孫忠人，李佳諾，尹洪娜，李 全，曾祥新

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

針刺廣泛應(yīng)用于治療腦脊髓神經(jīng)疾病,對(duì)病后引起的運(yùn)動(dòng)功能障礙、感覺(jué)功能障礙以及尿潴留等并發(fā)癥具有良好的治療效果[1]。研究發(fā)現(xiàn)[2]，針刺及電針對(duì)治療各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病療效顯著，能促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)。其中包括腦卒中及其運(yùn)動(dòng)功能障礙、阿爾茨海默病(AD)和帕金森疾病(PD)[3]。目前，大量的實(shí)驗(yàn)研究證明針刺是通過(guò)調(diào)節(jié)信號(hào)通路發(fā)揮治療作用。例如，針刺介導(dǎo)的神經(jīng)保護(hù)作用可通過(guò)降低p38MAPK水平，減少促炎因子及介質(zhì)的表達(dá)，增加神經(jīng)生長(zhǎng)因子(NGF)表達(dá)而實(shí)現(xiàn)[4-5],與神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞的細(xì)胞凋亡相關(guān)[6]。神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(Neurotrophins)是腦內(nèi)一類重要的信號(hào)分子，負(fù)責(zé)軸突靶向，神經(jīng)元生長(zhǎng)及發(fā)育過(guò)程中突觸的成熟和可塑性調(diào)節(jié)。其家族包含神經(jīng)生長(zhǎng)因子(NGF1)、腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDNF)以及神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素3/4，其中BDNF在突觸可塑性方面優(yōu)于其他[7]，在中樞神經(jīng)功能的許多方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用[8]。最新數(shù)據(jù)表明，電針可通過(guò)調(diào)節(jié)BDNF及其信號(hào)通路緩解神經(jīng)病理性疾病，針刺的作用機(jī)制與刺激神經(jīng)末梢釋放神經(jīng)肽和調(diào)節(jié)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子表達(dá)相關(guān)[9]。本研究的目的是通過(guò)闡述針刺神經(jīng)保護(hù)作用及針刺誘導(dǎo)BDNF及其信號(hào)通路激活的治療機(jī)制。

1 BDNF/TrkB信號(hào)通路的神經(jīng)保護(hù)作用

BDNF蛋白廣泛分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)的神經(jīng)元胞體、軸突和樹(shù)突中，參與神經(jīng)元突觸可塑性調(diào)節(jié)。BDNF在成熟的大腦中也具有突觸可塑性的基本功能[10]，并且對(duì)學(xué)習(xí)和記憶過(guò)程至關(guān)重要[11]。在神經(jīng)發(fā)育過(guò)程中，BDNF為正常軸突生長(zhǎng)的信號(hào)[12]，已知BDNF是多巴胺能、GABA能及膽堿能和5-羥色胺能神經(jīng)元正常發(fā)育和存活所必需[13]。

最近數(shù)據(jù)表明，pro-BDNF和成熟的BDNF激活不同的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路[14]。Pro-BDNF信號(hào)通過(guò)低親和力神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素受體p75傳遞，被認(rèn)為參與細(xì)胞凋亡[15]。成熟的BDNF信號(hào)通過(guò)其高親和力原肌球蛋白相關(guān)激酶B(TrkB)受體傳遞，當(dāng)BDNF與TrkB結(jié)合時(shí)，誘導(dǎo)其二聚化，受體酪氨酸激酶被自身磷酸化，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)信號(hào)級(jí)聯(lián)激活以及N-甲基-D-天冬氨酸(NDMA)受體電流的增加[16]。BDNF-TrkB激活可以調(diào)節(jié)至少3種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,如圖1。TrkB受體介導(dǎo)的BDNF信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，與BDNF結(jié)合，受體酪氨酸激酶TrkB出現(xiàn)磷酸化。不同位點(diǎn)的磷酸化導(dǎo)致不同下游通路的激活。①PI3K途徑激活蛋白激酶B(AKT)，導(dǎo)致細(xì)胞存活;②MAPK/ERK途徑導(dǎo)致細(xì)胞生長(zhǎng)和分化;③PLCγ途徑激活三磷酸肌醇受體釋放細(xì)胞內(nèi)鈣離子，增強(qiáng)鈣調(diào)蛋白激酶(CaMK)活性，導(dǎo)致突觸可塑性。這3條途徑都匯聚在轉(zhuǎn)錄因子CREB上，CREB可以上調(diào)BDNF基因表達(dá)。

圖1 BDNF-TrkB激活信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑

磷脂酶Cγ(PLCγ)途徑，導(dǎo)致蛋白激酶C的激活；磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)途徑，激活絲氨酸/蘇氨酸激酶AKT；以及絲裂原活化的蛋白激酶(MAPK或細(xì)胞外信號(hào)相關(guān)激酶ERK)途徑，激活下游效應(yīng)分子。簡(jiǎn)而言之，快速突觸和離子通道效應(yīng)被認(rèn)為依賴于PLCγ介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)鈣離子儲(chǔ)存的釋放，涉及轉(zhuǎn)錄的更長(zhǎng)時(shí)間的效應(yīng)被認(rèn)為是在PI3K和MAPK通路的下游。

眾所周知，如電刺激誘發(fā)神經(jīng)元活化，可調(diào)節(jié)BDNF的mRNA和蛋白質(zhì)向樹(shù)突轉(zhuǎn)運(yùn)，被認(rèn)為是局部產(chǎn)生的BDNF調(diào)節(jié)突觸傳遞和突觸發(fā)生的能力[17]。此外，BDNF可通過(guò)自分泌和旁分泌機(jī)制發(fā)揮作用，這取決于其發(fā)出信號(hào)的細(xì)胞表面受體的位置[18]。有報(bào)道表明，BDNF通過(guò)活化ERK通路，抑制DNA損傷導(dǎo)致的大腦皮層神經(jīng)元和小腦神經(jīng)元的細(xì)胞死亡。另有研究表明，BDNF對(duì)細(xì)胞凋亡的保護(hù)作用不僅需要激活PI3K/Akt，但也通過(guò)抑制GSK-3β和激活cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(CREB)來(lái)激活ERK通路[19]。BDNF誘導(dǎo)的抗神經(jīng)元凋亡保護(hù)作用機(jī)制，為防止皮層紋狀體有機(jī)型培養(yǎng)物中N-甲基-D-天冬氨酸受體(NMDA)阻斷引起的神經(jīng)元死亡，其作用依賴于ERK和PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的刺激。

BDNF和TrkB定位于突觸前和突觸后，突觸前BDNF信號(hào)促進(jìn)神經(jīng)遞質(zhì)釋放，而突觸后BDNF信號(hào)參與增強(qiáng)各種離子通道功能，包括α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic酸受體、NMDA受體、瞬時(shí)受體電位陽(yáng)離子通道以及鈉和鉀通道[20]。BDNF同時(shí)作用于興奮性和抑制性突觸[21]，實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明BDNF可能調(diào)節(jié)自發(fā)和刺激性神經(jīng)元活動(dòng)[22]。

2 針刺對(duì)腦脊髓功能的神經(jīng)保護(hù)作用

針刺效應(yīng)得益于感覺(jué)系統(tǒng)，為周圍神經(jīng)傳入活動(dòng)的特殊模式，如β-內(nèi)啡肽是介導(dǎo)針灸止痛的重要因素，許多其他分子和系統(tǒng)也可能被針刺刺激，從而產(chǎn)生一些生物效應(yīng)，如壓力、疼痛、自主活動(dòng)和免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。目前研究證實(shí)，針刺可以釋放多種神經(jīng)遞質(zhì)，如谷氨酸、乙酰膽堿、GABA和血清素，以及中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)和周圍神經(jīng)系統(tǒng)(PNS)中的神經(jīng)肽[23]。最近研究表明，針刺信號(hào)可以通過(guò)傳入神經(jīng)途徑進(jìn)入CNS，引起各種神經(jīng)和生理變化[24]，Choi 等提示針刺刺激通過(guò)加速腦血流并增加糖尿病大鼠在缺血條件下的血漿滲透壓和細(xì)胞外谷氨酸來(lái)保護(hù)神經(jīng)元[25]。其他研究表明，針刺可通過(guò)增加酪氨酸羥化酶(TH)和多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(DAT)的表達(dá)水平來(lái)抑制1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶(MPTP)中毒引起的黑質(zhì)紋狀體神經(jīng)變性。此外，在MPTP模型中，與髖部非穴位相比，針刺陽(yáng)陵泉和太沖穴引起小鼠腦組織中紋狀體和黑質(zhì)致密區(qū)中TH細(xì)胞水平顯著升高[4]。實(shí)驗(yàn)證實(shí)針刺對(duì)治療PD的證據(jù)表明具有神經(jīng)保護(hù)作用，可以增加各種神經(jīng)保護(hù)因子表達(dá)，如BDNF，GDNF和親環(huán)素A(CypA)[26]。研究證實(shí)，電針長(zhǎng)強(qiáng)穴治療大鼠脊髓損傷(SCI)，采用免疫熒光法(IF)觀察損傷組織周圍 NGF及BDNF含量均升高[27]。

3 針刺療法與不同疾病的BDNF信號(hào)通路

綜上所述，針刺為治療疾病的重要干預(yù)療法，其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中具有多種神經(jīng)調(diào)節(jié)功能。針刺通過(guò)激活BDNF及其下游信號(hào)通路在CNS中發(fā)揮有益作用[28-29]。

3.1 腦缺血損傷(Cerebral Ischemia Injury)

電針可以減輕腦缺血再灌注損傷，并通過(guò)調(diào)節(jié)多種凋亡相關(guān)基因的表達(dá)提供神經(jīng)保護(hù)作用，如原癌基因(c-fos)、熱休克蛋白70(HSP70)及神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素(NT)家族蛋白[30]。如針刺可以通過(guò)提高腦缺血再灌注損傷后小鼠海馬BDNF mRNA的表達(dá)水平，從而保護(hù)神經(jīng)元免受損傷，抑制海馬細(xì)胞凋亡，在CNS中發(fā)揮有益作用。同時(shí)，電針百會(huì)穴顯著增加BDNF和TrkB的表達(dá)，促進(jìn)運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)[31]。針刺可以通過(guò)激活PI3K/Akt通路來(lái)發(fā)揮其對(duì)缺血性卒的神經(jīng)保護(hù)作用[32]。此外，電針預(yù)處理可通過(guò)上調(diào)BDNF和趨化因子基質(zhì)細(xì)胞衍生因子1α(SDF-1α)來(lái)增強(qiáng)對(duì)局灶性腦缺血的耐受性。Kim等證實(shí)電針百會(huì)和大椎穴預(yù)處理20 min可增加腦組織BDNF水平，并上調(diào)血漿中SDF-1α含量[33]。此外，一些研究人員指出，電針改善了缺血腦中的神經(jīng)功能缺損，并增加了PI3K/Akt通路的神經(jīng)保護(hù)活性[34]。因此，電針誘導(dǎo)的PI3K/Akt通路的激活抑制腦細(xì)胞凋亡。此外，電針還可提高缺血大鼠血清BDNF和GDNF水平，激活PI3K通路，增強(qiáng)Bcl-2/Bax比值等抗凋亡信號(hào)的表達(dá)。最近研究結(jié)果表明，電針曲池和足三里穴可能通過(guò)激活PI3K/Akt通路發(fā)揮缺血性卒中的神經(jīng)保護(hù)作用[35]。

3.2 脊髓損傷(SCI)

研究證實(shí)，NT-3與受體TrkC結(jié)合激活通路Ras/Rap-絲裂酶原激活蛋白激酶(MAPK)/細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK)來(lái)發(fā)揮保護(hù)作用，BDNF與TrkB結(jié)合可激活PI3K/Akt發(fā)揮效應(yīng)[4]。督脈電針可促進(jìn)內(nèi)源性NT-3與其受體TrkC結(jié)合，激活ERK信號(hào)通路[36]。采用電針長(zhǎng)強(qiáng)治療SCI，組織中NGF及BDNF表達(dá)含量增高[18]。有學(xué)者認(rèn)為淋巴T細(xì)胞分泌BNDF可促進(jìn)神經(jīng)元恢復(fù)[37]。

3.3 炎癥(Inflammation)

BDNF在針刺中的抗炎作用主要與激活阿片類和非阿片類神經(jīng)遞質(zhì)有關(guān)。最近的研究表明，針刺可以降低神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(如NGF，BDNF和NT-3)的表達(dá)，而神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子可增加超敏反應(yīng)，也可增強(qiáng)炎癥反應(yīng)。然而，亦有報(bào)道針灸可以下調(diào)過(guò)敏性炎癥疾病中的某些促炎神經(jīng)肽和神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(包括BDNF和NGF)，并可以改善臨床體征和癥狀，如減少打噴嚏、鼻癢、鼻漏和鼻塞[38]。此外，針刺可能在過(guò)敏性鼻炎中發(fā)揮抗炎作用，這意味著針刺的作用可能在不同的組織中發(fā)揮不同的作用。

3.4 抑郁癥(Depression)

電針刺激足三里在CNS產(chǎn)生了多種神經(jīng)調(diào)節(jié)功能，特別是束縛應(yīng)激大鼠的海馬。電針刺激可顯著增強(qiáng)AD患者海馬中BDNF mRNA的表達(dá)[39]。關(guān)于針刺治療抑郁癥的機(jī)制，有報(bào)道電針可上調(diào)海馬BDNF蛋白和mRNA及其受體TrkB的表達(dá)。此外，這種效應(yīng)可能通過(guò)激活腺苷酸環(huán)化酶-cAMP-PKA-CREB信號(hào)通路[40]。針刺“百會(huì)”“印堂”穴可有效逆轉(zhuǎn)慢性應(yīng)激誘導(dǎo)的抑郁模型大鼠額葉皮質(zhì)和海馬BDNF mRNA和蛋白表達(dá)下調(diào)，通過(guò)保護(hù)神經(jīng)元再生發(fā)揮其抗抑郁樣作用。針刺“百會(huì)”“印堂”穴可有效逆轉(zhuǎn)慢性應(yīng)激誘導(dǎo)的抑郁模型大鼠額葉皮質(zhì)和海馬BDNF mRNA和蛋白表達(dá)下降，從而通過(guò)保護(hù)神經(jīng)元再生發(fā)揮抗抑郁樣作用[41]。

4 針刺對(duì)BDNF信號(hào)通路調(diào)節(jié)作用機(jī)制

據(jù)報(bào)道，針刺可促進(jìn)BDNF表達(dá)，并可保護(hù)體內(nèi)外神經(jīng)元免受損傷[42]，通過(guò)與TrkB相結(jié)合，經(jīng)原癌基因ras編碼的Ras蛋白通路實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)反應(yīng)，此機(jī)制可保護(hù)神經(jīng)元免受谷氨酸損害。通過(guò)免疫組化法(IHC)研究發(fā)現(xiàn)，BDNF mRNA及蛋白質(zhì)可表達(dá)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)和周圍神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元和小膠質(zhì)細(xì)胞，可促進(jìn)神經(jīng)元生長(zhǎng)發(fā)育、成熟，對(duì)神經(jīng)再生有促進(jìn)作用，對(duì)神經(jīng)應(yīng)激性損傷初期也具有保護(hù)作用[43]。

另有報(bào)道表明，針刺可以增加MPTP誘導(dǎo)的帕金森病小鼠模型中BDNF和CypA的表達(dá)[44]，提示對(duì)DA神經(jīng)元變性的保護(hù)作用是通過(guò)提高CypA水平實(shí)現(xiàn)。研究表示，CypA在大腦中普遍表達(dá)[45]，并且主要定位于神經(jīng)元[46]。一些研究表明，雖然具體機(jī)制不明確，但CypA在神經(jīng)元分化中發(fā)揮重要作用[47]。因此，如果將電針后增加的BDNF表達(dá)水平與CypA聯(lián)系，可假設(shè)CypA通過(guò)針刺刺激激活BDNF及其信號(hào)通路。此外，細(xì)胞層面研究，BDNF處理誘導(dǎo)了SH-SY5Y細(xì)胞中CypA的表達(dá)[44]。因此，BDNF可能是在針刺治療過(guò)程中調(diào)節(jié)CypA表達(dá)的重要上游因子。又因針刺在神經(jīng)保護(hù)中也起著至關(guān)重要的作用，其可能通過(guò)觸發(fā)一條有序的信號(hào)通路發(fā)揮作用，其中BDNF可能位于其他內(nèi)源性防御系統(tǒng)的上游，以保護(hù)神經(jīng)元。基于前期研究，針刺可以增加腦缺血再灌注損傷后小鼠海馬和前額葉皮質(zhì)(PFC)中BDNF和p-ERK1/2蛋白水平[48]。體外研究也證實(shí),CypA刺激培養(yǎng)的皮層神經(jīng)元ERK1/2信號(hào)通路，并通過(guò)激活ERK1/2信號(hào)通路保護(hù)體外氧化和缺血損傷的神經(jīng)元[49]。總而言之，針灸機(jī)制的一個(gè)合理解釋可能是激活CypA-ERK通路，上調(diào)BDNF表達(dá)并改善各種神經(jīng)元功能障礙[44]。

此外，基于對(duì)BDNF功能和針刺效應(yīng)的臨床研究，發(fā)現(xiàn)針刺亦可以通過(guò)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素介導(dǎo)的作用促進(jìn)某些神經(jīng)疾病患者的神經(jīng)再生。根據(jù)多項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明，針刺誘導(dǎo)的內(nèi)皮BDNF增加在神經(jīng)損傷后發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。接受針刺治療3個(gè)月的PD患者外周血液中BDNF水平升高。然而，發(fā)現(xiàn)脊髓損傷(SCI)患者針刺后48 h BDNF水平降低[50]。因此，血BDNF在SCI中作用仍不確定，早期研究表明，BDNF儲(chǔ)存在人類血小板中，并通過(guò)物理刺激釋放[51]。然而，針刺后人血清中的血小板數(shù)量、BDNF相關(guān)的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子NGF和其他細(xì)胞因子水平保持不變，而B(niǎo)DNF水平下降[52]。雖然已有報(bào)道血液BDNF水平與針灸、炎癥和應(yīng)激的時(shí)間有關(guān)，但此關(guān)系的潛在機(jī)制仍不清楚。

5 小結(jié)

鑒于上述研究，證明針刺可以通過(guò)激活BDNF信號(hào)通路來(lái)防止神經(jīng)元死亡，提高神經(jīng)元存活和突觸可塑性。盡管這種關(guān)系的確切機(jī)制尚未確定，但一些研究表明，穴位選擇是針刺誘導(dǎo)BDNF升高的一個(gè)重要因素。例如，與針刺足三里比較，陽(yáng)陵泉刺激在PD小鼠模型中產(chǎn)生了更顯著的神經(jīng)保護(hù)作用。在激活BDNF之后，陽(yáng)陵泉的刺激也增強(qiáng)了CypA的表達(dá)[44]。此外，在涉及針刺對(duì)SCI影響的研究中，與針刺水道比較，選取關(guān)元穴產(chǎn)生更高水平的BDNF和TrkB。著眼于特殊模型中特殊穴位之間的關(guān)系，有一些跡象表明，對(duì)于空間記憶障礙或抑郁樣行為改變模型，相較于其他經(jīng)絡(luò)的穴位，針刺神門(mén)穴可以顯著上調(diào)BDNF的表達(dá)，優(yōu)于其他穴位[53]?？傊Y(jié)果表明無(wú)論何種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，針刺都具有高度的穴位特異性效?yīng)。

綜上所述，多項(xiàng)疾病均可引發(fā) BDNF信號(hào)通路傳導(dǎo)，且各系統(tǒng)均涉及。而針灸刺激體表穴位激活BDNF表達(dá)，多種通路最后均作用于CREB，CREB磷酸化后以激活相關(guān)的靶基因轉(zhuǎn)錄，最終形成針刺效應(yīng)。其作用機(jī)制在各腦區(qū)、組織和體液中均表達(dá)。筆者認(rèn)為 BDNF-CREB 信號(hào)通路可能作為具有潛在的針刺廣譜性效應(yīng)物質(zhì)及保護(hù)機(jī)制，這涉及多通路、多途徑、多層次、多水平和多靶點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)信號(hào)的整合與調(diào)控，為指導(dǎo)臨床工作具有重要意義。