中医药调整脑内微环境改善阿尔兹海默病引发认知损伤作用效果及生物学机制研究进展*

石江伟，庄朋伟

（1．天津中医药大学第一附属医院，天津 300193；2．天津中医药大学，天津 301617）

痴呆是一种病程缓慢的进行性脑损伤所致的综合征，脑缺血、衰老、阿尔茨海默病等均可以引起脑组织退行性病变，最终诱发认知损伤。其中阿尔茨海默病占老年期痴呆总患病率的60%，其最主要的症状表现在认知、记忆和行为等方面的功能障碍。目前关于痴呆的治疗多为用药物等手段改善患者生活质量，延缓病情发展等，尚无很有效的治疗药物。中医学对痴呆等神经退行性疾病的治疗具有丰富的临床经验和理论基础，如人参等补益药、远志等安神药、知母等清热药针对痴呆的不同病因病机均具有很好的临床疗效。除药物干预外，针刺在中枢神经系统疾病的治疗中同样发挥了重要作用。

阿尔茨海默病病因复杂，目前对其发病病因、病机尚未得到完全阐明，尚无很有效的治疗药物。西医学认为该病的发生可能与遗传、自身免疫、环境、衰老等因素导致的脑内微环境异常有关，是其进行性加重的重要原因，脑内物质淋巴引流是改善脑内微环境防治阿尔茨海默病的重要手段[1-2]。随着西医学发现Aβ等阿尔茨海默病病理产物具有损伤脑髓的特点，人们逐渐总结内生浊毒败坏脑髓是导致脑消髓减、神机失用的关键病因，并且针对“毒损脑络”病机的解毒通络治法也得到了很好的临床效果[3]。传统中医除药物干预外，针刺在中枢神经系统疾病的治疗中也发挥了重要作用，并且认为以治络通络为法，以通为补，通调督脉为老年期痴呆辨经论治的重要环节，是“毒损脑络”理论在针灸干预老年期痴呆辨经论治中的具体运用[4]，然而其现代生物学基础尚不明确，在一定程度上限制了其临床推广应用。鉴于传统中医的“毒损脑络”病机及西医学对阿尔茨海默病发病过程中脑内微环境、淋巴引流等组织形态学以及功能学认识的不断深化，系统阐明中医药调整脑内微环境改善阿尔兹海默病引发认知损伤作用效果及生物学机制已成为可能，并且对进一步指导临床应用具有重要意义。

1 阿尔茨海默病脑内微环境主要变化

最近的研究表明，占据约20%容积空间的脑组织自身微环境的作用不仅局限于物理支撑，其在脑的生长、发育、分化、成熟以及脑部疾病发生中都具有重要的意义，其在人类复杂情感、记忆、认知和精神类疾病的发生、发展中都起着非常关键的作用[5]。脑微环境是神经元正常结构与功能活动赖以维持的基础。由于机体细胞无时无刻不在进行新陈代谢，随之产生大量的代谢产物，堆积在细胞周围，影响细胞内外环境的稳定和正常功能的维持，尤其脑组织具有很高的代谢水平，其产生的代谢废弃物及病理性产物是影响脑内微环境稳态的重要原因。传统观点认为血脑屏障（BBB）是维持脑内微环境的重要组织学基础[6]，其屏障功能可以通过紧密连接、P糖蛋白等防止外周毒性成分进入脑组织，此外由于BBB存在的低密度脂蛋白受体相关蛋白1（LRP1）等转运体，人们发现其还可以特异性地部分清除Aβ等脑内毒性代谢产物[7]。由脑微血管内皮细胞、胶质细胞、基膜及相邻神经元等共同构成的神经血管单元（NVU）通过改变BBB的稳定性及通透性，从而影响脑微环境，而NVU的结构、功能异常与阿尔茨海默病密切相关[8]。脑脊液中β-淀粉样蛋白水平升高，以及由此在脑组织沉积引起存在于细胞外的老年斑和Tau蛋白过度磷酸化形成的神经细胞内神经原纤维缠结，这些有毒蛋白质积聚会对神经造成巨大损伤，导致认知功能障碍，并增加神经变性疾病风险。然而当脑组织病变时脑微环境内存在炎性因子、Aβ、过度磷酸化的Tau蛋白、兴奋性氨基酸等多种神经毒性物质，单纯基于BBB的清除能力显然是不够的。国内外学者通过大量研究证实了脑内淋巴引流是改善脑内微环境的重要途径[2，9]。

2 阿尔兹海默病脑微环境相关脑淋巴引流改变

传统观念认为中枢神经系统由于血-脑屏障的存在是独立封闭的器官，缺乏典型的淋巴管道结构却具有极高的代谢率。通过大量研究人们发现虽然先前普遍认为脑组织内不存在衬以内皮的淋巴管，但同样存在淋巴引流，分为脑脊液的淋巴引流和脑实质组织间液的淋巴引流两部分，具有调节渗透压、免疫防御及介导细胞代谢产物的快速转运和清除功能，可通过脑脊液排出代谢废弃物[1-2，10]。随着研究的深入人们发现星形胶质细胞在脑实质内代谢废弃物的清除方面扮演了重要角色，2012年Lliff等第1次提出脑内类淋巴系统（也被称为胶质淋巴系统）的概念，明确了星形胶质细胞和包绕穿透动脉的血管周围间隙（VRS）是类淋巴系统的主要组织学基础。并且阐释了依赖星形胶质细胞的脑脊液-细胞间质液对流是其主要清除代谢废物的方式[11]。VRS内充满脑脊液，内壁为血管细胞，外壁则由星形胶质细胞终足构成，随着穿透动脉分支变为小动脉和毛细血管，VRS逐渐狭窄最终消失，而VRS内的脑脊液则继续流入小动脉、毛细血管和小静脉的血管周围隙[12]，从而发挥运送并清除代谢废弃物的作用。

2015年，Louveau等[13]发现了大脑会通过淋巴管道与免疫系统直接联结的证据，在小鼠中枢神经系统硬脑膜内找到具有功能的淋巴管组织。硬脑膜淋巴管道上分布有脑膜淋巴孔，沟通蛛网膜下隙以及血管周围间隙，在颅内连接形成一个完整的中枢淋巴循环通路，与脑脊液循环系统相互交通，并最终引流入颈外侧深淋巴结。虽然上述研究证实了硬脑膜淋巴管的存在，但科学家们尚未查清脑脊液引流的确切途径。2019韩国科学家在《Nature》报告解释了这一问题，他们发现在啮齿动物头骨底部有1个脑膜淋巴管的热点，专门用于引流脑脊液，以便让蛋白质和其他大分子等废液排出大脑[14]。随后的研究人们也发现当硬脑膜淋巴管受到破坏后异常缠结的Tau蛋白、Aβ等神经毒性物质在脑内水平显著升高，脑内废弃代谢产物的清除功能受到了破坏[15-16]。水通道蛋白 4（AQP4）是中枢神经系统（CNS）中主要的水通道蛋白，介导了CNS的细胞内、细胞间液体、脑脊液等转运过程，在许多神经退行性疾病如脑微血管病、阿尔兹海默病、创伤性脑损伤（TBI）的研究中发现AQP4的表达与类淋巴系统清除功能密切相关[17]。有研究报道TBI中发现AQP4的极性分布遭到破坏，并出现磷酸化Tau蛋白等有害物质的积聚导致类淋巴清除速率的下降，从而引起树突棘突密度和形态的改变，从而导致认知功能障碍[18]。AQP4基因敲除后流经脑实质的脑脊液和Aβ的清除率明显减少，证实了AQP4介导了脑脊液-脑组织间液间的物质交换，并最终通往颈部淋巴系统进行清除[19]。除了AQP4蛋白的表达，人们进一步研究发现血小板衍生生长因子（PDGF）信号介导的AQP4在星形胶质细胞足突的极化分布异常也是导致胶质淋巴系统清除废弃物功能受损的重要原因[20-21]。以上研究提示星形胶质细胞AQP4表达与极化分布介导了类淋巴清除系统功能。Kang等[22]研究发现淋巴管内皮中的Toll样受体4（TLR4）信号积极参与了吞噬细胞向引流淋巴管的募集与引流。除吞噬细胞募集介导的淋巴引流功能外，正常的淋巴管组织形态是维持淋巴引流的组织学基础，有研究报道血管内皮生长因子-C（VEGF-C）或血管内皮生长因子受体-3（VEGFR3）缺失的实验动物出现了硬脑膜淋巴管组织结构消退的现象，并且也损害了淋巴引流功能，相反VEGF-C水平升高后可诱导脑膜淋巴管生成[23]。

3 中药对脑内微环境的影响

由于阿尔茨海默病病理机制至今尚未完全明了，为其防治带来很多困难，迄今为止尚无特效药物。中医学对痴呆的治疗有着丰富的理论基础和临床经验。大量的临床与基础研究报道了传统中药及其复方对认知功能障碍的治疗作用。高旅等[24]从血脑屏障在脑生理功能维持及脑系疾病发生中均具有重要作用入手，探讨中药及其复方干预血脑屏障通透性的作用及机制，认为开窍类中药麝香、冰片、石菖蒲、苏合香、安息香等可增加血脑屏障的通透性，补益药如人参、黄芪、白芍等可降低血脑屏障的通透性，某些开窍类中药如麝香、冰片对血脑屏障的通透性具有双向调节作用。同时，复方丹参滴丸增加血脑屏障的通透性可能与可抑制P-糖蛋白的表达相关，三化汤、补阳还五汤、桃红四物汤可降低血脑屏障的通透性。杨明等[25]认为白藜芦醇这种植物界广泛分布的非黄酮类多酚化合物，通过抑制小胶质细胞、星形胶质细胞的活化及激活Toll样本受体3（TLR3）/β干扰素TIR结构域衔接蛋白（TRIF）信号通路，降低中脑黑质的促炎因子释放，从而改善局部脑组织的炎症微环境。王时云等[26]从细胞水平、分子水平及基因水平揭示了三七皂苷改善异常微环境药理作用机制，为探讨改善实验性脑异常微环境的机制研究提供更多的线索和思路。顾欣如等[27]研究黄连解毒汤中有效成分在阿尔茨海默病模型大鼠体内药代动力学行为，认为复方中的环烯醚萜类、生物碱类和黄酮类成分能够通过调节炎症因子的水平，从而改善阿尔茨海默病模型大鼠中枢炎症状态。黄莹等[28]提出龙琥醒脑颗粒可以明显缓解蛛网膜下腔出血致脑血管痉挛，其机制可能与改变脑循环及脑内微环境来达到保护神经细胞、减少继发性损伤的作用有关。Hisham等[29]研究表明利福平和咖啡因可上调血脑屏障上LRP1和P-糠蛋白的表达，从而增强脑Aβ清除力，部分解释了利福平和咖啡因对阿尔茨海默病的保护作用。Liu等[30]提出在某种程度上与糖尿病相关的认知功能减退与糖尿病患者脑Aβ蓄积有关，而知母总皂苷可减少脑Aβ蓄积和脑部炎症状态。Yang等[31]认为富含类黄酮的柚子提取物可预防阿尔茨海默病模型大鼠β-淀粉样蛋白积聚。

4 针刺对脑内微环境的影响

治疗认知损伤除药物外，非药物治疗具有很好的临床效果，目前非药物治疗主要包括针灸、电针以及针药结合等方式。大量研究表明中医针刺治疗阿尔茨海默病具有明确的疗效，对阿尔茨海默病患者认知功能提高及临床症状改善均有明显的作用[32-33]。中医古籍记载在治疗痴呆等神经系统疾病时，大多选用行经头部的经络，同时头部选区治疗脑源性疾病距离最近，使针刺作用直达病所，符合针灸“近部取穴”原则。从解剖结构看硬脑膜淋巴管沿上矢状窦分布，淋巴管对脑间质液提供直接、连续的引流，维持脑内环境的稳定。鉴于经络穴位与淋巴系统的密切关联[34]，选取颅底的穴位是干预硬脑膜淋巴管引流效应的重要手段。针刺治疗对脑内微环境影响，目前研究主要集中在与学习记忆密切相关的脑内神经递质、相关蛋白以及脑脊液炎性因子。戴思思等[35]研究“补肾活血”针法对快速老化模型小鼠SAMP8学习记忆能力的影响，结果显示该针法可上调SAMP8小鼠海马CA1区脑啡肽酶（NEP）的表达，减少Aβ沉积，保护神经元，从而改善Aβ相关的认知障碍。陈英等[36]研究也发现电针预处理后可使大鼠海马组织Wnt通路中Wnt蛋白、p-GSK-3β及β-catenin蛋白的表达上调。杨春壮等[37]认为针刺治疗阿尔茨海默病获效的机制与海马内乙酰胆碱酯酶的含量密切相关，实验结果表明，针刺可降低阿尔茨海默病大鼠脑和血内乙酰胆碱酯酶（AchE）活性，调节乙酰胆碱（Ach）生理代谢，从而改善大鼠的认知功能。杨静雯等[38]认为针刺对阿尔茨海默病的神经保护作用与其可抑制脑缺血后的炎症反应相关，针刺“足三里”“百会”可抑制大脑前额叶皮层TLR4表达，调控炎性介质的释放。

5 中药及针刺清除脑内神经毒性代谢产物的作用途径

中医认为肾精亏虚是阿尔茨海默病发生的前提，在该理论指导下积累了丰富的治疗经验。随着现代研究发现Aβ等阿尔茨海默病病理产物具有损伤脑髓的特点，人们逐渐总结内生浊毒败坏脑髓是导致脑消髓减、神机失用的关键病因，并且针对“毒损脑络”病机的解毒通络治法也得到了很好的临床效果[3]。基于以上认识，Batnairamdal等[39]研究发现，具有舒利血脉、平肝解郁、活血祛风功效的中药组方能降低星形胶质细胞和小胶质细胞的过度活化，抑制胶质纤维酸性蛋白（GFAP）和离子钙接头蛋白分子1（Iba-1）表达。在改善脑皮层微循环、增加脑血管量方面具有显著疗效的具有养血活血、平肝潜阳作用的中药组方养血清脑颗粒，在1项研究中表明可抑制血管性痴呆大鼠海马CA1区星形胶质细胞的增生和活化[40]。关于针刺作用机制人们也进行了大量探索性研究，目前也取得了一定进展，针刺可通过调节葡萄糖代谢、增强神经传递、减少氧化应激、减少Aβ沉积、抑制神经元凋亡、改善海马神经突触可塑性而发挥治疗痴呆的作用[41-43]。最近的阿尔茨海默病动物实验也进一步表明电针可改善机体炎性环境[44]。

以上研究表明针刺具有一定改善脑内微环境的作用，然而关于其如何发挥改善脑内微环境的作用目前尚未达成共识。有研究报道针刺可以增加脑损伤后AQP4的表达[45]。AQP4除了参与水转运外，还在星型细胞迁移、Aβ清除以及免疫反应炎症过程中发挥重要作用。在许多神经退行性疾病如脑微血管病、阿尔茨海默症、TBI的研究中发现类淋巴系统与AQP4的表达密切相关，在TBI中发现AQP4的极性分布遭到破坏，并出现磷酸化Tau（P-Tau）蛋白等有害物质的积聚导致类淋巴清除速率的下降，从而引起树突棘突密度和形态的改变，从而导致认知功能障碍。由于水通道蛋白AQP4在类淋巴系统中起着重要的作用，所以类淋巴系统障碍与AQP4的极性分布密切相关。鉴于AQP4介导的胶质淋巴在清除神经毒性物质改善脑内微环境中的作用，针刺是否可以影响胶质淋巴系统值得深入系统研究。此外，针对近年进一步明确的硬脑膜淋巴系统，王临梅等[46]提出由于硬脑膜淋巴管道、淋巴孔及其沟通的蛛网膜下隙、血管周围间隙在颅内连接形成1个完整的中枢淋巴循环通路，可以将脑脊液引流入颈外侧深淋巴结。其走行分布与中医头部经络穴位具有一致性，并且两者均具有清除代谢脑内物质的功能，提示硬脑膜淋巴管内淋巴液和免疫细胞的循环改变可能是针刺相关穴位治疗神经系统疾病的主要机制。

6 总结

综合以上研究进展并结合前期临床实践，不难总结出脑组织具有很高的代谢水平，当胶质淋巴-硬脑膜淋巴系统介导的脑内淋巴引流异常时，会导致具有神经毒性的代谢废弃物堆积并影响脑内微环境稳态，最终导致或加重阿尔茨海默病的发生。

脑内微环境改变是引起脑组织进行性损伤的一个重要原因，中医药在调整脑内微环境方面具有明显的作用优势。针对脑内微环境组织学特点，作用于淋巴引流可以改善脑内微环境，可以有效治疗或延缓认知障碍的发生，中药和针刺可以改善AQP4介导的脑内胶质淋巴引流系统功能，促进Aβ等神经毒性代谢产物的脑内清除，针刺具有明确的治疗阿尔茨海默病作用，并且其改善脑内微环境作用已被人们广泛报道，然而其确切作用途径尚不清楚。硬脑膜淋巴管道其走行分布与中医头部经络穴位具有一致性，并且两者均具有清除脑内代谢物质、调理气机的重要功能，提示硬脑膜淋巴管内淋巴液和免疫细胞的循环改变可能是针刺相关穴位治疗神经系统疾病的主要机制。针刺头部相关穴位可以调节胶质淋巴-硬脑膜淋巴系统引流效应，促进脑淋巴引流排泄脑内代谢废物，改善脑内微环境发挥预防阿尔茨海默病的作用。以改善脑内微环境为靶点，中医药防治中枢神经系统疾病的作用及机制研究可以进一步促进中医药现代化研究，对拓展相关治法的临床应用具有一定实用价值。