sirko等人，2013年；Magnusson等人，2014年)。成年小鼠脊髓切开后，位于损伤部位附近的室管膜细胞激活并重新定向其命运，以生成新的室管壁细胞和星形胶质细胞，以及少量少突胶质细胞(Barnabe-Heider等人，2010年)。在前脑，位于侧脑室的室管膜细胞在中风后也会重新激活，并重新定位其命运，在侧壁生成星形胶质细胞和成神经细胞(Carlen等人，2009年)。这两个例子都证明了室管膜细胞的显著激活潜力和命运可塑性体内并将其确定为操纵细胞命运以制造神经元的有趣目标。类似地，位于大脑皮层和纹状体区域以及脊髓实质中的星形胶质细胞也表现出令人印象深刻的可塑性，因为这些细胞的命运可以在一些转录因子（如Sox2）的强制表达后重新定向为神经发生(Niu等人，2013年)或Ascl1、Brn2（Pou3f2–小鼠基因组信息学）和Myt1l的组合(Torper等人，2013年)。这种可塑性也可以在某些病变中看到，特别是大脑中动脉闭塞引起的中风或机械损伤(Buffo等人，2008年；Sirko等人，2013年；Magnusson等人，2014年)尽管这些神经生成能力强的星形胶质细胞的局部起源最近受到质疑(Faiz等人，2015年)。最后，其他大胶质细胞类型的神经生成潜能，例如表达NG2（硫酸软骨素蛋白多糖4）抗原的薄壁胶质细胞子集，即NG2胶质细胞，最近已被鉴定。NG2胶质细胞是完整成人大脑中主要的增殖大胶质细胞类型，通常主要决定于NG2胶质和少突胶质细胞的生成，以及限制性脑区的一些星形胶质细胞(郭等，2014; 审核人Dimou和Gotz，2014年)。重要的是，中风、出血或某些神经退行性疾病患者的死后材料可以显示出反应性增殖、神经祖细胞标志物的重新表达和神经发生的迹象，这一事实加强了这些小鼠研究的转化相关性（综述Robel等人，2011年)，尽管这个过程可能会失败(Huttner等人，2014年).

这些研究表明，大胶质细胞对反应性环境的反应具有一定的异质性，并指出根据病变环境的不同，活化的倾向也不同(Sirko等人，2013年；郭等，2014)。尽管如此，正如在视网膜中所看到的那样，成功形成成神经细胞的共同标准是Ascl1(Magnusson等人，2014年)。此外，最近的数据表明，在成年小鼠皮层星形胶质细胞、人星形胶质细胞或小鼠成纤维细胞被迫转化为GABA能神经元的过程中，Ascl1诱导Insm1的表达，Insm1是这种重编程过程的必要组成部分(Masserdotti等人，2015年)。事实上，结合NeuroD4，Insm1也足以进行重新编程。这些结果与Insm1在斑马鱼反应性Müller胶质细胞中的早期作用一致，并进一步支持结对Ascl1/Insm1的激活是损伤后的基本重编程事件，跨物种保守。这些研究的其他数据强调了下调Notch1信号的重要性，以允许侧壁室管膜细胞和纹状体星形胶质细胞中的成神经细胞重新激活和/或增殖和/或获得成神经细胞命运(Magnusson等人，2014年) (图3)。理解Notch在这些背景下的不同可能功能将是未来研究的一项重要任务。

除了蝾螈中脑多巴胺能和胆碱能神经元的丢失和随后的再生外，尚未对非哺乳动物成年脑潜在祖细胞的再生进行广泛研究。将神经毒素6-羟基多巴胺（6-OHDA）立体定向注射到脑室，消除中脑多巴胺能神经元，然后成年蝾螈完全再生(图3) (Berg等人，2010年)。新神经元的来源显示为室管膜神经细胞，它们沿中脑室分布，具有放射状胶质细胞形态并表达GFAP。成年蝾螈的组成性神经原生态位仅限于前脑，因此室管膜胶质细胞通常处于静止状态。然而，假手术和6-OHDA注射都触发了中脑室管膜神经重新进入细胞周期，在后一种情况下，增殖得以维持，并导致神经发生和功能修复(Parish等人，2007年)。在另一项研究中，注射乙酰胆碱氮啶后对胆碱能神经元的消融导致神经元在7周后再生，再次发生在中脑心室室管膜神经增殖的一个阶段之后(Berg等人，2011年)。在后一项研究中，作者证明了多巴胺在再生反应中的重要性。蝾螈中脑多巴胺能神经元破坏后，注射多巴胺模拟物L-多巴可阻断室管膜细胞的增殖反应(Berg等人，2011年)。有趣的是，这并没有影响室管膜细胞对胆碱能神经元破坏的反应，似乎直接作用于中脑室管膜神经元，可能是通过多巴胺受体D2的表达。作者提出多巴胺的作用是在负反馈机制中发挥作用，使多巴胺能神经元的产生与现有中脑多巴胺能池的大小相匹配(Berg等人，2011年,, 2013)。重要的是，多巴胺的作用并不局限于再生环境，因为在生理条件下，多巴胺可以促进室管膜细胞的静止(Berg等人，2011年)在哺乳动物中，多巴胺促进活跃神经原区的神经发生(Kippin等人，2005年；O'Keeffe等人，2009年)。与蝾螈一样，6-OHDA对大鼠中脑多巴胺能神经元的破坏也会激活休眠的中脑前体细胞，但这些细胞无法再生多巴胺能神经细胞就地(Lie等人，2002年).

在此背景下，另一个重要角色是Sonic Hedgehog（嘘）。6-羟多巴胺（6-OHDA）消融蝾螈多巴胺能神经元后，中脑室室管膜神经细胞中也诱导了Shh的表达。此外，环胺对Shh信号的抑制可能通过靶向祖细胞的特异性或分化来减少多巴胺能神经元的再生(Berg等人，2010年)。Shh信号在脊椎动物胚胎和成人的神经发生过程中发挥多种上下文相关的作用，影响模式、增殖、细胞分裂模式、细胞周期退出和祖细胞迁移(Ferent和Traiffort，2015年)。在啮齿动物大脑再生的背景下，它迄今为止仅被认为是小鼠皮层星形胶质细胞中的一种增殖诱导因子(Sirko等人，2013年).

正常情况下，成年斑马鱼的脊髓几乎没有细胞增殖和神经发生，这与在哺乳动物脊髓中观察到的情况一致(山本等人，2001b)。然而，与哺乳动物相比，斑马鱼脊髓损伤后产生大量神经元(图3)。这些细胞的一个可能来源是室管膜细胞群。这些细胞排列在成年斑马鱼脊髓的中央管内，具有放射状胶质细胞形态，在正常生理条件下表达Blbp（Fabp7a–斑马鱼信息网络）（背侧）和/或转录因子Olig2（位于更腹面域）。这些室管膜细胞通常缓慢而不对称地分裂为自我更新细胞，并产生少突胶质细胞(Park等人，2007年)，但在病变后，Olig2阳性室管膜胶质细胞重新进入细胞周期，迁移并分化为成熟的运动神经元(Reimer等人，2008年)。在阿索洛特尔脊髓再生期间进行的系谱追踪研究得出了类似的结论(McHedlishvili等人，2007年).

最近的研究揭示了参与室管膜细胞激活和随后脊髓再生的一些关键分子。损伤后激活的斑马鱼室管膜细胞中最早表达的因子之一是Sox2，它是重新启动增殖所必需的(Ogai等人，2014年)。在axolotl中也证明了Sox2的类似功能(Fei等人，2014年)。Sox11b在位于中央管的斑马鱼室管膜细胞中也上调，对其反应性增殖和脊髓损伤后的运动恢复是必要的(郭等，2011)。室管膜神经细胞斑马鱼脊髓损伤后，Notch通路基因也上调，但在这种情况下，它们起到减少祖细胞增殖和运动神经元生成的作用。这让人想起它在大脑皮层和视网膜损伤后的反应拮抗功能(Conner等人，2014年；Rodriguez Viales等人，2015年)。然而，重要的是，在脊髓中，在正常生理条件下，Notch操作对室管膜细胞没有影响(Dias等人，2012年)这表明，这些细胞的静息状态是由一种不同于其他中枢神经系统区域和/或细胞类型的机制维持的。如前所述，成年啮齿动物脊髓损伤后，中央管内室管膜神经细胞重新激活，继续生成星形胶质细胞和少突胶质细胞，但没有神经元(Barnabe-Heider等人，2010年)。先前的研究表明，这些室管膜细胞损伤后Notch信号上调，并且Notch在抑制神经元命运获得中起作用(山本等人，2001a)。Notch是否也在限制室管膜神经细胞在该系统中的激活方面发挥作用尚待测试。

正如之前在大脑中所证明的那样，脊髓再生的另一个重要参与者是多巴胺。斑马鱼在再生过程中，从大脑下降的多巴胺能轴突向损伤部位萌芽(Reimer等人，2013年)。与此一致，就地杂交显示，病变诱导位于病变尖端的脊髓段室管膜前体区多巴胺D4a受体基因上调。在损伤后注射多巴胺激动剂NPA以模拟多巴胺能神经支配，可促进运动神经元再生。这项研究的结果强调了多巴胺在脊髓再生过程中对静止的室管膜胶质细胞的增殖促进和/或神经源性作用。这种作用与多巴胺在再生蝾螈中脑中的作用明显不同，了解多巴胺如何对脊髓和中脑中类似的细胞类型施加如此不同的影响，以及如何实现专一性来控制神经元亚型的生成，将非常重要。在脊髓中，多巴胺至少部分通过激活Hedgehog通路发挥作用(Reimer等人，2013年)。斑马鱼成年脊髓室管膜细胞内Shh和背腹模式标记物的内源性（尽管较弱）表达表明，这些细胞中存在潜在的胚胎位置信息程序。在axolotl和蝾螈中也得到了类似的结论(Schnapp等人，2005年)。此外，Shh在腹侧室管膜细胞中的表达强烈增加，运动神经元从中再生，位于成年斑马鱼脊髓损伤附近，靠近Pax6强表达的背侧诱导区。然而，与中脑不同，中脑阻断Shh信号体内不影响损伤诱导的室管膜胶质细胞祖细胞的增殖，它在脊髓中起作用，并进一步损害运动神经元的再生。因此，Shh显然是促进室管膜细胞作为运动神经元祖细胞活性的重要因素(Reimer等人，2009年)。在这种情况下，Shh的主要功能是否是重新编码、诱导增殖和/或重新编程，尚待评估。

许多其他细胞事件有助于脊髓损伤后的再生，包括炎症、细胞死亡、增殖反应、神经发生和轴突再生(Hui等人，2014年)。考虑到啮齿动物脊髓室管膜胶质细胞产生神经元的能力在体外但不是体内(Barnabe-Heider等人，2010年)很有趣的是，不仅要考虑细胞内在因素，还要考虑可能影响斑马鱼祖先命运的环境因素。一些研究表明，在脊髓再生过程中，抑制成分，如硫酸软骨素蛋白聚糖(福塞特等人，2012年)通常存在于哺乳动物中的髓磷脂相关抑制分子在斑马鱼中不存在(贝克尔和贝克尔，2014年)。这可能有助于在斑马鱼中形成允许神经发生和/或神经元存活的环境。此外，周细胞在受损的啮齿动物脊髓中显著参与瘢痕形成，这是一个损害再生的过程（由Sabelstrom等人，2013年)。斑马鱼脊髓损伤后周细胞的性质和命运仍有待研究。

在非哺乳动物模型中，神经干细胞和潜在祖细胞的储备与啮齿动物的储备基本相似，这项研究为跨物种的神经元修复机制提供了重要的分子见解。最初研究的Ascl1、Shh和Notch信号在斑马鱼或蝾螈的祖细胞招募修复中的重要性，似乎在啮齿动物的某些神经再生环境中保持不变。此外，在斑马鱼身上进行的研究表明，在修复过程中，组成性神经原途径和再生特异性分子事件之间存在协同作用。例如，对机械损伤或物理诱导的神经元死亡作出反应的早期炎症反应是再生特异性级联反应的重要上游成分，包括诱导加塔3在组成性活跃的大脑皮层神经干细胞中表达，或对潜在视网膜Müller胶质细胞的祖细胞状态进行部分重编程。最后，在非哺乳动物模型中研究的几乎所有区域，反馈回路的存在部分限制了内源性祖细胞招募以选择亚群，这为祖细胞异质性问题提供了线索。理解导致反应反应异质性和空间组织的细胞固有成分和环境成分可能涉及在自然和修复条件下对其三维生态位内不同祖细胞池的动态分析，斑马鱼的这一壮举现在在技术上是可行的(方框1).

总的来说，本综述的一个关键信息是，对成人神经祖细胞功能至关重要的过程的调节，例如控制其静止和激活的分子级联，其增殖和分裂模式，以及最有可能的放射状星形胶质细胞的早期谱系决定，在生理和修复条件下，脊椎动物物种之间高度保守。尽管有这些共同点，但重要的是要记住，无论是从非哺乳动物还是从啮齿动物开始，将这些研究转化为人类都是一个独特的步骤。事实上，灵长类神经干细胞与啮齿动物神经干细胞的区别最近被强调，需要避免分类单元之间的泛化。例如，SEZ样结构域在人类中的活动备受争议（由杰斯伯格和盖奇，2014年)啮齿类动物的星形细胞储备远没有人类复杂(科伦坡等人，1997年；Oberheim等人，2009年；Sosunov等人，2014年)。同样，灵长类大脑皮层的发育，也许也包括人类大脑皮层的发展，涉及到尚未在啮齿动物中发现的祖细胞亚型和细胞过程。啮齿类动物和人类神经发生调节之间的这些差异突出了在多种不同模型系统中研究神经发生的重要性。只有这样，才有可能为人类再生神经发生编制一套全面的分子靶点，包括那些存在于非哺乳动物但不存在于啮齿动物中的靶点。也就是说，与任何非初级模型相比，人类的重要因素，例如祖细胞与病变的距离以及动物的年龄与关键细胞可塑性期相比，具有不同的数量级。这些非服务性的结构和时间特征显然是使用动物模型（包括非哺乳动物）的一个缺点，应该记住。

尽管物种之间在核心神经祖细胞活动和功能方面存在共性，但随后的修复事件在不同物种之间的结果存在很大差异。例如，斑马鱼的炎症反应通常在胶质瘢痕形成之前消退，而胶质瘢痕是啮齿动物的一种反应过程。此外，与啮齿类动物相比，成年斑马鱼中枢神经系统的所有区域，即使是那些不是组成性神经原性的区域，似乎都允许修复性神经发生的后期步骤，包括长寿神经元的分化和整合。目前，物种之间修复潜力的这些差异还没有得到很好的理解，以比较的方式研究非哺乳动物模型可能会为这一领域带来重要的见解。未来的一个主要挑战是解剖调节斑马鱼炎症反应的细胞和分子机制，并了解其早期终止的原因。因为哺乳动物中的星形胶质细胞增生有利于限制炎症和保护神经元存活(Sabelstrom等人，2013年)因此，当使用反应性星形胶质细胞或室管膜细胞进行神经元修复时，一个问题是如何保持这种保护性反应，并平衡胶质增生和向神经发生的命运转换(Robel等人，2011年)。最后，另一个关键问题仍然是神经退行性疾病下的修复性神经发生。尽管这是啮齿类动物密集调查的重点，但迄今为止，在非哺乳动物模型中，这仍是一个相对未被探索的领域。除上述6-OHDA蝾螈模型外，斑马鱼的神经退化模型已经产生，但其分析仍局限于早期阶段——胚胎、幼虫或早期幼崽。成人的这种条件模型会在多大程度上触发再生，反应的程度，以及它如何与其他病变环境和啮齿动物/哺乳动物环境进行比较，都是非常重要的进一步方向。

我们感谢团队成员激发讨论，感谢M.Coolen对文本的批判性评论，感谢N.Dray为方框1。中描述的实时成像技术方框1是与E.Beaureaire和W.Supatto（法国帕莱索高等理工学院）和S.Bedu（法国巴黎-萨克利神经科学研究所）合作开发的。