电针对脊髓损伤作用机制的实验研究进展

杜伟斌,陈荣良(.浙江中医药大学,杭州 30053;.萧山区中医院,杭州 30)

电针对脊髓损伤作用机制的实验研究进展

杜伟斌1,陈荣良2
(1.浙江中医药大学,杭州 310053;2.萧山区中医院,杭州 311201)

对电针在脊髓损伤作用机制中的实验研究进行归纳总结。根据近年来研究机制的不同,分为干预继发性损伤、干预轴突再生、干预细胞的凋亡与增殖分化3部分进行分述,并对深入研究机制提出展望。

电针;脊髓损伤;机制;实验研究;综述

[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

脊髓损伤(spinal cord injury,SCI)是由多种不同致病因素引起的脊髓结构、功能的损伤,导致损伤平面以下正常感觉、运动、自主神经功能的改变,常导致截瘫或四肢瘫。据世界卫生组织调查显示,外伤性脊髓损伤的年发病率约为12.1～58.7/100万/年[1]。针灸作为一种传统的康复治疗手段,对于脊髓损伤所造成截瘫的恢复具有肯定的促进作用[2]。在所有针灸疗法中,电针治疗脊髓损伤在临床上有比较满意的疗效。电针具有针刺和电刺激的双重治疗作用,能改善和促进SCI患者运动功能的恢复[3],但是其机制尚不十分清楚。因此本文拟对近年来电针治疗脊髓损伤机制的实验研究做一综述。

1　干预继发性损伤

1.1调节ET、TXA2和TXB2的含量

ET是一种生物活性多肽,TXA2可使血管痉挛,促进血小板聚集和血栓形成。两者都具有较强的收缩血管的作用。刘长发等[4]发现夹脊电针能明显降低SCI大鼠ET和TXA2的含量,改善伤区脊髓组织的微循环,进而防止受伤脊髓组织进一步的继发性损害。李志刚等[5]研究发现电针组ET的降低与模型组有显著性差异。以往的研究成果已表明,测定TXB2的含量可间接了解TXA2的生成情况。席莉等[6]实验证明电针治疗可显著改善脊髓损伤大鼠的生存状态,并通过抑制血液中TXB2的增多,改善微循环及损伤脊髓组织缺血缺氧状态,从而有利于损伤后的神经再生。

1.2调节氧自由基与NO水平

脊髓组织膜损伤后,氧自由基不断产生与释放,造成细胞膜通透性改变,溶酶体崩解、溶酶外溢,进而细胞坏死,造成脊髓损伤的继发性损害。SOD是抗氧化酶和自由基清除剂,MDA是过氧化脂质的代谢产物,两者的水平将影响脊髓继发性损伤的程度。张尧等[7]证明电针治疗脊髓损伤具有增高SOD活性,降低MDA含量的作用,从而增强对自由基的抵抗能力,减少脊髓损伤后的继发损伤,进而改善和促进脊髓损伤大鼠运动功能的恢复。NO在介导脊髓继发性损伤中扮演者重要角色。王婷婷等[8]发现大鼠损伤脊髓内NO含量与电针治疗介入时间呈正相关,提示电针治疗介入越早,NO下降量越大,更能保护受损的脊髓组织。

1.3调节离子通道

众多实验研究已发现脊髓损伤的程度与Mg2﹢的下降程度呈正相关的趋势,说明了Mg2﹢的降低参与着脊髓损伤的继发性损害。杨润成等[9]证实电针能使脊髓损伤区的GSH-Px的活性升高和Mg2﹢的含量明显升高,说明了其在促进脊髓功能修复中的作用。钙离子细胞内聚集被认为是神经系统细胞毒性死亡的最后必经途径,其内聚会加重血管痉挛和缺血,损害线粒体功能,从而促使神经轴突退变和毒性甘烷类的合成。李志刚等[10]实验研究表明,电针作为治疗脊髓损伤的一种有效手段,能够显著地降低Ca2﹢的浓度,从而抑制对钙蛋白酶活性的可能。是电针治疗SCI的一种重要途径,参与着脊髓损伤急性期的保护。

1.4调节皮下血流量

脊髓损伤后血流量的减少会使肌肉在收缩过程中更易疲劳,而骨骼肌的废用使静脉回流不畅,影响着血管床、肌纤维和神经纤维的物质交换,进而影响神经轴突的长入和延伸。陈晞等[11-12]观察电针不同穴组对家兔脊髓损伤后瘫痪肢体皮下血液灌流量的影响。结果发现电针督脉穴,足三里加阳陵泉穴都能明显改善皮下血流量。证明了电针对家兔腰椎损伤后瘫痪肢体皮下血液灌流量的恢复有积极作用。

1.5调节细胞因子水平

在脊髓的继发性损伤过程中,炎症渗出及其所产生的细胞因子都参与了继发脊髓组织损害和神经细胞凋亡[13]。IL-1作为一种重要的细胞因子,参与了脊髓损伤后的炎性损伤过程。孙为增等[14]观察电针治疗对SCI大鼠IL-1b表达变化的影响,发现电针组IL-1b阳性细胞数明显减少,表明经电针治疗可减轻脊髓损伤后的炎症反应。张莹莹等[15]进一步研究表明针刺及电刺激可以抑制IL-la的表达,有利于减轻脊髓炎症反应。

1.6调节免疫功能

提高免疫功能近年来也被认为是防止脊髓损伤后继发性伤害的重要途径之一。乔鸿飞等[16]采用电针脊髓损伤大鼠的百会、三阴交穴,使CD3、CD4、CD4/CD8升高,CD8降低。血浆ACTH和血清CORT较正常对照组明显升高,较阴性对照组明显降低,说明电针恢复了HPA轴功能状态。

1.7调节水通道蛋白(AQP-4)、单核细胞趋化蛋白(MCP-1)

在中枢神经系统调节通透性的途径中,AQP-4是主要的分子路径。而MCP-1参与介导脊髓损伤部位的继发性炎症反应。谢谨等[17]发现电针及磁刺激治疗均能显著降低脊髓损伤后AQP-4、MCP-1含量,减轻脊髓炎症水肿程度,在一定程度上阻止脊髓的继发性损伤,电针结合磁刺激治疗效果更好。

1.8调节相关差异蛋白与基因表达

从差异蛋白组学角度研究SCI的病理机制和电针对其的治疗作用,也越来越成为研究者们热议的方向。李志刚等[18]成功鉴定出6种蛋白质,包括假定蛋白LEF3-IAP2、泛素梭基末端水解酶、先驱B环蛋白3、假定蛋白ORFF-93、角蛋白16、泡溶酶蛋白。发现电针可影响这6种差异蛋白,从而引起炎症细胞浸润、神经细胞凋亡等途径参与SCI的损伤及修复过程。苑晓晨等[19]进一步研究发现10个丰度变化大于1.5倍的差异蛋白。表明电针可逆转急性损伤脊髓内多数差异蛋白表达的变化,推测其作用可能是通过抑制神经细胞凋亡、改善细胞能量代谢、调节异常蛋白等途径促进脊髓损伤的修复。

李志刚等[20]研究发现电针组差异表达而在模型组不出现差异表达的基因共51个,其中有36个上调,15个下调。电针可以调节SCI诱导的基因表达变化,有可能启动神经组织保护作用,也可能在一定的程度上激发和支持着损伤神经组织(包括神经纤维)的再生。该课题组[21]进一步研究发现电针治疗对大鼠脊髓损伤后notch1,ps1表达具有明显的抑制作用从而促进脊髓功能修复。而Ding Y等[22]发现督脉电针能够促进CGRP的表达,从而有助于SCI的修复。

2　干预轴突再生

2.1调节神经丝蛋白(NF)表达

构成神经元胞体和轴突的重要物质是NF,其也是神经元的特异性标志之一,在神经修复中发挥着重要作用。以往的研究已表明NF200阳性水平与后肢的功能恢复情况有密切的关系。乔鸿飞等[23]研究发现电针刺激可促进脊髓损伤大鼠NF200的表达,可能有助于脊髓功能的恢复。

2.2调节硫酸软骨素蛋白多糖(CSPGs)表达

CSPGs是CNS细胞外基质中的一种重要的成分。赵伟[24]发现电针治疗可明显抑制脊髓损伤后CSPGs的表达,减少脊髓损伤后诸多不利因素的形成,减轻脊髓继发性损伤的加重因素,保护残存的正常脊髓组织,并帮助再生轴突穿越胶质瘫痕,促进神经组织重建和功能的恢复。

2.3调节神经特异性磷酸蛋白(GAP-43)表达

GAP-43是神经元生长发育轴突再生和可塑性的分子标记,在脊髓损伤后的修复中有重要作用。汪吉明等[25]发现电针能增强损伤脊髓组织GAP-43表达水平,促进生长锥的延伸和轴突快速生长,有利于神经突触重建,促进损伤脊髓神经元再生和修复,对脊髓损伤起保护作用。

2.4调节抑制轴突生长蛋白(Nogo-A)表达

Nogo对神经突起的生长有很强的抑制作用,是重要的神经突起生长抑制因子,而Nogo-A与神经再生的关系最密切。李振鹏等[26]发现采用电针刺激治疗,刺激上下行神经纤维,使上位神经元与下位神经元形成假性信息沟通,反馈刺激了大量神经细胞及上下行神经纤维的生长,Nogo-A表达也被抑制,从而促进神经元功能的恢复,可能有助SCI的修复。

2.5调节神经营养活性物质的表达

电针能够促进NTFs的表达,维持周围神经和中枢神经的生长、存活及修复,促进脊髓损伤的修复[27]。从以往的研究得出,NGF、BDNF、NT-3、CNTF、IGF等神经营养物质的表达水平,都影响着轴突再生,对脊髓损伤后的神经修复功能有一定的作用。侯文光等[28]证实了电针可能通过激发损伤段脊髓组织中NGF的表达增多,促进脊髓损伤的恢复,改善下肢运动功能。并且电针对脊髓损伤后的BDNF及NT-3等物质都有一定的上调作用,表明其对神经功能修复的突出干预作用[29-30]。

3　干预细胞的凋亡与增殖分化

3.1调节细胞凋亡过程

继发期细胞死亡的主要方式是细胞凋亡。Bax的基本生物功能是促进细胞凋亡。张志英等[31]发现电针有可能通过下调Bax mRNA及其蛋白水平表达,从而部分抑制细胞凋亡,保护神经细胞。Fas/Fasl信号途径和TNFR-1信号途径已被证实是细胞凋亡的有效路径。时素华等[32]发现 Fas可能是细胞凋亡的上游因子,TNFR1可能是细胞凋亡的下游因子,电针治疗可通过下调Fas、TNFR1的表达,对脊髓损伤的细胞凋亡抑制、减少成纤维细胞的大量堆积和瘢痕形成,从而对神经细胞保护起到重要作用。Caspase-3、Caspase-9及 PARP-1在线粒体途径的细胞凋亡中起着至关重要的作用。李晓宁等[33-35]发现电针通过抑制Caspase-3、 Caspase-9及PARP-1在大鼠脊髓损伤神经元中表达,抑制神经细胞凋亡,减轻了脊髓继发性损伤,促进神经功能恢复。

3.2调节热休克蛋白(Hsp70)表达

Hsp是有多种生物学保护作用的内源性应激蛋白,而Hsp70是Hsp家族中最重要的成员,其表达对脊髓损伤后的神经元具有保护作用。徐维蓉等[36]实验表明电针治疗可增加脊髓损伤大鼠脊髓损伤部Hsp70及其mRNA的表达,减少细胞毒性,从而抑制神经元的凋亡和死亡。

3.3调节凋亡抑制蛋白(XIAP)表达

XIAP是凋亡抑制蛋白IAPs家族中最强的凋亡抑制蛋白,直接或间接影响和/或调节神经细胞凋亡,在脊髓继发性损伤中扮演重要的角色。主要通过抑制Caspase,NF-kB途径及抑制钾离子的外流3个途径发挥作用。宋萌等[37]认为电针能升高XIAP含量抑制脊髓损伤中的细胞凋亡,最终达到了神经保护作用。

3.4调节内质网膜跨膜感受蛋白(IRE1)表达

近年来研究者们逐步发现新的凋亡途径——内质网应激启动。而IRE1蛋白是内质网中未折叠蛋白感受器,起了重要的作用。唐袆周等[38]发现脊髓损伤后应用夹脊电针治疗,IRE1的蛋白表达水平与模型组比较均不同程度降低。表明电针通过降低内质网应激凋亡因子,升高抗凋亡因子,抑制内质网应激细胞凋亡。

3.5调节胶质纤维酸性蛋白(GFAP)增殖分化

在中枢神经系统疾病中星形胶质细胞起着重要的作用,是反应星形胶质细胞增生和胶质瘫痕形成过程必不可少的指标,而GFAP是星型胶质细胞的超微结构,作用至关重要[39-40]。何娟等[41]证实电针能促进脊髓损伤后GFAP的表达,增加星形胶质细胞逆分化,从而促进损伤后脊髓功能的恢复。

3.6调节神经干细胞增殖分化

诸多实验研究表明,针刺及电流的刺激能引起神经干细胞的增殖和分化,促进损伤神经的修复,但其机制尚不很清楚。Becker D等[42]的研究,通过对脊髓损伤的实验动物给予一定的电流刺激,可以提高中枢神经细胞的自发性再生。SSEA-1在多潜能干细胞中高度表达。何娟等[41]发现脊髓损伤后电针组SSEA-1阳性表达在7 d时达到高峰,提示了电针治疗介入的黄金时期。

3.7调节少突胶质细胞及NG2增殖分化

少突胶质细胞死亡及轴突脱髓鞘改变严重阻碍了SCI后的脊髓神经功能恢复,是近年来的研究热点。黄辉[43]研究发现电针治疗可刺激脊髓损伤后少突胶质细胞的增生。从而保护残存神经纤维的功能,进而保护脊髓,改善其功能。而NG2细胞在缺血损伤等情况下能快速增殖、分化为少突胶质细胞,并参与髓鞘的再形成,在一定条件下更能诱导分化为神经元。漆伟[44]电针治疗SCI后,能促进NG2细胞增殖分化,以改善脊髓损伤大鼠的神经功能活动。

4　结语

SCI具有死亡率高,致残率高,康复难等特点,其预防、治疗和康复在国内外医学界受到高度关注。电针作为治疗手段之一,具有针刺和电刺激的双重作用,在实验和临床研究中有了不小的发展[45-47]。上述研究已表明电针可以通过干预区域组织环境、影响神经细胞增殖存亡、促进神经活性物质的表达等多个渠道来减轻脊髓损伤程度和促进脊髓功能修复。但是脊髓损伤病理生理等机制非常复杂,其治疗机理更需进一步探讨。随着蛋白组学、分子生物学、基因水平等研究的不断深入,及联合其他综合性治疗方法的出现,更深入更系统地揭示电针干预脊髓损伤的作用机制值得展望与期待。

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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

杭州市萧山区科技局社会发展类重大项目(2013313)

杜伟斌(1988-),男,2013级硕士生,Emai l:duweibin1988@ 126.com

陈荣良(1982-),男,医师,Emai l:94093060@qq.com

2015-05-20