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神经干细胞(Neuralstemcell，NSC)是一群具有分化为神经元细胞、星形胶质细胞、少突胶质细胞的能力，可自我更新并足以提供构成神经系统所有类型组织细胞的细胞群，自我更新和多分化潜能是NSC的两个基本特性。神经干细胞是自我复制还是分化成为功能细胞，主要由其自身基因状态和外在环境因素所决定。而对神经干细胞增殖分化调控分子机制以及影响神经干细胞命运外在因素的研究对于神经发育、组织再生、神经系统退行性疾病以及脑肿瘤的发生发展和治疗都有非常重要的意义。小分子化合物作为研究信号通路的有效工具及有开发可能的药物前体已广泛应用于生物学各个领域，但能有效调控神经干细胞命运的小分子化合物却很少有文献报道。
我们在研究调控神经干细胞定向分化过程中首次发现小分子化合物AICAR能调控神经干细胞增殖与分化。
AICAR是一个AMP类似物，广泛的用作细胞水平激活AMPK的工具化合物。目前对其的研究主要集中在代谢调节方面，而其绝大多数的作用都是通过激活AMP激活的蛋白激酶(AMPK)而发挥的。在真核生物中，AMPK因其活性可受细胞内AMP/ATP调控，故被称作细胞的“代谢传感蛋白”或“细胞能量监测器”，在动物抵御和适应环境应激的过程中起着重要作用。然而迄今为止，对于AICAR、AMPK或其他能量调控分子对神经干细胞及其他干细胞中作用的了解还很少。
本文应用永生化神经干细胞系C17.2-NSC以及来源于不同发育阶段、不同部位来源的原代神经干细胞(来源于出生0-1天大鼠海马区的新生神经干细胞P0-NSC，来源于胚胎14天大鼠大脑皮层的胚胎神经干细胞E14-NSC)，作为神经干细胞分化与增殖的细胞模型考察小分子化合物AICAR的调控作用，并进一步考察AICAR调控神经干细胞命运的分子机制，重点关注与之密切相关的AMPK信号通路是否参与神经干细胞的命运调控。
第一部分工作重点是应用永生化神经干细胞系C17.2-NSC、新生大鼠海马区神经干细胞(P0-NSC)、胚胎14天大脑皮层神经干细胞(E14-NSC)作为神经干细胞分化模型，首次发现AICAR对不同发展时期及不同部位来源的神经干细胞均有明显的诱导分化作用。通过对神经元、胶质细胞等各种类型神经细胞标志蛋白的鉴定，明确了AICAR能定向诱导神经干细胞分化为星形胶质细胞，作用强度与阳性促分化因子CNTF相当。而AMPK的另一个公认激活剂二甲双胍(Metformin)却没有这个促分化的作用。进一步实验表明，AMPK特异性抑制剂CompoundC、过表达功能缺失型DN(D159A)-AMPKal等方式均无法逆转AICAR的促胶质细胞定向分化作用。此外，我们发现AICAR能激活与神经干细胞向胶质细胞分化密切相关的JAK-STAT3信号通路，Metformin则无法激活该通路，JAK特异性抑制剂JAKinhibitorI可完全逆转AICAR的促分化作用。这些结果表明，AICAR促进神经干细胞定向分化为星形胶质细胞可能并不依赖于AMPK信号通路的激活，而是与JAK-STAT3信号通路的激活密切相关。
第二部分工作重点考察了AICAR对神经干细胞增殖的影响。在观察到AICAR促分化现象的同时我们也发现了AICAR能明显抑制神经干细胞的增殖。通过对细胞凋亡通路标志性蛋白及细胞增殖周期的分析，我们发现AICAR并没有引起神经干细胞的凋亡，而是通过特异性的降低了细胞周期蛋白cyclinD3的表达，从而使细胞周期停滞于G1期。当阻断细胞内AICAR转化为ZMP时，这一细胞增殖抑制作用就完全被阻断了，AMPK特异性抑制剂CompoundC及无功能形式DN(D159A)-AMPKαl高表达均能一定程度上阻断AICAR的这一作用，此外能激活神经干细胞AMPK信号通路的低糖培养条件也能产生AICAR的类似抑制增殖作用，然而JAK信号通路特异性抑制剂则无法阻断AICAR的增殖抑制作用。这些结果表明，AICAR抑制神经干细胞增殖的作用可能与AMPK信号通路的激活有直接关系，而可能与JAK-STAT3信号通路的激活无关。
综上所述，我们从不同发育时期、大鼠脑不同部位分离纯化并体外培养原代神经干细胞P0-NSC及E14-NSC，结合已经成功培养的永生化神经干细胞系C17.2-NSC作为研究神经干细胞分化与增殖的细胞模型，首次发现AMPK公认激活剂AICAR可调控神经干细胞的分化与增殖。AICAR通过激活JAK-STAT信号通路能明显地促进神经干细胞定向分化为星形胶质细胞，而AICAR的促分化作用可能并不依赖于AMPK信号通路的激活。另一方面，AICAR通过阻断神经干细胞分裂周期，从而抑制其增殖，而这一作用则是通过AMPK的激活而发挥的，不依赖于JAK-STAT3信号通路。然而，AICAR的胞内磷酸化产物ZMP在上述两种调控作用中都是必不可少的。这些研究成果不仅扩充了我们对AICAR、AMPK信号通路等在调节神经干细胞命运方面的认识，也为我们进一步探讨能量代谢与干细胞命运调节间关系提供了有效的研究工具。