第 310 期

研究發展
纖維母細胞生長因子第一型之腦專一性啟動子有助於純化小鼠腦中具有自我更新及多重分化潛力之神經幹細胞
Brain-specific 1B promoter of FGF1 gene facilitates the isolation of neural stem/progenitor cells with self-renewal and multipotent capacities

本院細胞及系統醫學研究所邱英明博士、許益超博士及李東慶研究助理針對纖維母細胞生長因子第一型（fibroblast growth factor 1）之腦專一性啟動子（FGF-1B promoter）進行研究，結果發現此啟動子有助於純化小鼠腦中具有自我更新及多重分化潛力之神經幹細胞。此項研究結果發表於國際知名期刊Developmental Dynamics 2009, 238: 302-314; 此一重要發現亦被編輯群以smart choice選為該期重點文章。

在1990年以前，一般認為成腦中已無神經再生之發生，從腦組織中所取出之細胞也無法在細胞培養系統中繼續增生；1992年，Renold博士及Weiss教授在Science期刊上發現利用上皮生長因子（epidermal growth factor，EGF）可用於從腦取出之神經前趨細胞培養，所培養之細胞仍可繼續增生，並具有可被誘導為成熟神經細胞、神經膠細胞及寡突細胞的特性。1995年，Gage教授所領導的研究團隊則發現，利用纖維母細胞生長因子第二型（fibroblast growth factor 2，FGF2）可培養出另一群具有類似特性之神經前驅細胞。Van der Kooy教授更證實，在腦發育過程中，FGF2可用於培養並刺激E8.5之小鼠胚胎腦中之神經前趨細胞生長；EGF可用於培養並刺激E14.5之小鼠胚胎腦中之神經前趨細胞生長。另外，Bartlett教授則更進一步發現，從E8.5發育至E11.5之小鼠胚胎腦中之神經前趨細胞會從受FGF2調控轉化為受FGF1調控的機轉。這些研究顯示FGF1、FGF2及EGF可調控不同時期且不同類型之神經前驅細胞。此外，也有越來越多的研究指出單獨或合併使用EGF及FGF2可用來培養全腦或腦中不同部位之神經前驅細胞；來自動物實驗及腦組織染色的證據則顯示，成腦中仍具有神經再生之2個部位為：subventricular zone（lateral ventricle）及 hippocampus dentate gyrus（subgranular zone）。

纖維母細胞生長因子第一型（FGF1）是一個多重功能的生長因子，過去研究指出FGF1可刺激神經細胞之生長及調控其分化。邱英明博士研究團隊於1989年首先選殖出人類FGF1，20年以來對於FGF1基因結構、調控機轉及功能有廣泛而深入的探討。研究團隊先前發現，人類FGF1基因受4個具有組織特異性的啟動子（1A、1B、1C、1D）所調控：啟動子1A主要啟動FGF1 gene在腎臟之表現；啟動子1B啟動腦中FGF1基因之表現；1C及1D則調控FGF1基因於血管平滑肌細胞及纖維母細胞之表現。針對啟動子1B，研究團隊發現有一段序列（-540 ~+31）已足以啟動FGF1基因之表現；他們更進一步利用這段序列，製造出可用來偵測啟動子活化之轉殖基因小鼠，並發現其可被活化小鼠腦中富含神經幹細胞之區域（subventricular zone）。

此研究中，邱博士團隊將啟動子1B之序列構築至綠色螢光報導基因中（F1B-GFP reporter），綠色螢光之表現可讓團隊利用流式細胞分選儀（FACS）來純化腦中啟動子1B活化之細胞。團隊在研究中先利用EGF及FGF2培養出小鼠腦中的神經前驅細胞，再搭配F1B-GFP reporter進行研究。實驗結果顯示：F1B-GFP reporter所表現之綠色螢光之表現與1B轉錄子（transcript）的表現量具有高度關聯性；所篩選出會表現綠色螢光的細胞比不會表現綠色螢光的細胞具有更佳之神經球（neurosphere）形成能力，甚且仍具有多重分化之能力；若比較不同發育時期之綠色螢光細胞，則發現來自E14.5的胚胎鼠腦中之綠色螢光細胞，其神經幹細胞之多重分化能力遠優於來自E17.5、P1或成鼠腦中之綠色螢光細胞。



另一方面，研究團隊亦證明此綠色螢光細胞可用於修復側肢癱瘓之大鼠（Artificial Organ 2009, 33: 26-35; Surgical Neurol. 2008, 70: 9-18）。未來，團隊將繼續進行纖維母細胞生長因子於再生醫學之基礎研究及臨床應用。
《文/圖：細胞及系統醫學研究所邱英明特聘研究員、許益超博士後研究員》