穴區結締組織在針刺效應啟動中的作用機制研究進展

付疆疆 林小偉 竇報敏 李艷偉 樊澤至 劉 琪 郭 義

(1 天津中醫藥大學針灸推拿學院,天津,301617; 2 天津中醫藥大學實驗針灸學研究中心,天津,301617; 3 天津中醫藥大學中醫學院,天津,301617)

穴區是針刺效應啟動的初始和關鍵部位,由皮膚、皮下組織、神經、血管、淋巴和肌肉組織構成,存在各種富含生物活性的細胞及神經感受器[1]。針刺作為一種機械性刺激,提插捻轉促進“得氣”的手法可引起穴區微環境發生一系列化學生物學變化,如結締組織變形、肌纖維斷裂、離子通道打開或關閉、多種細胞功能活化、化學物質釋放、神經感受器興奮等,將機械信號傳至結締組織,將機械刺激轉化為化學信號,產生針刺效應[1-7]。諸多因素相互作用,通過直接或間接作用傳入神經觸發并級聯放大針刺信號,產生整體調節作用[8]。

有研究顯示,“得氣”的產生可能是由于穴區結締組織內發生的機械信號轉導,而不是肌肉組織的收縮。因為即使在沒有骨骼肌的位置(如手腕)以及手掌和腳掌上也可以產生得氣感[9]。

1 針刺“得氣”引起穴區微環境改變

得氣也稱“針感”,包括患者穴區的主觀感受(針刺部位的酸、麻、脹、重感)和醫者手下的感知反應(手下的沉緊感等)。針刺效應在很大程度上與針刺“得氣”有關[5,10]。“得氣”是針刺取得良好效應的基礎,相關功能磁共振成像研究還發現強烈的得氣感覺會導致邊緣系統失活,從而取得較好的臨床效果[11]。得氣是傳統與現代針刺療法的共同點,在臨床操作中,得氣感常作為針刺治療是否有效的評估指標[11]。

針刺通過提插捻轉獲得“得氣”發揮療效的操作可能基于相同的潛在機制:針身與穴區結締組織的機械耦合,針刺“得氣”的操作可能導致穴區周圍組織與針灸針纏繞,針刺操作時通過拉膠原纖維產生機械信號,以及信號通過穴區局部傳入遠端的機械傳導。通過穴區局部細胞間的信息級聯放大將針刺信息傳入中樞發揮效應,這種機械信號的下游效應可能包括細胞因子分泌、細胞外基質的修飾、沿結締組織平面的信號放大和傳播,以及通過改變結締組織環境調節傳入感覺輸入[9]。

1.1 穴區組織形態改變 現代醫學研究表明,得氣感的產生可能是由于針體和結締組織之間的機械耦合作用,在提插捻轉操作中針體與穴區結締組織纏繞在一起,通過拉動膠原纖維對穴區的細胞和基質產生機械刺激,導致針體和局部結締組織之間的機械耦合顯著放大引起下游一系列針刺信息響應[7]。

1.2 穴區組織微環境改變 受到針刺刺激后,針身拉動穴區膠原纖維,通過分泌細胞因子、發生細胞外基質修飾、釋放降解酶及合成結構基質元素等改變穴區周圍結締組織微環境,從而調節細胞內外的信號轉導,針刺信息沿結締組織級聯放大、傳播,傳輸至整個穴區及中樞,發揮針刺效應[9]。

針刺是一種物理機械性刺激,針刺“得氣”可引起穴區組織形態發生改變,穴區針感的產生和對針感的感知是針刺取效的基礎,具有重要意義。

2 結締組織中關鍵功能細胞在針刺效應啟動中的作用

結締組織由多種細胞和胞外基質組成,力學微環境是維持和調節細胞功能的重要因素[6-7,13]。目前有研究表明,結締組織結構性變化與針刺效應密切相關[9,14-15]。現代基礎研究表明,穴區結締組織中成纖維細胞、巨噬細胞和肥大細胞參與了穴區針刺效應的啟動過程。

2.1 成纖維細胞 成纖維細胞是疏松結締組織的主要細胞成分,由胚胎時期的間充質細胞分化而來,廣泛分布于結締組織細胞外基質中,通過細胞膜上的整合素與周圍環境相互作用維持細胞的正常形態和功能。大多數成纖維細胞在內環境相對穩定時處于靜止狀態,一旦受到外界刺激或組織損傷時可迅速激活、增殖并遷移到損傷部位,參與局部炎癥反應,引起胞外基質重塑和組織修復[16]。此外,成纖維細胞可能還會與周圍其他細胞(如肥大細胞、巨噬細胞等)相互作用,共同影響結締組織的功能[17]。

成纖維細胞是結締組織中重要的感受細胞和效應細胞,可接受外界的各種刺激并作出響應[16]。有學者發現針刺后穴區會產生成纖維細胞、肥大細胞和受損筋膜組織的聚集現象,在針刺操作中針體產生的機械運動(提插捻轉)會與周圍組織產生摩擦力、牽張力和擠壓力等機械應力,這些機械應力會引起局部組織損傷,使成纖維細胞發生變形,釋放促分裂原活化的蛋白激酶(Mitogenactivated Protein Kinase,MAPK)、干擾素等信號分子,誘導成纖維細胞增殖、相關生長因子合成釋放及細胞骨架重構等一系列生物效應[17-19,5]。LIU等[20]研究發現在針刺過程中針體拉動膠原纖維導致基質變形,進而改變穴區成纖維細胞的形狀和排列。有研究發現穴區的成纖維細胞可以將機械信號轉化為生物信號,也可通過影響肌動蛋白絲和微管以重建細胞骨架將機械信號傳輸到整個結締組織中[21]。外部施加的機械應力或組織牽拉可通過激活成纖維細胞中的MAPKs信號通路介導針刺鎮痛,MAPKs信號通路是胞漿中重要的信號轉導成分,胞內的信號轉導通路最后大多都歸于MAPK信號通路[22]。外周傷害性信息由外周神經末梢傳至背根神經節和脊髓背角,激活興奮性神經元,隨后引起相關神經元細胞中鈣離子(Ca2+)內流,發生去極化,內流的Ca2+誘導胞內Ca2+依賴性蛋白激酶活化。MAPKs信號通路誘導cAMP反應元件結合蛋白(cAMP Response Element Binding Protein,CREB)基因表達發生改變從而調節神經元的功能。其中,p38 MAPKs、Jun激酶(Jun Kinase,JNK)及胞外信號調節激酶(Extracellular Signal-regulated Kinase,ERK)作為獨立的信號通道在調節炎癥反應和疼痛方面發揮重要作用,這3種通路可通過不同的細胞分子機制介導針刺效應。

PARK等[23]選用陽陵泉穴針刺治療疼痛模型小鼠后取穴區皮膚組織進行全基因組微陣列分析,結果發現組織中成纖維細胞ERK的激活是針刺鎮痛發揮效應的關鍵因素。針刺使穴區成纖維細胞中的ERK發生磷酸化,隨后進入核內上調基因轉錄因子的表達或激活核結合蛋白調節下游靶點,參與針刺鎮痛[23]。此外,ERK激活還可誘導如一氧化氮(Nitric Oxide,NO)、三磷酸腺苷(Adenosine Triphosphate,ATP)等胞外核苷酸的合成釋放,進而影響穴區外環境或激活外周傳入神經末梢傳導針刺信息[24-25]。SONG等[26]研究報道,足三里穴及其鄰近區域的筋膜組織細胞以成纖維細胞為主,針刺對足三里穴區產生的壓力刺激可促進前列腺素E2(Prostaglandin E2,PGE2)和白細胞介素-6(Interleukin-6,IL-6)的合成與釋放。前列腺素是由二十碳不飽和脂肪酸花生四烯酸經過酶促代謝反應產生的一類脂質介質,針刺促使p38-MAPK磷酸化激活胞漿中的磷酯酶A2(Phospholipase A2,PLA2),細胞膜上的PLA2可誘導胞膜磷脂釋放花生四烯酸(Arachidonic Acid,AA),AA在脂肪酸環氧合酶(Cyclooxygenase,COX)催化下形成前列腺素中間代謝產物PGH2,然后由下游不同的前列腺素合成酶生成PGE2、前列腺素2、前列腺素F2α、前列環素和血栓素A2等各種具有生物活性的前列腺素參與炎癥性痛覺過敏[27]。有研究報道針刺可通過抑制局部PGE2分泌來緩解疼痛[28]。IL-6具有廣泛的生物學作用,針刺產生的機械刺激可使其產生生物活性蛋白,調節神經遞質合成,參與針刺信息效應過程。

此外,針刺參與成纖維細胞抑制炎癥介質釋放的過程,陳波等[29]通過實驗模擬了針刺作用于足三里穴的壓力刺激,發現針刺抑制成纖維細胞合成釋放β干擾素(Interferon-β,INF-β),IFN-β可誘導M1型巨噬細胞分泌IL-17、腫瘤壞死因子-α(Tumor Necrosis Factor-α,TNF-α)、IL-1β等炎癥介質,提示針刺抗炎作用可能與其抑制INF-β的表達有關[30]。

針刺效應的啟動可能與離子通道的激活密切相關。1型辣椒素受體電位(Transient Receptor Potential Vanilloid Type1,TRPV1)主要在C-纖維和Aδ-纖維中表達,是細胞膜上的通道蛋白,受到刺激后開放引起陽離子內流膜電位增加。局部ATP釋放是離子通道激活的重要因素[31],FURUYA等[24]指出成纖維細胞受到機械刺激后可激活細胞膜上TRPV1,向周圍釋放ATP,ATP通過特定酶代謝為腺苷,腺苷可以和磷脂酰肌醇4,5-雙磷酸(Phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate,PIP2)結合,并觸發鈣波傳播(Calcium Wave Propagation,CWP)。CWP是胞外ATP釋放后,引起其他細胞通過胞內鈣信號轉導又向胞外釋放ATP的級聯反應,CWP與細胞間嘌呤能信號有關,胞外ATP可激活嘌呤能P2Y受體,受刺激的細胞會通過細胞內鈣信號轉導進行處理釋放ATP,然后釋放的ATP以旁分泌方式刺激附近細胞中的嘌呤能受體,引起細胞內鈣信號和ATP釋放。研究報道針刺過程中非神經細胞通過釋放ATP引發CWP將局部信息傳導到周圍神經末梢以應對各種機械刺激,當針刺入腧穴后穴區信息通過CWP這種鏈式反應可以將產生的針刺信號向遠端擴散,放大穴區局部針刺信息,激活外周神經末梢傳遞針刺信息[32]。因此,成纖維細胞通過CWP啟動和傳遞初始針刺信息可能是針刺效應的啟動機制之一。

2.2 肥大細胞 肥大細胞來源于骨髓多功能造血干細胞,主要分布于疏松結締組織中。其前體經從血液循環系統遷移至黏膜上皮或結締組織并增殖分化形成成熟的肥大細胞,廣泛分布于皮下、黏膜、小血管及淋巴管周圍,在皮膚中的含量較多,因此肥大細胞較容易被外部物理機械性刺激激活[33]。穴區肥大細胞的數量明顯多于非穴區,研究表明肥大細胞是介導穴區針刺效應啟動的關鍵細胞,是穴區針刺產生的物理刺激轉化為生化信號的傳感器[34-35]。肥大細胞作為腧穴的中心結構可被穴區受刺激發生變形的膠原纖維激活,也可由機械刺激通過精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸結合整合素誘導活化脫顆粒[36-37]。近年研究表明機械刺激、剪切力和滲透壓的改變可引起肥大細胞脫顆粒,繼而釋放細胞因子和炎癥介質(如組胺、P物質、IL-2和趨化因子等)[37-38]。這些物質能興奮神經末梢、改變血管通透性,繼續引起周圍肥大細胞脫顆粒,釋放細胞因子和炎癥介質,又進一步誘導周圍其他肥大細胞脫顆粒,引起軸索反射,向周圍逐步放大擴散,釋放大量的炎癥介質等刺激相鄰神經末梢,使局部的針刺信號逐連放大并向下傳遞,肥大細胞的脫顆粒現象是針刺產生效應的重要因素[39-40,33]。針刺引起膠原纖維變形,通過牽拉膠原網絡間接刺激肥大細胞上的機械性離子通道,誘導肥大細胞脫顆粒,向胞外基質釋放各種介質,如ATP、組胺、血清素和腺苷等,胞外基質中的腺苷在針刺信息傳遞中發揮著重要作用[41-43]。腺苷是一種具有抗傷害性的神經調節劑,組胺和腺苷分別與神經受體上的H1和A1受體結合將機械刺激轉化為針刺信號,產生特定的興奮性神經信號傳輸至中樞神經系統進行整合,誘導大腦釋放阿片肽類物質,發揮鎮痛作用[41,44]。表明針刺操作可促進肥大細胞脫顆粒激活神經細胞,促進免疫抑制細胞的釋放和浸潤,將針刺信息整合、傳遞到神經和免疫系統,介導抗炎反應,調節疼痛處理途徑以響應針刺效應。

2.3 巨噬細胞 巨噬細胞是先天免疫系統的關鍵組成部分,源于骨髓中的單核細胞,是結締組織中的常駐免疫細胞,參與適應性免疫反應和炎癥反應,受外源因子、局部組織微環境和神經內分泌免疫系統的連鎖通路調控,根據微環境的變化巨噬細胞可分化為典型激活的M1型巨噬細胞(促炎型)和交替激活的M2型巨噬細胞(抗炎型),M1型與M2型具有完全不同的轉錄譜和功能[45-46]。M1型巨噬細胞主要表達TNF-α、IL-12、IL-23、IL-1β、NO和活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS)等促炎癥介質,具有促進炎癥反應發展、殺菌、吞噬和加強抗原提呈等功能。M2型巨噬細胞主要表達TNF-α、IL-6、IL-10和轉化生長因子-β(Transforming Growth Factor-β,TGF-β)等抗炎細胞因子,具有殺死細胞外病原體、清除碎片、修復組織損傷和抑制炎癥反應等功能[47-48]。

針刺的抗炎機制主要集中在抑制炎癥介質和促進抗炎因子上。最近的研究表明,針刺可增加穴區M2型(抗炎型)巨噬細胞的表達,引起巨噬細胞極化,M2型巨噬細胞增加有益于針刺發揮抗炎鎮痛效應[49-50]。DA SILVA等[51]研究發現針刺三陰交穴可減少M1型巨噬細胞(促炎)的含量,同時增加IL-10來源的M2型巨噬細胞表達,針刺可通過IL-10誘導炎癥反應組織中巨噬細胞從M1轉換為M2型緩解肌肉痛。有研究利用統計復雜網絡和細胞-細胞通訊網絡圖方法分析篩選出單核細胞趨化蛋白-1(Monocyte Chemotactic Protein-1,MCP-1)、趨化因子CXC配體2[Chemokine(C-X-C Motif)Ligand 2,CXCL2]、巨噬細胞炎性蛋白-3α(Macrophage Inflammatory Protein-3α,MIP-3α)和IL-1β、IL-6等在足三里穴區高表達的關鍵細胞因子,通常表達于炎癥反應細胞和內皮細胞中趨化因子家族中的MCP-1、CXCL1、MIP-3α,可誘導巨噬細胞、中性粒細胞和其他免疫細胞遷移至炎癥反應局部,啟動炎癥反應相關細胞和介質的早期階段募集[52-53]。IL-1β和IL-6屬于先天免疫的細胞因子,由單核或巨噬細胞、成纖維細胞等功能細胞在感染或炎癥反應狀態下分泌,參與調節免疫和代謝,促進炎癥反應的發生發展。上述關鍵細胞因子和關鍵細胞可能相互作用或促進,進一步激活其他分子和細胞功能,放大針刺的局部信息,從而觸發針刺的整體調節作用。

3 討論

結締組織中的細胞和胞外基質是調節各種刺激和損傷事件的微環境,能被局部細胞釋放的各種活性物質感知、整合及傳遞信息。穴區的結締組織是針刺發揮效應的結構基礎,局部細胞為針刺最小的特異性靶點結構,作為一種機械刺激,當針刺入皮膚后首先引起穴區微環境的變化,如成纖維細胞發生增殖分化、肥大細胞脫顆粒、巨噬細胞極化等,穴區重要功能細胞發生結構和功能改變與其他因素協同將針刺產生的機械力信號轉化為生物學信號并級聯放大,直接或間接激活外周神經末梢,將局部的針刺信息傳遞至中樞進行整合。腧穴是針刺信號的起始部位,是針刺信息轉化、放大、傳遞的共性關鍵源頭。目前針刺穴位啟動研究在針效機制研究中占比較小,且多是單一碎片化研究。當針刺入腧穴后可能是多個組織、多種細胞及多條通路同時協同發揮作用,且各種化學物質、細胞因子等之間相互影響。在針效啟動中穴區微環境中參與針效啟動的細胞、因子,以及其上下游關系等問題仍沒有得到很好的闡釋,這些問題也是未來的重點研究方向。本綜述通過總結結締組織中重要的幾類功能細胞在針刺信息啟動中的作用機制,為揭示針刺效應的啟動機制提供科學依據。

利益沖突聲明:無。