基于脑源性神经营养因子探讨针刺治疗认知障碍的机制及思路＊

李思妤，胡 琼，郎 娟，汪海燕，张 虹

（成都中医药大学针灸推拿学院 成都 610075）

阿尔茨海默病（Alzheimer disease，AD）的发病率在全国乃至全球逐年攀升，以记忆损伤为主的认知功能障碍引起严重生活和经济负担[1]。AD 的主要病理改变为β 淀粉样蛋白（amyloid β-protein，Aβ）沉积和Tau 蛋白异常磷酸化形成的神经纤维缠结[2]，其产生的神经毒性是神经元异常、认知功能下降的主要原因。

近年来，越来越多的学者开始关注Aβ 的生成、聚集、清除及靶向治疗的相关研究，并在基础和临床研究上取得了重要进展[3]。除较常规的胆碱能药物外，多位学者在相关药物开发研究中发现，血管紧张素对认知功能有一定改善作用，可能作为未来治疗认知障碍的强有力候选药物之一[4-5]。另有研究指出，认知障碍多为循环障碍的伴随症状，他汀类药物的使用可能延缓AD 的症状和进展[6]。众所周知，神经肽在认知障碍中发挥神经保护作用[7]，外周胰岛淀粉样多肽治疗可以减少AD 小鼠模型大脑中的淀粉样病变，并改善其学习和记忆能力[8]。随着当下医疗环境的改善和进步，中医治疗认知障碍亦取得了可观结果。李娜等[9]发现中药及针灸康复可通过调节信号通路及细胞因子等免疫反应，影响神经细胞超微结构和功能，从而改善认知水平。在罗本华等[10]的研究中，相对于同龄健康人，轻度认知障碍（MCI）患者存在明确的氧自由基损伤机制；“益气调血，扶本培源”药线灸可提高患者血清中谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)含量，降低诱导型一氧化氮合酶(iNOS)含量，有改善患者氧自由基损伤机制的作用。张美娅等[11]发现，生慧汤可能通过上调下丘脑区Bmal1基因的表达来降低海马区炎症因子IL-6、TNF-α 蛋白含量，从而改善认知功能。杨超等[12]的研究表明，涤痰汤可能通过调节VD大鼠海马区氧化应激，保护海马神经元，改善大鼠空间学习记忆能力。除此之外，认知康复训练也是一项有效干预手段。在针对轻度认知障碍患者的研究中发现,采用智力游戏进行静态快速反应训练，可以明显改善患者的选择反应时指标；但同时施以肢体参与活动的动态快速反应训练更易被患者认可和接受，且更能明显提高选择反应时的改善效果[13]。游戏化的认知训练可用于增强患者的记忆[14]。运动-认知干预不仅可以有效改善患者的认知功能，提高日常生活能力，同时还能缓解患者不良情绪[15]。

目前，针对认知障碍的治疗方式都只能延缓病程，且存在一定局限性。实验证明，针刺作为传统中医疗法，治疗认知障碍疗效肯定，其机制主要有调节Aβ、P-tau、突触相关蛋白、炎性反应、氧化应激、神经递质等。本课题组分析近年来国内外实验研究，发现脑源性神经营养因子（brain derived neurotrophic factor，BDNF）介导的信号通路及其相关受体在神经传导中有选择性的激活与表达，进而改善认知功能。故本研究综述BDNF 改善认知障碍的研究现状，并基于BDNF 探讨针刺治疗认知障碍的作用机制，以期为针刺治疗认知障碍的研究与实践提供新的思路。

1 BDNF改善认知障碍的机制研究

脑源性神经营养因子（brain derived neurotrophic factor，BDNF）是神经营养因子家族的重要组成部分，在中枢神经系统发育过程中，通过激活受体络氨酸激酶TrkB 来调节神经元的存活、分化和可塑性[16]。BDNF-TrkB 主要通过三种途径传递信号：磷酸肌醇3激酶/蛋白激酶B（PI3K/AKT）、丝裂原活化蛋白激酶/细胞外信号调节激酶（MAPK/ERK）和磷脂酶C-γ/蛋白激酶C（PLC-γ/PKC）[17]。由BDNF 介导的TrkB 受体及其下游信号转导途径激活调节的细胞效应包括神经元的存活与增殖，轴突与树突生长，细胞骨架的组装与重塑，膜运输与融合以及突触的形成、结构与功能可塑性等[18]。

1.1 神经信号传递

BDNF激活TrkB受体增加了突触前区域活性区突触小泡的积聚，使突触小泡与肌动蛋白丝解离，增加囊泡对接和谷氨酸等神经递质释放，从而加强突触传递。BDNF-TrkB 复合物可以内化并逆向运输到细胞体，进入胞体后，活性受体可以改变基因表达和mRNA翻译，新合成的蛋白质可以与轴突一起与预先存在的蛋白质一起转运。BDNF-TrkB 复合物同时还可以通过激活不同的信号传导途径诱导突触后反应[19]。神经信号通路的激活是神经传递的基础，BDNF-TrkB 在其中至关重要。

1.2 蛋白转录、翻译与运输

介导BDNF 转录调节的转录因子之一是cAMP 反应元件结合蛋白（CREB），BDNF及其受体TrkB通过激活MAPK/ERK途径以及下游转录因子CREB调节蛋白质转录，而MAPK/ERK 和PI3K/Akt 共同参与调节翻译过程。突触素（SYP）是一种与突触功能密切相关的膜蛋白，广泛存在于神经元的突触前膜上，神经元接收到外界刺激产生电信号充动，促使SYP 发生磷酸化，电信号转为化学信号，突触囊泡向突触前膜移动，并释放化学信号。突触后致密物95（PSD-95）是突触后致密物复合物中的重要构成物质，通过与NMDA 受体亚基的C 末端结合调节细胞蛋白表达和酶的活性，参与调节神经递质的分泌、积聚及相应受体的生物功能；激活PLC-γ/PKC 途径能够促进PSD-95 棕榈酰化以附着在膜上并经PI3K/Akt 途径传递到突触后膜，这一系列反应是神经信号顺利传递的重要过程。神经元生长的控制依赖于PI3K/AKT 信号传导途径，其以雷帕霉素靶蛋白（mTOR）依赖性方式调节细胞骨架动力学和轴突和树突中蛋白质的局部合成，其中mTOR是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，在mRNA 的翻译和细胞生长的控制中起重要作用；MAPK/ERK 通过增加真核起始因子4E（eIF4E），4E 结合蛋白1（4E-BP1）和核糖体蛋白S6 的磷酸化来调节蛋白质合成；另一方面，持续的ERK 信号传导能够增加CREB 的活化并调节树突生长所需基因的转录，包括调节细胞骨架动力学的蛋白质合成[18]。蛋白质的转录、翻译、合成同时决定了神经细胞的结构和功能，是突触可塑性的必要条件。

1.3 LTP

长时程增强(long-term potentiation，LTP)为由传入神经纤维的短暂高频电刺激或通过突触前和突触后的同时激活诱导的突触强度的持续（数小时至数天）增加。有学者通过BDNF输注导致MAPK/ERK的快速磷酸化，并在BDNF 递送期间局部输注MEK 抑制剂，此举消除了BDNF-LTP 和相关的ERK 活化，表明对于BDNF-LTP 的诱导，需要激活MEK-ERK 信号通路[20]。突触后树突中谷氨酸受体（NMDAR）的N-甲基-D-天冬氨酸亚型的激活是许多兴奋性突触的LTP 所必需的，研究指出，NMDARs通过触发活动诱导的BDNF 的分泌，在小鼠皮质纹状体突触的LTP 诱导中发挥重要作用[21]。LTP 可通过TrkB 受体下游的PLC-γ 位点控制。此外，ERK 信号传导激活其下游转录因子CREB也能诱导LTP[22-24]。

2 针刺对BDNF的作用机制

国内外实验研究证实，针刺能够一定程度调节BDNF 水平。晋志高等[25]在观察针刺对海马、杏仁核CREB 影响时发现，针刺组海马、杏仁核区CREB 阳性标志物明显多于对照组，通过调节CREB 信号转导通路能够上调BDNF，促进其合成与分泌，进而促进神经细胞再生。黄晓真等[26]研究表明，针刺可通过影响穴位效应和神经放电，进而影响环磷腺苷效应元件结合蛋白分泌及其功能的发挥，通过cAMP/PKA-CREBBDNF 信号通路影响脑源性神经营养因子的表达，从而调节神经突触的强度和神经递质的释放，影响突触可塑性，达到大脑功能重组和代偿。另有学者发现，电针能够直接上调BDNF 表达水平，抑制海马神经细胞凋亡，从而改善认知功能[27]。电针可以增强BDNF及其受体TrkB的表达，抑制海马PSD-95表达的减少，改善突触超微结构，减少认知损伤[28]。以上研究表明，针刺能够直接调节BDNF 及其受体TrkB 的表达水平，也能够通过调节下游传导途径间接增加BDNF 的含量，以促进神经元的修复和认知功能的改善。

3 针刺治疗认知障碍的作用机制

3.1 下调Aβ、P-tau

Aβ、P-tau 的含量及表达所引起的神经毒性影响下游的一系列病理变化，已有实验证明电针能够减少Aβ1-42沉积并减轻其引起的细胞损伤，同时促进神经再生[29]。姜美驰等[30]应用针刺“四关”穴的方式，通过气血同调改善脑组织的微循环，加速微血管周围组织结构对Aβ1-42等毒性物质的清除，减轻Aβ毒性，延缓胶质细胞的活化，进而减少白介素IL-1β的表达，使受损的神经元恢复并促其再生，从而使IL-2的表达增加，减缓海马组织神经元的受损及功能的降低，提高AD 大鼠的学习记忆能力。王振垚等[31]发现，经头针结合针刺背俞穴治疗后的脑卒中后认知障碍患者，其血清淀粉样前体蛋白(APP)、Aβ1-42水平均明显下降，且患者认知功能及日常生活活动能力有所提高。Tau 蛋白在微管蛋白单体组装成微管和稳定微管到神经元中的其他细胞骨架元素中起重要作用，微管的形成是一种动态的装配和拆卸过程，对轴突运输至关重要。因此，微管相关蛋白Tau异常磷酸化后丧失与微管的结合能力，破坏该过程可能导致突触传递功能障碍和神经元死亡。抑制Tau的过度磷酸化可以有效缓解神经退行性病变的发生和发展，张敏等[32]发现，经电针治疗后，海马内P-tau 表达显著降低。由此可见，针刺能够减少AD 病理学产物，从根本上减轻神经毒性和细胞损伤，改善微循环，提高认知能力。

3.2 上调突触相关蛋白

突触素（SYN）、突触后致密物95（PSD-95）与神经生长、修复再生和突触重塑密切相关。王威等[33]研究发现，电针可增加海马CA1 区神经元数目，促进海马CA1 区重建，并提高SYN 表达，明显改善学习记忆功能。张学君等[34]对海马突触超微结构的观察结果提示，针刺后海穴可能通过抑制SYN 阳性细胞数丢失并促进突触重建，进而保护突触信息传递功能及神经元递质合成，最终改善学习和记忆能力。张亢亢等[35]为了比较不同频率电针对AD 大鼠海马CA1 区SYN 和PSD-95 表达的影响，运用免疫组化和免疫印迹法检测海马神经元CA1 区突触可塑性相关蛋白SYN 和PSD-95 的表达，发现电针频率越高，海马CA1 区的SYN、PSD-95 的阳性表达越高，从而促进突触囊泡数量的增加、活性的增强，调控神经递质的释放。韩清等[36]在观察电针风池穴对脑缺血再灌注大鼠SYN、生长相关蛋白-43（GAP-43）的影响中证明，电针可以上调SYN 和GAP-43，从而促进轴突再生,对突触的可塑性具有正向改善作用。因此，针刺对突触发挥作用的机制可能是通过上调突触相关蛋白SYN、PSD-95的表达水平，促进突触结构重建，调节神经信号传递。

3.3 减轻炎性反应

随着分子生物学技术的发展,对中枢神经系统生物学特性的研究也愈发深入,炎性细胞因子（如白介素IL-1、IL-6及肿瘤坏死因子TNF-α等）可影响AD 的生理病理[37]。β 淀粉样蛋白可激活中枢神经系统小胶质细胞，释放炎症介质，从而引发神经细胞损伤信号通路，导致神经元损伤，炎症因子可诱导β淀粉样蛋白前体蛋白APP 代谢增加，从而增加β 淀粉样蛋白，相应地，增加炎症反应并加速疾病过程。而电针可以抑制海马白介素IL-1β 和NLRP3 炎症小体的表达，间接调节β 淀粉样蛋白含量，达到减轻神经炎症的目的[38]。研究观察到电针治疗减少了星形胶质细胞和小胶质细胞/巨噬细胞的增生，减少炎性细胞因子的分泌和释放，从而改善神经功能缺损[39]。在另一研究[40]中，针刺治疗通过下调PI3K等信号通路，减轻炎症反应和细胞损伤，改善SAM-P8 小鼠的认知功能。王洪南的研究中[41]更是利用针刺麻醉诱导降低了老年患者术后的血清炎性因子含量并改善了其认知功能。上述研究提示，针刺通过抑制炎性细胞增生和炎性因子IL-1β 和NLRP3 等的表达来减轻炎症反应从而减轻神经功能损伤，恢复学习记忆能力。

3.4 调节神经递质

神经递质作为信号传递的信使发挥重要作用。相关实验证明，电针能够增加海马N-乙酰天冬氨酸（NAA）和谷氨酸（Glu）水平，调节突触传递，减少神经元损伤[42]。黄健婷等[43]发现AD 大鼠脑皮质乙酰胆碱转移酶（ChAT）平均光密度值及阳性面积率均显著降低，而针刺显著提高了ChAT 蛋白表达水平，进而增加乙酰胆碱（Ach）合成，改善AD 病理状态。戴思思等[44]为了观察针刺对乙酰胆碱酯酶（AChE）的活性影响，通过Morris 水迷宫和空间探索试验检测学习记忆能力，发现抑制AChE 活性可以提高Ach 含量，提高认知能力。杨琼等[45]指出，针刺耳穴后,VD 大鼠学习记忆能力明显提高,海马ChAT 免疫反应阳性神经元明显增多，表明针刺“肾”“心”耳穴可改善VD 大鼠学习记忆功能,可能与其促进ChAT 在脑的表达、保护胆碱能神经元有关。王吉锡等[46]研究了脑组织单胺类神经递质的活性，证实针刺可以通过增加AD 大鼠脑组织内一氧化氮合酶（NOS）活力来保护神经元，同时降低单胺氧化酶（MAO）活性表达，减少单胺类递质的代谢分解，增强学习记忆能力。以上研究结果证实，针刺有效作用于神经递质的机制可能与神经递质的代谢有关，通过针刺维持其含量与活性，增强神经信号传递。

3.5 平衡氧化应激

氧化应激是指机体内氧化与抗氧化作用失衡，自由基产生过多，对机体造成的负面影响。氧化应激被激活时，大量的氧化中间产物损伤脑组织，造成认知障碍[47]。电压依赖性阴离子通道蛋白（VDAC）普遍存在于线粒体外膜中，Aβ可以与VDAC1相互作用，阻断线粒体通透性转换孔，阻止线粒体蛋白从细胞核转运，导致氧化磷酸化缺陷，从而导致自由基产生增加[48]。薛卫国等[49]发现，AD 小鼠海马区出现部分线粒体肿胀变性，线粒体嵴断裂、模糊或消失成絮状斑块等线粒体损害征象，导致神经细胞能量供应不足，而电针治疗后，线粒体、粗面内质网等细胞器均发生形态上的良性变化，氧化应激得到较好改善。氧化还原因子（Ref-1）具有抗细胞凋亡的功能，是低氧诱导细胞凋亡的重要保护因子。杨静雯等[50]通过针刺提高海马Ref-1 上游肌酸激酶Ⅱ（CKⅡ）的磷酸化表达水平，降低海马Ref-1 下游低氧诱导因子-1α（HIF-1α）表达水平，发挥抗氧化作用，抑制神经元细胞凋亡，改善学习记忆能力。孙国杰等[51]为探讨针刺在AD 发病过程中保护线粒体功能及改善线粒体损伤的可能有效机制，通过观察线粒体超微结构和线粒体中沉默信息调节因子1（S1R1）的水平，发现针刺不仅具有保护线粒体功能、避免线粒体损伤的作用，而且还能保护轴突良性生长。上述研究发现说明，针刺能够通过调节超微结构以维持其结构与功能的稳定性，恢复能量循环供应，保证氧化还原稳态，抑制神经细胞异常凋亡。

4 讨论

祖国医学对认知障碍的认识源远流长，古代多以“痴呆”“呆证”“健忘”“善忘”等称。《三因极一病证方论》曰：“尽心力思量不来”“常常喜忘，谓之健忘。”《灵枢·天年》曰：“八十岁，魂魄离散，故言善误。”《本草备要》云：“人之记性皆在脑，小儿善忘者，脑未满也，老人健忘者，脑渐空也。”张锡纯《医学衷中参西录》：“人之脑髓空者，甚或突然昏厥，知觉运动俱废”“老年人精气虚衰，气血不足，以至阳化风动，气血上逆，挟痰挟瘀，直冲犯脑，蒙蔽清窍，元神失聪，而灵机记忆皆失。”[52]这些说明，认知障碍病位在脑，同时又与痰瘀等病理因素联系密切。唐代孙思邈《千金翼方·养性》曰：“人年五十以上阳气日衰，损与日俱，心力渐退，忘前失后，兴居怠惰，计授皆不称心。”《太平圣惠方·补心益智及治健忘诸方》中提出：“气血俱虚，精神离散，恒多忧虑，耳目不聪，故令心智不利而健忘也。”《医方集解》云：“人之精与志，皆藏于肾，肾精不足则志气衰，不能上通于心，故迷惑善忘也”。[53]据此可知认知障碍发病又责之于心肾等脏腑。《灵枢•海论》指出“脑为髓之海……髓海有余，则轻劲多力，自过其度”，王清任则谓“脑为元神之府，灵机记忆在脑不在心”“年高无记忆者，脑髓渐空”[54]。据之可见，认知障碍病因病机以髓海不足，神机失用为主，从涉及的病理征象来看而又与五脏功能紧密相关[55]。从现代医学角度来分析，海马位于脑颞叶内，是大脑边缘系统的一部分，负责日常生活中的学习和记忆。突触可塑性指突触连接强度可调节的特性，而突触联系的活动依赖性改变和重组涉及LTP，是突触可塑性的重要形式。大脑的学习记忆能力通过一系列神经信号反应来得到最终体现，认知障碍所特有的病理改变引起信号传导上的蝴蝶效应，包括结构和功能的变化。

针刺作为中医传统医疗手段，能够多方面改善认知障碍。针刺通过调节Aβ、P-tau、突触相关蛋白、炎性反应、神经递质、氧化应激等机制，改善神经元结构及功能，恢复神经信号传导，减轻认知损伤，提高学习记忆能力。从结构上来说，针刺能够从微管结构、突触超微结构和线粒体超微结构等进行良性调节：一方面，直接干预病理产物P-tau，维持微管蛋白Tau 的表达水平，保证微管正常的细胞形态，从而保证细胞分裂、信号转导及物质输送等过程顺利进行；另一方面，通过上调突触相关蛋白，促进突触囊泡数量的增加与释放，进而促进突触超微结构的重建；同时，减少中枢神经系统星形胶质细胞和小胶质细胞/巨噬细胞等的增生，从而减少炎性物质；最后通过减少Aβ与VDAC1的结合避免线粒体通透性转换孔堵塞，改善线粒体肿胀变性、线粒体嵴断裂、模糊或消失成絮状斑块等线粒体损害征象，避免线粒体超微结构的损伤。从功能上来说，针刺能够从减轻神经毒性、增强神经活性等角度增强神经信号传导：一方面，通过加速对Aβ1-42的清除来达到减少神经毒性产物的目的，改善神经细胞微循环，在减轻毒性产物所导致的炎性反应的同时减轻神经功能损伤；另一方面，通过调节突触相关蛋白的表达水平，增强活性，调控神经递质的释放与代谢，保证突触功能正常运行。

临床研究证实，认知障碍患者的血清BDNF 水平较低，且血清中BDNF水平与认知障碍的发生、发展密切相关[56]。BDNF 具有介导神经细胞信号传导，恢复突触可塑性等作用[57]，而BDNF、针刺与认知功能之间经过互相调节能够形成一条良性的循环通路，即针刺可能通过调节BDNF 的含量和表达激活其受体TrkB及其下游途径，随之从突触结构和功能两方面调节蛋白表达、神经递质等，增强突触连接强度，进而促进神经信号的传导。

BDNF及其结合受体TrkB后激活的三条信号转导途径，反映了神经功能的多样性，在针刺基础上研究BDNF 信号通路具有一定的针对性与创新性。本研究系统总结了BDNF 在针刺研究中的分子机制，阐明以神经信号及突触可塑性为切入点，探讨针刺治疗认知障碍的作用机理，将从BDNF 方面揭示针刺调控认知功能的可能机制。开展针刺治疗认知障碍对BDNFTrkB 信号通路的作用机制研究，并借鉴分子生物学领域先进的理论和方法，从BDNF-TrkB 激活的下游通路信号传导的差异性入手，探寻不同途径的信号传递以及对突触可塑性发挥的作用，可为进一步揭示针刺治疗认知障碍的效应机制提供科学依据，为针刺在认知障碍等相关疾病的基础及临床研究中提供参考。