第一章、 緒論
第二節、 成體神經新生（Adult Neurogenesis）與調控
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一樣的物品，兩個環境所放置物品是不同的，當老鼠兩個環境都熟悉後，在即將 要進入的環境中的一個物品置換成另一個環境的物品。正常老鼠會對不是對應
（Mismatch）此環境的物品產生高度興趣，探索時間會高於原本對應（Match）
此環境之物品，從對應跟非對應物品的探索時間去判斷老鼠是否能將環境與物品 做記憶連結(Bekinschtein et al., 2013; Wilson et al., 2013)。若齒狀迴的 顆粒細胞大量死亡，則老鼠在物品與情境聯合試驗會產生問題(Lai, G.J., Lehmann, H. & Sutherland, R.J. (b), manuscript)。
第二節、成體神經新生（Adult Neurogenesis）與調控
1.成體神經新生
成體神經新生（Adult Neurogenesis）是在成熟的哺乳類動物中，發現在某 些特定腦區有神經細胞新生成的現象。這些特定腦區含有神經幹細胞(Neural stem cell, NSC)或神經前驅細胞(Neural progenitor cells, NPC)，因為這類 型細胞具有幹細胞的功能如自我複製增生和分化成有功能性的神經細胞，所以成 熟的哺乳類動物會持續地有新神經細胞產生。最早於 1962 年 Altman 博士觀察到 有成體神經新生現象，而後來的研究主要在此處神經前驅細胞可生成兩個區域發 現：（1）海馬迴中的齒狀迴之顆粒細胞下區(Subgranular zone,SGZ)，齒狀顆粒 細胞（Dentate granule cells）生成(Altman & Das, 1965a, 1965b; Zhang et al., 2013)。（2）側腦室下區(Subventricular zone, SVZ)，此處新生成的神經 細 胞 會 經 由 啄 側 遷 移 流 （ Dostral migratory stream, RMS) 移 動 至 嗅 球
（ Olfactory bulb ） 形 成 中 間 神 經 元 （ Interneurons ） (Alvarez-Buylla &
Garcia-Verdugo, 2002; Feng et al., 2013; Lichtenwalner & Parent, 2006)。
之後幾年陸陸續續發現其他腦區也有觀察到新生成神經細胞如下：新皮層
（Neocortex）在 1999 年 Gould 博士首次在猴子的新皮層發現有新生成神經細 胞，由側腦室下區新生成的神經細胞移動到新皮層(Dayer, Cleaver, Abouantoun,
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& Cameron, 2005; Fowler, Liu, Ouimet, & Wang, 2002; Gould, Reeves, Graziano, & Gross, 1999)。Bernier 博士於 2002 年在猴子梨狀皮質(Piriform cortex) 觀 察 到 新 生 成 神 經 細 胞 ， 這 些 新 生 成 神 經 細 胞 由 側 腦 室 下 區 生 成 (Bernier, Bedard, Vinet, Levesque, & Parent, 2002; Chawana et al., 2013) (Pekcec, Loscher, & Potschka, 2006; Shapiro et al., 2007)。其他腦區與 以上舉例一樣如：杏仁核(Amygdala)(Bernier et al., 2002; Shapiro et al., 2007)、紋狀體(Striatum)(Dayer et al., 2005; Shapiro et al., 2007)、黑 質(Substantia nigra)(Kokoeva, Yin, & Flier, 2007; Worlitzer, Viel, Jacobs,
& Schwamborn, 2013; Zhao et al., 2003)，都是從側腦室下區生成神經細胞再 移至特定腦區。但最新發現下視丘(Hypothalamus)與顆粒細胞下區和側腦室下區 一樣會產生新的神經細胞。在囓齒類和羊的腦中觀察到下視丘有細胞增生（Cell proliferation）的現象，使用胸腺嘧啶(Thymidine)的類似物-溴化去氧尿苷 (Bromodeoxyuridine, BrdU)標的新生成細胞，再與不同生長時期的神經細胞所 表現的蛋白一起觀察，發現有 20~30%的 BrdU 與神經細胞表現特有的蛋白同時被 標記到，代表著下視丘生成新的神經細胞(Kokoeva et al., 2007; Migaud et al., 2010; Worlitzer et al., 2013; Xu et al., 2005)。從神經前驅細胞到成熟神 經細胞，在這成長過程有不同的蛋白表現，而這些蛋白也就代表著觀察到的神經 細胞屬於哪一階段的神經細胞，在神經前驅細胞時期有 Nestin、Sox2（sex determining region Y-box 2）和 GFAP（Glial fibrillary acidic protein）， 未 成 熟 時 期 有 DCX （ Doublecortin ）、 Tuj1 （ Neuron-specific class III beta-tubulin）、PSA-NCAM (polysialylated neuronal cell adhesion molecule)，
而成熟時期有 NeuN（Neuronal nuclear antigen) (Kokoeva et al., 2007; Migaud et al., 2010; Worlitzer et al., 2013; Xu et al., 2005)。
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2.調控神經新生
成 體 的 神 經 新 生 過 程 中 發 現 某 些 分 子 參 與 在 其 中 ， 以 轉 錄 因 子
（ Transcription factors ） 為 例 有 Pax6 （ Paired box gene 6 ）、 Neurog2
（ Neurogenin 2 ）、 Tbr2 （ T-box brain gene 2) 、 Neurod1 （ Neuronal differentiation 1）、Tbr1（T-box brain gene 1)(Kempermann, 2011) (Brill et al., 2009; Hodge et al., 2008; Ninkovic et al., 2013)。而訊號（Signaling）
分子-Wnt、Shh(Sonic hedgehog)、Bmp(Bone morphogenetic protein)、Notch，
以上除了 Bmp 減少神經新生外其他訊號分子會促進細胞增生(Faigle & Song, 2013; Kempermann, 2011; Varela-Nallar & Inestrosa, 2013)。有些其他因子 也會促進神經新生如給予去氧羥四環素（Doxycycline）連續四週後在海馬迴的 顆粒細胞下區觀察到細胞增生時會表現的蛋白 Ki-67，也發現 BrdU 與神經細胞 成熟時表現的蛋白-NeuN(Sultan, Gebara, & Toni, 2013)。同時被標的到；若 是給予 D-絲氨酸（D-serine）一週也是觀察有神經細胞新生成(Sultan, Gebara, Moullec, & Toni, 2013) 。 有 研 究 發 現 將 老 鼠 的 FGF-2(Fibroblast growth factor-2)做基因剔除（Gene knockout）後，發現神經新生的細胞數量減少，但 在正常有 FGF-2 老鼠依據顆粒細胞下區所標的到的 BrdU 和 NeuN 可觀察到大量神 經新生(Rotschafer et al., 2013; Woodbury & Ikezu, 2013; Yoshimura et al., 2001)。另外有發現神經傳遞物質-血清素（Serotonin）會誘導顆粒細胞下區長 出 新 的 神 經 細 胞 (Beckman & Santos, 2013) ， 而 市 面 上 使 用 的 抗 憂 鬱 藥 物
（Antidepressant drugs）也可以刺激神經新生(R. G. Morris et al., 1986)。
除了以上內生性物質或者外加的物質以外，外在行為也是會影響神經新生如運動
（Exercise）是個非常強勁的神經可塑性因子，可促進大腦做修復和神經新生，
過去研究發現讓高齡的老鼠自發性跑滾輪連續 45 天，觀察到有新生成神經細胞 並且在水迷宮試驗中比一般高齡老鼠更快速找到平台(Clark, Bhattacharya,
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Miller, & Rhodes, 2011; Maynard & Leasure, 2013; Rodgers, Trevino, Zawaski, Gaber, & Leasure, 2013; van Praag, Shubert, Zhao, & Gage, 2005)。
3.Sonic hedgehog 促進神經新生
在脊椎動物的 Hedgehog (Hh) 訊號傳遞家族（Signaling Pathway family）
包含三個成員：Desert hedgehog (Dhh)、Indian hedgehog (Ihh)、Sonic hedgehog (Shh)，其中 Shh 在脊椎動物中最被廣泛的研究而且參與胚胎時期的發育 (Goodrich & Scott, 1998)。Shh 是一種內生性蛋白的型態因子（Morphogen）
會依照濃度的不同去調控細胞的命運(Traiffort et al., 1999; Ulloa & Briscoe, 2007)，在發育時期觀察到 Shh 表現在脊索（Notochord）和神經管（Neural tube）
的底板(Floorplate）誘導此處細胞後形成脊 髓運動神經元（Spinal motor neuron）、中腦多巴胺神經元（Midbrain dopaminergic neuron）、前腦基底神經 元 (Basal forebrain neuron) 、 血 清 素 神 經 元 （ Serotoninergic neuron ） (Goodrich & Scott, 1998; Traiffort et al., 1999; Wechsler-Reya & Scott, 1999; Ye, Shimamura, Rubenstein, Hynes, & Rosenthal, 1998)，而 Shh 也會 在腸道（Gut）、肢體（Limb）表現(Traiffort et al., 1999)。在胚胎發育後期 Shh 會在以下腦區被觀察到：小腦（Cerebellum）、杏仁核、海馬迴-齒狀迴、嗅 球、新皮層(Traiffort et al., 1999)。Shh 基因會自我催化和修飾成為一個活 化的訊號蛋白再分泌到細胞外，在要作用時會結合兩個穿膜蛋白（Transmembrane proteins）：Patched (Ptc)和 Smoothened (Smo)，前者為 Shh 結合位置後者將 訊號傳入細胞內，當訊號傳入後會活化 Cubitus interruptus (Gli)這個轉錄因 子進入到細胞核內開啟 Gli 基因轉錄作用，影響細胞的命運、型態和增生 (Dahmane et al., 2001; Manoranjan et al., 2012) (Traiffort et al., 1999)。
在研究中發現 Shh 與 Epidermal growth factor (EGF)和 Fibroblast growth factor (FGF)調控胚胎發育時期或者成年後的神經幹細胞使其具有自我更新
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（Self-renewal）的能力，促進細胞增生(Martinez et al., 2013)。當過度表 達（Overexpression）Shh 發現顆粒細胞下區和側腦室下區都有觀察到神經前驅 細胞大量增生(Faigle & Song, 2013)。在成年後 Shh 持續在基底前脑斜角带垂 直臂核(Vertical limb of the diagonal band,VDB)表現(Traiffort et al., 1999)。
4.豐富環境（Environmental enrichment, EE）促使新生成神經細胞
生存
在 1947 年 Hebb 觀察到豐富環境所帶來的變化，與住在一般飼養環境
（Standard laboratory）的動物相比，發現在豐富環境中的動物腦部型態與行 為表現有所不同(Thompson & Heron, 1954)。豐富環境與一般飼養環境的不同在 於提供多元化感官和認知的刺激、廣大的活動空間、更複雜的社交生活，進而改 變動物的學習與記憶。對這些變化再深入的探討，發現豐富環境的刺激增加樹突 的分支（Dendritic branching）和突觸新生（Synaptogenesis）(Harati et al., 2011) ， 使 神 經 滋 養 因 子 （ Neurotrophin ） - 神 經 生 長 因 子 (Nerve growth factor,NGF) 、 神 經 膠 衍 生 神 經 滋 養 因 子 (Glial cell line-derived neurotrophic factor,GDNF)、腦源神經滋養因子(Brain-derived neurotrophic factor,BDNF)的量增加(Birch & Kelly, 2013)，改變神經傳遞物質的系統-多巴 胺、血清素、乙醯膽鹼(Acetylcholine)、谷氨酸、γ-Aminobutyric acid（GABA）
(Solinas, Thiriet, Chauvet, & Jaber, 2010)，更能促進在海馬迴新生成神經 細胞的生存（Survival）(Harati et al., 2011)。在帕金森氏症（Parkinson's disease）、阿茲海默症（Alzheimer's disease）等神經退化性疾病的老鼠，發 現給予豐富環境後，在學習與記憶上都有恢復的現象(Laviola, Hannan, Macri, Solinas, & Jaber, 2008; Nithianantharajah & Hannan, 2006)，如新奇事物
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認知測試（Novel object recognition task）中使用突變澱粉樣蛋白質前驅蛋 白（b-amyloid precursor protein,APP）的阿茲海默症模型老鼠，待過四個月 的豐富環境後對於沒看過的物品興趣度較高，與一般老鼠行為表現沒有差異，代 表記憶力有提昇(Valero et al., 2011)；而一樣的動物模型使用水迷宮（water maze）測試，也觀察到老鼠快速到有平台的象限中，代表老鼠恢復空間學習的能 力。