针刺对缺血性脑血管病的分子生物学调节机制的研究进展*

刘晓华,沈梅红,李忠仁

(南京中医药大学第二临床医学院,江苏南京 210046)

缺血性脑血管疾病属中医“中风”的范畴,包括短暂性脑缺血发作、脑血栓形成和脑栓塞,是中老年人常见病,具有发病率高、致残率高、死亡率高、治愈率低的特点,严重影响人类的身心健康和生活质量。当前对该病的防治已成为医学研究的重要课题。许多研究资料从实验研究方面证实[1]：针刺对缺血性脑血管病的神经元的受损具有确切的疗效及保护作用,其机制研究目前已从整体水平深入到细胞和分子水平。本文将就近年来针刺对缺血性脑血管病保护作用的分子生物学调节机制作一系统回顾并综述如下。

1 抑制细胞凋亡

脑缺血后引起的迟发性神经元损伤即凋亡,涉及蛋白质合成和复杂的信号级联反应,是缺血性神经元损伤的最延迟环节。邹氏等[2]发现针刺可抑制脑局部缺血后 c-fos蛋白的表达,进而调控其后发的凋亡相关基因,发挥抑制细胞凋亡的作用。孔氏等[3]证实电针可通过下调局灶性脑缺血再灌注海马 CA1区促凋亡基因 Fas水平,抑制细胞凋亡,减轻缺血半暗区神经元损害。李氏等[1]报道电针可显著改善脑纹状体缺血性神经元损伤凋亡细胞的形态,使 Bax蛋白的表达明显减少,同时上调抗凋亡基因 bcl-2蛋白的表达,提示电针有抗缺血神经元凋亡的作用。其机制与针刺促进 bcl-2基因的表达,使其抑制因缺血、缺氧所引起的自由基生成、谷氨酸增加、细胞内钙超载及神经生长因子缺乏等造成的神经细胞凋亡有关。

2 抑制炎性细胞因子

脑组织缺血后,损伤区炎性细胞聚集增加,炎性细胞因子表达上调,参与脑缺血后炎症性损伤而加重脑缺血。近年来研究表明,中枢神经系统(CNS)可对各种损害产生炎性反应,如肿瘤坏死因子 α(TNF-α)、白介素和粘附分子在 CNS炎症反应的扩散和持续方面已被强调。周氏等[4]发现电针可显著改善脑缺血再灌注大鼠神经缺损行为体征,同时明显降低脑组织髓过氧化物酶(MPO)、TNF-α的含量。说明电针对脑缺血再灌注损伤有显著的保护作用,其机制可能为调节脑组织 MPO、TNF-α水平,遏止炎症反应,减轻缺血再灌注继发性神经元损伤。实验[5]证明头针可减轻急性脑缺血再灌注后白细胞的浸润,下调 TNF-α、IL-1β的表达,从而减缓炎性免疫反应,减轻脑缺血再灌注损伤,实现对脑组织受损神经元细胞的保护作用。苏氏等[6]观察到脑缺血后细胞黏附分子(ICAM-1)表达增加,针刺可降低 ICAM-1的表达,从而减轻缺血后 ICAM-1导致的缺血性脑损伤。其机制可能与抑制脑内 ICAM-1的表达,减轻炎症反应有关。

3 抗自由基损伤及脂质过氧化反应

脑缺血时,由于大量氧自由基消耗了超氧化物歧化酶(SOD),使 SOD清除自由基能力下降,过剩的自由基与脑组织生物膜不饱和脂肪酸发生过氧化连锁反应,产生大量脂质过氧化物丙二醛(MDA),使脑组织生物膜结构与功能受损,从而引起细胞损伤直至死亡。李氏等[7]观察到电针或预防性电针缺血再灌注大鼠“百会”、“大椎”两穴,可使模型大鼠血清 、海马、大脑皮层、纹状体等脑组织及核团谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)和皮质及纹状体区 CAT的低活性状态得到显著增高,高 MDA含量显著降低,推测电针具有预防及逆转脑缺血再灌注所造成的脂质过氧化及自由基连锁反应,具有良好抗氧应激和脑保护作用。任氏等[8]报道,大鼠在脑缺血后 MDA含量明显增高并持续上升,说明局灶性脑缺血形成后组织的破坏呈进行性发展,而经电针处理的大鼠,MDA含量相对降低,SOD的活性明显增高,表明针刺具有内源性调节作用,在某种程度上抑制自由基的产生及连锁反应的发生,促进神经细胞结构及功能恢复,延缓神经细胞的缺血性坏死,从而对局灶性缺血脑组织起到保护作用,这可能是针刺治疗缺血性脑血管疾病的另一原理。

4 调节一氧化氮及一氧化氮酶

NO是在一氧化氮合成酶(NOS)催化下,由 L-精氨酸氧化产生,具有强烈的舒张血管作用。在缺血性脑损伤中的作用是双重的,依赖于 NO的起源,源于iNOS和神经原性一氧化氮合成酶(nNOS)过度表达所形成者,具有神经毒性;源于 cNOS的 NO有神经保护作用。因而针刺可通过对不同来源 NO的调节而起到对神经元的保护作用。许氏等[9]发现大鼠局灶性脑缺血后,缺血区脑组织 NO含量升高和 NOS活性增强,给予电针治疗后,NO含量和 NOS活性均显著下降。提示电针可抑制缺血后脑内 NO含量和 NOS的活性,从而保护脑缺血后继发神经元的损伤。林氏等[10]探讨电针对脑缺血大鼠可能的抗氧化治疗机理及血清 NO、NOS的浓度变化。发现电针可使模型大鼠血清中高 NO、NOS含量显著降低,可见电针对脑缺血造成的自由基损伤、脑神经细胞及细胞器的过氧化,可能有预防及逆转作用。李氏等[11]利用电针患侧“百会 ”、“曲池”、“环跳”、“足三里 ”穴,手术后 12 h处死并检测大脑皮层患侧单胺类神经递质和血清一氧化氮。发现和模型组相比,缺血前期电针组大脑皮层 NE明显升高,血清中 NO的水平提升。说明缺血前期电针通过对单胺类神经递质的调节,血管活性物质的改善等,在不同的环节阻断脑缺血再灌注后的瀑布性损害反应,具有防治缺血性中风及保护脑缺血再灌注损伤的作用,临床早期电针防治中风具有积极意义。但以上关于电针(针刺)对 NO含量调节的报道,结果并不尽相同甚至相反,其原因笔者分析一方面可能与采用的模型、模型制作、操作标准、治疗方法不同等有关;另一方面由于 NO的“双刃剑”作用。今后研究可从分子生物学角度出发,进一步观察 NO的起源,是通过抑制 iNOS和 nNOS,还是促进 cNOS从而影响 NO含量,进而发挥电针的调节 NO及 NOS作用,这也是我们下一步进行研究的主要方向。

5 阻抑细胞内钙的超载

钙离子参与细胞生物电反应和胞内生物化学反应过程。神经细胞发挥正常功能中 Ca2+起着重要调节作用。正常生理条件下依赖钙泵的作用胞内钙浓度远低于胞外,在脑缺血缺氧时由于能量供应不足,钙通道开放,钙外排障碍等,造成细胞内钙超载。细胞内钙超载一方面可使血管收缩,进一步加重脑缺血缺氧;另外还可引起细胞代谢障碍甚至导致细胞死亡。霍氏等[12]观察到针刺不同穴组均能降低脑缺血再灌注大鼠脑组织异常升高的 Ca2+的含量,均对脑缺血损伤具有保护作用。说明针刺治疗中风的作用机理与维持细胞内外离子稳态有关。许氏等[13]利用激光共聚焦扫描显微镜观察缺血区脑片中脑细胞内 Ca2+的变化,发现电针可降低缺血后皮质部和纹状体细胞内 Ca2+含量,抑制胞内 Ca2+超载,从而保护脑缺血后继发神经元的损伤。

6 拮抗兴奋性氨基酸释放

脑组织中的兴奋性氨基酸(EAAs)主要包括谷氨酸(Glu)和天门冬氨酸(Asp)。在生理状态下细胞外的兴奋性氨基酸浓度受酶降解、神经细胞和胶质细胞重摄取等机制调控,不会对神经元产生兴奋毒性,当脑缺血时三磷酸腺苷(ATP)合成不足,EAAs重摄取发生障碍且因钙内流而释放加速,造成病灶局部脑组织间隙 EAAs过量积聚,引起对突触后膜受体的过度刺激而介导细胞渗透性肿胀和相关损伤,此即所谓的兴奋毒性。侯氏等[14]建立高脂血症复合高糖血症动物模型,观察大鼠血 Glu变化,探讨针刺干预此复合模型致缺血性脑血管病的脑保护机制。发现针刺可明显下调血 Glu含量,维护和保持血管内皮的完整性,从而保护脑组织。这可能是针刺干预高脂血症复合高糖血症发生缺血性脑血管病的机制之一。陈氏等[15]报道电针可下调脑缺血后海马兴奋性氨基酸受体(NMDA受体)水平,从而抑制兴奋性氨基酸毒性释放,减轻缺血性脑损伤。表明针刺可抑制细胞外兴奋性氨基酸的过量堆积,从而抑制兴奋性毒性而发挥保护作用。

7 对 cGMP、cAMP信使的调节

cGMP、cAMP作为第二信使分子,参与细胞信息的传递。王氏等[16]报道电针可使急性脑梗塞大鼠血浆中过度降低的 cAMP含量明显升高而趋于常值,使升高的cGMP含量有下降的趋势,使 cAMPcGMP值升高而趋于正常。说明针刺可通过调节 cAMP、cGMP含量及二者比值,改善梗塞区脑组织供血,从而起到治疗作用。吴氏等[17]头穴透刺急性脑梗塞大鼠,结果发现血浆中cAMP含量显著升高,cGMP含量逐渐下降,病理性减少的 cAMPcGMP比值增大,并均趋于正常水平。提示针刺可能通过调节机体血浆和缺血脑组织中 cAMP、cGMP的含量及二者的比值从而介导血管平滑肌的松弛反应,改善局部供血,继而取得了临床治疗效果。

8 调节能量代谢

穆氏等[18]探讨电针对局灶性脑缺血再灌注大鼠纹状体线粒体 ATP酶的影响,发现模型组 Na+-K+-ATP酶、Ca2+-ATP酶、Mg2+-ATP酶活性较对照组显著下降;电针组各种 ATP酶活性与对照组比较无明显差异,与模型组比较显著升高。认为电针可提高纹状体神经元细胞的能量代谢能力,从而发挥对缺血再灌注纹状体损伤的保护作用。陆氏等[19]发现全脑缺血再灌注大鼠经针刺治疗后下降的 GSH-px活性复又升高,说明针刺可减轻脑组织 GSH-px代谢障碍,改善脑能量代谢,对脑缺血神经元起保护作用。沈氏等[20]证实电针使缺血再灌注大鼠大脑皮层、纹状体细胞中 ERK表达阳性细胞数明显增多,具有上调脑缺血再灌注大鼠细胞外信号调节蛋白激酶(ERK)的蛋白表达作用。推测电针上调 ERK蛋白表达是电针抗氧应激针对缺氧刺激启动修复过程而促进细胞存活,对经历缺血再灌注损伤的神经元具有显著的保护作用。

9 结语

综上所述,缺血性脑血管病是一个复杂的病理过程,针刺对其防治机制也是多部位、多靶点的调节,包括维持离子稳态、调控第二信使分子含量、降低细胞兴奋性氨基酸含量、抑制细胞凋亡、调节能量代、抑制炎性因子、清除自由基、调节 NO含量。但随着科学技术的进步,缺血性脑血管病发生发展机制仍处在不断深入探索中,有关针刺治疗本病的分子生物学机制研究仍需进一步商榷,如许多实验研究往往仅观察针刺对某些指标的影响,未把针刺治疗该病机制作一统一整体来考虑,仍处于各自孤立状态,同时研究中也未见有关针刺对缺血性脑血管病分子生物学水平互相调节的机理研究。目前,大多数研究者均集中于发病后治疗,并未体现中医的“未病先防”的思想。为此,今后研究中应利用针刺自身特点,应用循证医学方法及随机对照可比的方法,找准契合点,充分发挥传统医学的特长,在科研工作中,创立新模式,从系统观、整体观等角度出发多指标、多学科、多靶点等研究,以达到更广泛地阐明其综合作用机理,尤其是细胞的信号转导和分子生物学等方面作用的原理。笔者相信,随着近代医学科学的发展和进步,通过不懈努力,针刺疗效作用的分子生物学机制及信号调节机制一定会有更加惊人的突破。

[1] 李忠仁,崔龙,沈梅红,等.电针对脑纹状体缺血性神经元细胞凋亡及基因表达的调整[J].中国临床康复,2006,10(7)：105-107

[2] 邹军,张家维,赖新生.电针对缺血性中风兴奋性氨基酸、c-fos及细胞凋亡影响[J].陕西中医,2002,23(8)：760-761

[3] 孔立红,任婕,周华,等.电针对脑缺血再灌注大鼠海马 Fas蛋白表达的影响[J].中国中医急症,2006,15(11)：1252-1253

[4] 周爽,黄建华.电针对脑缺血再灌注损伤大鼠炎症反应的影响[J].江苏中医药,2005,26(7)：49-51

[5] 周利,张红星,刘灵光,等.头针对急性脑缺血再灌注大鼠促炎性反应因子TNF-α、IL-1β含量的影响[J].针刺研究,2008,33(3)：173-178

[6] 苏红梅,朱广旗,欧阳泠星,等.针刺对大鼠脑缺血再灌注损伤后ICAM-1表达的影响[J].上海针灸杂志,2006,25(12)：30-32

[7] 李忠仁,崔龙,郭志力,等.电针对脑缺血再灌流抗氧应激的研究[J].针刺研究,2005,30(2)：67-71

[8] 任玉录,孙德俊.电针对局灶性脑缺血急性期大鼠脑组织中自由基水平影响和神经功能相关性的实验研究[J].中西医结合心脑血管病杂志,2008,6(6)：679-680

[9] 许能贵,易玮,赖新生,等.电针对局灶性脑缺血大鼠 NO、NOS和ET-1的影响[J].广州中医药大学学报,2002,19(1)：63-64

[10] 林旭明,李忠仁,沈梅红,等.电针对脑缺血大鼠血清一氧化氮及一氧化氮合成酶影响的研究[J].针灸临床杂志,2007,23(1)：48

[11] 李昌植,葛林宝.超早期电针干预对脑缺血再灌注模型大鼠单胺类神经递质和一氧化氮的影响[J].吉林中医药,2005,25(1)：51-52

[12] 霍则军,任秀君,刘青云.针刺不同穴组对脑缺血再灌注大鼠保护作用研究[J].山西中医,2004,20(1)：47-48

[13] 许能贵,易玮,赖新生,等.电针对局灶性脑缺血大鼠脑细胞内Ca2+含量的影响[J].中国中西医结合杂志,2002,22(4)：295-297

[14] 侯雪民,杨骏,李万瑶.Glu、vWF和TC、TG参与电针对实验性脑血管病保护作用的研究[J].针灸临床杂志,2007,23(3)：40-43

[15] 陈虎,蔡定芳,沈思枉,等.电针对局灶性脑缺血大鼠海马兴奋性氨基酸受体的影响[J].上海针灸杂志,2003,22(5)：13-15

[16] 王亚文,刘又香,周爽,等.电针对大鼠急性脑梗塞血浆中cAMP、cGMP含量的影响[J].上海针灸杂志,2002,21(6)：33-35

[17] 吴绪平,周爽,刘又香,等.头穴透刺对急性脑梗塞大鼠血浆中cAMP、cGMP含量的影响[J].中国针灸,2000,20(11)：694

[18] 穆艳云,李忠仁,牛文民,等.电针对局灶性脑缺血再灌注大鼠纹状体线粒体 ATP酶与总体抗氧化能力的影响[J].上海针灸杂志,2007,26(1)：42-44

[19] 陆任云,徐斌,李君荣,等.针刺对缺血再灌注脑组织形态结构和酶活性影响的实验研究[J].针刺研究,2002,27(1)：5-9

[20] 沈梅红,李忠仁,项晓人,等.电针对 MCAO大鼠 ERK蛋白表达的影响[J].针刺研究,2007,32(6)：368-372