穴区结缔组织在针刺效应启动中的作用机制研究进展

付疆疆 林小伟 窦报敏 李艳伟 樊泽至 刘 琪 郭 义

(1 天津中医药大学针灸推拿学院,天津,301617; 2 天津中医药大学实验针灸学研究中心,天津,301617; 3 天津中医药大学中医学院,天津,301617)

穴区是针刺效应启动的初始和关键部位,由皮肤、皮下组织、神经、血管、淋巴和肌肉组织构成,存在各种富含生物活性的细胞及神经感受器[1]。针刺作为一种机械性刺激,提插捻转促进“得气”的手法可引起穴区微环境发生一系列化学生物学变化,如结缔组织变形、肌纤维断裂、离子通道打开或关闭、多种细胞功能活化、化学物质释放、神经感受器兴奋等,将机械信号传至结缔组织,将机械刺激转化为化学信号,产生针刺效应[1-7]。诸多因素相互作用,通过直接或间接作用传入神经触发并级联放大针刺信号,产生整体调节作用[8]。

有研究显示,“得气”的产生可能是由于穴区结缔组织内发生的机械信号转导,而不是肌肉组织的收缩。因为即使在没有骨骼肌的位置(如手腕)以及手掌和脚掌上也可以产生得气感[9]。

1 针刺“得气”引起穴区微环境改变

得气也称“针感”,包括患者穴区的主观感受(针刺部位的酸、麻、胀、重感)和医者手下的感知反应(手下的沉紧感等)。针刺效应在很大程度上与针刺“得气”有关[5,10]。“得气”是针刺取得良好效应的基础,相关功能磁共振成像研究还发现强烈的得气感觉会导致边缘系统失活,从而取得较好的临床效果[11]。得气是传统与现代针刺疗法的共同点,在临床操作中,得气感常作为针刺治疗是否有效的评估指标[11]。

针刺通过提插捻转获得“得气”发挥疗效的操作可能基于相同的潜在机制:针身与穴区结缔组织的机械耦合,针刺“得气”的操作可能导致穴区周围组织与针灸针缠绕,针刺操作时通过拉胶原纤维产生机械信号,以及信号通过穴区局部传入远端的机械传导。通过穴区局部细胞间的信息级联放大将针刺信息传入中枢发挥效应,这种机械信号的下游效应可能包括细胞因子分泌、细胞外基质的修饰、沿结缔组织平面的信号放大和传播,以及通过改变结缔组织环境调节传入感觉输入[9]。

1.1 穴区组织形态改变 现代医学研究表明,得气感的产生可能是由于针体和结缔组织之间的机械耦合作用,在提插捻转操作中针体与穴区结缔组织缠绕在一起,通过拉动胶原纤维对穴区的细胞和基质产生机械刺激,导致针体和局部结缔组织之间的机械耦合显著放大引起下游一系列针刺信息响应[7]。

1.2 穴区组织微环境改变 受到针刺刺激后,针身拉动穴区胶原纤维,通过分泌细胞因子、发生细胞外基质修饰、释放降解酶及合成结构基质元素等改变穴区周围结缔组织微环境,从而调节细胞内外的信号转导,针刺信息沿结缔组织级联放大、传播,传输至整个穴区及中枢,发挥针刺效应[9]。

针刺是一种物理机械性刺激,针刺“得气”可引起穴区组织形态发生改变,穴区针感的产生和对针感的感知是针刺取效的基础,具有重要意义。

2 结缔组织中关键功能细胞在针刺效应启动中的作用

结缔组织由多种细胞和胞外基质组成,力学微环境是维持和调节细胞功能的重要因素[6-7,13]。目前有研究表明,结缔组织结构性变化与针刺效应密切相关[9,14-15]。现代基础研究表明,穴区结缔组织中成纤维细胞、巨噬细胞和肥大细胞参与了穴区针刺效应的启动过程。

2.1 成纤维细胞 成纤维细胞是疏松结缔组织的主要细胞成分,由胚胎时期的间充质细胞分化而来,广泛分布于结缔组织细胞外基质中,通过细胞膜上的整合素与周围环境相互作用维持细胞的正常形态和功能。大多数成纤维细胞在内环境相对稳定时处于静止状态,一旦受到外界刺激或组织损伤时可迅速激活、增殖并迁移到损伤部位,参与局部炎症反应,引起胞外基质重塑和组织修复[16]。此外,成纤维细胞可能还会与周围其他细胞(如肥大细胞、巨噬细胞等)相互作用,共同影响结缔组织的功能[17]。

成纤维细胞是结缔组织中重要的感受细胞和效应细胞,可接受外界的各种刺激并作出响应[16]。有学者发现针刺后穴区会产生成纤维细胞、肥大细胞和受损筋膜组织的聚集现象,在针刺操作中针体产生的机械运动(提插捻转)会与周围组织产生摩擦力、牵张力和挤压力等机械应力,这些机械应力会引起局部组织损伤,使成纤维细胞发生变形,释放促分裂原活化的蛋白激酶(Mitogenactivated Protein Kinase,MAPK)、干扰素等信号分子,诱导成纤维细胞增殖、相关生长因子合成释放及细胞骨架重构等一系列生物效应[17-19,5]。LIU等[20]研究发现在针刺过程中针体拉动胶原纤维导致基质变形,进而改变穴区成纤维细胞的形状和排列。有研究发现穴区的成纤维细胞可以将机械信号转化为生物信号,也可通过影响肌动蛋白丝和微管以重建细胞骨架将机械信号传输到整个结缔组织中[21]。外部施加的机械应力或组织牵拉可通过激活成纤维细胞中的MAPKs信号通路介导针刺镇痛,MAPKs信号通路是胞浆中重要的信号转导成分,胞内的信号转导通路最后大多都归于MAPK信号通路[22]。外周伤害性信息由外周神经末梢传至背根神经节和脊髓背角,激活兴奋性神经元,随后引起相关神经元细胞中钙离子(Ca2+)内流,发生去极化,内流的Ca2+诱导胞内Ca2+依赖性蛋白激酶活化。MAPKs信号通路诱导cAMP反应元件结合蛋白(cAMP Response Element Binding Protein,CREB)基因表达发生改变从而调节神经元的功能。其中,p38 MAPKs、Jun激酶(Jun Kinase,JNK)及胞外信号调节激酶(Extracellular Signal-regulated Kinase,ERK)作为独立的信号通道在调节炎症反应和疼痛方面发挥重要作用,这3种通路可通过不同的细胞分子机制介导针刺效应。

PARK等[23]选用阳陵泉穴针刺治疗疼痛模型小鼠后取穴区皮肤组织进行全基因组微阵列分析,结果发现组织中成纤维细胞ERK的激活是针刺镇痛发挥效应的关键因素。针刺使穴区成纤维细胞中的ERK发生磷酸化,随后进入核内上调基因转录因子的表达或激活核结合蛋白调节下游靶点,参与针刺镇痛[23]。此外,ERK激活还可诱导如一氧化氮(Nitric Oxide,NO)、三磷酸腺苷(Adenosine Triphosphate,ATP)等胞外核苷酸的合成释放,进而影响穴区外环境或激活外周传入神经末梢传导针刺信息[24-25]。SONG等[26]研究报道,足三里穴及其邻近区域的筋膜组织细胞以成纤维细胞为主,针刺对足三里穴区产生的压力刺激可促进前列腺素E2(Prostaglandin E2,PGE2)和白细胞介素-6(Interleukin-6,IL-6)的合成与释放。前列腺素是由二十碳不饱和脂肪酸花生四烯酸经过酶促代谢反应产生的一类脂质介质,针刺促使p38-MAPK磷酸化激活胞浆中的磷酯酶A2(Phospholipase A2,PLA2),细胞膜上的PLA2可诱导胞膜磷脂释放花生四烯酸(Arachidonic Acid,AA),AA在脂肪酸环氧合酶(Cyclooxygenase,COX)催化下形成前列腺素中间代谢产物PGH2,然后由下游不同的前列腺素合成酶生成PGE2、前列腺素2、前列腺素F2α、前列环素和血栓素A2等各种具有生物活性的前列腺素参与炎症性痛觉过敏[27]。有研究报道针刺可通过抑制局部PGE2分泌来缓解疼痛[28]。IL-6具有广泛的生物学作用,针刺产生的机械刺激可使其产生生物活性蛋白,调节神经递质合成,参与针刺信息效应过程。

此外,针刺参与成纤维细胞抑制炎症介质释放的过程,陈波等[29]通过实验模拟了针刺作用于足三里穴的压力刺激,发现针刺抑制成纤维细胞合成释放β干扰素(Interferon-β,INF-β),IFN-β可诱导M1型巨噬细胞分泌IL-17、肿瘤坏死因子-α(Tumor Necrosis Factor-α,TNF-α)、IL-1β等炎症介质,提示针刺抗炎作用可能与其抑制INF-β的表达有关[30]。

针刺效应的启动可能与离子通道的激活密切相关。1型辣椒素受体电位(Transient Receptor Potential Vanilloid Type1,TRPV1)主要在C-纤维和Aδ-纤维中表达,是细胞膜上的通道蛋白,受到刺激后开放引起阳离子内流膜电位增加。局部ATP释放是离子通道激活的重要因素[31],FURUYA等[24]指出成纤维细胞受到机械刺激后可激活细胞膜上TRPV1,向周围释放ATP,ATP通过特定酶代谢为腺苷,腺苷可以和磷脂酰肌醇4,5-双磷酸(Phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate,PIP2)结合,并触发钙波传播(Calcium Wave Propagation,CWP)。CWP是胞外ATP释放后,引起其他细胞通过胞内钙信号转导又向胞外释放ATP的级联反应,CWP与细胞间嘌呤能信号有关,胞外ATP可激活嘌呤能P2Y受体,受刺激的细胞会通过细胞内钙信号转导进行处理释放ATP,然后释放的ATP以旁分泌方式刺激附近细胞中的嘌呤能受体,引起细胞内钙信号和ATP释放。研究报道针刺过程中非神经细胞通过释放ATP引发CWP将局部信息传导到周围神经末梢以应对各种机械刺激,当针刺入腧穴后穴区信息通过CWP这种链式反应可以将产生的针刺信号向远端扩散,放大穴区局部针刺信息,激活外周神经末梢传递针刺信息[32]。因此,成纤维细胞通过CWP启动和传递初始针刺信息可能是针刺效应的启动机制之一。

2.2 肥大细胞 肥大细胞来源于骨髓多功能造血干细胞,主要分布于疏松结缔组织中。其前体经从血液循环系统迁移至黏膜上皮或结缔组织并增殖分化形成成熟的肥大细胞,广泛分布于皮下、黏膜、小血管及淋巴管周围,在皮肤中的含量较多,因此肥大细胞较容易被外部物理机械性刺激激活[33]。穴区肥大细胞的数量明显多于非穴区,研究表明肥大细胞是介导穴区针刺效应启动的关键细胞,是穴区针刺产生的物理刺激转化为生化信号的传感器[34-35]。肥大细胞作为腧穴的中心结构可被穴区受刺激发生变形的胶原纤维激活,也可由机械刺激通过精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸结合整合素诱导活化脱颗粒[36-37]。近年研究表明机械刺激、剪切力和渗透压的改变可引起肥大细胞脱颗粒,继而释放细胞因子和炎症介质(如组胺、P物质、IL-2和趋化因子等)[37-38]。这些物质能兴奋神经末梢、改变血管通透性,继续引起周围肥大细胞脱颗粒,释放细胞因子和炎症介质,又进一步诱导周围其他肥大细胞脱颗粒,引起轴索反射,向周围逐步放大扩散,释放大量的炎症介质等刺激相邻神经末梢,使局部的针刺信号逐连放大并向下传递,肥大细胞的脱颗粒现象是针刺产生效应的重要因素[39-40,33]。针刺引起胶原纤维变形,通过牵拉胶原网络间接刺激肥大细胞上的机械性离子通道,诱导肥大细胞脱颗粒,向胞外基质释放各种介质,如ATP、组胺、血清素和腺苷等,胞外基质中的腺苷在针刺信息传递中发挥着重要作用[41-43]。腺苷是一种具有抗伤害性的神经调节剂,组胺和腺苷分别与神经受体上的H1和A1受体结合将机械刺激转化为针刺信号,产生特定的兴奋性神经信号传输至中枢神经系统进行整合,诱导大脑释放阿片肽类物质,发挥镇痛作用[41,44]。表明针刺操作可促进肥大细胞脱颗粒激活神经细胞,促进免疫抑制细胞的释放和浸润,将针刺信息整合、传递到神经和免疫系统,介导抗炎反应,调节疼痛处理途径以响应针刺效应。

2.3 巨噬细胞 巨噬细胞是先天免疫系统的关键组成部分,源于骨髓中的单核细胞,是结缔组织中的常驻免疫细胞,参与适应性免疫反应和炎症反应,受外源因子、局部组织微环境和神经内分泌免疫系统的连锁通路调控,根据微环境的变化巨噬细胞可分化为典型激活的M1型巨噬细胞(促炎型)和交替激活的M2型巨噬细胞(抗炎型),M1型与M2型具有完全不同的转录谱和功能[45-46]。M1型巨噬细胞主要表达TNF-α、IL-12、IL-23、IL-1β、NO和活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS)等促炎症介质,具有促进炎症反应发展、杀菌、吞噬和加强抗原提呈等功能。M2型巨噬细胞主要表达TNF-α、IL-6、IL-10和转化生长因子-β(Transforming Growth Factor-β,TGF-β)等抗炎细胞因子,具有杀死细胞外病原体、清除碎片、修复组织损伤和抑制炎症反应等功能[47-48]。

针刺的抗炎机制主要集中在抑制炎症介质和促进抗炎因子上。最近的研究表明,针刺可增加穴区M2型(抗炎型)巨噬细胞的表达,引起巨噬细胞极化,M2型巨噬细胞增加有益于针刺发挥抗炎镇痛效应[49-50]。DA SILVA等[51]研究发现针刺三阴交穴可减少M1型巨噬细胞(促炎)的含量,同时增加IL-10来源的M2型巨噬细胞表达,针刺可通过IL-10诱导炎症反应组织中巨噬细胞从M1转换为M2型缓解肌肉痛。有研究利用统计复杂网络和细胞-细胞通讯网络图方法分析筛选出单核细胞趋化蛋白-1(Monocyte Chemotactic Protein-1,MCP-1)、趋化因子CXC配体2[Chemokine(C-X-C Motif)Ligand 2,CXCL2]、巨噬细胞炎性蛋白-3α(Macrophage Inflammatory Protein-3α,MIP-3α)和IL-1β、IL-6等在足三里穴区高表达的关键细胞因子,通常表达于炎症反应细胞和内皮细胞中趋化因子家族中的MCP-1、CXCL1、MIP-3α,可诱导巨噬细胞、中性粒细胞和其他免疫细胞迁移至炎症反应局部,启动炎症反应相关细胞和介质的早期阶段募集[52-53]。IL-1β和IL-6属于先天免疫的细胞因子,由单核或巨噬细胞、成纤维细胞等功能细胞在感染或炎症反应状态下分泌,参与调节免疫和代谢,促进炎症反应的发生发展。上述关键细胞因子和关键细胞可能相互作用或促进,进一步激活其他分子和细胞功能,放大针刺的局部信息,从而触发针刺的整体调节作用。

3 讨论

结缔组织中的细胞和胞外基质是调节各种刺激和损伤事件的微环境,能被局部细胞释放的各种活性物质感知、整合及传递信息。穴区的结缔组织是针刺发挥效应的结构基础,局部细胞为针刺最小的特异性靶点结构,作为一种机械刺激,当针刺入皮肤后首先引起穴区微环境的变化,如成纤维细胞发生增殖分化、肥大细胞脱颗粒、巨噬细胞极化等,穴区重要功能细胞发生结构和功能改变与其他因素协同将针刺产生的机械力信号转化为生物学信号并级联放大,直接或间接激活外周神经末梢,将局部的针刺信息传递至中枢进行整合。腧穴是针刺信号的起始部位,是针刺信息转化、放大、传递的共性关键源头。目前针刺穴位启动研究在针效机制研究中占比较小,且多是单一碎片化研究。当针刺入腧穴后可能是多个组织、多种细胞及多条通路同时协同发挥作用,且各种化学物质、细胞因子等之间相互影响。在针效启动中穴区微环境中参与针效启动的细胞、因子,以及其上下游关系等问题仍没有得到很好的阐释,这些问题也是未来的重点研究方向。本综述通过总结结缔组织中重要的几类功能细胞在针刺信息启动中的作用机制,为揭示针刺效应的启动机制提供科学依据。

利益冲突声明:无。