创伤性脑损伤(traumatic brain injury,TBI),又被称为颅脑损伤、颅脑创伤、颅脑外伤、脑外伤等,是神经外科常见病之一。相关数据显示全世界每年超过5千万人遭受TBI,全球大概一半的人口在其一生中会经历至少1次TBI[1];而在中国此病年发生率为(55～64) /10万,其中数十万人因此致残,近10万人死亡[2]。TBI给家庭和社会带来了沉重的压力和负担,还会导致如阿尔茨海默病等神经退行性疾病的发生[3]。

临床上针刺[4,5,6]已被广泛应用于TBI早期或恢复期意识、认知、精神、运动等障碍的治疗。关于针刺对TBI起效机制的研究已经从抑制炎性反应、修复神经元损伤、减轻脑水肿病理改变等多方面开展。本文检索了中国期刊全文数据库、维普、万方、中国生物医学文献数据库、Pubmed中近30年的相关文献并进行了整理归纳,以期为进一步开展针刺起效机制的研究提供思路,也为临床上应用针刺治疗TBI提供依据。

1、 针刺治疗TBI的作用机制

1.1抑制炎性反应

炎性反应是引起和加重TBI继发性损伤的主要原因之一。TBI发生后众多炎性介质如肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-6( IL-6)、白细胞介素-8( IL-8)等表达呈波动性改变,但整体呈高表达引起炎性反应,过度的炎性反应会造成局部脑组织结构的破坏[7]。TNF-α、IL-6、IL-8、细胞间黏附分子-1 (ICAM-1)等是颅脑损伤发生后常见的促炎因子,针灸可通过调控这些炎性细胞因子来治疗TBI。

研究[8,9]证实普通针刺和电针均可显著降低脑外伤大鼠脑脊液中或小神经胶质细胞、星形胶质细胞中TNF-α含量。在颅脑损伤发生后第1～7天检测患者脑脊液中IL-6、IL-8的含量,发现每个时点针刺均能显著降低二者含量[10]。在重度颅脑损伤患者西医常规治疗基础上配合针刺涌泉、厉兑,可显著降低脑脊液中IL-8、可溶性ICAM-1(sICAM-1)含量[11]。更有研究[12]证实,造模后2 d开始接受针刺的颅脑损伤大鼠脑组织中TNF-α含量显著低于造模后9 d开始接受针刺的,说明越早介入针刺,其抑制炎性反应的效果越好。

1.2调节神经递质的含量

TBI发生后多种神经递质会出现释放异常、受体突触前或突触后结合异常或细胞内信息传递异常等,继而参与继发性脑损伤的发生与进展。比如TBI发生后6 h就可检测到单胺类神经递质5-羟色胺和去甲肾上腺素(norepinephrine, NE)含量逐渐升高,TBI后48 h达高峰,会引起颅内高压、肺水肿等一系列病理或生理改变,而针刺可降低二者含量[13]。

一氧化氮(nitric oxide, NO)被普遍认为是兼有神经递质身份的气体分子,广泛地介入细胞间与细胞内的信号转导。NO在神经系统中具有神经毒性作用,会导致神经细胞死亡[14]。颅脑损伤大鼠经电针治疗后,海马组织中NO和一氧化氮合酶(可催化L-精氨酸生成NO的酶)含量、抑制性神经递质生长抑素mRNA表达明显降低,这可能是电针保护海马神经元的机制之一[15]。另有研究[16]表明,针刺对颅脑损伤导致的脑组织内NE、NO含量升高具有明显的改善作用,并伴随着大鼠意识状态的改善。

1.3促进神经修复与再生

防治神经元损伤、促进其修复是提高TBI救治成功率的重要策略。研究[17]显示,在诸多脑部疾病中,针刺可调节脑可塑性,促进轴突再生和突触结构与功能的修复,对神经元起到保护作用。

Wnt3a/β-连环蛋白(β-catenin)信号通路是针刺修复TBI造成的神经损伤的经典起效路径之一,TBI后大鼠脑组织内Wnt3a/β-catenin的mRNA和蛋白表达均下调,而针刺可以提高二者的表达,提示针刺通过此信号通路促进神经修复与再生[18,19,20]。研究[21,22]认为针刺或可通过Notch信号通路促进神经干细胞的增殖与分化来推动TBI后的神经修复。另有研究[23]显示,在TBI早期针刺可提高Toll样受体(TLR)2、TLR4和核因子(NF)-κB的表达,促进胶质瘢痕的修复,TBI后14 d又可明显抑制上述指标的表达,抑制胶质瘢痕增生,有益于神经元再生,表明针刺可通过双向调节TLR2/4-NF-κB信号通路促进神经元修复与再生。

神经生长因子(NGF)是被广泛关注和研究的一种神经营养因子,在轴突的生长、神经细胞的发育及递质的合成和细胞的凋亡等多个环节中发挥了重要的调控作用[24]。与NGF一样,脑源性神经营养因子(BDNF)也是重要的神经营养因子。已有研究证实,针刺可上调脑组织内因TBI降低的NGF、BDNF表达,从而促进TBI后神经再生并恢复神经功能[25,26];针刺可提高BDNF/原肌球蛋白受体激酶B信号通路相关基因的表达来修复受损神经,针刺后大鼠的运动、感觉、认知和突触可塑性均有所改善[27]。

碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)作为一种神经营养因子,在神经发育、分化、迁移、生存和功能维护等方面均发挥着重要作用,能减轻TBI后的神经元损伤[28]。在大鼠TBI后1 h立即开始针刺能够使脑内降低的bFGF含量明显增加,并维持到TBI后14 d,伴随着行为学的改善[29]。研究[30]表明,针刺不仅可以使TBI大鼠脑内bFGF表达上升,同时也会上调表皮生长因子(EGF)的表达,而EGF也被证实与神经元的再生密切相关[31]。

小胶质细胞是大脑中重要的免疫细胞,它的过度活化会带来严重的神经炎性反应,从而造成神经损伤。研究[32,33]表明,针刺后TBI大鼠脑内小胶质细胞活化减少,脑组织结构破坏程度减轻,并伴随着血清中神经损伤生物标志物之一的神经元特异性烯醇化酶和中枢神经轴突生长抑制因子之一的Nogo-A含量显著降低,故针刺可能通过抑制小胶质细胞的表达及活化继而抑制继发性神经损害,促进神经功能恢复。

轴突导向因子Slit是一种对轴突生长和神经元迁移都有引导作用的因子,Slit2是其中最重要的亚型。研究[34]证实针刺治疗可提高大鼠颅脑损伤后Slit2蛋白表达,尤其在损伤早期到伤后48 h,这种提高作用更为显著。磷酸化环磷酸腺苷反应元件结合蛋白(p-CREB)可直接或间接激活相关基因转录,进而调节许多神经营养因子的表达,促进损伤后神经元的再生、存活及修复[35]。研究[36]表明,针刺还可通过提高脑组织中p-CREB的表达来促进神经元的再生、存活及修复。

1.4抗氧化

TBI发生后,脑组织缺血缺氧、血液再灌注损伤等现象导致大量氧自由基产生。氧自由基是导致继发性脑损伤的重要因素,可直接损伤脑组织,还可导致脑血管痉挛,引发继发性脑水肿,介导神经细胞凋亡。

抗氧化剂超氧化物歧化酶(SOD)是体内主要的抗氧化酶,能清除氧自由基。针刺已被证实可明显提升SOD活性,加强机体的抗氧化作用,治疗TBI[37]。研究[38]发现颅脑损伤后5 d大鼠脑组织及血清SOD活力下降,丙二醛(MDA)含量上升,MDA是生物体内脂质过氧化的最终产物,可体现体内氧自由基的水平,而针刺可扭转这一现象,提示针刺可清除自由基,减轻脑损伤。

过氧化脂质(LPO)是氧自由基与多种不饱和脂肪酸产生脂质过氧化反应形成的过氧化物,可作为机体氧化应激的标志物之一。研究[39]证实针刺能使TBI伤后升高的LPO降低。

1.5抑制细胞内钙超载

钙离子(Ca2+)参与合成或释放神经递质、维持神经的兴奋性、突触的可塑性及酶活动等多种细胞功能的调节,在许多病理情况下Ca2+在细胞损害过程中发挥重要作用,常被看作细胞死亡最终的共同通路。TBI后脑神经元内钙超载是导致继发性脑损伤发生和加重的主要原因之一,此时由于细胞膜通透性升高或离子通道开放,打破细胞内外Ca2+的平衡[40],大量Ca2+内流,表现为细胞外Ca2+浓度降低,造成神经元内钙超载,导致谷氨酸神经毒性加重、氧自由基生成增加、血管源性脑水肿或神经元凋亡或坏死等。

研究[41]认为电针保护脑组织的途径是减轻和扭转细胞内Ca2+滞留和超载,而这一作用可能是通过抑制脑皮质内大量NE聚集,降低皮质神经元的兴奋性实现的。另有研究[42]发现电针“水沟”“百会”两穴,不仅能抑制脑皮质内大量Ca2+聚集,还能减少镁离子(Mg2+)的外流,使脑组织Ca2+含量降低,Mg2+含量明显升高,最终能保护脑组织。Mg2+作为一种内源性保护因子,能从多种路径阻断Ca2+内流,还能抑制自由基的形成,减轻脂质过氧化反应,防止细胞膜损伤,减轻脑水肿[43]。

1.6调节水通道蛋白的含量

TBI继发性损伤重要的病理生理表现之一就是脑水肿。水通道蛋白4(aqua-porin4,AQP4)是一种双向水转运通道蛋白,是脑水肿形成以及消退的重要分子[44],在多种疾病中都参与引起脑水肿。研究[45]显示,颅脑损伤后大鼠脑组织内AQP-4的蛋白和mRNA表达降低,而电针治疗后AQP-4表达提升,并且针刺治疗越早介入,疗效越好。故电针对颅脑损伤起效的机制可能是通过提高脑组织中AQP-4的表达,从而减轻脑水肿。

1.7调节细胞能量代谢

TBI发生后由于脑出血和血管痉挛,脑组织细胞发生缺血缺氧,细胞能量代谢障碍,ATP产生不足,同时Na+-K+-ATP酶(钠泵)和Ca2+-Mg2+-ATP酶(钙泵)活性降低,大量Na+和Ca2+等离子贮存于细胞内,细胞内呈高渗状态,大量水分被动内流造成细胞内水肿,引起细胞毒性脑水肿,亦会导致或加重血管源性脑水肿[46]。研究[47]证实,针刺可以提高钙泵和钠泵活性,改善能量匮乏状态,进而减轻细胞内钙超载及脑水肿,最终保护脑神经元。

1.8改善脑循环

已有研究[48]证实,电针可增加脑血流量,扭转脑血液循环障碍和损伤局部缺血情况,促进损伤的修复。

血浆内皮素(serum endothelin,ET)具有明显的缩血管作用,脑血管是血浆内皮素1 (ET-1)效应器官之一,可引起脑血管持续收缩痉挛继而造成脑血流严重下降[49]。研究[50]表明针刺可降低闭合性重度颅脑损伤大鼠ET-1含量,提示针刺可通过改善大脑皮质血液循环和脑血管痉挛,加速损伤组织的修复。

前列环素(prostacyclin,PGI2)是前列腺素家族成员之一,具有舒张血管和抗血小板聚集的作用。与其相反,血栓素A2 (thromboxane A2,TXA2)可以促进血小板聚集、诱发血栓生成[51],PGI2与TXA2的动态平衡在维持血管稳态中至关重要[52]。PGI2和TXA2在体内不稳定,常转化为TXB2和6-keto-PGF1α。研究[53]检测到颅脑损伤后血浆中TXB2升高,而6-keto-PGF1α与之相反出现下降;经过针刺治疗后,TXB2含量降低,6-keto-PGF1α含量上升,意味着脑部血液循环得以改善,加快了脑损伤的修复。

1.9抑制细胞凋亡

TBI后继发性脑损伤主要的细胞死亡形式是细胞凋亡,而神经元凋亡是由损伤发生后各种刺激信号通过多种途径诱导发生的。p53基因是研究最广泛的肿瘤抑制基因之一,对细胞生长起负调节作用,可促进细胞凋亡[54];Bax基因也可推进凋亡进程,能明显加速细胞凋亡[55],而与之相反Bcl-2基因是可抑制细胞凋亡的调节因子[56]。因神经变性疾病以及缺血损伤所致的细胞凋亡中可见到Bax基因上调,Bcl-2表达下降,意味着细胞死亡;反之Bcl-2表达上调提示缺血的神经组织会有较好的预后[57]。研究[58,59]证实针刺“水沟”“百会”等穴可使TBI大鼠P53和Bax表达降低,Bcl-2升高,与之相伴的是脑细胞凋亡减少。

2、小结

由于脑结构和功能的复杂性,还有TBI损伤形式和程度等影响因素,TBI临床表现多种多样,比如坠落伤和交通伤患者病理和临床表现会有较大差异,这给TBI的临床治疗带来难度。目前TBI的治疗主要是药物治疗和外科手术治疗相配合,另外还需辅助康复治疗。但很多围绕TBI治疗方法的随机对照试验显示没有治疗效果,或结果不具有可重复性,或研究水平不高,无法作为高等级的证据[1]。另外TBI造成继发性脑损伤的机制复杂多样,并且各个机制之间并非孤立存在,而是相互影响、共同作用,影响本病的转归,只针对单一靶点或单一机制的治疗手段难以取得令人满意的疗效。与世界先进水平相比较,我国目前现代医学的TBI救治能力和技术还需要进一步提高[2]。种种现实表明目前仍需寻找对TBI确实有效的治疗方法。

针刺治疗TBI后继发性损伤内在机制已从多个方面开展研究,反映了针灸干预具有多途径多靶点的特征。但大多数研究只从单一机制入手,研究较为简单、片面,缺乏更为系统的、多途径的阐释。另外各个研究选取的穴位和刺激参数不统一,目前没有形成较统一的关于针刺干预TBI的专家共识或指南,这些因素都会影响针刺疗效。今后应该侧重最优针刺方案的研究,规范针刺治疗,为临床针刺治疗TBI提供更优化的治疗方案。

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基金： 国家自然科学基金项目(No.81704155)