针刺调节神经元程序性细胞死亡的机制研究进展

Research advances in mechanism of acupuncture regulating neuronal programmed cell death

摘要

神经系统疾病的发生和发展过程中常伴随着异常的神经元程序性细胞死亡。针刺作为神经系统疾病的常用防治手段，其调控失衡的神经元程序性细胞死亡的作用值得深入探讨。针刺主要可通过调控神经元凋亡、焦亡、自噬、铁死亡来治疗脑缺血、脑出血、颅脑外伤、脊髓损伤、阿尔茨海默病等疾病。故本文就针刺之于神经元程序性细胞死亡的作用机制进行综述，以期挖掘针刺在多种神经系统疾病治疗过程中的共同生物学机制，为深入开展相关研究提供新思路。

Abstract

The development and progression of nervous system diseases are often accompanied by abnormal neuronal programmed cell death. Acupuncture，as a common means of preventing and treating nervous system diseases，is worthy of in-depth discussion regarding its role in regulating imbalanced neuronal programmed cell death. Acupuncture can treat cerebral ischemia，cerebral hemorrhage，craniocerebral trauma，spinal cord injury，and Alzheimer’s disease mainly by regulating neuronal apoptosis，pyroptosis，autophagy，and ferroptosis. Therefore，this article reviews the role of acupuncture in regulating neuronal programmed cell death，aiming to explore the common biological mechanism of acupuncture in the treatment of various nervous system diseases and provide new ideas for relevant research.

关键词

针刺 / 神经元 / 程序性细胞死亡 / 综述

Key words

acupuncture / neuron / programmed cell death / review

神经元细胞是神经系统最基本的结构和功能单位，其正常死亡是维持生物体内的发展和组织稳态的必要条件。死亡方式主要分为程序性细胞死亡（programmed cell death，PCD）和非程序性细胞死亡。前者具有可调控性并且能够消除受损细胞或有害物质，在病理状况下常被作为防治相关神经系统疾病的关键靶点^[1-3]，如凋亡、焦亡、自噬、铁死亡等（表1）。针刺作为中医临床常用的特色治疗方法之一，已广泛应用于脑出血^[4]、脑梗死^[5]、脊髓损伤^[6]、脑卒中后抑郁^[7]等神经系统损伤疾病的治疗。同时，有研究表明，针刺可以通过调节氧化应激水平^[8]、影响炎性小体、自噬小体和自噬溶酶体的形成^[9-10]等调控神经元的PCD，进而改善神经损伤症状。因此，本文归纳总结了针刺调控神经元PCD相关机制研究，为针灸临床提供有力的证据支持，也为“脑科学计划”的深入推进和创新提供新的角度。

1 针刺调控神经元PCD

1.1 凋亡

细胞凋亡根据Caspase级联反应的触发途径不同分为内源性（线粒体）信号和外源性（死亡受体）信号两种^[1，10-11]。其中，内源性途径是针刺调节神经元凋亡的主要机制，主要是由抗凋亡蛋白（Bcl-2等）和促凋亡蛋白（BAX等）共同调节。在应激刺激下，细胞内关键启动因子BH3-only蛋白（Bim等）表达上调，与抗凋亡Bcl-2蛋白高亲和力结合，引起促凋亡蛋白的释放并形成寡聚体，从而诱导线粒体外膜通透化，并且释放凋亡因子（Cyt C等）进入细胞质，随后产生凋亡小体并由此诱导下游Caspase级联反应（Caspase3/6/7/8/9）的发生，进而导致细胞核碎裂和细胞固缩，最终导致细胞凋亡^[12-13]。

神经元凋亡在多种神经系统疾病中扮演着重要角色，如脑卒中等脑血管疾病、阿尔茨海默病等神经退行性疾病以及坐骨神经损伤等周围神经系统病变。如表2所示，利用手针、电针、眼针刺激病灶局部和远端的腧穴可以有效抑制神经元凋亡改善上述疾病。从机制上看，针刺对内源性凋亡途径不同阶段的关键蛋白均具有调控作用，如：①在大脑中动脉闭塞再灌注大鼠模型中，电针“足三里”“曲池”穴可逆转Bim蛋白的上调，抑制神经元凋亡进而减少脑梗死面积^[14]。②针刺刺激“足三里”等穴位可促进Bcl-2、抑制BAX的蛋白表达抑制神经元的凋亡，进而增强帕金森病大鼠黑质合成多巴胺的功能^[15]。③在创伤性颅脑损伤大鼠中，电针“百会”“水沟”等穴减少线粒体内Cyt-C蛋白的释放，抑制Caspase-9蛋白相关级联反应的发生，从而改善创伤性颅脑损伤大鼠脑神经元的凋亡情况^[16]。

1.2 焦亡

相对于以染色质浓缩、核碎裂为主要特征的细胞凋亡，细胞焦亡常表现为Caspase-1（经典途径）介导的细胞肿胀、质膜破裂^{[1，11，17]}。活性Caspase-1由在炎症小体内的Caspase-1前体裂解产生。其中，炎症小体是一种胞质蛋白复合物，通常在炎症刺激下由传感器蛋白（NLRP1/3/4、AIM2等）依次与病原体相关分子模式、ASC、Caspase-1前体结合形成。活化的Caspase-1一方面切割炎性细胞因子（IL-1β、IL-18等）原蛋白为其活性形式，另一方面裂解Gasdermin蛋白家族（如GSDMD）形成活性N端结构域并在质膜上成孔，随后促使成熟的IL-1β和IL-18释放，导致细胞肿胀和焦亡^{[1，11，18-19]}。

中枢神经系统疾病（如脑缺血等脑血管疾病和脊髓损伤等外伤病症）的病理变化过程与神经元焦亡密切相关（表2），而电针、眼针以及头针的干预可以通过抑制此机制起到治疗作用。研究发现，在脑缺血再灌注大鼠模型中，眼针或电针可通过抑制炎症小体相关蛋白（NLRP3、ASC、Caspase-1前体）的表达，下调Caspase-1蛋白或mRNA水平，从而抑制脑组织中的细胞焦亡，进而增加神经功能评分或减少脑梗死面积^[10，20]；在急性脊髓损伤模型大鼠中，夹脊电针干预能够使大鼠脊髓组织NLRP3、ASC、Cleaved Caspase-1表达下降，减缓细胞焦亡，改善脊髓继发性炎性损伤，最终增强了大鼠肢体的活动能力^[21]。

1.3 自噬

细胞自噬根据细胞内底物运送到溶酶体内的途径不同可分为巨自噬、微自噬、分子伴侣介导的自噬^[22]。其中巨自噬在针刺研究中最受关注，其转运途径经历了自噬启动、囊泡成核、吞噬体延伸和自噬小体形成、自噬溶酶体融合、底物降解5个阶段，并且可由mTOR、自噬标记蛋白Beclin1、LC3、p62等多种自噬相关蛋白来调控^[23-25]。在自噬起始阶段，细胞在缺血、缺氧等刺激下，因体内负性调控自噬的mTOR活性被抑制导致自噬被迅速激活^[26]；而Beclin1是自噬过程中最重要的正性调节因子之一，可强烈诱导自噬并参与了后续囊泡成核等过程，其高表达代表了自噬发生^[27-30]。在延伸至融合阶段，LC3可被加工为LC3-Ⅰ，随后与吞噬体膜磷脂酰乙醇胺连接形成LC3-Ⅱ，LC3、LC3-Ⅱ/Ⅰ的表达升高代表自噬活性增强^[31-32]；在底物降解阶段，P62作为自噬货物受体可结合泛素化底物并在自噬溶酶体中一起被降解，该过程可用以评估自噬通量，而且P62会因自噬活性受到抑制而积累增多^[33-35]。

利用电针刺激局部腧穴可以通过调控脑、脊髓以及肠道的神经元自噬，改善血管性痴呆、抑郁、创伤性颅脑损伤、带状疱疹后遗神经痛、神经根型颈椎病以及功能性便秘等多系统疾病（表2）。在机制研究中，针刺可调节自噬相关蛋白的表达水平产生促进良性自噬或抑制过度自噬的作用，该作用可能与疾病的不同有关，如：电针“百会”等穴在创伤性颅脑损伤和抑郁大鼠模型中可下调LC3以及LC3-Ⅱ/Ⅰ比值，上调p-mTOR以及p-mTOR/mTOR比值以抑制自噬，发挥脑保护作用和抗抑郁效果^[9，36]；而电针“百会”“颈夹脊”等穴也可上调出血性脑中风大鼠、神经根型颈椎病模型大鼠脑组织或脊髓神经元内LC3-Ⅱ、LC3 mRNA、LC3-Ⅱ/Ⅰ比值、Beclin1，和下调P62的表达以促进自噬，以改善大鼠神经功能缺损和缓解疼痛^[31，37]。此外，针刺促进或抑制自噬的作用还与针刺干预介入的不同时期相关。在脑缺血再灌注大鼠模型中，电针“百会”“曲池”“足三里”穴位预处理可下调模型大鼠体内自噬小体数量，LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ比值，上调p62的表达以促进自噬，发挥保护作用^[38]；而在急性期损伤时通过电针“百会”“人中”进行干预，可以上调LC3-Ⅱ、Beclin1的表达，促进自噬的发生，发挥减小脑梗死体积和改善神经功能缺损的作用^[39]。

1.4 铁死亡

铁死亡是游离铁或含铁脂氧合酶诱导细胞膜磷脂过氧化产生ROS，而不断积累的ROS破坏细胞膜上的多不饱和脂肪酸导致膜破裂^[1，40]。此外，Gpx4在防止脂质过氧化方面起着关键作用，当其受到抑制时也可触发铁死亡^[1]。脑出血发生后，大量血红蛋白被分解出游离铁，其在胞吞作用下进入细胞质引起胞内铁超载，进而导致铁死亡^[41]。

神经元铁死亡在脑出血和脑缺血后的病理生理损害中具有重要作用^[42-43]，而头针干预（表2）可减轻脂质过氧化，抑制铁死亡，从而达到治疗目的：①在脑出血大鼠模型中，采用“百会透曲鬓”的头针疗法可通过上调储存多余游离铁的FTH1和GPX4的表达，以降低脂质过氧化水平抑制铁死亡，从而减轻模型大鼠脑组织神经元脂质过氧化损伤和神经行为缺陷^[8，43]。②在脑缺血大鼠模型中，针刺百会穴及左右旁开2 mm处，可以下调ROS和游离铁，上调GPX4表达水平，以抑制脂质过氧化从而抑制铁死亡，达到神经保护作用^[44]。

2 讨论

2.1 针刺调控神经元PCD的理论探讨

在针刺调控神经元的PCD研究中，主要采用了手针、电针、头针和眼针等进行干预。其中，电针作为结合传统穴位和微量脉冲电流刺激的一种疗法，具有神经保护的特殊作用，在调控神经元PCD中应用最广^[59]。在经络学说中，脏腑、经络之气血汇聚于头部，头部是调节全身气血的关键部位，头针和眼针调控脑组织神经元PCD时应用广泛。常用腧穴为“百会”“水沟”“足三里”“曲池”“曲鬓”等^{[10，20，43，60]}。而“百会”“足三里”使用更频繁，也涉及到多种PCD途径。根据中医及针灸经络理论，“百会”位于巅顶，属督脉，为诸阳之会，可贯穿全身，通达阴阳。“阴阳者，生杀之本始”，调和阴阳是调节机体生长和死亡的根本。“足三里”位于下肢，属多气多血之足阳明胃经的下合穴，具有补益气血之功。“人之所有者，血与气耳”，气血乃生命之本，也与经络系统密不可分。由此可见，对于神经元PCD的调控，针刺治疗主要从气血阴阳调和的角度进行辨证选穴。

2.2 针刺调控神经元PCD的研究特点

对于神经元的PCD方式，目前研究主要集中在凋亡、焦亡、自噬和铁死亡。存在以下特点：①单一性：研究多以单一的神经元PCD方式为研究目的。②多靶点：对于同一疾病模型，针刺可调控多种神经元PCD途径。如针刺可调节脑神经元的自噬、凋亡、铁死亡治疗脑出血^[43，60-61]；调控中枢系统神经元的自噬、凋亡、焦亡治疗脑缺血或脊髓损伤^{[10，14，19，62]}。③分子研究为主：研究多以检测神经元PCD相关蛋白或mRNA为主，缺乏对PCD形态学特征的观察。研究表明，PCD发生过程间的蛋白存在重叠、串扰^[1]。如促凋亡蛋白Bcl-2磷酸化后可以诱导自噬的发生^[63]；激活焦亡的炎性半胱氨酸蛋白酶可以诱导凋亡，而凋亡相关因子Caspase-3具有激活焦亡的可能性^[64]。以上蛋白分子均为已知的针灸调节神经元PCD的作用靶点，因此未来进一步探究针刺如何平衡神经元的不同PCD途径以达到同一疾病治疗目的可能是研究的新方向。

2.3 针刺调控神经元PCD的疾病拓展

上述研究以中枢神经系统疾病的神经元PCD途径为主，如脑缺血再灌注、脑出血、帕金森病等。某些非中枢神经系统疾病如坐骨神经损伤^[47，65]、神经根型颈椎病^[66]和功能性便秘^[53]等也有涉及，但研究范围局限且不够深入。最新研究发现，神经元PCD途径也广泛存在于多种非中枢神经系统疾病的发生发展中^[67-68]，如发生感音神经性耳聋时，激活内耳神经元自噬有着保护神经减少损伤的作用^[69]；肠神经系统研究发现，超重和肥胖等胃肠动力障碍患者的结肠肌间神经元的细胞焦亡增加，特别是氮能神经元^[70]；在糖尿病大鼠的研究中发现抑制糖尿病大鼠视网膜神经元凋亡，可以有效保护视网膜神经节细胞和光感受细胞^[71]。所以，从神经元PCD的角度探索针刺治疗非中枢神经系统疾病值得进一步拓展。

2.4 不足与展望

当前对于针刺与神经元程序性细胞死亡的相关研究还存在些许不足，本研究可从以下几点进行完善：①研究数量较少的焦亡、铁死亡，以及尚未涉及的PCD方式（如：坏死性凋亡、溶酶体细胞死亡、副凋亡等）需要扩大范围探索；②针刺结合PCD多种通路的研究比较表浅，目前研究仅证明针刺调控作用可能与某些通路（如ERK-JNK-p38、PI3K-Akt-mTOR、p62-Keap1-Nrf2等）有所关联，但要梳理出完整清晰的通路机制还需要利用通路抑制、基因敲除、离体实验等技术进一步探究^{[8，36，72]}；③大量的动物实验已经证实针刺调控PCD可改善神经元受损后引起的病理变化与相关症状，但要将其运用于临床，还需要高质量的RCT研究。综上所述，针刺在神经系统疾病中通过凋亡、焦亡、自噬、铁死亡途径发挥调控神经元PCD的作用，可起到减少损伤、增强修复、保护神经等治疗效果。然而，针刺与神经元PCD之间的机制研究还需要从PCD途径间的交互、精确的检测手段、贴近患者的临床试验来进一步探索。

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基金资助

国家自然科学基金资助项目(82274652)

国家自然科学基金资助项目(82074554)