針灸治療椎間盤退變的分子機制研究進展

周新宇，崔楊，朱嘉民，殷建濤，王羽心，孫忠人，尹洪娜

（1.黑龍江中醫(yī)藥大學，黑龍江哈爾濱 150040；2.黑龍江中醫(yī)藥大學附屬第二醫(yī)院，黑龍江哈爾濱 150001）

頸椎病是正常衰老過程中發(fā)生的一種常見病和多發(fā)病，嚴重威脅著人類的健康和生活質(zhì)量[1]。Theodore[2]最早述及頸椎病最本質(zhì)的變化是椎間盤退變（intervertebral disc degeneration，IVDD），其為頸椎病的始發(fā)因素及病理基礎。IVDD早期主要出現(xiàn)生物化學方面的變化，如椎間盤細胞的減少，細胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）成分的降解等，進一步引發(fā)周圍組織繼發(fā)性病變，累及神經(jīng)根、脊髓、椎動脈，出現(xiàn)長期疼痛、運動感覺異常等臨床癥狀[3]。IVDD的患病率在中老年人群中可達90%以上，但隨著人口老齡化的加快和工作生活方式的改變，IVDD發(fā)病率還在逐年升高并呈普遍化、年輕化趨勢[4]。鑒于其高發(fā)生率及治療措施不當引發(fā)的病情加重會給患者帶來極大的痛苦，因此，對患者采用安全有效的干預手段迫在眉睫。迄今為止，多種方法已被開發(fā)并應用于IVDD的治療，其中，西醫(yī)療法僅能緩解急性期疼痛的臨床癥狀，并未阻斷椎間盤組織的退變進程。與此同時，隨著針灸臨床適應證的不斷拓展，針灸在防治椎間盤退行性疾病的保守治療方法中備受青睞，但其作用機制尚不明確。本文對近年來國內(nèi)外各研究者關于針灸治療IVDD機制的文獻進行歸納和總結，旨在挖掘針灸療法優(yōu)勢的機理，為進一步深入廣泛研究和應用針灸療法提供思路與基礎。現(xiàn)將具體研究進展總結如下。

1 針灸促進細胞增殖及細胞骨架恢復

椎間盤作為各椎體間的“紐帶”，由中心的髓核、內(nèi)外層纖維環(huán)及上下的軟骨終板構成，故髓核細胞、纖維環(huán)細胞及軟骨終板細胞為椎間盤細胞的主要組成部分。椎間盤內(nèi)細胞死亡導致細胞的類型、數(shù)量及密度產(chǎn)生波動性變化是引起IVDD的重要因素之一。Delta樣配體4（DLL 4）可與受體Notch同源蛋白1/4（Notch1/Notch4）結合誘導靶基因發(fā)狀分裂相關增強子1（Hes 1）等進行轉錄，促進細胞增殖。盧巖等[5]研究顯示，針刺“項七針”穴組可通過Notch信號系統(tǒng)提高椎間盤細胞內(nèi)DLL 4和Hes 1的表達，對血管新生進行調(diào)控，在促進椎間盤細胞增殖過程中起到至關重要的作用。作為椎間盤主要營養(yǎng)滲透途徑的軟骨終板在IVDD后發(fā)生破裂、鈣化，引起軟骨終板營養(yǎng)彌散功能減弱，最終被骨組織取代，加重椎間盤組織退變。王瑩等[6]通過切除大鼠頸后部肌肉建立IVDD大鼠模型，同時應用針刺（雙側天柱、雙側大杼、大椎穴）進行干預，結果表明，針刺可增加軟骨終板交界面血管芽數(shù)量，減輕鈣化程度，改善髓核營養(yǎng)供應防止皺縮，進而發(fā)揮改善IVDD的作用。

細胞骨架是由蛋白質(zhì)構成的鏈接細胞膜與細胞核之間的網(wǎng)架體系，在維持細胞正常形態(tài)的同時參與遺傳物質(zhì)的復制、翻譯、表達等重要生命活動。椎間盤細胞內(nèi)主要包含肌動蛋白、微管蛋白和波形蛋白（actin，tubulin和vimentinl）三類細胞骨架蛋白，可將胞外的機械應力傳導至胞內(nèi)轉化為生物學信號，幫助維持胞內(nèi)成分的正常代謝與更新；而椎間盤細胞在受到不同程度的異常機械刺激時可激活Ca2+通道引發(fā)Ca2+含量突變，影響actin的重塑，同時也能夠干擾tubulin表達，調(diào)節(jié)蛋白聚糖（proteoglycan，PG）的合成和分泌，導致椎間盤的退變[7]。研究[8]表明，夾脊電針能夠升高actin、tubulin的表達，促進退變腰椎間盤細胞骨架恢復，從而起到改善IVDD的作用。

2 針灸抑制細胞凋亡

細胞凋亡是由各種信號傳導調(diào)控系統(tǒng)參與的程序化細胞死亡過程，這些復雜的反應過程主要通過死亡受體途徑、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑和線粒體途徑發(fā)揮作用。椎間盤細胞凋亡率上升是導致椎間盤活力下降的原因之一，所以，抑制其凋亡可有效促進退變椎間盤的恢復。目前，凋亡與死亡因子Fas/Fas配體（FasL）、腫瘤壞死因子受體（TNFR）通路作為死亡受體介導細胞凋亡的主要形式，均可以激活天冬氨酸特異性蛋白水解酶（Caspase）級聯(lián)反應，最終導致椎間盤細胞凋亡的發(fā)生。Liao等[9]研究發(fā)現(xiàn)，電針可通過對TNF-α/TNFR1/Caspase-8信號通路的抑制作用，提高整合素β1和蛋白激酶B（Akt）mRNA及蛋白的表達，提示電針能夠有效抑制椎間環(huán)纖維化細胞的凋亡。研究[10]表明，經(jīng)電針刺激委中穴后可明顯降低IVDD大鼠中Fas、FasL的表達，通過Fas/FasL通路抑制細胞凋亡，進而起到抑制IVDD的作用。線粒體凋亡相關蛋白中的Caspase家族（Caspase-3、Caspase-9）和Bcl-2家族（Bcl-2、Bax、Bxl）作為細胞凋亡的關鍵調(diào)控者，其含量及相對比值在決定細胞生存或死亡中起到關鍵性作用。研究[11-13]顯示，電針通過刺激不同穴位可明顯調(diào)節(jié)椎間盤細胞內(nèi)Caspase-3、Caspase-9、Bax、Bcl-2表達水平，表明電針能夠有效抑制椎間盤細胞的凋亡。進一步研究[14]發(fā)現(xiàn)，針刺聯(lián)合通痹方熱敷治療椎間盤退變，調(diào)控Bcl-2和Casepase-3 mRNA的表達，從而抑制椎間盤細胞凋亡。分泌型糖蛋白/β-鏈蛋白（Wnt/β-catenin）信號通路是一個復雜的蛋白質(zhì)作用通路，對椎間盤細胞增殖和老化過程的影響比對椎間盤細胞外基質(zhì)代謝的作用更大。研究[15]顯示，內(nèi)熱針可激活該信號通路，繼而誘導IVDD模型纖維環(huán)中Wnt1和β-catenin的表達量降低，提示此干預手段可通過調(diào)節(jié)β-catenin信號通路相關因子的表達水平來治療腰椎退行性疾病。因此，對椎間盤細胞凋亡的調(diào)節(jié)是針灸治療IVDD的重要機制之一。

3 針灸調(diào)節(jié)細胞外基質(zhì)成分降解

3.1 抑制膠原類型轉化

作為構成椎間盤的重要組成成分，膠原蛋白（collagen，COL）的交錯構型決定了椎間盤的形態(tài)及抗張強度。COL是重要的ECM成分之一，不同類型的COL（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ等）與IVDD存在著密切的關系。在正常椎間盤中，COL-Ⅰ、COL-Ⅱ分別是軟骨終板和髓核的主要成分，纖維環(huán)以COL-Ⅰ、COL-Ⅱ為主。Ⅰ、Ⅱ型占椎間盤總COL的80%左右，占纖維環(huán)干質(zhì)量的70%，Ⅵ型占10%～20%。其中，COL-Ⅴ在退變的椎間盤內(nèi)分布與Ⅰ型相一致，同COL-Ⅰ、COL-Ⅱ一樣，COL-Ⅴ在髓核內(nèi)的出現(xiàn)可能標志著退變的發(fā)生且對COL-Ⅰ、COL-Ⅱ的形成具有一定的調(diào)控作用。COL-Ⅰ適合牽引變形、吸收和傳遞應力，而COL-Ⅱ具有承受和吸收傳導壓力的作用。在IVDD的發(fā)展過程中，兩者的變性轉化會引起構成支撐網(wǎng)架的膠原纖維發(fā)生鈣化，傳導力的作用降低，使纖維環(huán)容易破裂，導致髓核突出壓迫神經(jīng)出現(xiàn)相應癥狀。王學新等[16]采用大鼠動靜力失衡性頸IVDD模型探討針刺的作用機制，結果表明，通過對頸夾脊穴進行刺激可抑制COL-Ⅰ、COL-Ⅱ的轉化，改善髓核的超微結構，提示針刺可通過調(diào)節(jié)ECM中膠原系統(tǒng)和髓核結構來抑制椎間盤退變。廖軍等[17]亦證實，電針“大椎”穴可下調(diào)頸椎病大鼠COL-Ⅴ和金屬蛋白酶13（MMP-13）的表達，上調(diào)COL-Ⅱ的表達，明顯抑制椎間盤中ECM降解。

3.2 促進多種蛋白聚糖含量升高

椎間盤細胞ECM內(nèi)含有多種PG，是構成軟骨纖維組織的主要成分。其在椎間盤中部的高水合區(qū)占髓核干質(zhì)量的50%，但僅占外層纖維環(huán)的一小部分。PG與水分子高度結合后使得椎間盤具有一定的硬度、抗壓能力和黏彈性。在IVDD過程中，PG的改變比COL變化更為突出：聚集狀PG含量明顯下降，非聚集狀PG含量增加。聚集狀PG的丟失直接導致髓核ECM滲透壓降低，造成椎間盤水合能力減弱并引起其組織構成及力學性能產(chǎn)生變化，是退變中更為初始且關鍵的表現(xiàn)。現(xiàn)代研究[18]認為，艾灸具有溫熱效應和抗衰老的作用，能延緩IVDD的發(fā)生，并治療其引發(fā)的脊柱疾病，但其防治作用及機制尚不明確。將艾灸作用原理及相關研究結果[19]結合分析可知，艾灸可通過遠紅外熱效應、紅外共振輻射作用改善椎間盤組織營養(yǎng)代謝，明顯延緩椎間盤PG含量的過度減少，從而起到防治椎間盤退變的目的，進一步證實了針灸與PG的調(diào)控關系。

椎間盤中的蛋白聚糖可分為二聚糖（BGN）和核心蛋白多糖（DCN）兩種。BGN可粘附椎間盤細胞，影響表皮生長因子、成骨蛋白1及白細胞介素1（IL-1）含量，且對COL-Ⅰ、COL-Ⅱ、COL-Ⅲ、COL-Ⅵ和彈力蛋白的裝配起到重要的作用；DCN為各類型COL纖維的主要組成部分，具有很強的黏彈性及抗壓能力。Singh等[20]指出，IVDD的主要表現(xiàn)為ECM的變化，隨著退變程度的加深，ECM中COL-Ⅰ、COL-Ⅱ、BGN、DCN等成分的丟失會使椎間盤細胞代謝失衡，間接抑制椎間盤組織退變。研究[21-23]顯示，經(jīng)夾脊電針治療后的IVDD兔BGN、DCN濃度升高，表明夾脊電針治療可通過糾正ECM合成代謝的穩(wěn)態(tài)關系達到延緩IVDD的作用。

4 針灸改善損傷區(qū)域微環(huán)境

4.1 調(diào)節(jié)相關酶系統(tǒng)代謝

在健康的椎間盤中，由于調(diào)控基質(zhì)代謝的酶系統(tǒng)及其他相關細胞因子的復雜調(diào)節(jié)，有效維持了ECM成分生成及分解的動態(tài)平衡；當這個平衡被打破，會導致椎間盤高度的降低及纖維環(huán)層的損害，也可能會導致相應節(jié)段的機械應力顯著變化，出現(xiàn)裂縫和撕裂的退變級聯(lián)反應標志，最終引發(fā)ECM降解，IVDD進一步加重。其中，金屬蛋白酶（MMPs）和解聚蛋白樣金屬蛋白酶（ADAMTSs）可分別切割COL和PG，調(diào)節(jié)ECM合成代謝。這些酶在椎間盤中的高表達量、高效率和強活性與IVDD密切相關[24]。MMPs是一種含有Ca2+、Zn2+的蛋白水解酶家族，在IVDD后被激活發(fā)生級聯(lián)反應參與代謝過程。基于水解底物的特異性可將MMPs分為膠原酶、明膠酶、基質(zhì)溶解酶、基質(zhì)金屬蛋白酶、膜型基質(zhì)金屬蛋白酶和其他類型，其中：膠原酶（MMP-1、MMP-13等）主要作用于纖維類COL，最能反應椎間盤ECM中COL-Ⅱ的代謝變化；基質(zhì)溶解酶（MMP-3等）主要水解PG、COL、明膠等底物，還可激活其他潛在的退變過程，形成瀑布效應。金屬蛋白酶組織抑制因子（TIMP-1）作為機體內(nèi)部產(chǎn)生的對MMPs活性有抑制作用的TIMP家族成員，可與MMPs按1∶1的比例形成高親和度的復合物降解其活性發(fā)揮作用。王學新等[25]研究發(fā)現(xiàn)，針刺治療IVDD大鼠時選取夾脊穴，可增加MMP-1、MMP-3并減少TIMP-1的分泌量，從而調(diào)控ECM酶系統(tǒng)的活性。研究[26-27]發(fā)現(xiàn)，電針可通過調(diào)控MMP-1、MMP-13及TIMP-1的表達，糾正基質(zhì)合成代謝失衡，參與IVDD的病理過程。ADAMTSs是繼MMPs后發(fā)現(xiàn)的一種Zn2+依賴的金屬蛋白酶家族，可與細胞表面及ECM進行特異性結合發(fā)揮作用。叢心宇等[28]采用電針干預IVDD模型大鼠，結果表明，電針可降低ADAMTS-4的含量，抑制IVDD進程。Li等[29]研究發(fā)現(xiàn)，針刺陽陵泉穴可以減少ADAMTS-7和ADAMTS-12的分泌，抑制相關酶及ECM的降解，延緩IVDD進程。

4.2 抑制炎癥反應

IVDD是一個慢性炎癥狀態(tài)，免疫炎性反應是包括IVDD在內(nèi)的大多數(shù)退行性疾病的重要病理基礎。相關炎性因子如白細胞介素（IL）、轉化生長因子β（TGF-β）、腫瘤壞死因子α（TNF-α）等在椎間盤細胞中的高表達，造成其進行性損傷，加劇了脊柱原有結構破壞及生物力學變化。IL可通過影響MMPs的生物活性，抑制ECM中PG的合成。其中，不存在于正常椎間盤組織中的IL-1、IL-6與IVDD的關系較為密切，可促進炎癥細胞聚集，啟動其他炎癥介質(zhì)的釋放，導致機體退變程度加重。劉世敏等[30]研究表明，電針天柱、大杼穴可抑制IVDD大鼠椎間盤組織IL-1α、IL-6，降低炎癥反應及ECM降解，延緩退變過程。炎癥免疫反應在IVDD過程中發(fā)揮著雙刃劍的作用，對于TGF-β也是如此，可在IVDD過程中發(fā)揮雙向調(diào)節(jié)作用：一方面可促進細胞生長和分化，有利于ECM形成；另一方面也可抑制椎間盤組織的再生。其中，TGF-β1能夠促進椎間盤最外層CD146+細胞表達并刺激其他細胞生長因子表達，進而預防IVDD進一步加重。研究[31]表明，夾脊電針可通過降低髓核細胞中IL-1β、TGF-β1的含量，減緩炎癥反應，改善臨床癥狀。TNF-α作為一種有效的促炎因子具有促使血管擴張、白細胞驅化，降低椎間盤組織的功能、活性與代謝的作用。孫衛(wèi)強等[32]研究發(fā)現(xiàn)，針刺能降低TNF-α、IL-1β炎癥因子的分泌量，減輕炎癥反應并參與IVDD的修復和再生。

4.3 增加血流量，改善微循環(huán)

椎間盤的發(fā)病機理復雜，主要由遺傳、異常機械負荷、營養(yǎng)供應不足等造成血管血流不暢，導致“瘀”證形成。血栓素A2（TXA2）和前列環(huán)素（PGI2）作為一對效用相反的不穩(wěn)定的生物活性物質(zhì)，常在體內(nèi)水解、氧化后以無活性的血栓素B2（TXB2）和6-酮-前列腺素F1α（6-K-PGF1α）存在，可調(diào)控血管的舒縮及血小板的聚散，對改善血管血流不暢、活血化瘀具有重要作用。王瑩等[33]應用針刺療法可明顯降低血漿中TXB2、前列腺素E2（PGE2）、6-K-PGF1α蛋白表達，調(diào)節(jié)TXB2/PEG2二者比例失衡，保護血管內(nèi)皮細胞功能，抑制血小板聚集異常、發(fā)揮抗血栓作用，進而加速炎癥介質(zhì)代謝，改善椎間盤組織微循環(huán)。

5 針灸調(diào)節(jié)椎間盤營養(yǎng)代謝

Naylor等[34]最早指出椎間盤作為人體最大的乏血管器官，主要通過纖維環(huán)途徑和終板途徑這兩套系統(tǒng)的滲透作用進行營養(yǎng)供應及廢物代謝，且滲透率較低。水作為椎間盤的營養(yǎng)成分之一，主要富集在髓核，幼年時含水量達80%以上，通過形成含水分的彈性系統(tǒng)達到液壓減震的目的。水通道蛋白（aquaporins，APQs）介導的水轉運已被證實是協(xié)助水分子跨膜轉運的主要途徑。隨著年齡的增長及退變程度加重，APQs通過環(huán)磷酸腺苷-cAMP依賴性蛋白激酶A（cAMP-PKA）、cAMP依賴性蛋白激酶A-環(huán)腺苷酸反應序列結合蛋白（PKACREB）等信號通路的調(diào)控作用減少了在軟骨終板中的表達，致使椎間盤的水彌散能力及含水量降低，引發(fā)能量、代謝及營養(yǎng)供應功能障礙等一系列退變反應，研究[35-36]顯示，電針可基于PKACREB通路上調(diào)AQP1、AQP3 mRNA的轉錄及蛋白表達，同時提示水彌散能力磁共振成像中表觀擴散系統(tǒng)（ADC）、各向異性分數(shù)（FA）值與AQP1、AQP3表達量呈正相關直線關系，可量化椎間盤早期退變程度，幫助診斷進而延緩椎間盤退變。

6 針灸抑制神經(jīng)纖維向內(nèi)長入

在IVDD過程中最顯著的特點為損傷后的神經(jīng)纖維通過椎間盤破裂間隙長入到椎間盤內(nèi)部，這些新生的神經(jīng)纖維會被椎間盤組織所釋放的大量炎性介質(zhì)或力學失衡刺激引發(fā)椎間盤源性疼痛。Olmark[37]指出，這些神經(jīng)的長入與軸突生長導向因子聯(lián)系緊密。軸突生長導向因子可以協(xié)同引導軸突定向移動并向靶組織生長，而在神經(jīng)系統(tǒng)損傷后的軸突再生過程中需要與靶細胞或靶組織建立準確的聯(lián)系，其中，神經(jīng)導向因子1（Netrin-1）參與并誘導軸突向靶組織生長。有研究顯示，軸突導向因子中的Netrin-1最有可能參與退變椎間盤內(nèi)部神經(jīng)纖維的生長過程。夾脊電針[38-39]通過對軸向加壓法建立的白兔退變模型進行干預治療，結果表明，夾脊電針可明顯降低Netrin-1和神經(jīng)絲蛋白200、P物質(zhì)的陽性細胞數(shù)，抑制椎間盤神經(jīng)纖維向內(nèi)生長和延伸并減輕疼痛癥狀，延緩IVDD的發(fā)展進程。

7 小結與展望

椎間盤退變（IVDD）屬于中醫(yī)學“痹證”的范疇。中醫(yī)認為，本病多由人體正氣不足及風寒濕三氣雜至引發(fā)。其病理性質(zhì)初期以邪實為主，久而正虛邪戀或虛實夾雜。在過去的幾十年里，研究者們采用了不同的研究方法，從不同的作用機理對針灸治療IVDD進行了全面深入的研究，并在臨床中得到了廣泛證實。針灸作為一種外源性刺激在治療IVDD方面的潛在機制復雜，可通過促進椎間盤細胞增殖及細胞骨架恢復、抑制細胞凋亡和ECM相關成分降解、改善損傷區(qū)域微環(huán)境及椎間盤營養(yǎng)代謝紊亂、抑制神經(jīng)纖維長入等多種病理過程達到治療IVDD的目的。以上總結可知，針灸作為治療IVDD的有效方法，可通過多個靶點發(fā)揮作用。

IVDD是整個外周和中樞神經(jīng)系統(tǒng)綜合作用的結果，其發(fā)病機制繁雜且各機制之間互相影響，故未來研究應著重探討針灸如何在多層次、多水平、多靶點間發(fā)揮協(xié)調(diào)作用并探究何種機制在針灸治療IVDD中居于主導地位。同時，IVDD作為一種慢性疾病會出現(xiàn)多種生理性退變癥狀，因此，應加強針灸與各組織中細胞衰老、程序性死亡及細胞簇形成等相關機制的研究，為后續(xù)探討針灸治療IVDD的作用提供新方向。近年來，國內(nèi)外對IVDD的研究熱點已逐步深入至細胞信號分子在轉錄和翻譯后水平的研究，但針灸治療方式在該層面的研究仍處于初級階段。此外，對針灸治療自身而言，針灸的方式、選穴、手法及刺激量等方面都需要進一步規(guī)范化，探討最佳量效關系，從而在較大程度上推進針灸治療IVDD的研究進程。