電針對脊髓損傷作用機制的實驗研究進展

杜偉斌,陳榮良(.浙江中醫藥大學,杭州 30053;.蕭山區中醫院,杭州 30)

電針對脊髓損傷作用機制的實驗研究進展

杜偉斌1,陳榮良2
(1.浙江中醫藥大學,杭州 310053;2.蕭山區中醫院,杭州 311201)

對電針在脊髓損傷作用機制中的實驗研究進行歸納總結。根據近年來研究機制的不同,分為干預繼發性損傷、干預軸突再生、干預細胞的凋亡與增殖分化3部分進行分述,并對深入研究機制提出展望。

電針;脊髓損傷;機制;實驗研究;綜述

[Abstract]This article summarizes experimental studies of themechanism of action of electroacupuncture on spinal cord injury. Three parts:intervention in secondary injury,intervention in axonal regeneration and intervention in apoptosis and proliferation are separately stated according to differentmechanisms obtained from recent years’studies.A prospect is given of intensive study of the mechanism.

[Keywords]Electroacupuncture;Spinal cord injury;Mechanism;Experimentalstudy;Review

脊髓損傷(spinal cord injury,SCI)是由多種不同致病因素引起的脊髓結構、功能的損傷,導致損傷平面以下正常感覺、運動、自主神經功能的改變,常導致截癱或四肢癱。據世界衛生組織調查顯示,外傷性脊髓損傷的年發病率約為12.1～58.7/100萬/年[1]。針灸作為一種傳統的康復治療手段,對于脊髓損傷所造成截癱的恢復具有肯定的促進作用[2]。在所有針灸療法中,電針治療脊髓損傷在臨床上有比較滿意的療效。電針具有針刺和電刺激的雙重治療作用,能改善和促進SCI患者運動功能的恢復[3],但是其機制尚不十分清楚。因此本文擬對近年來電針治療脊髓損傷機制的實驗研究做一綜述。

1　干預繼發性損傷

1.1調節ET、TXA2和TXB2的含量

ET是一種生物活性多肽,TXA2可使血管痙攣,促進血小板聚集和血栓形成。兩者都具有較強的收縮血管的作用。劉長發等[4]發現夾脊電針能明顯降低SCI大鼠ET和TXA2的含量,改善傷區脊髓組織的微循環,進而防止受傷脊髓組織進一步的繼發性損害。李志剛等[5]研究發現電針組ET的降低與模型組有顯著性差異。以往的研究成果已表明,測定TXB2的含量可間接了解TXA2的生成情況。席莉等[6]實驗證明電針治療可顯著改善脊髓損傷大鼠的生存狀態,并通過抑制血液中TXB2的增多,改善微循環及損傷脊髓組織缺血缺氧狀態,從而有利于損傷后的神經再生。

1.2調節氧自由基與NO水平

脊髓組織膜損傷后,氧自由基不斷產生與釋放,造成細胞膜通透性改變,溶酶體崩解、溶酶外溢,進而細胞壞死,造成脊髓損傷的繼發性損害。SOD是抗氧化酶和自由基清除劑,MDA是過氧化脂質的代謝產物,兩者的水平將影響脊髓繼發性損傷的程度。張堯等[7]證明電針治療脊髓損傷具有增高SOD活性,降低MDA含量的作用,從而增強對自由基的抵抗能力,減少脊髓損傷后的繼發損傷,進而改善和促進脊髓損傷大鼠運動功能的恢復。NO在介導脊髓繼發性損傷中扮演者重要角色。王婷婷等[8]發現大鼠損傷脊髓內NO含量與電針治療介入時間呈正相關,提示電針治療介入越早,NO下降量越大,更能保護受損的脊髓組織。

1.3調節離子通道

眾多實驗研究已發現脊髓損傷的程度與Mg2﹢的下降程度呈正相關的趨勢,說明了Mg2﹢的降低參與著脊髓損傷的繼發性損害。楊潤成等[9]證實電針能使脊髓損傷區的GSH-Px的活性升高和Mg2﹢的含量明顯升高,說明了其在促進脊髓功能修復中的作用。鈣離子細胞內聚集被認為是神經系統細胞毒性死亡的最后必經途徑,其內聚會加重血管痙攣和缺血,損害線粒體功能,從而促使神經軸突退變和毒性甘烷類的合成。李志剛等[10]實驗研究表明,電針作為治療脊髓損傷的一種有效手段,能夠顯著地降低Ca2﹢的濃度,從而抑制對鈣蛋白酶活性的可能。是電針治療SCI的一種重要途徑,參與著脊髓損傷急性期的保護。

1.4調節皮下血流量

脊髓損傷后血流量的減少會使肌肉在收縮過程中更易疲勞,而骨骼肌的廢用使靜脈回流不暢,影響著血管床、肌纖維和神經纖維的物質交換,進而影響神經軸突的長入和延伸。陳晞等[11-12]觀察電針不同穴組對家兔脊髓損傷后癱瘓肢體皮下血液灌流量的影響。結果發現電針督脈穴,足三里加陽陵泉穴都能明顯改善皮下血流量。證明了電針對家兔腰椎損傷后癱瘓肢體皮下血液灌流量的恢復有積極作用。

1.5調節細胞因子水平

在脊髓的繼發性損傷過程中,炎癥滲出及其所產生的細胞因子都參與了繼發脊髓組織損害和神經細胞凋亡[13]。IL-1作為一種重要的細胞因子,參與了脊髓損傷后的炎性損傷過程。孫為增等[14]觀察電針治療對SCI大鼠IL-1b表達變化的影響,發現電針組IL-1b陽性細胞數明顯減少,表明經電針治療可減輕脊髓損傷后的炎癥反應。張瑩瑩等[15]進一步研究表明針刺及電刺激可以抑制IL-la的表達,有利于減輕脊髓炎癥反應。

1.6調節免疫功能

提高免疫功能近年來也被認為是防止脊髓損傷后繼發性傷害的重要途徑之一。喬鴻飛等[16]采用電針脊髓損傷大鼠的百會、三陰交穴,使CD3、CD4、CD4/CD8升高,CD8降低。血漿ACTH和血清CORT較正常對照組明顯升高,較陰性對照組明顯降低,說明電針恢復了HPA軸功能狀態。

1.7調節水通道蛋白(AQP-4)、單核細胞趨化蛋白(MCP-1)

在中樞神經系統調節通透性的途徑中,AQP-4是主要的分子路徑。而MCP-1參與介導脊髓損傷部位的繼發性炎癥反應。謝謹等[17]發現電針及磁刺激治療均能顯著降低脊髓損傷后AQP-4、MCP-1含量,減輕脊髓炎癥水腫程度,在一定程度上阻止脊髓的繼發性損傷,電針結合磁刺激治療效果更好。

1.8調節相關差異蛋白與基因表達

從差異蛋白組學角度研究SCI的病理機制和電針對其的治療作用,也越來越成為研究者們熱議的方向。李志剛等[18]成功鑒定出6種蛋白質,包括假定蛋白LEF3-IAP2、泛素梭基末端水解酶、先驅B環蛋白3、假定蛋白ORFF-93、角蛋白16、泡溶酶蛋白。發現電針可影響這6種差異蛋白,從而引起炎癥細胞浸潤、神經細胞凋亡等途徑參與SCI的損傷及修復過程。苑曉晨等[19]進一步研究發現10個豐度變化大于1.5倍的差異蛋白。表明電針可逆轉急性損傷脊髓內多數差異蛋白表達的變化,推測其作用可能是通過抑制神經細胞凋亡、改善細胞能量代謝、調節異常蛋白等途徑促進脊髓損傷的修復。

李志剛等[20]研究發現電針組差異表達而在模型組不出現差異表達的基因共51個,其中有36個上調,15個下調。電針可以調節SCI誘導的基因表達變化,有可能啟動神經組織保護作用,也可能在一定的程度上激發和支持著損傷神經組織(包括神經纖維)的再生。該課題組[21]進一步研究發現電針治療對大鼠脊髓損傷后notch1,ps1表達具有明顯的抑制作用從而促進脊髓功能修復。而Ding Y等[22]發現督脈電針能夠促進CGRP的表達,從而有助于SCI的修復。

2　干預軸突再生

2.1調節神經絲蛋白(NF)表達

構成神經元胞體和軸突的重要物質是NF,其也是神經元的特異性標志之一,在神經修復中發揮著重要作用。以往的研究已表明NF200陽性水平與后肢的功能恢復情況有密切的關系。喬鴻飛等[23]研究發現電針刺激可促進脊髓損傷大鼠NF200的表達,可能有助于脊髓功能的恢復。

2.2調節硫酸軟骨素蛋白多糖(CSPGs)表達

CSPGs是CNS細胞外基質中的一種重要的成分。趙偉[24]發現電針治療可明顯抑制脊髓損傷后CSPGs的表達,減少脊髓損傷后諸多不利因素的形成,減輕脊髓繼發性損傷的加重因素,保護殘存的正常脊髓組織,并幫助再生軸突穿越膠質癱痕,促進神經組織重建和功能的恢復。

2.3調節神經特異性磷酸蛋白(GAP-43)表達

GAP-43是神經元生長發育軸突再生和可塑性的分子標記,在脊髓損傷后的修復中有重要作用。汪吉明等[25]發現電針能增強損傷脊髓組織GAP-43表達水平,促進生長錐的延伸和軸突快速生長,有利于神經突觸重建,促進損傷脊髓神經元再生和修復,對脊髓損傷起保護作用。

2.4調節抑制軸突生長蛋白(Nogo-A)表達

Nogo對神經突起的生長有很強的抑制作用,是重要的神經突起生長抑制因子,而Nogo-A與神經再生的關系最密切。李振鵬等[26]發現采用電針刺激治療,刺激上下行神經纖維,使上位神經元與下位神經元形成假性信息溝通,反饋刺激了大量神經細胞及上下行神經纖維的生長,Nogo-A表達也被抑制,從而促進神經元功能的恢復,可能有助SCI的修復。

2.5調節神經營養活性物質的表達

電針能夠促進NTFs的表達,維持周圍神經和中樞神經的生長、存活及修復,促進脊髓損傷的修復[27]。從以往的研究得出,NGF、BDNF、NT-3、CNTF、IGF等神經營養物質的表達水平,都影響著軸突再生,對脊髓損傷后的神經修復功能有一定的作用。侯文光等[28]證實了電針可能通過激發損傷段脊髓組織中NGF的表達增多,促進脊髓損傷的恢復,改善下肢運動功能。并且電針對脊髓損傷后的BDNF及NT-3等物質都有一定的上調作用,表明其對神經功能修復的突出干預作用[29-30]。

3　干預細胞的凋亡與增殖分化

3.1調節細胞凋亡過程

繼發期細胞死亡的主要方式是細胞凋亡。Bax的基本生物功能是促進細胞凋亡。張志英等[31]發現電針有可能通過下調Bax mRNA及其蛋白水平表達,從而部分抑制細胞凋亡,保護神經細胞。Fas/Fasl信號途徑和TNFR-1信號途徑已被證實是細胞凋亡的有效路徑。時素華等[32]發現 Fas可能是細胞凋亡的上游因子,TNFR1可能是細胞凋亡的下游因子,電針治療可通過下調Fas、TNFR1的表達,對脊髓損傷的細胞凋亡抑制、減少成纖維細胞的大量堆積和瘢痕形成,從而對神經細胞保護起到重要作用。Caspase-3、Caspase-9及 PARP-1在線粒體途徑的細胞凋亡中起著至關重要的作用。李曉寧等[33-35]發現電針通過抑制Caspase-3、 Caspase-9及PARP-1在大鼠脊髓損傷神經元中表達,抑制神經細胞凋亡,減輕了脊髓繼發性損傷,促進神經功能恢復。

3.2調節熱休克蛋白(Hsp70)表達

Hsp是有多種生物學保護作用的內源性應激蛋白,而Hsp70是Hsp家族中最重要的成員,其表達對脊髓損傷后的神經元具有保護作用。徐維蓉等[36]實驗表明電針治療可增加脊髓損傷大鼠脊髓損傷部Hsp70及其mRNA的表達,減少細胞毒性,從而抑制神經元的凋亡和死亡。

3.3調節凋亡抑制蛋白(XIAP)表達

XIAP是凋亡抑制蛋白IAPs家族中最強的凋亡抑制蛋白,直接或間接影響和/或調節神經細胞凋亡,在脊髓繼發性損傷中扮演重要的角色。主要通過抑制Caspase,NF-kB途徑及抑制鉀離子的外流3個途徑發揮作用。宋萌等[37]認為電針能升高XIAP含量抑制脊髓損傷中的細胞凋亡,最終達到了神經保護作用。

3.4調節內質網膜跨膜感受蛋白(IRE1)表達

近年來研究者們逐步發現新的凋亡途徑——內質網應激啟動。而IRE1蛋白是內質網中未折疊蛋白感受器,起了重要的作用。唐袆周等[38]發現脊髓損傷后應用夾脊電針治療,IRE1的蛋白表達水平與模型組比較均不同程度降低。表明電針通過降低內質網應激凋亡因子,升高抗凋亡因子,抑制內質網應激細胞凋亡。

3.5調節膠質纖維酸性蛋白(GFAP)增殖分化

在中樞神經系統疾病中星形膠質細胞起著重要的作用,是反應星形膠質細胞增生和膠質癱痕形成過程必不可少的指標,而GFAP是星型膠質細胞的超微結構,作用至關重要[39-40]。何娟等[41]證實電針能促進脊髓損傷后GFAP的表達,增加星形膠質細胞逆分化,從而促進損傷后脊髓功能的恢復。

3.6調節神經干細胞增殖分化

諸多實驗研究表明,針刺及電流的刺激能引起神經干細胞的增殖和分化,促進損傷神經的修復,但其機制尚不很清楚。Becker D等[42]的研究,通過對脊髓損傷的實驗動物給予一定的電流刺激,可以提高中樞神經細胞的自發性再生。SSEA-1在多潛能干細胞中高度表達。何娟等[41]發現脊髓損傷后電針組SSEA-1陽性表達在7 d時達到高峰,提示了電針治療介入的黃金時期。

3.7調節少突膠質細胞及NG2增殖分化

少突膠質細胞死亡及軸突脫髓鞘改變嚴重阻礙了SCI后的脊髓神經功能恢復,是近年來的研究熱點。黃輝[43]研究發現電針治療可刺激脊髓損傷后少突膠質細胞的增生。從而保護殘存神經纖維的功能,進而保護脊髓,改善其功能。而NG2細胞在缺血損傷等情況下能快速增殖、分化為少突膠質細胞,并參與髓鞘的再形成,在一定條件下更能誘導分化為神經元。漆偉[44]電針治療SCI后,能促進NG2細胞增殖分化,以改善脊髓損傷大鼠的神經功能活動。

4　結語

SCI具有死亡率高,致殘率高,康復難等特點,其預防、治療和康復在國內外醫學界受到高度關注。電針作為治療手段之一,具有針刺和電刺激的雙重作用,在實驗和臨床研究中有了不小的發展[45-47]。上述研究已表明電針可以通過干預區域組織環境、影響神經細胞增殖存亡、促進神經活性物質的表達等多個渠道來減輕脊髓損傷程度和促進脊髓功能修復。但是脊髓損傷病理生理等機制非常復雜,其治療機理更需進一步探討。隨著蛋白組學、分子生物學、基因水平等研究的不斷深入,及聯合其他綜合性治療方法的出現,更深入更系統地揭示電針干預脊髓損傷的作用機制值得展望與期待。

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Advances in Experimental Studies of the Mechanism of Action of Electroacupuncture on Spinal Cord In jury

DU Wei-bin1, CHENRong-liang2.1.Zhejiang University ofTraditionalChinese Medicine,Hangzhou 310053,China;2.Xiaoshan DistrictHospital ofTraditionalChinese Medicine,Hangzhou 311201,China

R245.31

A

10.13460/j.issn.1005-0957.2016.02.0241

1005-0957(2016)02-0241-04

杭州市蕭山區科技局社會發展類重大項目(2013313)

杜偉斌(1988-),男,2013級碩士生,Emai l:duweibin1988@ 126.com

陳榮良(1982-),男,醫師,Emai l:94093060@qq.com

2015-05-20