针刺双向良性调控星形胶质细胞治疗脊髓损伤的研究进展＊

曹祖懋，时素华，胡 煜，叶 青，李志刚＊＊

（1.北京中医药大学针灸推拿学院 北京102488；2.北京中医药大学第三附属医院 北京100029）

＊＊通讯作者：李志刚，教授，博士生导师，主要研究方向：针刺干预中枢神经系统损伤的临床和机理研究；时素华，副主任医师，主要研究方向：针刺干预中枢神经系统损伤的临床和机理研究

脊髓损伤（spinal cord injury，SCI）一般是指患者受到外伤作用，而导致的损伤节段平面以下功能和感觉功能丧失的一种中枢神经系统疾病。根据流行病学统计我国每100万人中有37人患有SCI，而亚洲的患病率为12.06-61.6/100万[1-2]。通常，按照其损伤性质不同可分为原发性损伤和继发性损伤。原发性损伤是指脊髓在瞬间受到的不可逆的机械性损伤，造成大量的神经元死亡；而继发性损伤是一种继发的延迟性、进行性组织损伤。造成损伤的部位由原发性组织损伤的区域向四周神经组织扩散，由分子和细胞等发生的一系列复杂级联反应，包括炎症、氧化应激和神经胶质瘢痕形成，进一步导致神经元凋亡以及脱髓鞘等。致使患者受损节段以下神经功能严重损坏。虽然许多特定的分子机制和潜在的治疗靶标尚不清楚，但在炎症、氧化应激和神经胶质瘢痕等许多的继发性损伤机制中都有发现有星形胶质细胞的参与，随着科学技术与学科的不断发展，胶质细胞对中枢神经的作用越来越受到广泛科研人员的重视。星形胶质细胞是中枢神经系统中数量最多的细胞。在正常情况下，星形胶质细胞参与维持正常的生理活动。而在SCI后，损伤区域附近的星形胶质细胞迅速被激活，发生肥大、反应性增生等反应，最后形成胶质瘢痕，同时也参与多种继发性损伤机制，进一步损伤神经元。目前，越来越多治疗手段将目光聚焦于星形胶质细胞上，研究人员发现SCI后星形胶质细胞不仅可起到隔离炎症的作用，还能分泌各种因子保护和促进神经元生长[3-4]。因此进一步探究损伤后的星形胶质细胞所发生的一系列生理病理变化对以后寻找确切治疗切入点是十分有必要的，针刺作为中医治疗手段中不可或缺的一项也在治疗SCI中发挥了重要作用，且其治疗作用与星形胶质细胞有很大的关联，因此本文总结了继发性脊髓损伤中星形胶质细胞的作用及针刺对其的影响，作此综述，并为后续的研究和指导治疗提供思路。

1 星形胶质细胞在SCI后的作用

1.1 星形胶质细胞在SCI后的正面作用

1.1.1 限制炎症

炎症是SCI后十分常见的继发性损伤，SCI后损伤的细胞会释放其胞内的蛋白质以及细胞碎片，从而激活小胶质细胞释放细胞因子和其他炎症介质以及募集中性粒细胞和巨噬细胞，加剧组织损伤。而在病变周围的星形胶质细胞也迅速被激活，形成一圈致密结构紧紧将病变部位包裹，以限制炎症反应的扩散，起到继而保护周围未受损神经组织的作用，Gu等人[5]使用慢病毒介导的单纯疱疹胸苷激酶/更昔洛韦（HSVtk/GCV）系统选择性杀死形成疤痕的反应性星形胶质细胞，阻碍神经胶质瘢痕生成，导致了炎症的广泛浸润、组织变性以及神经元损伤加重，不利于功能的恢复。有研究显示星型胶质细胞需要在STAT3信号的引导下才能发挥出限制炎症扩散的作用，Julia等人有条件地删除了STAT3信号后发现虽然在未受损状态下STAT3的缺失星形胶质细胞的细胞大小和细胞密度均没有显著差异，但SCI后出现较低的GFAP上调，导致星形胶质细胞形成瘢痕失败，从而致使炎症范围的扩大和运动恢复减弱[6]。而根据Ana等人[7]的最新研究表明：星形胶质细胞对损伤的反应类似于非神经组织中的伤口愈合反应，涉及上皮-间质转化（EMT）和ZEB转录因子上调，他们在挫伤性SCI的小鼠模型中有条件地删除星形细胞中的Zeb2后，减轻了星形胶质细胞的增生，产生更大的病变并减缓了运动功能的恢复。以上研究都表明在SCI后星形胶质细胞在限制炎症和病灶的扩大中起到了重要作用。

1.1.2 促进神经再生

SCI后神经失败很关键的一个原因在于损伤部位促进损伤部位神经再生的神经营养因子的缺乏，Jinger等人研究发现SCI后损伤附近的星形胶质细胞可分泌S100β和FGF-2，从而触发创伤边界处的伤口修复事件，并在邻近区域介导神经营养和神经元可塑性[8]，而2016年Anderson等人的实验表明消融星形胶质瘢痕并未能显示出促进轴突再生的功效，反而显示出减弱的神经再生的结果[9]。Li[10]等人的研究结果也支持前人的实验结论：SCI后两周的瘢痕组织可分泌更高的营养因子，对神经再生起到支持作用。Wang等人的试验还表明活化的星形胶质细胞还通过分泌的IL-6参与了神经干细胞的增值和分化，从而介导神经元的再生[11]。

1.2 星形胶质细胞在SCI后的负面作用

1.2.1 抑制神经再生

SCI后星形胶质细胞形成的胶质瘢痕不仅限制了炎症的扩散，同时也形成了轴突再生的物障碍：由于伤后的星形胶质细胞过度增生，互相交织形成了致密的瘢痕，再生的轴突很难穿过这层障碍，从而阻止神经再生。不仅如此，瘢痕星形胶质细胞还会分泌包括硫酸软骨素蛋白聚糖（CSPG）、肌腱蛋白等在内的蛋白多糖，阻止新的生长锥连接到靶标，导致生长锥塌陷，限制了轴突的出芽再生[12]，因此抑制星形胶质细胞分泌CSPG成为治疗SCI的重要手段。Elizabeth等人在SCI后的大鼠内注射ChABC后发现可抑制CSPG的活性，促进轴突的再生和运动功能及感觉功能的恢复[13]。而Huang等人[14]在转基因小鼠中过表达转录因子OCT4和KLF4后发现，星形胶质细胞中的GFAP表达以时间依赖性的方式被显着抑制。另外，在细胞刮擦实验中，星形胶质细胞的迁移能力被抑制，并且在转基因小鼠损伤部位发现了髓鞘再生，促进了运动能力的恢复。

1.2.2 破坏神经元

激活的星形胶质细胞除了分泌抗炎因子、神经营养因子外，还会释放TNF-α、IL-1β、IL-6等炎症因子促进炎症反应、释放神经毒性水平的一氧化氮以及潜在的兴奋性谷氨酸，从而破坏神经元，造成级联性的继发性损伤[15-17]。不仅如此，2017年shane等人发表文章表明星形胶质细胞与小胶质细胞一样，可分为破坏型和营养型：SCI后，激活的小胶质细胞可分泌IL-1α、TNF、C1q等细胞因子，这三种因子可诱导星形胶质细胞向具有破坏性的A1型转化，它们非但不能促进神经再生，反而有助于神经元和少突胶质细胞的死亡，而A2型可分泌营养因子促进再生[18]。Qian[19]等人在此研究的基础上进一步发现Notch-Stat3轴是是星形胶质细胞表型的转变的关键，使用γ-分泌酶阻断剂（DAPT）阻断Notch通路抑制了A1星形胶质细胞的分化。因此如何促进星形胶质细胞向A2型转变以及通过控制Notch通路抑制其向A1表型转化成为了新的治疗方向。

1.2.3 引起水肿

水通道蛋白是质膜通道，它可促进水双向跨膜的流动，在SCI后的水肿中起到了不可或缺的作用，oklinski等人[20]发现星形胶质细胞中有大量的水通道蛋白4的表达。Pan等人[21]实验证明与假手术组相比，SCI后大鼠脊髓水肿程度明显高于对照组，且水通道蛋白4的含量也明显上升，其含量在损伤后第三天达到高峰，证明水通道蛋白4的高表达与SCI后的水肿一切相关。近日Philip等人通过研究表明在急性缺氧导致星形胶质细胞中AQP4的亚细胞再定位，并伴随着膜透水性的增加，他们进一步制作了SCI的大鼠模型，用药物三氟派嗪可抑制水通道蛋白4定位于血脊髓屏障，与未用药物的对照组相比，可明显减轻水肿并促进功能恢复[22]。

2 针刺对星形胶质细胞的影响

2.1 抑制星形细胞形成瘢痕

星形胶质细胞形成的瘢痕在损伤后早期虽然会分泌神经营养因子，但后期却严重限制轴突再生[10]，杨成等人[23]对SCI后的大鼠模型施以电针“大椎”和“命门”穴治疗，发现电针组GFAP的含量显著低于损伤组，而何娟等人[24]对SCI后的大鼠进行夹脊穴电针治疗后发现，损伤后第7天开始，电针组GFAP的表达明显降低，且BBB评分显著高于对照组，表明了针刺参与调节损伤后星形胶质细胞形成胶质瘢痕的过程。卫哲[25]也通过实验证明不论电针组还是手针组均在SCI后7天内促进GFAP的表达，而在28天时又起到抑制作用，这与Li等人研究相似，在早期，电针可促进星形胶质细胞表达，以分泌更多的营养因子，促进恢复，而后期由于星形胶质细胞分泌更多的是抑制神经再生的因子，阻碍了SCI后的恢复，在施加针刺干预后则抑制其活化，这充分体现了针刺的双向调节作用。

2.2 促进再生

针刺除了抑制瘢痕外，还可促进星形胶质细胞分泌神经营养因子：杨成等人[26]的研究表明：电针“大椎”和“命门”穴后，电针组星形胶质细胞分泌的内源性神经营养因子显著高于对照组，且在第14天达到高峰，促进了神经再生。而何娟等人还证实电针可明显促进星形胶质细胞中白细胞分化群15的表达，白细胞分化群15可作为神经干细胞的标志物[24],表明电针还参与促进星形胶质细胞中干细胞的增生。不仅如此，陆利[27]等人通过离体细胞培养实验也表明经电针血清可激活星形胶质细胞，从而促使其分泌脑源性神经营养因子，以发挥保护神经元的作用。

2.3 抑制炎症

炎症在SCI后的损伤中发挥了双刃剑的作用，早期虽可促进坏死细胞及碎片的清除，但也导致了神经元的凋亡，针刺可通过调节星形胶质细胞表达炎症因子，介导神经元保护作用，苏标瑞[28]等人在SCI后大鼠双侧“肝俞”以及“脾俞”电针治疗后表明电针抑制了星形胶质细胞的活化，从而减少了血清内TNF-α、IL-1β的含量，减轻炎症反应。而潘伟斌[29]等人也证明经电针治疗后的SCI大鼠不仅体内星形胶质细胞和小胶质细胞标志物表达减少，还抑制了IL-1β、IL-6和IL-18的表达，进而有利于改善SCI后神经元形态和修复。

2.4 镇痛

SCI后的中枢性疼痛是常见的并发症之一，表现为自发的多特征的广泛部位的疼痛，疼痛可呈尖锐样刺痛、刀割样疼痛、紧缩性疼痛等等，发病机制尚不明确，很可能与中枢兴奋性过高有关[30]。Lee等人[31]的研究证明了SCI后星形胶质细胞在中枢性疼痛中发挥了重要作用：SCI后，星形胶质细胞中JNK通路激活，持续分泌MIP-1、MIP-1β、MIP-3α，从而降低痛阈，产生疼痛，而针刺“水沟”与“阳陵泉”后，大鼠机械性痛阈和热源性痛阈明显提高，且炎性蛋白的含量也显著降低，表明了针刺可能是参与了星形胶质细胞中JNK通路的活化，抑制其产生炎性蛋白，以起到镇痛的作用。

3 小结与展望

本文首先从正反两个方向综述了SCI后星形胶质细胞的作用，表明其在SCI后的病理过程中发挥了双向作用：通过限制炎症、分泌营养因子发挥保护作用，同时又会分泌炎性因子、兴奋性氨基酸等介导神经元的破坏，分泌水通道蛋白4引起水肿以及过度活化形成瘢痕阻碍再生。而针刺正是通过促进星形胶质细胞发挥保护作用，抑制星形胶质细胞参与破坏的途径，达到抑制瘢痕、炎症，促进再生的目的，将针刺的双向调节特点体现的淋漓尽致。

虽然目前关于SCI后星形胶质细胞的作用以及针刺对其的干预已取得很大进展，但仍有以下方面问题需要改善：①目前大部分对于针刺干预星形胶质细胞的研究都集中于脑源性疾病，而星形胶质细胞在SCI后的一系列病理作用中发挥的双向作用展现出治疗SCI巨大的潜能，已有研究[32]证明针刺可降低SCI后水通道蛋白4的表达，减轻水肿，促进恢复，而星形胶质细胞可在SCI后表达大量的水通道蛋白4，针刺是否是通过调节星形胶质细胞而降低水通道蛋白4的表达可作为新的研究方向。并且以往的研究主要是针对针刺干预对单一因素的影响，例如炎症、瘢痕、水肿等等，而星形胶质细胞参与了许多的继发性损伤机制，可谓牵一发而动全身，为了丰富针刺治疗作用的内涵，我们需要进一步探究针刺对SCI后星形胶质细胞干预的深度和广度。②上述所提及星形胶质细胞在小胶质细胞所分泌的细胞因子中变成毒性表型，表明不同细胞之间是相互关联、互相影响的，体现出中医思想中的整体性，因此在以后的科研设计中应当多考虑细胞之间的相互作用，考虑如何通过针刺干预达到增强细胞之间的协同作用以及减弱拮抗作用。③前人的研究表明在SCI后早期星形胶质细胞可分泌大量神经营养因子，而后期则主要是以分泌一些细胞外基质如CSPGs而抑制神经再生，针刺干预后可促进星形胶质细胞分泌神经营养因子而抑制其形成胶质瘢痕，充分体现出针刺的双向调节作用，但针刺如何针对星形胶质细胞而起到双向调节作用的具体机制还尚不清晰，有待进一步的研究。④目前主要的针刺方法为手针以及电针，手针由于其手捻的方式以及角度、深度、研究人员手法操作不一致等问题不好控制，较难做到其参数的统一，故需要在以后制定更为详细的标准，以保证实验的严谨性。而电针由于其与电相结合，有学者质疑说是电发挥了治疗作用，因此在日后设计实验时是否应该添加通电组对照是个值得思考的问题。⑤目前的实验研究虽证明了针刺可从各个方面促进SCI后的恢复，但却未能很好阐明中医的理论，笔者认为这也是针刺疗效始终受到外界质疑的一个重要因素，因此在日后进行研究时也需要注重从现代医学的角度阐释针刺如何运用中医理论来治疗疾病。