低频电刺激治疗周围神经损伤的研究进展

朱东明，薛军，蒋毅

周围神经损伤（PNI）多发生在创伤患者中，是导致慢性疼痛和肢体功能障碍的常见原因[1]。即使对受损神经进行精细的手术修复，患者也很少能够完全恢复神经功能。研究显示，在神经修复手术后直接进行低频电刺激辅助治疗，被证明在动物模型中可以改善运动和感觉神经的再生[2]。最近的前瞻性临床试验证实电刺激可促进需要手术治疗的PNI的神经功能恢复。本文综述了低频电刺激治疗PNI 的分子机制和相关研究进展，并探讨未来研究方向，以期为PNI 的治疗提供新视角。

1 周围神经自我修复的分子机制

神经元损伤后，神经元质膜的破坏使得钠离子和钙离子涌入细胞质，从而启动动作电位。钙离子的流入激活了多种蛋白质，包括腺苷酸环化酶，它激活了环磷酸腺苷（cAMP）。cAMP 的转录依赖效应导致再生相关基因（RAGs）的上调，从而增加生长相关蛋白（GAP-43）、肌动蛋白和T- -1 微管蛋白的合成，这些微管蛋白支持从近端神经残端萌发的再生生长锥[3]。施万细胞增殖并发生表型变化，穿过损伤间隙拉长形成Bungner 带，支持近端生长锥的通过。施万细胞分泌脑源性神经营养因子（BDNF），将生长锥引导到相对应的神经内管[4]。

2 周围神经再生的限制性因素

轴突的再生对于周围神经功能的恢复有着决定性的影响。虽然外周神经系统神经元在轴突损伤和沃勒变性后具有先天的再生能力，但这一过程受到轴突再生速度缓慢的限制，人类每天轴突的再生进度只有1 ～3 mm。轴突在损伤修复部位需要3 ～4 周的生长期，来形成一条主要的生长通路[5]。来自施万细胞的营养信号支持并引导轴突从近端神经残端生长，施万细胞分泌的神经营养因子浓度在损伤后15 d 达到峰值，之后逐渐降至基线水平，因此轴突的再生能力呈时间、浓度依赖性下降[6]。

3 低频电刺激治疗PNI 的分子机制

目前关于低频电刺激治疗PNI 的分子机制，已经有较为深入的研究。电刺激周围神经后，大量的钙离子和钠离子涌入神经元，产生逆行的动作电位并传播到神经元胞体[6]。在电刺激作用之后，钙离子内流入细胞体，该过程能够促进BDNF 及其高亲和受体酪氨酸受体激酶B（trkB）的mRNA 表达增加，促进轴突延长关键RAGs的早期、持续上调[4]。BDNF由运动神经元、背根神经元和施万细胞产生，它能够促进神经元的存活、影响轴突引导和突触重塑。Mc Gregor 等[6]发现，BDNF 能够抑制降解cAMP 的磷酸二酯酶，从而维持cAMP 的细胞内水平。通过激活cAMP 反应元件结合蛋白（CREB）和增加T- -1微管蛋白的合成，细胞骨架的组装能力得到增强，这对于轴突再生表型的表达非常重要[4]。

电刺激通过其他信号通路促进神经再生的相关研究也取得了较多进展。Kawamura 等[7]报道电刺激能够通过p38 丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）途径激活CREB。在使用特异性p38/MAPK 的抑制剂后，CREB的表达被抑制，这表明电刺激诱导的p38/MAPK 通路的激活在促进神经轴突生长中具有重要作用。体外实验发现，1 h 的电刺激能够减少生长衰减分子（PTEN）的表达，PTEN 是PI3-K/Akt 信号通路的特异性拮抗剂，该信号通路能够调节细胞的生长和分化。这些研究体现了电刺激在调节PI3-K/Akt 通路促进神经再生中的作用[5,8]。

4 低频电刺激治疗PNI 的动物实验研究

早在20 世纪中期，研究者就开展了电刺激促进周围神经再生的动物实验研究。对于健康周围神经的相关研究激发了学者们研究电刺激对损伤后周围神经的影响。AlMajed 等[9]在对受损的大鼠股神经进行手术修复后予以电刺激，证明了电刺激能够加速受损的股神经再生。Roh 等[10]发现，10 min 的电刺激与1 h 的连续电刺激效果接近，这为电刺激辅助治疗的临床转化提供了可能。

由于许多PNI患者在症状存在较长时间后才被确诊，所以在临床实际诊治过程中，许多神经修复手术是延迟性的[11]。损伤后神经再生存在有限的时间窗口，因此手术修复往往无法获得满意效果，目前许多研究已经证明电刺激可以增强延迟神经修复后的神经再生。Huang 等[12]对延迟修复长达24 周的坐骨神经损伤大鼠施加20min 的电刺激，证实了大鼠的神经恢复速度加快。Elzinga 等[13]使用大鼠腓总神经和胫神经损伤模型进行研究，在神经损伤3 个月后进行延迟修复，然后使用电刺激处理修复后的神经，发现电刺激能够促进感觉神经元和运动神经元修复。这些研究为电刺激在慢性PNI 延迟修复中的应用提供了理论支持。

5 低频电刺激治疗PNI 的临床应用

基于电刺激在动物实验中的阳性结果，近年来进行的一些临床试验提供了鼓舞人心的证据，表明电刺激能够实现临床转化。Gordon 等[14]进行了第一个术后行电刺激治疗的RCT 研究，入选的腕管综合征患者接受了腕管减压手术，实验组患者在手术治疗结束后15 min 内接受1 h 的正中神经电刺激。与对照组患者相比，接受电刺激的实验组患者在术后6～8 个月时运动神经元轴突数量显著增加。Wong 等[15]对指神经横断损伤的患者进行手术修复，实验组在术后接受低频电刺激，结果显示实验组患者的感觉功能恢复比对照组更快。以上这些研究为电刺激可用于改善慢性神经损伤患者的预后提供了证据。

6 低频电刺激治疗PNI 的研究方向展望

目前研究人员正将电刺激疗法从动物实验研究逐步转化到临床试验中，这催生了以下重要的研究方向，包括电刺激在神经缺损重建修复中的作用，术前使用电刺激进行干预的疗效评估，电刺激最佳治疗参数的设定。未来在这些方面的研究成果将推动电刺激的临床推广。

6.1 电刺激在神经缺损重建修复方面的应用 目前一些正在进行的临床试验研究了电刺激在神经缺损后重建修复中的作用。严重的神经缺损需要用自体神经移植物或神经替代物（如神经引导导管或脱细胞异体神经移植物）进行重建，是较为棘手的PNI 类型[16]。近期的研究提供了积极的结果，一些动物研究已经证明，电刺激能够改善神经缺损重建模型中运动神经元轴突的再生。Zuo 等[17]报道，在通过神经自体移植进行重建后，单次低频电刺激增强了运动神经元和感觉神经元轴突的再生。目前关于电刺激促进重建手术后神经功能恢复的相关研究仍然较少，还需要大量的动物及临床实验研究提供可行性证据。

6.2 术前使用电刺激进行干预的疗效评估 在神经修复手术前使用电刺激对受损的神经进行干预是目前正在开展的新的研究方向。近期的研究发现，术前几天使用电刺激能够有效促进术后轴突再生。在受损的坐骨神经上进行1 h/d的电刺激1 周，能够有效的促进修复术后坐骨神经轴突的再生[18]。术前进行的电刺激加快了神经再生的速度，导致更早的感觉和运动目标神经再生，这与传统的术后电刺激干预不同。最新数据表明，在周围神经修复时，术前使用电刺激甚至可能优于传统的术后电刺激模式[19]。因此，使用术前电刺激作为神经重建术前的辅助治疗手段是值得进一步研究的方向。

6.3 电刺激的最佳参数设置 自Al Majed等[9]的开创性研究以来，频率20 Hz、脉冲间隙0.1 ms 的电刺激参数已作为外周神经电刺激的“标准”设置被用于相关临床试验中。尽管在该参数设置下的实验研究都取得了良好的结果，但是针对不同类型的神经损伤，最佳的电刺激参数具体应该如何设置，目前缺乏详细的研究。许多关于电刺激促进周围神经再生的动物研究设置了较短的电刺激持续时间、不同的频率以及单次或者每日电刺激疗程，但是考虑到动物模型、神经损伤类型和在研究终点使用的结果指标的异质性，这些研究很难相互比较[20]。AlMajed 等[9]发现，持续1 h 的电刺激和持续2 周的电刺激在促进神经再生方面的效果类似。Asensio 等[21]报道，与仅接受1 h的电刺激治疗相比，持续4 周的每日电刺激治疗会导致再生轴突数量减少，肌肉神经再支配水平降低。鉴于在提供电刺激时必须考虑许多不同的因素，对比在不同环境下电刺激的生理基础和作用机制具有重要意义，这有助于不同情况下最佳电刺激参数的设置。

7 总结

PNI 的治疗是一个具有挑战性的临床课题，患者的神经功能恢复往往处于次优状态。周围神经在损伤后具有内在的再生能力，然而神经恢复存在有限的时间窗口，许多患者的确诊和治疗无法在损伤后及时进行，这影响了治疗的效果。延迟的手术修复以及大段神经缺损的重建手术是当前临床治疗中的常见情况，术后患者的神经功能恢复差，难以取得满意的治疗效果。动物实验和临床研究表明，低频电刺激是一种有前途的辅助疗法，可在神经减压、直接神经吻合和神经移植修复术后增强轴突再生和神经功能恢复。尽管其分子机制仍需继续研究，但使用周围神经电刺激作为手术修复的辅助手段，对于改善PNI 患者的预后已具有越来越重要的作用。由于相关的研究较少，大量的临床对照研究有待开展，这对于推动电刺激辅助疗法运用到临床治疗中至关重要。

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