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电针治疗脊髓损伤抗凋亡机制的研究进展
流行病学调查显示, 全世界在已经采取预防措施的前提下每年脊髓损伤的发病率仍为10.4‰～83‰[1]。在发达国家, 北美的发病率为20.7‰～83‰, 欧洲的发病率为8‰～130.6‰, 而在中国脊髓损伤的发病率也不容乐观。加拿大自2000年至2010年治疗脊髓损伤的年度成本是26.7亿美元, 而澳大利亚治疗脊髓损伤的年度总成本约为20亿澳元[1]。面对如此高的发病率及高额的医疗费用, 电针疗法作为一种安全有效且医疗费用较低的治疗手段已经被广泛认可和应用, 但其作用机理尚未清晰。李晓宁等[2]研究发现, 夹脊电针能够改善神经细胞凋亡情况, 亦有许多研究者在其实验研究中发现电针具有抗凋亡的作用。本研究将近几年电针治疗脊髓损伤与抗凋亡机制相关的实验研究进行归纳整理, 旨在明确电针治疗脊髓损伤的抗凋亡机制, 指出现阶段动物实验的盲点, 为日后研究提供新的方向及思路。
1 对含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶 (Caspase) 的影响
Caspase家族是引起细胞凋亡的关键酶, 可分为两类:一类是凋亡的启动者, 包括Caspase-2、8及9, 它们接受到信号后通过自剪接而激活, 然后引起系列反应, 激活凋亡的执行者;另一类即为凋亡的执行者, 包括Caspase-3、6和7, 最终引起导致凋亡的连锁反应[3]。
杨扬等[4]应用督脉电针治疗SCI结果显示, 电针能够下调脊髓组织中Caspase-3的表达, 且选取脊髓损伤区域远近端督脉4个穴位进行电针治疗较选取近端督脉2个穴位更能有效地起到抗凋亡的作用;裴俐锋等[5]研究结果表明在治疗1～5周的各个时间点, 电针能够下调Caspase-3的表达, 且与SCI组相比具有统计学差异;许明等[6]研究显示, 电针治疗能够提高膀胱容量及顺应性, 并且使脊髓组织中Caspase-3蛋白的含量下降, 提示电针改善膀胱功能障碍的机制可能与Caspase-3蛋白表达下调有关;李晓宁等[7]电针“心俞”“脾俞”治疗SCI大鼠, 研究结果显示治疗14天后电针组Caspase-9表达量明显低于模型组, 提示电针能够通过抑制其表达起到减少脊髓损伤的作用。
综上可知, 电针能够通过调控Caspase起到抗凋亡的作用, 促进肢体功能恢复, 改善排尿障碍等问题。由于Caspase家族在细胞凋亡的传导通路中有着举足轻重的作用, 因此后续大量实验基于上述研究结果, 进一步探究了电针治疗脊髓损伤作用机制与传导通路之间的关系, 并证实了电针能够调控传导通路达到治疗作用。
2 对X连锁凋亡抑制蛋白 (XIAP) 的影响
XIAP作为IAP家族中的主要成员, 能以BIR结构域的方式与Caspase相结合抑制其活性, 切断连锁反应抑制细胞凋亡, 也被称之为凋亡抑制因子。宋萌等[8]研究显示, 电针能够影响XIAPmRNA的表达, 使其在脊髓损伤后的含量上调, 提示电针可以通过提高XIAP的含量起到抗凋亡的作用。
3 对B细胞淋巴瘤/白血病-2 (Bcl-2) 及同源相关蛋白 (Bax) 的影响
Bcl-2高表达时能够增强细胞的抗毒素性, 抑制因细胞毒素引起的细胞死亡。Bcl-2是多种凋亡信号传导通路的枢纽, 与Bax之间也存在着相互制约的关系。当Bcl-2的含量相对Bax偏高时则可抑制细胞死亡, 反之亦然。
卫哲等[9]研究显示夹脊电针能够促进脊髓损伤小鼠运动功能的恢复, Bax的表达在治疗3天至28天时较模型组明显降低, 而7天至28天时Bcl-2表达明显升高, 提示电针能够促进Bcl-2表达、抑制Bax的表达;刘建敏等[10]实验研究表明, 电针治疗使SCI大鼠脊髓组织中Bax的含量显著降低, 而Bcl-2基因与蛋白含量显著提升, 电针组凋亡细胞数量较模型组明显减少;李长明等[11]应用电针“秩边”“水道”治疗脊髓损伤大鼠, 利用TUNEL法检测神经细胞的凋亡情况发现, 电针组的凋亡细胞数量减少, 且治疗7天后Bax的阳性表达率减低, Bcl-2阳性表达率提升 (P<0.01) ;鲍秋影等[12]应用电针治疗骶髓损伤引起的神经源性膀胱, 实验结果显示治疗7天后, 电针组膀胱组织中Bcl-2表达较模型组高, Bax的阳性表达率较模型组低, 说明电针可以通过抗凋亡作用对受损的膀胱逼尿肌组织进行保护。
4 对信号传导通路的影响
4.1 细胞凋亡信号传导通路
细胞凋亡信号传导通路主要包括内源性及外源性两种凋亡途径。前者激活后可释放大量促死亡因子, 如Cytc、凋亡诱导因子、促死亡蛋白等;后者则可通过产生死亡受体促使细胞死亡, 其中最为典型的死亡受体是Fas和TNFRs[13]。这两种途径最后都会通过启动Caspase连锁反应导致细胞凋亡。
许明等[14]研究发现, 电针能使神经源性膀胱大鼠脊髓组织中Cytc的含量下降, 与模型组相比, 电针组大鼠脊髓组织中凋亡蛋白酶活化因子-1及Caspase-9蛋白表达量均下调, 电针组大鼠的膀胱压力、容量及顺应性都有改变。上述结果提示, 电针能够通过抑制内源性凋亡通路, 使脊髓损伤引起的细胞凋亡数量减少, 从而减轻神经细胞损害, 提高膀胱容量、顺应性, 减少压力, 促进膀胱功能恢复, 改善排尿功能障碍;王双等[15]通过抑制TNFR/RIPK信号通路, 观察大鼠急性脊髓损伤后的病理变化及BBB行为学评分, 结果发现该通路被抑制后能够减轻脊髓损伤, 改善行为学评分, 有助于神经功能的恢复;杨波等[16]实验结果显示, 电针组与模型组相比较, Fas、TNFR-1表达水平均下降, 具有统计学差异;时素华等[17]研究发现在损伤早期6 h至1天, Fas表达较高, 持续7天后表达逐渐减少, TNFR-1则在损伤早期6 h开始表达, 7天时呈表达高峰。通过检测脊髓组织中上述两者的mRNA表达发现, 电针组与模型组比较, mRNA的含量下调。
4.2 MAPK信号通路
MAPK信号传导的主要特点是由细胞质逐级磷酸化后进入细胞核。在MAPK的亚家族中, p38MAPK、JNK及ERK信号通路起主导作用[18]。有研究表明, Raf/Ras/ERK信号通路能够与细胞凋亡相关[19];p38MAPK信号通路能介导凋亡等应激反应[19];JNK信号通路具有促凋亡的作用[13]。
时素华等[20]探究督脉电针治疗脊髓损伤作用机制时发现, 电针治疗7天后, 电针组MEK2、p-ERK1的含量高于模型组, 提示电针通过诱导MEK2、pERK1的高表达促进运动功能恢复;宋良玉[21]在探究不同电针对脊髓损伤修复的影响时亦发现, 脉冲电针及音乐电针均能通过对Raf/Ras/ERK信号通路的调控, 促使MEK2、p-ERK1的高表达;研究表明[19], 电针能够下调p38MAPK的磷酸化水平, 并且有效地抑制神经元的凋亡;吕威等[22]应用“大椎”“命门”治疗SCI, 研究结果显示与正常组织比较, 受损脊髓中pc-Jun蛋白表达显著升高, 而电针组在术后3天、7天脊髓组织中p-c-Jun蛋白表达较模型组下调, 且细胞凋亡数较其显著减少, 提示电针的抗凋亡作用可能与p-c-Jun蛋白表达下调相关。
由此可见, 电针可以通过调控信号通路, 影响通路上相关因子及蛋白的表达, 起到抗细胞凋亡的作用, 有助于损伤脊髓的功能恢复。
5 讨论
通过对近几年电针治疗脊髓损伤与抗凋亡机制相关的实验研究进行归纳整理发现, 细胞凋亡的机制看似独立存在, 其实彼此之间存在枢纽, 能够相互制约影响。在死亡受体通路中, 当前半胱氨酸天冬酶8被激活后, 可将胞浆中的Bid切割, 再次作用于线粒体上, 引起内源性凋亡。另外, 在神经营养因子传导信号通路中, MEK1/2磷酸化后可形成p90RSK, 它能够促进Bcl-2的生成。由此可推断, 电针治疗脊髓损伤的抗凋亡机制同样也是相互渗透、相互关联的。
目前, 电针治疗脊髓损伤的抗凋亡机制只停留在单一物质或者单一信号传导通路上, 但是电针治疗SCI应该是一种网络调控的过程, 不同通路之间也都存在着交叉的位置, 电针治疗SCI应该是多靶点、多途径、多层次的。虽然电针可以在多条通路上起到抗凋亡作用, 但其在每条通路上发挥抗凋亡作用的程度应该是有差别的, 因此今后可以在选取相同治疗方案的前提下, 尝试切断不同的与细胞凋亡相关的通路, 观察电针治疗脊髓损伤的相关指标, 明确在电针抗凋亡作用中起主导作用的信号转导通路。
此外, 大多数实验研究所选取的腧穴都大相径庭, 不同的腧穴都有其独特的主治作用, 而不同的穴位配伍又会产生不一样的叠加效应, 不恰当的穴位配伍可能会相互抑制导致治疗效果降低, 而良好的配伍可以达到事半功倍的治疗效果。因此, 今后可以在规范化且治疗方案统一的前提下探究电针抗凋亡机制的异同, 或者在选取同一信号通路的前提下探究不同配伍对电针抗凋亡机制的影响。
来源：针灸临床杂志 作者：王迪 王德军 魏庆双 王瑞琪 王瑜萌欣
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