基于NO相关信号通路探讨针刺抗抑郁的研究现状

王坪霏,许军峰△,孔庆杰,秦文秀,杨 婷,付文斌

(1.天津中医药大学第一附属医院,天津 300381;2.国家中医针灸临床医学研究中心,天津 300381;3.广东省中医院,广东 广州 510120)

抑郁症是一种精神情感障碍性疾病,常表现为持续情绪低落。近年来,受疫情的持续影响,人们整体心理健康水平下降[1],抑郁症的发生随之增加并呈年轻化。据世界卫生组织事实报道,抑郁症是全世界主要致残原因,也是造成全球疾病负担的主要原因。抑郁症的病理复杂性导致过去几十年抗抑郁药物的开发效率低下,部分抗抑郁药对约30%～50%的抑郁症患者治疗无效,这反映了针对抑郁症潜在病理机制缺乏特异性[2]。因此,为了找到更可行的治疗方案,探讨和研究抑郁症发生的病理学机制是十分必要的。

1 NO概述

额前皮质-海马-杏仁核神经回路是负责情感调节的主要脑回路[3],其中海马体是情绪相关区域研究的热点,该神经回路的结构完整性受损常常导致抑郁的发病。一氧化氮(Nitric oxide,NO)是由L-精氨酸在一氧化氮合酶(Nitric oxide synthase,NOS)的诱导下合成的神经递质,与抑郁症的神经生物学机制密切相关。NOS包括3种亚型:诱导型(Inducible Nitric oxide synthase,iNOS)、神经型(neurogenic Nitric oxide synthase,nNOS)和内皮型(endothelial Nitrie oxides synthase,eNOS),其中iNOS和nNOS以中枢神经系统表达为主,而eNOS在外周表达较中枢多。NO与发育和神经保护作用有关,但高浓度或持续浓度的NO,不仅会直接毒害神经细胞,也会产生引起一系列炎症级联反应及干扰各种分子信号通路。Yoshino Y等[4]发现,抑郁大鼠模型的海马组织的nNOS和iNOS mRNA 表达水平明显增加,合成大量NO,进而损伤海马神经元组织。相关证据[5]表明,通过抑制iNOS的表达及过量NO产生,可明显改善抑郁症状。许亚辉等[6]通过实验发现,逍遥散可能通过调节海马内nNOS、iNOS及eNOS蛋白表达水平,进而改善抑郁模型大鼠的抑郁样行为。另有研究[7]提示,iNOS在大脑一些特定部位的表达也存在保护作用,但具体机制还需要进一步地研究。

2 NO介导抑郁症相关通路

大量研究表明,NO作为重要的生物活性因子,参与了多种信号通路的信息转导,在介导抑郁症发生的病理机制中起着主要作用。见图1。

2.1 NMDAr-NOS-NO-cGMP通路

谷氨酸(Glutamic acid,Glu)和γ-氨基丁酸(Gamma-amino butyric acid,GABA)是中枢系统中一对重要兴奋性和抑制性神经递质,Glu和GABA水平异常可导致抑郁症[8]。N-甲基-D-天门冬氨酸受体(N-methyl-D-aspartate receptor,NMDAr)是负责谷氨酸诱导钙电流、激活钙依赖性酶的主要受体,NMDAr被激活,钙通过 NMDAr进入细胞,从而激活NOS,将 L-精氨酸(L-Arginin,L-Arg)转化为 NO 和 L-瓜氨酸。NO在应激相关疾病的神经生物学中发挥重要作用,Pereira VS等[9]证明,阻断内侧前额叶皮层中的 NMDAr或 NO 信号传导可在应激诱导的抑郁大鼠模型中产生抗抑郁样作用。早期研究表明,慢性应激可激活海马内Glu-NMDAr-NOS-NO 途径,过量生成的NO,使环磷酸鸟苷(cyclic Guanosine monophosphate,cGMP)的水平异常增加,除加大神经毒性外,亦会减少多巴胺分泌, 诱导抑郁发生。NO-cGMP通路与一系列不同药物的作用机制有关,如交泰丸能够调节NO-cGMP通路,发挥抗抑郁作用[10];越鞠丸和氯胺酮可降低NMDAr亚单位NR1的表达[11],且NMDAr 和L-Arg-NO-cGMP通路参与了越鞠丸的抗抑郁样机制[12]。

2.2 NF-κB-iNOS-NO通路

“免疫-炎症”假说被普遍认为与抑郁症发生机制相关,氧化应激导致的氧化-抗氧化失衡是抑郁症发生的关键[13];发现抑郁症患者血液中氧化应激标记物水平升高[14],亦支持这一假说。iNOS通常在病理情况下被诱导才会表达,且不受细胞内钙离子浓度的调节,一经表达就会产生大量NO,因此对iNOS的调节主要存在于转录水平上。iNOS通过参与由氧化应激诱导的行为和神经化学改变,在抑郁和焦虑的发展中同时发挥作用[15]。核转录因子-κB(Nuclear factor κB,NF-κB)是慢性应激引起神经损伤的关键介导物,可被多种刺激激活,与炎症密切相关;NF-κB激活后发生核转位,并作用于靶基因启动子结合位点,促进iNOS的转录[16]。Zhang Z等[17]发现,红莲水提物可通过降低iNOS 表达和抑制 NF-κB 通路抑制急性炎症反应。然而调节 iNOS 表达的信号通路比较复杂,不同的诱导物在不同细胞中诱导 iNOS 表达的信号通路都可能不同。

2.3 雌激素与nNOS-CREB通路

卵巢激素波动会增加女性对压力、大脑结构和功能以及炎症活动的敏感性,这可能是女性在生育期间更容易患上与炎症相关抑郁情绪的原因[18]。雌二醇(Estradiol,E2)也称为17β-雌二醇或雌激素,是最丰富的循环雌激素形式。研究发现[19],E2以及氮能系统抑制剂在抑郁小鼠中发挥了明显的抗抑郁样作用。 C反应元件结合蛋白(C-reactive element-binding protein,CREB)是神经系统中调节核转录的多种细胞内信号通路的主要成分,海马中的 CREB下游信号有助于调节神经可塑性以及认知、学习和记忆相关行为。雌激素通过激活雌激素受体β(Estrogen receptor β,ERβ)介导 CREB激活,更重要的是,nNOS 是雌性小鼠海马中 ERβ介导CREB磷酸化所必需的[20],用 ERβ拮抗剂可抑制 nNOS-NO-CREB活性并诱导抑郁样行为。Sigma-1 受体(Sigma-1 receptor,σ1R )在涉及情绪和神经精神疾病的大脑区域中高度表达。研究发现,σ1R基因敲除小鼠海马中nNOS表达和NO产生减少[21],E2可以拮抗σ1R基因敲除小鼠诱导的抑郁样作用[22];类似地,E2戒断后激活σ1R可以通过纠正 nNOS-NO-CREB信号传导的下降来改善抑郁样行为[23]。这些证据支持了σ1R激动剂通过恢复海马nNOS-NO-CREB活性对产后早期抑郁症状的新治疗作用的可能性,同时可减少雌激素药物的副作用。

2.4 NO与HPA轴

海马参与下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴(Hypothalamic-pituitary-adrenal cortex axis,HPA)轴的调节,结构中大量的糖皮质激素受体和谷氨酸,使其更容易受慢性压力等应激影响。Katz DA等[24]发现抑郁症患者HPA轴功能常出现紊乱,基础糖皮质激(Glucocorticoids,GCs)水平明显升高;Kim Y等[25]发现持续升高的GCs会诱导海马神经细胞死亡及树突萎缩;方辉等[26]发现抑郁症患者情绪异常、认知下降与基础GCs升高相关。当受到细胞因子或应激刺激时,iNOS表达上调,催化NO形成,过量的NO可兴奋HPA轴,使糖皮质激素高分泌,进而损伤中枢神经元[27]。Zhu LJ等[28]发现, nNOS在海马诱导产生的NO,参与慢性应激或糖皮质激素诱导的HPA轴过度活动和抑郁行为;同时,使用NOS阻断剂可显著降低血清中皮质酮含量[29]。这些研究表明这样一种观点,即NO可通过影响HPA轴活性,介导抑郁发生的病理环节。

3 针刺研究现状

针刺治疗具有多条效应途径和双向调节作用,这可能是针刺多层次、多靶点治疗抑郁症,双向调节生物分子的基础。

3.1 针刺对神经递质、神经元的调节

多项研究发现,针刺可以调节神经递质的水平、改善神经元和突触结构;如针刺在动物模型中起到双向调节作用,可减少海马Glu含量,促进GABA的合成,从而减轻神经毒性[30]。针刺可上调前额皮层星形胶质细胞转运体的表达,提高Glu的摄取,从而改善抑郁症状[31-32]。突触是神经元信息传递的重要结构,具有可塑性,对其异常形态结构和传递效能的调节,可成为抑郁症治疗的重要靶点[33]。研究发现,电针干预可抑制慢性不可预知轻度应激(Chronicunpredictable mild stress,CUMS)诱导大鼠模型神经元异常凋亡[34],可使大鼠海马突触长时程增强,缓解抑郁样行为和逆转损伤[35]。

3.2 针刺对分子信号的调节

海马是参与 Glu-NMDAr-NO-cGMP 通路情绪改变的重要部位[36]。谢康楠等[37]观察了电针百会、足三里对创伤后应激障碍模型大鼠海马区nNOS表达影响,结果显示电针后大鼠海马nNOS表达水平恢复性下调。Huang W等[38]针刺“鬼”穴上星和大陵,证明针刺可通过NO-cGMP信号通路,减少大鼠抑郁症相关的行为。赵贤芳等[39]在针刺对抑郁行为干预过程中发现,不同针刺方法均能调控 NO-cGMP通路,且海马神经元表达变化较额叶敏感。针刺可通过调节NF-κB介导的炎症相关信号通路,减少炎性反应因子iNOS等的表达,发挥抗抑郁作用[40]。王洪亮等[41]采用加强扬刺百会治疗中风后抑郁,结果显示针刺联合西药组治疗后总显效率为76.7%,高于单纯西药组,患者抑郁程度及生活自理能力均有改善,且NF-κB-iNOS-NO通路涉及其抗抑郁过程。

3.3 针刺对神经-内分泌轴的调控

针灸治疗可通过调节神经-内分泌轴调控围绝经期抑郁症,而具体的信号通路还不清晰,其机制可能与下调皮质醇水平有关[42]。王松子等[43]基于中医“心脑理论”,选择针刺“内关”穴, 发现其可通过抑制亢进的HPA轴,治疗应激抑郁合并心肌缺血,达到心脑同治的目的。针刺百会、大椎、气海与关元联合隔药盐灸神阙可调节HPA轴相关激素水平,可改善产后抑郁[44]。然而,针刺能否通过NO相关通路,调控HPA轴起到抗抑郁作用的相关研究还很少。 围绝经期抑郁与“心脑-肾-天癸-冲任-胞宫”生殖轴功能紊乱密切相关,这与西医下丘脑-垂体-卵巢轴(Hypothalamic-pituitary-ovarian axis,HPO)失调相似。蒋希荣等[45]发现电针百会、三阴交等穴,可促进围绝经期HPO轴E2的分泌,减少大鼠抑郁样行为;梁发俊等[46]对中风后抑郁模型大鼠采用“通督治郁”针法发现其海马CREB的表达水平有所增加。而E2可通过影响nNOS-CREB通路改善抑郁,笔者推测针刺抗抑郁作用与E2-nNOS-CREB潜在通路机制有关,可在今后的研究中加以验证。

4 小结

临床抑郁症发生机制涉及多个脑区和分子通路,如海马、前额叶皮层、杏仁核及NOS、 NMDA、NF-κB、E2和HPA轴,发病机制十分复杂;近年来,针刺的抗抑郁机制研究主要围绕在调节单胺类神经递质、免疫细胞因子、神经内分泌、神经营养因子及保护神经元、微生物-肠-脑轴功能等方面,并取得一定研究成果。NO作为参与多种生化反应的信息传递分子,在抑郁症多条通路介导的病理机制中扮演关键角色。然而现在已有研究多是观察单分子、单通路,对各条通路彼此之间的联系的研究较少。因此,检测NO水平并深入研究其分子调控机制,关注多靶点、多途径和多机制间的交互联系至关重要。但针灸的抗抑郁作用仍缺乏深入的、系统性的研究,尤其是对作用机制的探索仍不够深入,未来将传统针刺疗法与现代高通量分析的分子生物学结合,从蛋白、基因等不同组学入手研究针刺抗抑郁机制仍是热点,这将有助于对特定通路靶向实施干预研究,为临床治疗抑郁症提供新的潜在靶点及治疗方式。