针灸对机体代谢组学的影响机制探讨及差异性比较※

张 驰 肖 玲 刘 涛 刘 密 张国山* 常小荣*

（1 湖南中医药大学研究生院，湖南 长沙 410007；2 湖南中医药大学针灸推拿学院，湖南 长沙 410007）

代谢组学 (Metabolmics)首次由Nicholson教授提出；主要是应用核磁共振 (Nuclear Magnetic Resonance，NMR)等技术对生物体系（细胞、组织或生物体）代谢产物中相应的生物标志物进行定量检测分析[1-4]；以此发现其在受刺激时，涉及的代谢通路中关键的内源性代谢产物的时间变化规律。简而言之，代谢组学是一种以生物体系局部代谢的产物变化来反映出其整体代谢组学变化的系统生物学研究方法，最终来揭示生命活动代谢的本质。

针刺与艾灸均是以经络腧穴理论为基础，通过刺激人体的经络、腧穴或特定部位，以此来达到防治疾病目的的中医外治疗法。针刺是利用特制的金属针具对特定腧穴进行刺激，属机械性刺激，具有由点及线、由浅入深、靶点较小、范围较窄的刺激特点，与生物力学关系密切，其临床作用以调和阴阳、扶正祛邪、疏通经络、行气活血等为主。艾灸是借助艾绒燃烧时产生的火热作用力对特定腧穴进行刺激，属温热性刺激，具有由点及面、由中散边、靶点较大、范围较广的刺激特点，与生物传热学关系密切，其临床作用以温通经络、行气活血、祛湿逐寒、消肿散结、回阳救逆及防病保健等为主。由此可见，同是作用于经络腧穴的两种外治疗法，因刺激方式的不同，其临床作用也各有优势；但对其具体治病机理以及本质上的差异尚不明确，现以针灸起效时机体的代谢组学变化展开论述。

1 针刺对机体代谢组学影响的相关研究

尽管早在上个世纪就有学者提出针刺腧穴时局部可能有嘌呤信号分子ATP参与的猜想，但针刺效应的研究却是在近几年成为热点。2009年英国Geoffrey Burn stock教授在《Medical Hypotheses》中提出“嘌呤信号及其受体是传递针灸刺激信号的重要物质”的假说[5]：针灸以机械性和温热性刺激作用于腧穴局部皮肤的角质细胞、成纤维细胞，使其释放ATP（三磷酸腺苷），通过激活P2X3、P2X2/3或腺苷等嘌呤信号分子，引起末梢感觉神经的兴奋，神经兴奋信号经背根神经的传导至脊髓，再在中间神经元通路的支持下传到脑干部位，最后到达大脑皮层，产生相应的机体效应。孟智宏等[6]选取脑梗死的动物模型，对其施以针刺刺激后检测血液中ATP的含量，结果显示其明显增加；ATP虽作为生物体内的直接能源物质，但其却来源于机体摄入的其他能源物质（如糖类、脂类等）在相应酶作用下的转化；最后在ATP酶的作用下产生热能和动能，来维持机体的基础代谢需求。这次实验证实了机体在针刺的刺激下确实能发生物质代谢，而其代谢途径中关键的代谢物质很有可能就与ATP有关。

此外，Tang等[7]选取大鼠的百会及涌泉穴对其进行电针刺激，在NMR技术的支持下发现大鼠体内的饱和脂肪酸、甘油三酯的含量升高，而磷脂酰胆碱及不饱和脂肪酸的含量下降。郭玲玲[8]采取与Tang相似的刺激方式，刺激结束后通过对大鼠的血浆、肝脏、肾脏HMR技术的检测，并对生成的大鼠代谢产物谱进行分析得知：血浆中主要体现的是CH3-的变化，肝组织主要是葡萄糖含量的变化，而肾脏主要体现在磷脂胆碱和不饱和脂肪酸的调节。Wu Q等[9]对功能性消化不良患者选取足阳明胃经上的腧穴进行针刺，然后应用NMR技术观察患者的血浆中代谢产物的变化；结果显示葡萄糖、高密度脂蛋白、醋酸盐、磷脂酰胆碱的含量有所增加，而亮氨酸、N-乙酰糖蛋白、乳酸盐和低密度脂蛋白的含量下降。另外周丹[10]通过对胃溃疡大鼠进行合募配穴针刺治疗；并在治疗结束后，利用LC-MS技术对提取大鼠的血清和尿液分析发现：针刺刺激不同的腧穴可产生不同的标志性代谢产物。

上述实验结果显示：针刺刺激机体腧穴时，不同的腧穴产生关键物质不同。目前主要考虑是ATP，其不仅仅作为能量物质，并能在相应酶的作用下产生相应的信号传导分子；这些分子的信号传导至脊髓、大脑，使其做出相应的反射释放相应的物质或信号至机体对应部位；最终使其做出应答，达到针刺刺激的作用效果。但不可否认ATP可能仅是引起的某些腧穴局部组织物质代谢变化的关键物质之一；至于该过程是否存在多物质或多通道的参与还需要更多的实验去证实。

2 艾灸对机体代谢组学影响的相关研究

王耀帅等[11]选取急性高脂血症模型大鼠，采取艾灸干预方式来观察施灸对腧穴皮肤物质的代谢变化，结果发现局部皮肤的缝隙连接蛋白43(Cx43)表达增加。作为细胞之间重要的通讯物质-43(Cx43)，是否是艾灸引起腧穴皮肤效应时的代谢关键物质，还有待进一步研究。顾一煌[12]研究发现艾灸能够有效地促进机体肝糖原和肌糖原的分解代谢。另外，在研究艾灸对鼠线粒体功能能量代谢影响的实验[13]中发现：异梓檬酸、葡萄糖、油酸、腺苷和胆固醇含量升高，而含量降低的有尿素、缬氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺、苯丙氨酸、天冬酰胺、鸟氨酸、组氨酸、酪氨酸、色氨酸，硬脂酸和胱氨酸。周次利[14]从尿液代谢组学探讨艾灸对机体影响，结果显示：随艾灸干预程度的增加，2，5-二羟基-1H-吲哚、3，4，5-三羟基戊酸、3，4-二羟基丁酸、3-甲基己二酸、尿囊素、D-苏糖醇、L-苏糖醇、苏糖酸等物质的含量增加，而经过一段时间恢复期后，大鼠上述的尿液代谢物含量下降，表明艾灸在某种程度下能够影响机体的代谢物浓度，还呈现出了一定的正相关联系，证实艾灸的确能够对机体产生一定的物质代谢的变化。随着更深层次的研究还发现：剂量组与正常组比较，两者的差异性代谢物存在22个，而此22个差异代谢物参与的影响最显著的代谢通路是Vc代谢，而此主要与糖、氨基酸等代谢相关；说明艾灸可能通过影响机体的糖、氨基酸等物质的代谢来引起相应的效应，而关键的代谢物质很可能就与Vc有关。Vc参加体内的氧化还原反应，可以保持巯基酶的活性和谷胱甘肽的还原状态；参与体内多种羟化反应，可以促进胶原蛋白的合成，促进胆固醇的代谢[15]。

另外，有研究发现机体在艾灸的干预影响下，葡萄糖醛酸和维生素C的含量明显提高，机体的抗氧化及解毒效力增强。除此之外，丙酮酸也有较明显的升高，而其是体内三大能源物质代谢的中间产物。在此实验中，参与了三羧酸循环，缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸生物合成，丁酸甲酯代谢，丙酮酸代谢，丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢，糖酵解或糖易生，半胱氨酸和蛋氨酸代谢，甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢8条代谢途径，是差异代谢物中参与代谢途径最多的，再次说明艾灸能够增强机体能量的代谢。

艾灸除了能够影响机体的能量代谢外，有研究表明，艾灸亦影响着机体的微量元素代谢[16]。陈闽等[17]在研究艾灸对鼠胃黏膜保护作用及血清铜锌的影响时发现其显著增加了血清中锌的含量，同时降低铜含量及铜/锌比值。丁氏[18]认为锌铜在体内呈彼此消长关系，用艾灸纠正羟基脲造成的小鼠阳虚状态后，测定其肝脾锌铜含量，结果显示：艾灸可提高肝脾DNA中锌含量而降低铜含量。艾灸可降低血清铜含量，而提高血清锌含量，其作用机制可能是通过增强足三里的消化吸收，促进锌的吸收量，抑制铜的吸收量完成的。王氏等[19]对老年人保健灸前后头发锰、锌、铜、铁、钙的含量进行比较，发现灸后老年人头发中锰的增加有非常显著意义，锌、钙的增加有显著意义，铜、铁虽增加，但与灸前比较，差别不明显。何氏[20]发现艾灸能使老年人头发锌的含量升高，铜的含量降低，起到调节铜锌代谢的作用。

目前，艾灸刺激机体引起其物质代谢变化能予以肯定，却对引起其物质代谢变化的关键物质缺乏统一的认识。综上，存在如下几种可能：某些蛋白信号分子的传递、某些通道开闭或铜锌等微量元素的影响成为机体物质代谢变化的关键；此外，艾灸能引起机体三大能源物质间的能量交换，即此物质代谢变化过程还存在着ATP参与的可能。而在上述的针刺刺激机体实验中，亦不能排除ATP是关键产物的可能；在针刺与艾灸二者之间是否存有某些联系或差异还有待进一步挖掘。

3 针刺与艾灸的异同

早在2010年，美国Maiken Nedergraard教授在《Nature Neuroscience》发表了他最新的研究成果：嘌呤信号腺苷及A1受体在针刺腧穴的局部皮肤中参与了其信号传导[21]；次年，《The Scientist》 报道了Geoffrey Burnstock教授对嘌呤信号的存在参与针灸信号传递的假说[22]，该假说描述了针刺与艾灸刺激腧穴时局部皮肤内信号传导的本质：主要是通过嘌呤物质参与之间的信号传导；该假说为后期的更深层次实验研究提供了方向。为了证实该假说，范亚朋等[23]选取完全弗氏佐剂 (CFA)造模诱导形成的小鼠炎症疼痛模型为实验对象，研究结果证实艾灸“足三里”穴的确有显著的镇痛作用；并且CFA诱导的疼痛模型的小鼠在艾灸的刺激下，腧穴的局部皮肤内ATP的含量显著提高；此时，对该部位给予ATP分解剂后，其镇痛的效果下降；而给予ATP分解抑制剂后，其镇痛的效果又呈上升趋势。该实验结果能够初步确认：艾灸对机体的镇痛效果是通过刺激腧穴局部，使其产生嘌呤物质来发挥作用。

而贲卉等[24]实验研究却得出了与此不同的结论：选取不同的刺激方式（针刺、电针、艾灸）刺激人体的腧穴时，发现腧穴局部皮肤内的一氧化氮 (Nitric Oxide，NO)含量较对照组明显增高，另外不同的刺激方式，引起NO浓度升高的程度均不一样：表现为艾灸组>电针组>针刺组。因此，其认为针刺、艾灸引起机体物质代谢的关键物质是NO。而NO是改善血液运行的重要物质，其机理是否对腧穴局部的活血化瘀作用还有待进一步研究证实。

此外，钟欢等[25]曾做过如下实验研究：利用NMR技术研究人体血清在针刺与艾灸的不同刺激影响下代谢的异同。从研究结果来看：针刺与艾灸对代谢物的影响即存在协同作用又有拮抗作用。两者以同等的调节力度来比较各自对机体代谢影响的差异时发现：艾灸引起机体代谢物浓度的变化程度较针刺更大。比较二者的差异性代谢产物LDL/VLDL变化；通过引起代谢物浓度变化的趋势来看：针刺与艾灸对血清中脂质物质代谢的调节表现出截然相反的结果；针刺能够引起高低密度脂蛋白的降低，此结果亦在临床中得到了验证：针刺在治疗高脂血症时疗效的肯定。在对肌酸的调节方面，针刺与艾灸也表现出不同的调节结果。针刺组的肌酸浓度显著升高而艾灸组的浓度明显下降。肌酸的生化效应主要是把线粒体中的能量以磷酸肌酸的形式送到肌原纤维处，以迅速补充ATP的含量，满足机体运动的需要；构成了肌酸-磷酸肌酸能量传递系统[26]。在没有外源性供给的情况下血清中肌酸水平的下降可被认为是动员到骨骼肌纤维进行能量代谢，这也可能预示着艾灸在增强肌肉能量代谢上有较明显的优势。艾灸与针刺对代谢物中缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸调节作用一致，但艾灸组浓度调节力度明显低于针刺组，这三种氨基酸称为支链氨基酸，亦属于必需氨基酸。据相关研究表明：支链氨基酸能够加快肌蛋白的合成代谢来促进骨骼肌的合成[27]。血清中的支链氨基酸的变化可能与骨骼肌合成及脂肪代谢相关。因此，艾灸对二者的影响体现在其的变化。作为体内含量最丰富的非必需氨基酸-谷氨酰胺，其代谢的主要作用是为三羧酸循环提供中间产物，亦是体内三大物质合成的前体[28]，不仅为生物合成提供原料，也为细胞代谢提供能量[29]；通过对其在被针刺与艾灸调节能力的实验发现，针刺与艾灸均能使其显著升高，且艾灸的作用效果远大于针刺。

综上所述，针刺、艾灸均能引起机体物质代谢并产生某些效应；在目前的实验研究中发现产生效应的机制以ATP的起始参与为主，尤其是腧穴局部细胞内的线粒体；但ATP并非唯一的关键物质，还发现包括嘌呤类物质、NO、微量元素等在内的其他物质。但针灸二者产生效应是否存在路径和大小的差异，以及物质代谢的关键产物是上述物质还是另有其他，都有待进一步实验探究。在艾灸与针刺对人体血清代谢物调节作用[25]的整体代谢组学研究实验中，两者表现出一定的差异，艾灸更倾向于对骨骼肌能量代谢、合成代谢的调节，针刺更倾向于对脂质代谢的调节，两者均能对血清支链氨基酸、谷氨酰胺等进行调节，但艾灸有较针刺更迅速地调节作用。

4 分析与展望

目前，研究针灸对机体的影响多从神经、免疫方面来进行探讨，如细胞、炎性因子、关键蛋白表达等[30-32]，且学者多认为艾灸在调节免疫系统病症方面要优于针刺，在神经系统病症或疼痛类疾病方面针刺占有优势。虽然针灸在治疗疾病中，各占优势，而二者对机体代谢组学影响的机制及其差异性方面尚缺乏统一的认识。因此，笔者本着综百家之言，取其精华，愿能为后期的动物实验研究提供相应的归纳与总结，亦为今后的大样本、多中心、多学科交叉的临床实验提供方向、理论指导以及实践经验，在探索针灸本质前行中更进一步。