针刺防治脑缺血再灌注损伤的分子机制研究进展

·综述·

针刺防治脑缺血再灌注损伤的分子机制研究进展

冯喜莲沈梅红

(南京中医药大学第二临床医学院，江苏南京210023)

关键词〔〕脑缺血再灌注损伤；针刺；分子机理研究；综述

中图分类号〔〕R245.3〔文献标识码〕A〔

基金项目：国家自然科学基金资助项目(81373748);江苏省科技支撑计划资助项目(BE2010769)

通讯作者：沈梅红(1970-),女,教授,硕士生导师，主要从事针灸防治老年病机制研究。

第一作者：冯喜莲(1987-),女,硕士,主要从事针灸防治脑血管病及其机制研究。

脑缺血可以导致脑细胞损伤，恢复脑缺血区的血供后，在一定程度上反而加重缺血性脑损伤，使脑细胞死亡数量进一步增加，加重病情，这一病理过程称为脑缺血再灌注损伤(CRI)。CRI的具体机制尚不完全明了，可能与氧自由基产生增加、炎症反应、细胞凋亡、钙超载、兴奋性氨基酸的兴奋毒性作用有关。针刺可以改善脑缺血再灌注紊乱的病理机制。

1抗氧应激作用

CRI发生时可出现明显的氧化应激现象，生成大量自由基：缺血可导致大量的次黄嘌呤的产生，黄嘌呤氧化酶产生增多，在无氧的情况下，黄嘌呤氧化酶活性很低，而再灌注时氧分子大量涌入，黄嘌呤氧化酶活性激增，次黄嘌呤很快被氧化成尿酸，同时产生大量超氧阴离子，使得自由基大量产生；CRI过程中吞噬细胞呼吸爆发也可产生大量氧自由基；另外线粒体电子传递链受损和儿茶酚胺代谢也是产生自由基的来源；一氧化氮合成酶(NOS)参与了CRI过程中自由基的释放。自由基的化学性质很活泼，极易造成细胞结构损伤和功能代谢障碍。氧自由基是介导CRI的重要因素之一〔1〕。正常情况下，产生的氧自由基被超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化酶(GSH-Px)和过氧化氢酶(CAT)清除，谷胱甘肽(GSH)、维生素C和维生素E也可以参与自由基的去毒反应，在CRI中，上述防御机制遭到破坏，使氧自由基进一步产生，过量的自由基可以导致脂质、蛋白质、核酸过度氧化，导致细胞死亡〔1〕。

针刺可以起到抗氧应激的作用。研究发现，不同时机介入“醒脑开窍”针刺法可不同程度调节血清及脑组织SOD活性水平，增强氧自由基代谢，有效改善脑CRI引起的缺血性损伤，进而对损伤脑组织起到一定保护作用，且发病后3h内的介入疗效最佳〔2〕。电针、眼针不同针刺形式都可以提高SOD含量，发挥抗氧化作用〔3，4〕。CAT是一种氧化还原酶，生物学功能是催化细胞H2O2分解，防止过多H2O2对细胞的危害，具有非常重要的保护作用〔5〕。针刺保肝护脑对CRI大鼠的治疗效果较单纯头穴针刺更为显著，其治疗机制与促进肝脏CATmRNA表达相关〔6〕。GSH对抗氧自由基、维持体内氧化还原平衡具有强大的抗氧化、抗炎、抗氧化应激以及保护血管内皮细胞的功能。电针〔7〕百会、大椎穴可明显增加局灶性CRI大鼠大脑皮层γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶(γ-GCS)蛋白及其mRNA表达，提示电针可促进机体GSH系统清除受损神经元的氧自由基紊乱，保护大脑神经细胞。血红素氧合酶(HO)-1为机体抗氧化体系的重要组成部分，HO-1及其代谢产物能有效地清除活性氧，发挥抗氧化应激的作用〔8〕。电针治疗后保肝护脑针法组血清丙氨酸氨基转移酶(ALT)、天门冬氨酸氨基转移酶(AST)水平明显降低血清HO-1和肝组织HO-1 显著升高〔9〕。

2抑制炎症反应

炎症反应在CRI的病理生理中起着重要作用。肿瘤坏死因子(TNF)-α是机体内最主要的炎性介质之一，可以通过促凝血、增加内皮细胞通透性及诱导黏附分子、其他炎性介质表达，加重CVRI〔1〕。电针、眼针治疗能够拮抗TNF-α生成，使炎症反应程度和脑组织损伤程度减轻〔10，11〕。针刺督脉经穴可能通过抑制CRI后TNF-αmRNA的过度表达减少细胞凋亡〔12〕。白介素(IL)-1β主要通过白细胞和内皮细胞黏附而激发炎症反应。电针预处理可以下调皮质、纹状体炎症因子IL-1β的表达，可能缓解CRI〔13〕。醒脑开窍针刺法降低了大鼠CRI后大脑皮层异常升高的IL-1RI、TNFR-1mRNA的表达，且该作用随时间的延长而更为明显〔14〕。IL-6在CRI中起双重作用，即参与脑缺血损伤又在一定程度上保护神经元免受缺血损伤。针刺能升高大鼠CRI后血清中IL-6含量，对缺血组织起到抗损伤、促修复的作用〔15，16〕。细胞间黏附分子(ICAM)-1在CRI中的作用是通过白细胞与内皮细胞的黏附来实现的，这种细胞间的黏附导致血管堵塞，发生无复流现象，加重缺血性损伤。眼针、电项针疗法可能通过下调脑组织ICAM-1 表达改善大鼠CRI的作用〔17，18〕。趋化因子配体(CXCL)2是炎症趋化因子，其相应的受体CXC趋化因子受体(CXCR)2主要表达于炎性细胞的表面。当CXCL2 与其受体CXCR2 结合后会促进炎症反应，加重脑缺血的损伤，一方面电针可通过抑制与CXCR2 和CXCL2 的有关炎性反应促进移植的脂肪基质细胞(ADSC)在脑缺血区的存活和迁移〔19〕；另一方面，增多的ADSC通过分化为神经元细胞和分泌上调神经生长因子表达来促进神经再生。转录因子(NF)-κB及其共活化物多聚腺苷酸二磷酸核糖聚合酶(PARP) 高表达能够促进脑缺血损伤炎症反应，导致脑损伤加重。电针联合ADSC移植促进脑缺血大鼠神经功能恢复作用优于单独治疗组，其机制可能与电针下调炎症递质NF-κB和PARP的表达，抑制炎性反应，促进移植ADSC迁移和存活有关〔20〕。髓样细胞分化因子88(MyD88) 属于Toll/IL-1R家族和死亡结构域(DD) 家族成员，MyD88 显性失活突变可以抑制这条表达炎性因子的信号转导通路，相反，MyD88 过度表达可以激活NF-κB，进而发生“瀑布式”炎症反应。眼针可以抑制脑皮层组织中MyD88 的表达〔21〕。基质金属蛋白酶(MMP)可以损伤血管壁，导致脑水肿，参与白细胞的迁移，促进炎症反应，还可以损伤血脑屏障。研究表明，电针可能通过降低MMP-2 的表达，保护血脑屏障，减少脑水肿，从而保护脑组织〔22〕。MMP-9 下调可能是头针疗法拮抗CRI的分子机制之一〔23〕。

3抑制细胞凋亡

Survivin是目前发现的抑制细胞凋亡的最强基因抑制因子，它可以促进血管内皮细胞增殖，抑制其凋亡。电针疗法可有效减轻缺血脑组织的病理损伤，其作用机制可能与增加缺血脑组织SurvivinmRNA的表达有关〔24〕。Bcl-2 与Bax相互作用共同参与程序性细胞凋亡过程。Bcl-2可以维持线粒体外膜的完整性，Bax通过协助线粒体释放细胞色素C而促进细胞的程序化凋亡，Bcl-2基因的过度表达可以抑制因脑缺血缺氧引起的自由基生成、细胞内钙超载等造成的细胞死亡〔1〕。电针治疗、针刺结合亚低温可抑制TNF-α、Bax的表达，提高Bcl-2的作用，从而对抗大脑缺血所致的细胞凋亡〔25〕。Livin作为一种新发现的凋亡抑制蛋白(IAP)能够干预细胞凋亡线粒体通路，发挥抑制细胞凋亡的作用。半胱氨酸蛋白酶(Caspase)是IL-1β转换酶样蛋白酶，是细胞凋亡程序中一类关键的同源Caspase，参与脑缺血的细胞凋亡机制，Caspase的激活是细胞凋亡最后实施的共同通路〔1〕。电针联合ADSC移植促进脑缺血大鼠神经功能恢复作用优于单独治疗组，其机制可能与电针通过上调海马区Livin表达，下调Caspase-3表达，抑制移植的ADSC凋亡有关〔26〕。Caspase-8是介导两条主要凋亡途径的关键性的酶，凋亡信号传递至Caspase-8 可使之活化，从而启动凋亡的级联反应。针刺督脉经穴可减少细胞凋亡，抑制Caspase-8 的过度表达〔27〕。cPLA2 作为体内重要的Ca2+依赖性水解酶，特异性水解膜磷脂释放花生四烯酸等脂性炎症介质，使膜结构和功能改变，使脑细胞损害；即早基因中c-fos和c-jun基因是两种转录调节因子，细胞凋亡通路上c-fos和c-jun基因表达，不仅参与神经细胞信息传递、生长、分化和损伤修复，且在脑缺血再灌注后迟发性神经元死亡中起重要环节〔1〕。大鼠脑损伤时，针刺能明显抑制cPLA2、c-fos和c-jun蛋白表达，并能降低神经细胞凋亡〔28〕。

4拮抗钙超载

钙超载被认为是缺血性神经细胞凋亡、坏死的关键因素，Ca2+超载是神经细胞死亡的最后共同途径。脑缺血时，许多原因可以引起Ca2+向细胞内内流，导致细胞内Ca2+增加，导致细胞内Ca2+级联反应，导致细胞的最终死亡〔1〕。研究表明，醒脑开窍针刺能有效下调缺血区的Ca2+，同时还提示在缺血后针刺治疗效果越早越好〔29〕。钙调蛋白(CaM)钙信号系统的参与可以加重神经元损伤。电针可减轻脑缺血再灌注大鼠大脑神经元的损伤，促进损伤修复，这一作用可能与其影响缺血再灌注后CaM信号有关，从而进一步降低CaM的蛋白表达，减轻神经细胞的损伤〔30〕。

5抑制兴奋性氨基酸(EAA)毒性作用

脑缺血缺氧时，大量的EAA持续强烈地作用于细胞膜上的N-甲基-D-天门冬氨酸(NMDA)受体，导致Ca2+引起神经元损伤。而神经元坏死后小胶质细胞产生更多谷氨酸，作用于NMDA受体而产生更大的神经毒性作用〔1〕。电针通过调节脑缺血再灌注受损侧海马组织神经细胞NR2A与NR2B的异常表达，发挥对神经元的保护作用〔31〕。NR2A的激活可促进神经元的再生，发挥神经保护作用；NR2B介导自由基连锁反应，产生兴奋性毒性，促进神经细胞凋亡。

6促进血管新生

血管内皮细胞生长因子(VEGF)在脑缺血中发挥双重作用，即参与脑缺血脑损害，又对脑缺血组织具有保护作用。VEGF可以增加血管通透性，促使病变组织微血管内血浆外渗，导致组织水肿。在脑缺血早期，VEGF在维持或恢复内皮细胞的完整性中起重要作用〔1〕。电针能通过促进脑局灶性缺血再灌注大鼠脑组织内VEGF的表达，有效改善大鼠局灶性脑梗死后的神经功能〔32〕。针药结合能更有效促进VEGF的表达，减轻缺血缺氧对神经细胞的损伤〔33〕。采取电针联合高压氧治疗相对于单独采用电针或高压氧治疗，可以更有效地改善肢体运动功能，减少脑梗死灶的体积，并通过促进血管生成素1(Ang-1)及Tie-2 的表达，减弱内皮细胞凋亡，促进神经功能的恢复〔34〕。Ang及其受体Tie调节通路是调节血管生成的重要信息途径，其成员之一Ang-1通过与其内皮特性酪氨酸激酶受体Tie结合，可以消除或减弱多原因诱导的内皮细胞凋亡〔35〕，从而减轻血管渗漏，促进新生血管内皮细胞向梗死灶生长。碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)是一种多肽性成纤维细胞丝裂原，对内皮细胞具有趋化性，刺激内皮细胞释放基底膜降解酶，上调血管内皮细胞β1整合素表达，增强内皮细胞的黏附、识别、迁移功能，促进新血管形成。bFGF不仅能在损伤早期直接刺激血管新生，还能诱导VEGF合成，两者在血管新生过程中起协同促进作用。电针可增强脑缺血大鼠脑内bFGF的表达，同时降低ES的表达，可能为电针促进脑缺血大鼠缺血区血管新生的机制之一〔36〕。凝血酶敏感蛋白(TSP)-1是近年来发现血管新生的重要抑制物。有研究发现，电针可以与下调TSP-1mRNA的表达，促进脑缺血区的血管的重建〔37〕。

7小结

针刺防治CRI的分子机制，从抗氧应激、抑制炎症反应、抗细胞凋亡、拮抗钙超载、抑制兴奋性氨基酸的神经毒性作用以及促进血管再生方面进行了阐释，从多方面、多环节、多途径方面体现了针灸作用的综合调整作用，同时表明了针灸作用的良性、双向性的特点。

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〔2015-01-19修回〕

(编辑李相军)