基于脑源性神经营养因子探讨针灸治疗颅脑损伤的可能机制

张容超，郭奎奎，郭新荣，杜 旭

(陕西中医药大学，陕西 咸阳 712046)

颅脑损伤(Traumatic brain injury，TBI)是神经外科最常见的脑部创伤性疾病，主要由暴力直接或间接作用于头部，破坏正常脑实质，引起暂时或永久性的认知、心理和生理功能的丧失，本病具有很高的致残率和致死率，患者群体主要是青壮年男性[1-2]。2019年《The Lancet Neurology》报道：颅脑损伤全球每年发病超过5 000万人，全球约有一半人在其一生中可能患有一次或多次颅脑损伤，中国颅脑损伤的发病率为55.4～64.1例/10万人/年[3-4]。近年来，我国工矿、建筑与交通等基建行业正在飞速发展，TBI的发病率随之不断上升，劳动力的丧失及巨额的医疗费用已给家庭及整个社会造成了沉重的医疗负担[5]。针灸疗法“简、便、效、廉”，尤其是电针，不仅参数可控、操作稳定，还能疏通经络、调畅气机、扶正祛邪和补益气血，在TBI等神经系统疾病的治疗方面是一种有效手段，目前已引起医学界的广泛关注，但时至今日，针灸效应机制仍未明确。中枢神经系统(Central nervous system,CNS)中高表达的脑源性神经营养因子(BDNF)及其特异性受体酪氨酸激酶受体B(Tyrosine kinase receptor B，TrkB)对神经元的生长、发育、增殖及突触可塑性起着极为重要的作用。本研究基于文献研究，分析、探讨针灸治疗颅脑损伤的可能效应机制。

1 针灸在颅脑损伤治疗中的应用

中医学将颅脑损伤归属于“头部内伤”“颅骨骨折”等范畴，TBI后，颅内血脉受损，气机逆乱，导致气滞血瘀，进而“清阳不升、浊阴不降”，治疗主要是活血化瘀、化痰开窍与疏通经络[6-7]。针灸是中医学的特色疗法，以针刺、艾灸等刺激腧穴进而疏通经络、调和气血，恢复脏腑功能，该疗法已广泛应用于TBI的临床治疗中。“醒神、开窍”是针灸治疗TBI的主要思路，王晓燕等[8]采用“醒脑开窍针法”治疗重型TBI后持续性植物状态患者(观察组取“神庭、本神与百会”等腧穴加药物治疗，对照组单纯药物治疗)，结果发现，针刺治疗越早、疗程越长则疗效越好，观察组疗效明显优于对照组，差异具有统计学意义(P<0.01)。王东红等[9]运用“醒脑开窍针法”治疗46例TBI失语症患者(取“内关、人中与三阴交”等腧穴)，结果34例患者语言功能完全恢复。电针因参数可控、刺激持续，被广泛用于针灸治疗中，陈慧玲[10]采用电针刺激“合谷、曲池、足三里与三阴交”穴观察针刺对脑血流灌注和脑功能活动的影响，结果针刺后病灶明显缩小(针刺前、后病灶局部脑/全脑的比值分别为：7.40±2.08、9.84±2.02)，电针后脑血流量亦显著增加。吴学群等[11]采用电针治疗30例重度TBI昏迷患者(取“太阳、翳风与听宫”等穴，电针频率：120 r/min的连续波，电流强度以不影响患者生命体征为度，每次通电20 min，电针1次/d,10次/疗程)，总有效率高达90%。综上，可见针灸在治疗颅脑损伤的临床中，应用广泛且疗效肯定。

2 脑源性神经营养因子在TBI康复中的作用

1982年德国神经生物学家Barde等首次从猪脑中分离并纯化出BDNF(属神经营养因子家族成员之一)，BDNF是一种分子量为12.4 kD的碱性蛋白，主要分布在以海马和皮层为主的CNS中[12]。BDNF/TrkB通路在整个生命过程中维护着神经元的生理功能，生理性功能和病理性反应都通过同样的信号通路起作用，只是在病理条件下这些通路的激活或抑制起到了有害的作用[13]。那么，TBI这种病理性反应激活这一信号通路，但这种病理性激活状态导致神经元凋亡、行为改变和不可逆的功能缺失。研究表明，电针对TBI的治疗可增加神经元的活性，增强并促进少突胶质前体细胞的增殖与分化，帮助髓鞘的构建，抑制神经元的凋亡，促进损伤脑组织神经功能的恢复，电针能促进局灶性脑缺血动物模型BDNF的表达，促进神经损伤的恢复[14-15]。BDNF以前体形式合成，pro-BDNF被包裹到分泌囊泡里，由神经元和星形胶质细胞通过自分泌和旁分泌方式经突触前和突触后末端释放至细胞外。BDNF可与两种跨膜受体蛋白结合：TrkB与p75神经营养因子受体(p75 neurotrophin receptor，p75NTR)。p75NTR与BDNF的亲和力较低，其表达局限于基底前脑胆碱能神经元和少数的皮层神经元，且p75NTR与TrkB常在同一细胞表达并形成复合物，二者间相互作用，共同促进神经元的存活[16]。

TrkB比p75NTR的亲和力更高，是成年脑中BDNF的主要受体，所有BDNF对突触的可塑性效应都是由TrkB介导的。TrkB表达于突触前和突触后，通过不同的mRNA剪切方式可产生3种TrkB亚型：全长型(TrkB-FL)与缺失型(TrkB-T1、TrkB-T2)，TrkB-FL是一种典型酪氨酸激酶受体，分为胞外结合配体结构域、单次跨膜区域和胞内酪氨酸激酶区3部分，缺失型具有与全长型相同的胞外部分和跨膜区，但是胞内缺少受体酪氨酸激酶区，BDNF/TrkB信号传导主要是由TrkB-FL完成的[17]。成熟的BDNF与位于突触前和突触后的TrkB-FL结合后，诱导临近胞浆的羧基末端区域的络氨酸位点自磷酸化，形成与胞内信号蛋白结合的位点，该位点可被胞内信号蛋白Shc、脂酶Cγ-1(PLCγ-1)和p85所识别并与之结合，由此启动胞内第二信使级联反应，包括：Ras/Raf/MAPK(丝裂源活化蛋白激酶)、PI3K/AKT(磷脂酰肌醇3激酶/丝氨酶或苏氨酶蛋白激酶)与PLCγ(磷脂酶Cγ)信号通路[18]。细胞内信号通路激活后通过蛋白激酶、蛋白酶和小分子的转运和翻译过程调节Bad、Bcl-2、Mcl-1、GSK3、Bcl-xL与Caspase-9等神经元凋亡相关细胞因子的活性，从而对细胞周期、突触可塑性进行调控。

3 针灸治疗颅脑损伤的机制

颅脑损伤后，脑神经细胞的凋亡及修复过程十分复杂，而影响受损神经元修复的因素较多，除局部及靶器官的反应产物外，邻近非神经细胞、传入纤维末梢及远近组织所释放的激素、营养物质与代谢产物等均可通过局部扩散或血液循环到达损伤部位，进而影响损伤神经的修复[19]。研究表明，针灸能改善脑组织的摄氧能力及大脑皮质的血液循环，改善缺血脑组织的血流量，加速损伤脑组织的修复，促进新的功能联系，从而减轻TBI后因缺血缺氧而导致的神经功能损害[20]。此外，在缺血性中风后，电针还可以调节细胞内的自噬及凋亡，从而减轻脑组织缺血再灌注损伤。在TBI的康复期，针刺作为一种有效的治疗方法，可以刺激与神经生长相关的生长因子EGF和bFGF的表达，促进神经干细胞的增殖与分化及缩小颅脑损伤的面积，从而促进神经功能的康复。在颅脑损伤早期介入可以抑制炎症反应，减少细胞凋亡，促进神经功能的康复。郭杵强等[21]观察针灸治疗TBI的临床疗效，发现早期针灸治疗可提高TBI患者的GCS、GOS 评分，降低血清 NSE、S-100B 蛋白的浓度，具有促醒及改善预后的作用。刘尧尧[22]采用针刺治疗TBI昏迷患者，发现针灸对TBI昏迷患者具有较好的促醒效果。动物实验中发现,TBI后脑组织水肿的发生是因血脑屏障遭到破坏导致血管内渗出物增多，过多血管内物质填充于脑间隙，尤其是水分，导致颅内压增高，继而产生继发性病理损害。电针对TBI的治疗可通过调控损伤脑组织中AQP-4的表达，清除过多水分对脑组织的压迫，减少由水肿压迫引发的继发性损害，进而促进TBI恢复[23]。

4 针灸对BDNF的调控

BDNF对周围和中枢神经系统中的神经元具有广谱作用，BDNF的基本功能是促进神经元的存活和突触的生长[24-25]。研究发现，TBI后多种神经营养因子的表达会增加，其中BDNF可削弱因细胞毒素、自由基与缺氧等因素所启动的神经细胞凋亡，BDNF及其特异性受体TrkB对神经元的发育、分化有维持和促进的作用，而且还参与受损神经元的修复过程。神经系统在外界和内在因素刺激下具有自我修复的能力，其被多种化学物质如营养因子、受体和神经递质调节，BDNF介导神经元的增殖、分化与存活，神经生长因子(NGF)参与神经元的生长与调节，能预防突触损伤导致的细胞变性[26-27]。研究发现，头针能上调脑缺血再灌注大鼠脑组织 BDNF 的表达，减少p75NTR的表达，促进神经元修复[28]。赵磊[29]采用头针联合康复训练治疗卒中后肢体痉挛患者，结果患者的躯体功能改善、生活质量提高，血清 BDNF、NGF 水平较单独接受康复训练患者明显增加。童钟等[30]采用针灸治疗TBI后遗症，将102例TBI后遗症患者均分为对照组(采用依达拉奉治疗)和观察组(采用中药联合针灸治疗)，结果表明：观察组临床症状好转时间(8.39±1.3)d优于对照组(15.21±1.80)d，且生活能力恢复优于对照组。动物实验中，胡冠宇[31]研究发现头针能有效提高BDNF、TrkB及CREB等蛋白的表达，上调BDNF/TrkB/CREB信号通路，从而促进BNDF自分泌的良性循环，进而促进BDNF对脑组织细胞的修复作用和细胞保护作用。钟鲁玉[32]研究针刺对脑缺血模型大鼠的治疗效应，结果发现针刺可改善脑缺血大鼠神经缺损的症状，大鼠运动功能恢复的机制与上调缺血侧大脑皮质BDNF、TrkB的表达，重建和修复大脑结构、神经功能相关，针刺可促进梗死灶及周围脑组织神经元树突棘的再生。

5 讨论

颅脑损伤后脑神经细胞的病理生理变化过程十分复杂，包括神经递质的释放、氧自由基的产生、钙调节机制的损伤、线粒体功能的障碍、炎性反应及细胞坏死凋亡等。现代医学虽然在治疗TBI的药物研究上有一些进展，如孕酮、二甲胺四环素类、褪黑激素类与他汀类药物等在基础研究及早期临床试验中表现不错，然而到目前为止，都未能很成功地运用到Ⅲ期临床试验中。此外，随着现代医学神经外科急救水平的提高，TBI的死亡率有所下降，但患者的致残率却在增加，TBI患者康复期出现的精神障碍、肢体运动功能障碍和自主神经功能紊乱等各种并发症，通过药物或其他疗法很难得到纠正。因此，为TBI探索一些新的治疗方法具有重要的意义，也是神经科学领域研究的重点和热点。细胞凋亡是缺血后神经细胞死亡的主要方式，然而，关于电针治疗抑制TBI后脑神经元凋亡的作用机制，促进TBI后神经功能康复的作用机制，都缺乏系统性的研究，在未来的研究中要加大从脑神经元凋亡角度的针灸治疗TBI的机制研究。TBI患者的病情发展大多会经历急性期、恢复期两个阶段，恢复期的病机以本虚标实、痰瘀阻络为主，中医注重整体调整，尤其是针灸，重在“调”，调整TBI引起的气血紊乱，在治疗TBI的临床应用中效果较好，然而机制不明确一直是掣肘其大范围应用的主要原因，加强机制研究对探寻TBI的有效治疗方案具有重要的意义。中枢神经系统中高表达的BDNF对周围和中枢神经系统中的神经元具有积极作用，其基本功能是促进神经元的存活和突触的生长，针灸治疗TBI的效应机制可能与BDNF有关，但是缺乏系统的实验依据，在未来的探究中从这个角度进行研究具有重要的意义。