針刺阿爾茲海默病療效機制研究的進展

馬曉紅,蘇式兵

(1.福建中醫藥大學,福州 350122;2.上海中醫藥大學,上海 201203)

阿爾茨海默病(Alzheimer's disease, AD)是一種起病隱匿的進行性發展的神經退行性腦部疾病,是最常見的老年癡呆癥[1-2]。臨床以認知功能損害、記憶障礙和行為改變等全面性癡呆表現為特征[3],其發病機制迄今未明。據《Word Alzheimer Report 2019》統計,2019年全球有5 000多萬AD患者,到2050年預計將增加至1.52億人。然而,目前臨床尚無藥物能夠有效治療AD。

針刺在治療AD中發揮著重要作用,可能比藥物更安全有效地改善AD患者的日常生活能力,而且能夠增強藥物改善認知功能的效果[4-6]。為了闡明針刺治療AD的作用機制,近年來研究者們從減少β淀粉樣蛋白(Aβ)沉積等特征性病理變化,促進營養因子釋放,增強神經介質傳遞,減少氧化應激、神經炎癥、細胞凋亡和自噬、調節腦糖代謝、減少腦神經炎癥、調節免疫功能等多方面開展了深入研究[7-9]。本文綜述了其研究進展,并展望今后的研究發展方向,以期為進一步闡明針刺治療AD的作用機制提供參考。

1 減少Aβ沉積等特征性病理變化

1906年Alois Alzheimer博士利用腦切片染色法發現老年癡呆患者腦內神經纖維纏結,伴有神經元細胞退化,且大腦皮層出現很多斑塊,于是將這種神經系統疾病命名為AD[10]。此后,研究者們發現了大腦Aβ沉積形成老年斑,Tau蛋白過度磷酸化造成神經纖維纏結以及神經元丟失,并伴隨膠質細胞增生等AD特征性病理變化[11-12]。因此,減少 Aβ蛋白沉積等特征性病理變化是AD治療的主要策略。

薛衛國等[13]和WANG F等[14]研究發現,電針能夠縮短潛伏期和增加探針試驗中在靶區停留的時間,顯著改善淀粉樣前體蛋白(APP)/早老素 1(PS1)雙轉基因小鼠的學習和記憶,減少海馬和皮質中的 Aβ沉積。另外兩項研究[15-16]也表明,針刺百會穴能夠減少Aβ沉積。β淀粉樣前體蛋白裂解酶 1(Bace1)是參與肽生成的關鍵蛋白,通過裂解APP,干擾蛋白激酶A(PKA)等蛋白的生理功能,與神經突觸長時程增強(LTP)水平相關,電針可以減少APP/PS1轉基因小鼠腦海馬組織的Bace1沉積,并通過調節 PKA及其相關底物如長時程增強(LTP)來改變記憶和學習能力[17]。

Tau蛋白過度磷酸化也是 AD的病理特征之一。ZHANG M等[18]報道了電針百會和腎俞穴能夠通過激活過氧化酶體增殖體激活受體γ(PPAR-γ)和抑制 p-p38有絲分裂原活化蛋白激酶(MAPK)表達,減少 Tau蛋白過度磷酸化而改善 AD大鼠的認知障礙。而且,ROCCO M L等[19]發現電針可以抑制糖尿病相關的 Tau蛋白過度磷酸化,可能對糖尿病伴有AD患者的治療有益。老年斑是由 Aβ蛋白、APP、Bace1和胰島素降解酶(IDE)蛋白參與的一個生產和降解的過程。YANG Q等[20-21]通過電針百會和腎俞穴補腎調節督脈,減少老年斑在腦內的沉積,降低 APP和 Bace1的表達,增加IDE蛋白的表達,從而提高AD模型小鼠的學習、記憶和空間探索能力。上述研究提示針刺尤其是電針可有效緩解減少Aβ沉積等AD病理過程,其作用機制可能涉及腦神經營養因子釋放、神經介質系統功能障礙、氧化應激、神經細胞凋亡和自噬、糖代謝以及神經炎性反應等相關機制[8,9,22]。

2 促進腦神經營養因子釋放,調節中樞神經的可塑性

營養因子是大腦神經活動的基礎之一,Aβ沉積在大腦中干擾腦源性神經營養因子(BDNF)信號通路如GTP結合蛋白Ras/細胞外信號調節激酶(ERK),磷脂酰肌醇 3-激酶(PI3K)/蛋白激酶 B(AkT),蛋白激酶A(PKA)/環腺苷酸(cAMP)等,下調BDNF表達,影響腦神經細胞的生存、增殖和分化,導致 AD發生[23-24]。針刺能夠調節細胞因子和生長因子水平,對受損的神經干細胞在腦內的修復有促進作用[25-26],而且能夠提高BDNF水平,促進神經發生,調節中樞神經的可塑性,對中樞神經系統細胞發揮神經保護作用[13-16,27]。王小月等[28-29]研究發現,電針百會、足三里和腎俞穴能夠增加腦內 BDNF-堿性成纖維細胞生長因子(bFGF)的表達,增加腦內細胞抗損因子-巢蛋白的表達,從而促進 AD大鼠海馬內的神經神經干細胞增殖。盧圣鋒等[30]研究發現,電針針刺百會和涌泉穴能夠介導神經元黏附和識別的神經細胞黏附分子(NCAM),促進軸突的發生和突觸節后的修復與重建,調節神經元突觸的可塑性,從而提高SAMP8小鼠的學習記憶能力。磷酸腺苷單磷酸活化蛋白激酶(AMPK)/真核延長因子-2激酶(eEF2K)/真核延長因子-2(eEF2)通路參與AD的突觸可塑性。電針可以改善突觸的缺失,增加突觸素(SYN)和突觸后密度95(PSD95)的表達,抑制AMPK的激活和eEF2K的活性,提示電針改善 AD突觸功能的機制可能與 AMPK/eEF2K/eEF2信號通路的抑制有關[31]。而且,針刺能夠促進神經營養素家族(NTs)和神經遞質的釋放,誘導小鼠腦缺血后的神經可塑性,調節AD中樞神經的可塑性,發揮神經保護作用[32]。

3 調節中樞神經介質系統

膽堿能突觸在人的中樞神經系統中廣泛存在,乙酰膽堿(Ach)是突觸間的神經介質、膽堿酯酶(AchE)、膽堿乙酰轉移酶(ChAT)、膽堿轉運蛋白(CHT1)和囊泡乙酰膽堿轉運蛋白(VAChT)參與了乙酰膽堿的合成和轉運,在中樞神經系統中起重要作用[33]。阿爾茨海默病的膽堿能假說是腦邊緣和新皮層膽堿能神經支配的漸進性喪失,基底前腦的神經纖維變性被認為是前腦膽堿能神經元功能障礙和死亡的主要原因,引起廣泛的突觸前膽堿能去神經支配[34]。王莉等[35]研究發現,電針百會和涌泉能夠改善老年 AD模型大鼠的額葉神經遞質含量。望廬山等[36]研究發現,電針百會、腎俞和足三里穴,可以提高大鼠皮層ChAT的活性,抑制AchE的活性,促進 Ach的合成,抑制Ach的分解,增加腦組織的Ach含量,從而逆轉記憶力下降。張海燕等[37]也發現,電針針刺百會、腎俞、足三里和大椎穴,可使AD模型大鼠腦內海馬區AchE陽性細胞表達下降,ChAT陽性細胞增加,從而促進受損神經元的恢復。LEE B等[15]研究表明,針刺百會穴可以顯著降低海馬 ChAT、BDNF和cAMP反應元件結合蛋白(CREB)水平,恢復海馬CHT1、VAChT、BDNF和CREB的mRNAs表達,通過刺激膽堿能酶的活性和調節腦BDNF和CREB的表達來改善大鼠神經損傷和記憶功能障礙。此外,糖尿病可誘發海馬膽堿能系統的早期障礙,其特征是學習和記憶障礙、海馬可塑性降低和海馬細胞神經生長因子(NGF)釋放異常。通過電針刺激可以使糖尿病大鼠海馬中的乙酰膽堿生物合成和 NGF代謝正?；?積極影響與學習和記憶有關的大腦回路[19,38]。

4 減少腦內氧化應激

氧化應激,即自由基的過量產生或自由基清除能力的降低,被廣泛認為是AD的發病和進展的一個重要因素[39]。神經元的大部分成分(脂質、蛋白質和核酸)都可能在AD中被氧化,這是由于線粒體功能障礙、金屬水平升高、炎癥和淀粉樣蛋白肽(淀粉寡聚肽)。氧化應激通過促進細胞凋亡、Tau蛋白過度磷酸化以及隨后突觸和神經元的丟失,參與 AD的發展[40]。而且,線粒體功能喪失、金屬穩態改變和抗氧化防御降低相關的活性氧(ROS)產生增加直接影響神經元的突觸活性和神經傳遞,導致認知功能障礙[41]。電針百會、大椎、腎俞、太溪和足三里穴,可以提高AD模型大鼠腦內過氧化物歧化酶(SOD)的活性,從而改善 AD模型大鼠的學習記憶能力[42]。而且,電針針刺百會、太溪和足三里穴,也可以明顯增高AD 模型大鼠腦內SOD活力,并減低丙二醛(MDA)含量,從而具有提高抗氧化能力,減輕自由基對神經元的損傷,抵抗細胞凋亡,保護神經元[43]。WU G等[44]研究發現,電針百會穴通過恢復AD大鼠海馬區總抗氧化能力(T-AOC),抑制海馬區煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)- NADPH氧化酶2(NOX2)、ROS、MDA和8-羥基-2-脫氧鳥苷(8-OH-dG)的異常升高,從而改善 AD大鼠的神經損傷。ZHANG J等[45]研究發現,“智三針”能夠改善 AD大鼠行為表現,降低氧化應激,增加神經遞質Ach濃度,減少海馬神經元的凋亡,下調凋亡相關基因和蛋白的表達,增強AD模型大鼠的學習記憶能力,逆轉阿爾茨海默病的癥狀。

5 減少腦神經細胞凋亡和自噬

細胞凋亡是 AD神經細胞即神經元丟失的重要原因,Aβ、腫瘤壞死因子(TNF)-α、DNA損傷和氧化應激等都可能誘導神經元凋亡[46]。凋亡蛋白激活酶因子(APAF1)、凋亡信號調節激酶 1(ASK1)、半胱天冬酶(Caspase)家族以及B淋巴細胞瘤(Blc)-2家族;神經營養因子通過諸如PI3K、MAPKs家族等多種途徑對神經元凋亡進行調節[47-48]。ZHU W等[49]研究發現,針刺百會和足三里穴能夠改善大鼠腦缺血損傷引起的認知障礙,抑制海馬氧化應激和神經元凋亡損傷,抑制ASK1-JNK/p38通路的激活。曾芳等[50-51]研究發現,電針百會和涌泉穴能夠抑制Caspase相關凋亡蛋白的激活,阻止細胞凋亡線粒體途徑的級聯反應,減輕線粒體超微機構的損傷,減少細胞凋亡,進而改善 AD模型快速老化 P8(SAMP8)小鼠的認知功能。針刺兩側的迎香和印堂或電針百會和涌泉穴能夠調節Aβ誘導AD大鼠海馬的Bcl-2/Bcl-2相關X蛋白(Bax)的平衡[52-53]。電針百會和腎俞穴不僅上調 Bcl-2和下調 Bax,減少海馬CA1區細胞凋亡,還下調Notch信號通路,改善Aβ誘導AD大鼠的學習記憶功能[54]。AD的Aβ和Tau蛋白磷酸化導致缺陷自噬和線粒體自噬[55]。電針百會和涌泉穴能夠減少APP轉基因小鼠紋狀皮層Aβ1-42的表達及神經元凋亡,改善神經元自噬體減少等病理改變[56]。而且,電針百會和腎俞穴能夠減少AD大鼠腦海馬CA1區域的細胞凋亡,增強自噬標記蛋白LC3II/LC3I比值和Beclin-1表達,通過PI3K/AkT/雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信號通路上調自噬水平,減少Aβ的產生并增強Aβ的清除,從而改善AD大鼠的學習記憶功能[57-58]。

6 調節腦糖代謝

腦葡萄糖代謝紊亂是AD的一個病理生理特征,通過氧化應激、線粒體功能障礙等多種致病因素的誘發,與胰島素信號傳導障礙和硫胺素代謝改變相關,在 AD的病理生理改變中起重要作用。腦糖代謝受損引起的多種致病性級聯反應可能導致AD患者神經元變性,進而導致認知功能障礙[59-60]。大腦葡萄糖代謝的變化主要通過正電子發射斷層成像(PET)等腦成像技術進行評估。LAI X等[61]研究報道,針刺神門穴能夠降低 AD大鼠海馬、丘腦、下丘腦和額顳葉的葡萄糖代謝活性,提高記憶能力。CUI S等[62]研究發現,針刺神庭和本神穴可能通過改變下丘腦、丘腦和腦干的葡萄糖代謝來提高AD大鼠的學習記憶能力。而且,針刺或電針還能夠改善空間雙側杏仁核的血液灌注以及海馬和左顳葉葡萄糖攝取,提高 AD小鼠的學習記憶能力[63-65]。LIU W等[66]進一步發現,電針百會穴能夠提高APP/PS1轉基因小鼠海馬體和皮層葡萄糖轉運蛋白 GLUT1和GLUT3及代謝穩態因子AMPK和AKT,抑制mTOR的磷酸化水平,通過調節AMPK和AKT參與的能量代謝,減少皮質和海馬中的淀粉樣蛋白的積累,改善認知功能。

7 減少腦神經炎癥,調節免疫功能

神經炎癥在神經退行性疾病中扮演著重要的角色。腦神經炎癥,特別是在早期階段,神經膠質激活、促炎因子釋放和神經損傷的惡性循環,以及局部和全身因素都影響了AD發展[67]。而且,其發病機制并不局限于神經元突觸,還包括與大腦中的免疫系統的相互作用[68]。錯誤折疊和聚集的蛋白質與小膠質細胞和星形膠質細胞上的模式識別受體結合,并觸發以釋放炎癥介質為特征的先天免疫反應,也影響到AD的進展和嚴重程度。CAI M等[69]研究發現,電針太溪穴能夠上調SYN和PSD95蛋白,改善家族突變AD小鼠的記憶和突觸可塑性,減輕神經炎癥,減少突觸超微結構退化,而且能夠減少小膠質細胞介導的沉淀和APP表達。WANG F等[70]證明了電針百會穴能夠抑制星形膠質細胞 N-myc下游調節基因 2(NDRG2)和膠質纖維酸性蛋白(GFAP)的表達從而改善APP/PS1小鼠記憶障礙。朱書秀等[71-73]研究發現,電針百會、太溪和足三里穴能夠抑制AD大鼠海馬區膠質細胞以及額葉的小膠質細胞、星形膠質細胞的活化,降低AD腦內白介素(IL)-1β、TNF-α含量,從而阻斷其介導的免疫炎性反應,以防止神經元變性壞死,并通過調整機體的免疫狀態、改善AD大鼠的學習記憶。沈沉等[74]研究發現,電針大椎、腎俞和足三里穴可顯著抑制環氧合酶(COX)-2和一氧化氮合成酶(iNOS)在AD模型大鼠腦內海馬區的表達,認為電針可以通過抑制海馬區的炎性反應而改善 AD模型大鼠的認知功能障礙。JIANG J等[75]研究發現,電針四神聰、水溝和印堂穴能夠抑制 SAMP8小鼠海馬的炎癥反應,降低IL-1蛋白和NLR家族Pyrin域蛋白3(NLRP3)炎癥小體相關蛋白的表達。LI G等[76]報道針刺能夠通過下調PI3K/3-磷酸肌醇依賴性激酶1(PDK1)/新蛋白激酶C(nPKC)/Ras相關C3肉毒素底物1(Rac1)信號通路,改善SAMP8小鼠認知功能,減輕炎癥反應和核損傷。

8 增加認知功能關聯腦葉活動

近年來,PET和功能性磁共振成像(fMRI)等神經影像學技術被廣泛應用于中醫藥研究[77],為探討針灸治療AD的作用機制提供神經影像學證據[78]。其中,靜息狀態功能性磁共振成像(rs-fMRI)是一種非常有前途的非侵入性磁共振成像技術[79]。先前的研究通過rs-fMRI分析大腦區域活動,發現針刺能夠激活AD患者大腦的顳葉和頂葉區域[80-81]。WANG Z等[82]采用fMRI研究發現針刺能夠影響 AD患者的大部分海馬相關區域。LIANG P等[83]研究發現針刺太沖和合谷穴可調節AD患者腦內的默認模式網絡(DMN)。ZHENG W等[84]研究表明,針刺太沖和合谷穴能夠調節AD患者特定認知相關區域的連通性及其功能活動。CAI R L等[85]系統分析了44項靜息狀態fMRI研究結果,發現針刺可以增加與疼痛、情感和記憶相關的大腦區域的默認模式網絡和感覺運動網絡的連通性。YU C C等[78]總結了迄今研究報道中腦成像的證據,解釋針灸對大腦的影響,并分析大腦反應在認知相關針灸穴位百會、神門、足三里、內關和太溪的穴位特異性和穴位配伍,有助于我們對腦成像研究如何用于探索針灸治療 AD的潛在機制的理解。通過神經成像方法研究表明,穴位特異性是影響大腦反應的重要因素[86-87],不同穴位配伍的協同效應可以加強[88]或削弱對方[89],也可以激活不同的腦區影響針刺的治療效果[90]。因此,在未來的神經影像學研究中,觀察主導穴位和穴位配伍治療AD的差異腦激活區域,有助于闡明與病理和功能相關的大腦區域鏈接和認知相關的網絡及其作用機制。

9 調節腸道菌群

近年來一個重要的科學發現是腸道菌群參與了腸道和大腦之間的雙向通訊,人類腸道菌群甚至可能扮演著“第二大腦”的角色,與AD等神經退行性疾病有關[91]。腸道細菌、共生菌和致病性微生物能夠產生幾種神經遞質和神經調節劑,如血清素、犬尿氨酸、兒茶酚胺以及淀粉樣蛋白等,可能通過腦腸軸對免疫系統、大腦發育和行為產生重大影響,因此導致癡呆和AD的大腦破壞機制始于腸道微生物群失調、局部和全身炎癥的發展,以及腦腸軸的失調[92]。最近的研究表明, Aβ蛋白的錯誤折疊能夠通過腸-腦循環進入大腦,引起實驗小鼠的認知障礙[93]。而且,在AD的進程中,腸道菌群失衡導致外周血中苯丙氨酸和異亮氨酸的異常增加,進而誘導外周促炎性 Th1細胞的分化和增殖,并促進其腦內浸潤。浸潤入腦的 Th1細胞和腦內固有的 M1型小膠質細胞共同活化,導致 AD相關神經炎癥的發生。而新型藥物GV-971可能通過重塑腸道菌群平衡、降低外周相關代謝產物苯丙氨酸/異亮氨酸的積累,減輕腦內神經炎癥,進而改善認知障礙,達到治療 AD的效果[94]。HUANGFU Y R等[95]研究表明,針刺能夠“和胃安神”,有效緩解失眠,改變腸道微生物群平衡。這些報道提示針刺可能通過調節腸道菌群,抑制腦神經炎癥,調節腦內免疫平衡治療AD,為研究針刺治療AD的作用機制提供了一個新的方向。

10 結語和展望

阿爾茲海默病(AD)是最常見的老年癡呆癥。本文綜述了針刺治療AD作用機制的最新研究進展。針刺可減少Aβ蛋白沉積等AD特征性病理變化,促進腦營養因子釋放,提高腦神經細胞的可塑性,增強腦神經介質傳遞,減少腦內氧化應激、神經炎癥、神經細胞凋亡和自噬,調節腦內糖代謝,增加認知功能關聯腦葉活動以及調節腸道菌群等。然而,針刺治療AD的作用機制仍未解明。近年來,fMRI和PET等神經影像學技術被廣泛應用于中醫藥研究,為動態、可視化、客觀地評估大腦對針刺的反應,探討針刺治療AD的作用機制提供神經影像學證據。最近的研究顯示,AD與表觀遺傳失調[96]、脂質代謝失調[97]、血管生成[98]和腦膜淋巴功能障礙[99]等相關,而清除大腦衰老細胞[100]、調節細胞內的信息傳遞[101]、增加端粒酶活性[102]能夠改善實驗動物認知衰退或記憶能力。今后有待在表觀遺傳失調、腸道菌群失衡、腦神經營養感應和能量代謝失調、腦內外炎癥和免疫調節、腦細胞間信息傳遞改變、腦內小膠質細胞極化的調控、腦神經干細胞枯竭、腦血管生成和腦膜淋巴功能障礙以及細胞衰老等方面進一步開展針刺作用的機制研究,尤其是針刺對上述各方面的綜合調控作用可能是今后研究的重點。