外周神经免疫互作在针刺抗炎镇痛中的作用

桂勇青,徐枝芳,3,李亚男,谢 飞,章明星,郭 义,3,公一囡,3△

1.天津中医药大学实验针灸学研究中心,天津 301617; 2.天津中医药大学,天津 301617;3.天津市现代中医理论创新转化重点实验室,天津 301617; 4.潍坊市益都中心医院,山东 潍坊 262500

炎症反应普遍存在于机体,主要包括免疫细胞聚集、活化与分泌炎症因子等过程,适度的炎症有助于机体控制感染、清除异物和修复受损组织,对维持机体健康有重要意义,但是过度的炎症反应可以导致促炎因子水平升高,对健康有害[1]。促炎因子与周围神经末梢上相应的受体结合后,可以刺激周围神经末梢,激活伤害感受器,并使其阈值降低[2];伤害感受器活化后分泌大量的P 物质(Substance P,SP)和降钙素基因相关肽(Calcitonin-gene-related-peptide,CGRP),这进一步加剧了炎症反应,使伤害感受器持续敏化[3]。外周伤害感觉神经元激活后,产生的动作电位通过背根神经节(Dorsal root ganglion,DRG)传递至脊髓,再传入大脑,使机体感受到痛觉[4]。免疫系统与神经系统的相互作用是炎性痛产生的原因。目前对于炎性痛的治疗主要是应用非甾体抗炎药和生物制剂,虽然具有一定疗效,但存在药效短、副作用明显等缺点[5]。因此,寻求安全有效的抗炎镇痛疗法是当前急需解决的问题。

1 针刺具有抗炎镇痛效应

针刺作为中医的一种治疗手段,已有几千年历史,在世界各地区广泛应用,对多种常见病具有疗效,同时兼具安全无副作用的优势。世界卫生组织推荐的107种针灸适应疾病中,包含多种炎性疾病[6]。类风湿关节炎患者经电针治疗后,关节液及血清白介素-1(Interleukin-1,IL-1)水平下降,关节疼痛减轻[7];多发性硬化患者经针刺治疗10 d后,患者血清IL-1β显著降低[8];另一方面,针刺的抗炎镇痛效应也在动物模型中得到验证[9-10]。由此可见,针刺作为一种安全有效的抗炎镇痛手段,能被应用于炎性痛相关疾病的治疗。

研究表明[11],针刺根据穴位、治疗手法和刺激参数等指标的不同,通过不同途径影响免疫细胞,降低促炎因子水平;针刺还可以通过调节神经兴奋性,影响镇痛物质释放及其受体表达,减少疼痛信号产生和传递,发挥抗炎镇痛效应。通过查阅文献发现,神经-免疫网络是针刺减轻炎性痛的作用基础,外周神经免疫互作是针刺抗炎镇痛效应的关键。笔者对针刺抗炎镇痛效应机制进行总结,阐释神经免疫在其中发挥的作用,以期促进针刺治疗的相关研究,为针刺在临床上的应用提供详尽的理论依据。

2 针刺抗炎镇痛作用机制

2.1 针刺抗炎机制

神经-免疫网络系统是针刺起效的一种重要途径,交感神经和迷走神经介导了针刺的抗炎效应。迷走神经与炎症反应密切相关,电针可以抑制多种促炎因子表达,而迷走神经切除可以消除电针的抗炎效应[12]。脓毒症小鼠模型中,电针脓毒症小鼠足三里穴可以降低血清肿瘤坏死因子-α(Tumor necrosis factor-α,TNF-α)水平,减少免疫细胞聚集,缓解脓毒症心肌损伤,而腹迷走神经阻断术则使这种抗炎效应降低[13]。研究表明,电针激活迷走神经,接着通过胆碱能途径(Cholinergic anti-inflammatory pathway,CAP)和肾上腺途径发挥抗炎效应。CAP途径是由迷走神经、乙酰胆碱和乙酰胆碱受体组成。脓毒症小鼠经电针足三里穴后炎症反应受抑制,而在使用α7烟碱型乙酰胆碱受体(α7 nicotinic acetylcholine receptor,α7 nAChR)拮抗剂后,电针抗炎效应降低[14]。迷走神经激活后可以释放乙酰胆碱(Acetylcholine,Ach),Ach与巨噬细胞等免疫细胞表面的α7 nAChRs结合,一方面阻断NF-κb通路,另一方面通过激活Janus激酶2/信号转导子和转录激活子3(Janus kinase/signal transducerand activatorof transcription3,JAK2/STAT3)信号通路,抑制NF-κB与DNA的结合,抑制巨噬细胞活性,减少促炎因子IL-6和TNF-α 的分泌[15]。迷走神经-肾上腺途径则是迷走神经介导的另一类抗炎途径,电针足三里穴可以通过迷走神经影响肾上腺髓质中嗜铬细胞释放儿茶酚胺,继而影响免疫细胞上肾上腺素能受体活化,导致IL-6、干扰素-γ(Interferon-γ,IFN-γ)水平降低,而肾上腺切除后,电针的这种抗炎效应减弱[16]。

交感神经通过激活肾上腺髓质中的嗜铬细胞,使其释放儿茶酚胺,儿茶酚胺与免疫细胞上的肾上腺素能受体结合,根据儿茶酚胺浓度及肾上腺素能受体的不同,从而发挥相应的促炎和抗炎效应[17]。针刺可以影响交感神经功能的兴奋性,进而影响儿茶酚胺类物质的释放,发挥抗炎效应。电针结肠炎大鼠足三里穴和上巨虚穴可抑制背根神经节中交感神经兴奋性,减轻炎症反应[18]。创伤应激大鼠外周的促炎因子水平升高,而电针通过调节交感神经活性降低促炎因子水平[19]。

2.2 针刺镇痛机制

阿片肽是一种重要的镇痛物质,内源性阿片肽主要分为脑啡肽、强啡肽与内啡肽3种,作用于感觉神经纤维上相应的μ、δ与κ受体,引起膜电位超极化,降低感觉神经的兴奋性,减少神经递质释放及神经冲动的传递,发挥镇痛效应[20]。电针刺激可以通过提升趋化因子水平,使含有阿片类药物的巨噬细胞和白细胞聚集于相关部位,并释放阿片肽;另一方面,阿片肽能调控免疫细胞的功能,降低促炎因子水平,减少外周伤害感受器敏化[21- 22]。研究表明,针刺既能够诱导阿片肽释放,使其与μ、δ与κ受体结合发挥作用,也可以直接激活阿片受体发挥作用[23-24]。在尿酸单钠诱导的关节炎大鼠模型中,电针足三里穴和昆仑穴可上调局部踝关节中内啡肽的表达,内啡肽作用于 μ和 κ阿片受体发挥镇痛作用[25]。诸多证据表明,针刺可以通过提升阿片肽水平,激活其受体发挥镇痛作用。

大麻素(Cannabinoid,CB)是针刺镇痛的重要介质,它有CB1R和CB2R两种受体,CB1R主要分布于中枢系统,CB2R主要分布于外周胶质细胞和免疫细胞中,大麻素与CB1R结合,可以抑制SP物质的释放,并抑制炎症反应[26]。大麻素与CB2R结合,可以抑制免疫细胞活化,减少促炎因子IL-1β、TNF-α及IL-6的释放,促进镇痛介质的分泌[27]。电针能激活CB1R、CB2R受体,从而抑制促炎因子IL-1β和SP物质的表达,减轻炎性痛,而CB1R、CB2R拮抗剂的应用可减弱此效应[28]。电针刺激完全弗氏佐剂(Complete freund’s adjuvant,CFA)模型大鼠的环跳穴和阳陵泉穴可以增强免疫细胞中CB2R的表达,同时激活免疫细胞中的CB2R,促进内啡肽的释放,减轻疼痛[29-30]。

2.3 背根神经节介导针刺抗炎镇痛

DRG可以接收外周传递而来的疼痛信息,并将疼痛信息传递至脊髓,最后传递至中枢。多种促炎介质和外周伤害信息可以激活背根神经节上的瞬时受体电位香草酸亚型1(Transient receptor potential vanilloid 1,TRPV 1), TRPV1激活后可以激活外周神经元,促使其释放SP和CGRP等炎性介质,导致外周伤害感受器敏化[31]。针刺可以抑制DRG上的TRVP1活性,从而减少疼痛信号的产生和传递。在佐剂性关节炎(Adjuvant-induced arthritis,AIA)模型大鼠双侧足三里穴和昆仑穴施以电针治疗,可以减轻炎性痛,而在TRPV1敲除的小鼠中,电针抗炎镇痛效应减弱,这表明TRPV1是介导电针抗炎镇痛的关键,电针可以抑制蛋白激酶C(Protein kinase C,PKC)对TRPV1残基的磷酸化,进而抑制TRPV1通道的活性[32]。电针CFA模型动物双侧足三里穴可抑制DRG中TRPV1的表达,从而下调p-PKA、p-细胞外信号调节激酶(Extracellular signal regulated kinases,ERK)及p-Jun-N-末端激酶(JunN-terminal kinase,JNK)的表达,并抑制电压门控钠离子通道(Voltagegated sodium channels,VGSCs)Nav1.7的激活,从而减少疼痛信号传递[33]。TRPV家族的TRPV4是渗透压和机械刺激的传感器,TRPV4的表达增加导致疼痛信号增强,酸敏感离子通道蛋白3(Acid-sensing ion channel 3,ASIC3)则是酸性环境和机械刺激的传感器,同样参与炎性痛的信号传递过程,电针足三里穴可抑制DRG神经元中TRPV4和ASIC3的表达,并通过抑制外周敏化减轻角叉菜胶和CFA诱导的疼痛模型中的炎性疼痛[34]。

SP物质是感觉神经末梢释放的神经肽,它可以激活神经后突触受体,激活电压依赖性钙通道,诱导钙离子进入神经元,引发动作电位,传递疼痛信息[35];另一方面,可以与免疫细胞表面相应受体结合,诱导其释放促炎因子[36]。电针AIA大鼠足三里穴可以降低DRG中SP物质水平,减少IL-6、TNF-α和IL-1β的表达,也能阻断疼痛信号的传递,当切断背根神经节或注射SP受体拮抗剂时,此效应减弱[37]。上述研究表明针刺可以抑制SP物质的释放,发挥抗炎镇痛效应。

嘌呤能受体(Purinergic P2X3 receptor,P2X3R)是一种配体门控的非选择性阳离子通道,在DRG中表达。当存在炎症反应时,三磷酸腺苷(Adenosine triphosphate,ATP)从受损组织或炎性细胞释放,并与DRG神经元中的P2X3R结合,从而激活伤害感受器,传递疼痛信号[38]。电针足三里穴和昆仑穴可显著减少DRG中P2X3R的数量,并降低DRG中P2X3R蛋白的表达,对AIA模型大鼠应用P2X3R激动剂可减弱电针的镇痛作用[39]。在炎症性肠炎(Inflammatory bowel disease,IBD)大鼠模型中,电针足三里穴和天枢穴可减少P2X3R的表达,减轻疼痛[40]。DRG中P2X3R的激活促进了疼痛信号传递,针刺可以通过降低P2X3R的表达、抑制P2X3R的激活发挥镇痛效应。

3 讨论

过度炎症所引发的炎性痛给人们造成了极大伤害,针刺作为传统中医的一部分,不仅具有良好的抗炎镇痛疗效,还兼具安全无副作用的优势,可作为减轻炎性痛的治疗方法。针刺通过自主神经,调节胆碱能信号通路、迷走神经-肾上腺通路和儿茶酚胺通路影响免疫细胞,降低炎症因子水平,抑制外周伤害感受器敏化;另一方面,针刺可以调控镇痛物质的释放及其受体表达,抑制TRPV1等多种通道的激活,发挥镇痛作用。

目前针刺抗炎效应还具有明显的穴位特异性和刺激强度依赖性,低强度电针刺激富含Prokr2神经元的足三里穴,可以通过迷走神经-肾上腺轴发挥抗炎效应,特异性敲除Prokr2神经元后,则抗炎效应消失,表明低强度电针刺激足三里穴是通过Prokr2神经元实现的[41],这表明针刺不同穴位发挥抗炎效应的机制不同。不仅如此,治疗方式的不同也会影响抗炎效应,电针的镇痛效果优于手针[42];电针的不同波形也对针刺疗效有影响,使用疏密波可同时释放内啡肽和强啡肽,镇痛效应优于单独使用疏波或者单独使用密波,强电针组在镇痛疗效优于弱电针组[43]。留针时间的长短同样与其疗效密切相关,持续治疗可以使针刺的治疗效应累加,但这种累加效应存在上限,过长的留针时间容易使穴位疲劳降低治疗效果,可能导致无效甚至产生副作用[44]。同时针刺治疗也与患者的体质、疾病类别有关,不同体质患者的针刺起效时间不一样[45]。未来可以统计临床上常见病的针刺治疗方法,对留针时间、刺激穴位和刺激参数等指标进行统计和分析,并以此为基础,针对相关疾病,对针刺疗法进行标准化,以期针刺疗法能在临床上更好地应用和推广。