神经干细胞是来源于中枢神经系统的多能干细胞，终身具有自我更新能力，并能分化成神经系统的各类细胞。
神经干细胞可以说是神经系统形成和发育的源泉，其主要功能是作为一种后备储备，参与神经系统损伤修复或细胞正常死亡的更新。
1.神经干细胞的特点
神经干细胞是成体干细胞之一，是一类在特定条件诱因下，能够向特定类型神经元或神经胶质细胞分化的特殊的未分化或低分化细胞的总称。它具有多向分化潜能以及自我复制、高度增值的能力。
神经干细胞的特点是神经干细胞作为具有自我更新能力的母细胞，它可以通过不对等的分裂方式产生神经组织的各类细胞。因此，神经干细胞有如下几个特点：
其一，神经干细胞可以分化。
其二，通过分裂产生相同的神经干细胞来维持自身的存在，同时也能产生子细胞并进一步分化成各种成熟细胞。干细胞可连续分裂几代，也可在较长时间内处于静止状态。
其三，神经干细胞通过两种方式生长，一种是对称分裂，形成两个相同的神经干细胞；另一种是非对称分裂，由于细胞质中的调节分化蛋白不均匀的分配，使得一个子细胞不可逆地走向分化的终端，而成为功能专一的分化细胞，另一个子细胞则保持亲代的特征，仍作为神经干细胞保留下来。分化细胞的数目受分化前干细胞的数目和分裂次数控制。
2.神经干细胞的分布
通常，视网膜上有感光细胞能接受光的刺激；在鼻黏膜上有嗅觉细胞能接受气味的变化；在味蕾中有能接受化学物质刺激的味觉细胞等，这些细胞都属于神经细胞。
神经元即神经细胞，具有感受刺激和传导神经冲动的功能，神经系统中含有大量的神经元。神经元是神经系统的基本单位结构和功能单位，我们周围的各种信息就是通过这些神经元获取并传递的。据估计，人类中枢神经系统中约含1000亿个神经元，仅大脑皮层中就约有140亿个。
大脑皮质的神经元都是多极神经元，按其细胞的形态分为锥体细胞、颗粒细胞和棱形细胞三大类。
锥体细胞：大、中锥体细胞是大脑的主要投射神经元，小锥体细胞属于中间神经元。
颗粒细胞：大脑皮质的中间神经元，构成皮质内信息传递的复杂环境。
梭形细胞：属投射神经元，组成投射纤维或联合纤维。
在神经管形成以前，整个神经板检测到神经干细胞的选择性标记物神经巢蛋白，其是细胞的骨架蛋白。神经管形成后，神经干细胞位于神经管的脑室壁周边。
关于成脑神经干细胞的分布，科学家的研究显示：成年嗅球、皮层、室管膜层或者室管膜下层、纹状体、海马的齿状回颗粒细胞下层等脑组织中都有分布。研究还发现脊髓、隔区也分离出神经干细胞。
这些研究表明，神经干细胞广泛存在于神经系统。在中央管周围的神经干细胞培养后，也可形成神经球并产生神经元。脊髓损伤时，来自于神经干细胞的神经元新生受到抑制，而神经胶质细胞明显增多，其机制可能与生成神经元的微环境有关。
构成小鼠神经板的细胞，具有高效形成神经球的能力，但人们目前还不能肯定神经板与神经干细胞是否具有相同的诱导机制。
3.神经细胞的结构
一般情况下，神经细胞呈现三角形或多角形。
（1）神经元
神经元的形态与功能是多种多样的，其结构上大致可分成细胞体和突起两部分。细胞体包括细胞膜、细胞质和细胞核；突起由细胞体发出，分为树突和轴突两种。
树突较多，粗而短，反复分支，逐渐变细，它可接受刺激并将冲动传向细胞体；轴突一般只有一条，细长而均匀，中途分支较少，末端则形成许多分支，每个分支末梢部分膨大呈球状，称为突触小体。轴突往往很长，且其直径较为均匀，它将冲动从胞体传向终末。
在轴突发起的部位，细胞体常有一锥形隆起，称为轴丘。轴突自轴丘发出后，开始的一段没有髓鞘包裹，称为始段。由于始段细胞膜的电压门控钠通道密度最大，产生动作电位的阈值最低，即兴奋性最高，因此动作电位常常由此首先产生。轴突离开细胞体若干距离后才获得髓鞘，成为神经纤维。人们习惯上把神经纤维分为有髓纤维与无髓纤维两种，实际上所谓无髓纤维也有一薄层髓鞘，并非完全无髓鞘。
细胞体的大小差异很大，小的直径仅5～6微米，大的可达100微米以上。突起的形态、数量和长短也很不相同。一般神经元的细胞体越大，其轴突越长。
（2）神经胶质细胞
神经系统中还有数量众多（几十倍于神经元）的神经胶质细胞，如中枢神经系统中的星形胶质细胞、少突胶质细胞、小胶质细胞以及周围神经系统中的施万细胞等。但是，各种神经胶质细胞都不能产生动作电位。
胶质细胞的主要功能有：
其一，支持作用。星形胶质细胞的突起交织成网支持着神经元的胞体和纤维。
其二，绝缘作用。少突胶质细胞和施万细胞分别构成中枢和外周神经纤维的髓鞘，使神经纤维之间的活动基本上互不干扰。
其三，屏障作用。星形胶质细胞的部分突起末端膨大，终止在毛细血管表面（血管周足），覆盖了毛细血管表面积的85%，是血脑屏障的重要组成部分。
其四，营养性作用。星形胶质细胞可以产生神经营养因子，维持神经元的生长、发育和生存。
其五，修复和再生作用。小胶质细胞可转变为巨噬细胞，通过吞噬作用清除因衰老、疾病而变性的神经元及其细胞碎片。星形胶质细胞则通过增生繁殖，填补神经元死亡后留下的缺损，但如果增生过度，可成为脑瘤发病的原因。
其六，维持神经元周围的K+平衡。神经元兴奋时引起K+外流，星形胶质细胞则通过细胞膜上的Na+-K+泵将K+泵入到胞内，并经细胞间通道（缝隙连接）将K+迅速分散到其他胶质细胞内，使神经元周围的K+不致过分增多而干扰神经元的活动。
其七，摄取神经递质。哺乳类动物的背根神经节、脊髓以及自主神经节的神经胶质细胞都能摄取神经递质，因此与神经递质浓度的维持和突触传递有关。
4.神经元之间相互作用的方式
神经系统由大量的神经元构成。这些神经元之间在结构上并没有原生质相连，仅互相接触，其接触的部位称为突触。
根据接触部位的不同，突触主要可分为三类：轴突——胞体式突触；轴突——树突式突触；轴突——轴突式突触。
一个神经元的轴突末梢反复分支，末端膨大呈杯状或球状，称为突触小体，与突触后神经元的细胞体或突起相接触。一个突触前神经元可与许多突触后神经元形成突触，一个突触后神经元也可与许多突触前神经元的轴突末梢形成突触。一个脊髓前角运动神经元的细胞体和树突表面，就有1800个左右的突触小体覆盖着。
在电子显微镜下观察，突触部位有两层膜，分别称为突触前膜和突触后膜，两膜之间为突触间隙。所以，一个突触由突触前膜、突触间隙和突触后膜三部分构成。前膜和后膜的厚度一般只有7纳米左右，间隙为20纳米左右。
在靠近前膜的轴浆内含有线粒体和突触小泡，小泡的直径为30～60纳米，其中含有化学递质。在前膜的内侧有致密突起和网格形成的囊泡栏栅，其空隙处正好容纳一个突触小泡，它可能有引导突触小泡与前膜接触的作用，促进突触小泡内递质的释放。当突触前神经元传来的冲动到达突触小体时，小泡内的递质即从前膜释放出来，进入突触间隙，并作用于突触后膜。如果这种作用足够大，即可引起突触后神经元发生兴奋或抑制反应。
目前科学家还观察到，单胺类递质的神经元的突触传递还有一种方式。这类神经元的轴突末梢有许多分支，在分支上有大量的结节状曲张体。曲张体内含有大量的小泡，是递质释放的部位。但是，曲张体并不与突触后神经元或效应细胞直接接触，而是处在它们的附近。当神经冲动抵达曲张体时，递质从曲张体释放出来，通过弥散作用到突触后细胞膜的受体，产生传递效应。这种传递方式，在中枢神经系统内和交感神经节后纤维上都存在。
高等动物神经元之间的信息联系还可通过缝隙连接来完成。例如，大脑皮层的星状细胞、小脑皮层的篮状细胞等，都有缝隙连接。局部电流可以通过缝隙连接，因此缝隙连接也称为电突触。
5.细胞的分化机制
神经干细胞定向诱导分化调控，是目前神经干细胞研究的重大课题。
脑内主要组织细胞包括神经元、星形胶质细胞及寡突胶质细胞等。大脑的功能主要依赖于神经元，并通过神经信息的传递方式来实现。
脑内神经元种类繁多而且功能极为复杂，如胆碱能神经元、儿茶酚胺能神经元、5-羟色胺能神经元及肽能神经元等。不同功能的神经元分布在脑内不同的部位，通过合成及释放相应的神经递质发挥各自独特的功能。
神经干细胞的分化受基因调控。基因表达的时空方式受到其自身固有的分子程序的调控和周围环境的影响。
胚胎干细胞向神经干细胞的分化需要基因调控，特别是不同发育分化阶段决定神经干细胞向所需功能神经细胞定向分化的主要调控基因。
目前，虽然基因组测序已完成草图，但基因组序列分析仅仅反映遗传信息复杂性的一方面，而有关遗传信息有序地、时相性地表达等复杂性的另一方面还没有完善。生物的类型变化主要是其内在的，所表达的基因也是确定的，如分化细胞与祖细胞，肿瘤细胞与正常细胞等都存在着基因表达差别。人们如果能在这些关系密切的细胞群之间发现那些有表达差别的基因，则可为这些相关细胞群所发生的复杂代谢和功能变化提供有意义的信息。
科学家对神经元干细胞的研究表明基因调控与神经干细胞的定向分化密切相关。
虽然神经干细胞应用中还存在较多未解决的问题，但其应用前景广阔，成为世界上神经科学界研究的热点之一。
6.神经干细胞的生物学特性
神经干细胞的生物学特性主要包括：
其一，多向分化潜能，即具有分化为神经系统大部分类型细胞的能力。
其二，长期自我更新，维持自身数量稳定，保持未分化的特性。
其三，分裂增殖，神经干细胞的分裂除了不对称分裂，还有对称分裂。
其四，神经干细胞的标志：神经巢蛋白，神经干细胞是未分化的原始神经细胞，无论在体内还是在体外都特异性地表达一个特征性的抗原——中间丝蛋白，因其主要存在于神经上皮干细胞，因此叫“经巢蛋白”。
其五，对损伤和疾病的反应能力。
其六，迁移功能和良好的组织融合性，移植后的神经干细胞同样具有迁移能力，而且受病变部位神经源信号的影响，移植后的神经干细胞具有向病变部迁移的嗜性，随后分化成特异性细胞。
其七，低免疫原性。神经干细胞是未分化的原始细胞，不表达成熟细胞抗原，具有低免疫原性，因此在移植后相对较少发生异体排斥反应，有利于它的存活。
7.神经干细胞移植的功能
我们都知道成人大脑每天有数万个神经细胞生成，当发生病变时，细胞分裂的能力会增加数十倍乃至数百倍。这些细胞移动至发生病变的部位，使损伤的神经得以再生。但是随着时间的推移，由于这些细胞急剧死亡，实际可补充的细胞量不到受损细胞的1%。包括大脑在内的神经系统受到一次伤害都会造成严重的障碍，像帕金森综合征、老年痴呆症、小脑萎缩症、肌萎缩症等进行式神经系统疾病，难以康复并日渐恶化的理由也是因为神经系统有限的再生能力。
因此，为了减少神经损伤的后遗症，延缓或抑止疾病的进一步发展，取得更好的恢复效果，从根本上修复和激活死亡神经细胞是十分必要的。
通常，传统的药物治疗效果不令人满意，吃药只可暂时性地控制疾病，一旦停药，病症复现甚至更严重。常年服药不仅让患者痛苦不已，而且会对身体造成极大的危害，导致其他严重疾病的并发。
药物不具备激活脑神经细胞的功能是其根本原因，所以要想从根本上治疗脑病等神经系统疾病，借助外界移植神经干细胞成为唯一有效的方法。科学家证明了神经干细胞的定向分化性，实现了大量的神经干细胞培养，也充分证明神经干细胞移植的可行性。
当某人患上疾病那就代表着患病部位组织的干细胞功能低于其他器官。神经干细胞可随着血流循环，因此分离部分神经干细胞培养后，再注入体内。细胞会随着血管移动到某一地方聚集，再到发生病变的部位，促进病变周围干细胞的分化来达到治疗的效果。
虽然疾病的发生原因有很多种，但由于病变周围细胞缺陷所引起的疾病都和干细胞数及活性减少有关，所以人们可在没有去除病因的情况下用神经干细胞来治疗疾病。
8.神经干细胞的应用与展望
神经干细胞的发现是神经系统疾病治疗的一个里程碑，它在神经发育和修复受损神经组织中发挥着重要作用。
神经干细胞移植是修复和代替受损脑组织的有效方法，它能重建部分环路和功能。此外，神经干细胞可作为基因载体，用于颅内肿瘤和其他神经疾病的基因治疗。同时，利用神经干细胞作为基因治疗载体，弥补了病毒载体的一些不足。
神经干细胞存在于人类神经系统中，具有自我更新、活跃的增殖和分化能力、向脑内病变部位迁移以及分化成神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞的能力。
近年来神经干细胞疗法已经成为治疗多种疾病的新策略，其目的是替代、修复或加强受损的细胞或器官的生物学功能，是基因疗法的一种理想的靶细胞。
它的应用主要集中在以下几方面：
第一，直接用细胞移植进行替代治疗。神经下细胞作为细胞移植的来源，可以通过神经干细胞的体外移植或体内神经干细胞的激活，分化为神经元和胶质细胞，与已经存在的细胞结构整合到一起。
第二，作为基因载体。携带治疗作用的报告基因进行移植，从而达到细胞替代和基因治疗的双重作用。
第三，通过对生长因子和细胞因子的研究，诱导自身的神经干细胞分化进行神经自我修复。神经干细胞疗法可广泛应用于脑外伤、脑血管病后脑功能损伤、脑瘤及其他疾病的治疗。
目前，神经干细胞的来源、分离、培养及鉴定还有许多工作要做，神经干细胞的诱导、分化及迁移机制也有待进一步研究。
通过细胞培养技术及基因组的研究，如DNA微列阵技术，进一步明确成体神经干细胞的确切位置，可以设计药物特异性地激活这些细胞。进一步认识神经干细胞的本质和控制分化基因，通过调控靶基因，人们可以从神经干细胞诱导产生特定的分化细胞来满足各种需要。
横向分化的发现对神经干细胞的研究和应用具有重要意义，人们可望从自体中分离诱导出神经干细胞，解决神经干细胞的来源问题。
总之，神经干细胞的应用前景是非常广阔的。