针灸是中国传统医学中一种重要的诊疗手段。电针是在毫针针刺得气的基础上通过各种脉冲发射器向人体输入脉冲电流,用电刺激代替手捻针以提高疗效。Hwang等[1]比较了传统针刺和电针对细胞增殖和分化的影响。针刺和电针同时在穴位足三里和百会上应用3周后,发现两者均可增加神经发生,但电针对神经母细胞可塑性的作用更强。临床上,电针常被用于治疗多种神经系统疾病,但是其具体的分子机制尚不明确。近年来,随着对电针治疗作用的深入研究,发现电针可促进神经系统损伤后神经干细胞的增殖与分化,以达到修复损伤的目的。大量研究表明,电针在多种神经系统疾病中可通过调控相关通路,使神经干细胞发挥强大的修复能力。Dubrovsky等[2]研究发现,接受电针干预大鼠的皮肤中,多个神经元基因的mRNA表达水平显著增加,这为神经系统损伤疾病患者的治疗提供了新思路。笔者通过查阅近几年的文献,归纳了电针对于神经干细胞调控的相关机制及其在各种不同神经系统损伤模型中的修复和保护作用,从而为临床应用提供更多的依据。

1、神经干细胞的激活

神经干细胞(neuralstemcell,NSC)是一类分化程度低但具有极强分化潜能的多能干细胞,可增殖、分化为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞。成年哺乳动物的NSC主要存在于海马区齿状回颗粒下层(subgranualzone,SGZ)和脑室管膜下区(subven-tricularzone,SVZ),这些区域内神经干细胞处于可逆的细胞周期静止状态,该静止状态可使NSC避免由年龄带来的丢失[3]。在受到一些生理或病理刺激如受到损伤时,NSC可被重新激活,增殖、分化为多种功能细胞并迁移至受损部位,起到修复作用,提示促进NSC活化可能是脑组织损伤修复的潜在疗法。NSC被认为是保护和恢复神经退行性疾病受损神经元较有前途的治疗方法,但在受损的成熟神经组织中,NSC的自我修复能力不足或无效。基于此,相关研究在动物损伤模型中将外源性神经干细胞进行移植,但仍存在存活率低及免疫排斥等问题[4]。SVZ和SGZ中NSC终身活跃,在整个生命过程中NSC不断产生新的神经元并整合到原有的神经网络之中,以维持大脑的高度可塑性[5,6]。神经干细胞的增殖与分化受到许多基因的复杂调控,该过程受损会导致神经干细胞增殖受抑,并发多种神经精神疾病。

2、电针与神经干细胞增殖的关系

在各种神经系统疾病模型中,电针刺激可能通过增加中枢神经系统中神经源性神经营养因子(neurotrophicfactors,NTF)的表达而促进神经干细胞的增殖,保护神经组织,并促进损伤后功能障碍的恢复。因此,电针可通过刺激特定穴位诱导大脑中各种NTF的表达,并触发自分泌或旁分泌信号传导,从而刺激神经发生,以达到对神经系统疾病损伤的修复作用[7]。脑源性神经营养因子(brainderivedneurotrophicfactor,BDNF)是一种重要的神经营养因子,Hwang等[8]采用电针干预足三里和百会两个穴位,结果发现电针干预增强了大鼠齿状回中NSC的增殖和分化。同时,应用BDNF受体抑制剂K252a后显著降低了齿状回的细胞增殖,该研究证实了电针对神经干细胞的增殖调控与BDNF有关。Gao等[9]研究发现,电针干预后增殖细胞和存活细胞数量升高,神经干细胞分化为神经元增多,且电针治疗对细胞增殖的刺激作用能够持续较长时间,证实了电针对幼年大鼠海马神经干细胞增殖、分化的影响。

3、电针在神经系统损伤疾病中的应用研究

3.1放射性脑损伤

放射性脑损伤是由放射线引起的以认知功能或学习记忆功能损伤为特征的一类疾病。海马区NSC对放射线照射十分敏感,研究发现海马区齿状回细胞DNA损伤与X线剂量呈现依赖性效应,并由此引发认知功能障碍[10,11],因而放疗所致脑损伤的防治研究越来越受到重视。Wu等[12,13]采用电针干预放射线诱导脑损伤小鼠模型的百会、风府及肾俞穴后,发现神经干细胞、新生神经元和星形胶质细胞数量均增加,该研究初步证实了电针可以通过增强海马区神经干细胞的神经发生,从而减轻放射线所致的认知功能损害。为了进一步阐明其具体机制,研究人员发现电针干预后海马区Notch信号通路受体Notch1蛋白和基因的表达水平明显降低,提示电针可能通过Notch信号通路来增加海马区神经干细胞的增殖和分化。

3.2抑郁症

随着生活压力的增高,抑郁症的发病率也是逐年递增。有研究发现电针干预能够一定程度上改善抑郁症症状。Liu等[14]利用胸腺嘧啶核苷类似物5-溴脱氧尿嘧啶核苷(5-Bromo-2-deoxyUridine,BrdU)标记的免疫组化法分析,发现抑郁模型大鼠(chronicunpredictablestress,CUS)的海马区中NSC减少,而电针治疗有效地阻止了NSC减少。该研究证实了应激会影响神经干细胞的增殖,而电针治疗通过上调NSC的增殖对CUS诱发的抑郁模型大鼠产生潜在的抗抑郁作用。在另一项研究中,Yang等[15]采用电针干预百会和阳陵泉穴位15天后,发现CUS大鼠的抑郁样和焦虑样行为明显改善,BrdU增殖细胞增多,凋亡细胞减少,说明电针抗抑郁作用的潜在机制与促进NSC的增殖和抑制凋亡有关,推断电针促进NSC增殖在改善抑郁症状中发挥重要作用,但该研究并未对电针调控神经干细胞增殖的具体机制进行分析。为了进一步阐明其潜在机制,Yang等[16]通过实验探究了电针对于CUS模型大鼠的影响,发现电针对CUS大鼠产生了明显的抗抑郁作用,并促进了NSC的增殖,进一步研究发现电针对模型动物的抗抑郁作用可能来自细胞外调节蛋白激酶(extracellularregulatedproteinkinases,ERK)的激活,此研究提出了电针干预ERK信号通路的新机制。在另一项研究中,Jing等[17]研究发现电针可通过激活Wnt/β-catenin信号通路促进围绝经期抑郁症大鼠海马神经增生,提示电针干预可能是围绝经期抑郁症的有效疗法。在神经干细胞移植方面,电针亦具有良好的改善作用,米琨等[18]对此进行了探讨,研究发现对抑郁症模型给予电针刺激联合神经干细胞移植后,神经干细胞的存活率显著提高,凋亡相关蛋白半胱氨酸-天冬氨酸蛋白酶-3(cysteine-asparticacidprotease-3,caspase-3)的表达被抑制,细胞凋亡抑制基因(B-celllymphoma-2,Bcl-2)表达显著升高,且抑郁症状得到改善,该研究证实了电针刺激可以通过抑制凋亡起到提高抑郁症模型移植神经干细胞存活率的作用。

3.3脑卒中

脑卒中是一种发病率和致残率较高的神经系统疾病。针灸作为一种传统的非药物疗法,在脑缺血损伤恢复中有着独特的作用。脑缺血损伤的发生刺激神经干细胞激活并发生自我增殖,而电针可以明显促进神经干细胞的自我增殖[19]。Yang等[20]研究发现,电针应用于脑卒中模型(middlecerebralarteryocclusion,MCAO)后可促进神经元再生和新生神经元的迁移。研究者采用电针干预“风府”和“筋缩”治疗MCAO大鼠,注射细胞增殖标记物BrdU和亲脂神经元示踪剂Dil后发现,电针干预后未成熟神经元、成熟神经元以及新生神经元均增加,且被亲脂神经元示踪剂Dil染色,说明增殖的细胞为起源于脑中的新生神经元,证实了电针在MCAO中可通过增加脑中神经干细胞的增殖来改善脑损伤。在另一项电针和脑卒中的相关研究中,Hong等[21]采用电针干预MCAO模型后,发现梗塞体积缩小且神经功能恢复,为进一步阐明其与海马中神经发生的关键调节剂视黄酸途径(retinoicacid,RA)的关系,研究者检测了RA蛋白和基因表达,结果显示RA表达增加,提示电针通过调节缺血后脑中RA的表达来促进神经功能恢复可能是电针治疗缺血性中风的机制之一。Zhao等[22]首次报道了电针用于MCAO模型后海马区NSC增殖分化增加的潜在分子机制。研究者给予MCAO模型鼠电针治疗21天后,其海马区神经干细胞增殖、分化的星形胶质细胞和神经元显著增加,且Notch信号通路受体蛋白Notch1和下游靶分子Hes1的表达显著增高,证实了电针可以通过上调Notch信号通路促进脑卒中后神经干细胞的增殖与分化。由于神经干细胞具有多向分化的潜能,因此,有研究进一步探讨电针干预后NSC的分化方向。Tao等[23]研究发现脑缺血性损伤可诱导NSC增殖,其中一些会分化为星形胶质细胞和神经元,而电针可促进NSC增殖、分化为星形胶质细胞以及成熟神经元。Yang等[24]同样发现了电针对MCAO大鼠侧脑室下区神经干细胞增殖和分化的促进作用,并发现电针刺激增殖的神经干细胞向星形胶质细胞分化。Tao等[25]进一步研究发现电针的神经保护作用与反应性星形胶质细胞有关,且增殖的反应性星形胶质细胞调节了G1-S细胞周期的过渡。但是,Luo等[26]研究发现百会穴和大椎穴可通过抑制星形胶质细胞的过度增殖活化,从而下调星形胶质细胞活化后的一系列损伤反应。在另一项脑卒中模型研究中,Tan等[27]采用电针干预MCAO动物模型后,大鼠的新生神经元增多且神经元丢失减少,进一步研究发现神经抑制因子如轴索过度生长抑制因子-A(neuriteOutgrowthInhibitorProtein-A,Nogo-A),溶血磷脂酸(lysophosphatidicacid)和Ras同源家族A(rashomologfamilymemberA,RhoA)表达水平均明显降低,提示电针可能通过调节PRG5/RhoA信号传导来促进内源性NSC的增殖和分化。

电针可以调节与细胞增殖相关的miRNA的表达变化来改善脑卒中后脑血供的功能恢复[28]。在最近的一项研究中,Sha等[29]在电针调节Notch信号通路促进神经干细胞增殖、分化的基础上,明确了该机制与miR-223的作用。研究者通过实验发现,经电针干预后miR-223、Notch1和NSC特异性标志物神经巢蛋白Nestin的表达增加,并下调了抑癌基因类脂磷酸酶(phosphataseandtensinhomologydeletedonchromosometen,PTEN)的表达。作为对比,研究者将antagomiR-223-3p与电针共同作用于模型动物,结果显示电针的调控作用被抑制,且荧光素酶报告基因显示PTEN是miR-223的直接靶标。该研究进一步明确了电针促进神经干细胞增殖的具体分子机制,即电针激活Notch途径后,miR-223的表达增加并降低miR-223的直接靶标PTEN的表达,更重要的是该研究鉴定了miRNA在MCAO脑损伤修复中的作用。同样,在miRNA的研究方面,柳维林等[30]对MCAO模型给予电针治疗后,发现其增殖、分化明显增加,推断电针促进MCAO大鼠神经干细胞分化为星形胶质细胞可能是通过调控miR-34a来介导。随后黄佳等[31]研究发现了电针可通过下调SVZ中miR-9的表达来促进神经干细胞增殖与分化,从而降低MCAO脑损伤模型动物的神经缺损评分,并使脑梗死体积减小。同时,发现电针与miR-9模拟物联用后神经干细胞增殖减少,推断电针可能通过下调miR-9的表达促进神经干细胞的增殖、分化。还有一些研究将药物与电针结合促进神经干细胞的增殖,Li等[32,33]发现电针与天麻多糖联合应用促进MCAO动物模型神经干细胞生长因子SCF及Nestin,并下调抑制胶质纤维酸性蛋白(glialfibrillaryacidicprotein,GFAP)的表达,促进神经干细胞增殖并抑制脑缺血后GFAP的过度表达,从而改善脑功能。还有一些研究将干细胞移植技术与电针干预联合用于保护神经。Kim[34]研究发现,在脑卒中发生后,可将骨髓间充质干细胞移植到纹状体并结合电针治疗,提高神经营养因子的表达,促进神经干细胞增殖。

3.4脊髓损伤

脊髓损伤通常会导致脊髓神经元死亡和相应神经控制的肌肉萎缩,目前尚无理想的治疗方法。大量研究显示电针对脊髓损伤有保护作用。Wu等[35]将电针用于脊髓节段损伤的动物模型中,在大鼠距损伤中心约15mm的脊髓组织中,经免疫组化染色双重标记的神经干细胞和少突胶质细胞数量显著增加,表明电针可促进脊髓损伤大鼠内源性神经干细胞和少突胶质细胞的增殖。胡蓉等[36]通过实验明确了电针调控少突胶质细胞的相关机制。研究发现,大鼠脊髓损伤后电针夹脊穴可增强相关转录因子的表达,促进少突胶质前体细胞增殖、分化成少突胶质细胞,从而促进大鼠运动功能的恢复。杨成等[37]发现电针治疗可抑制脊髓损伤后星形胶质细胞的反应性增生,防止胶质瘢痕的形成,以利于神经再生,但是对电针的具体调控机制尚未完全阐明。Yu等[38]将电针用于脊髓损伤动物模型,发现模型大鼠炎症因子减少,神经干细胞的增殖增多,且向星形胶质细胞方向的分化减少。而进一步研究发现,电针可通过抑制Notch信号通路的激活并促进神经干细胞的增殖来修复脊髓损伤。随后,Zhu等[39]发现电针促进神经干细胞增殖来修复损伤的机制可能与miR-449a参与的调控有关。实验发现,电针干预后Nestin和神经元标记物NeuN表达增高且miR-449a水平降低。进一步研究发现,将电针和miR-449a同时给予模型动物后,Nestin和NeuN的表达水平反而降低。研究证实电针可通过减少miR-449a来增加神经干细胞增殖,促进损伤的修复,更重要的是,此研究发现了电针在缺血再灌注损伤后促进神经干细胞增殖的作用与miR-449a有关。同时,电针还可作为补充疗法在脊髓损伤的治疗中发挥作用,Yu等[40]对脊髓损伤模型动物进行神经干细胞移植联合电针干预后,移植的神经干细胞存活数量明显增加,且NSC向损伤部位迁移的长度更长,研究证实电针干预联合神经干细胞移植可促进大鼠脊髓损伤中NSC的存活和迁移。Jin等[41]同样发现电针可促进移植到横断脊髓的神经干细胞所衍生的神经网络支架存活。

3.5其他脑病

在新生儿脑损伤方面,Pak等[42]研究发现电针和平板运动联合应用可通过上调CREB/BDNF信号通路,增加少突胶质细胞生成来恢复新生儿缺氧缺血后的髓磷脂成分,从而改善运动和记忆功能,为新生儿缺血缺氧性脑病的治疗带来希望。Xu等[43]进一步研究发现,电针在缺血缺氧性脑病中显示出的神经保护作用,与神经营养因子对PI3-K/Akt信号通路的激活有关。在高脂血症合并脑缺氧中,Ren等[44]报道了电针可以上调波形蛋白和β-微管蛋白在SVZ中的表达,促进脑缺血后SVZ神经干细胞的分化,从而促进神经元的修复和再生。Chung等[45]报道了电针干预足三里和百会穴可增加NTF的表达,改善2型糖尿病引起的海马齿状回中NSC的增殖和分化减少,并增加脑源性神经营养因子的水平。此外,对于慢性脑灌注不足所致脑损伤大鼠,朱永旺等[46]将电针用于双血管阻断法建立的慢性脑灌注不足模型,发现电针干预后神经诱导因子Noggin表达增高而骨结合蛋白(bonemorphogeneticprotein4,BMP4)降低,SGZ区Brdu阳性细胞数增多,且分化为神经元和星形胶质细胞的双标阳性细胞数增多,证实电针可通过调节Noggin与BMP4的表达促进慢性脑灌注不足模型动物神经干细胞的增殖和分化。此外,Ding等[47]研究发现电针干预后,帕金森模型大鼠SVZ区增殖细胞核抗原(proliferatingcellnuclearantigen,PCNA)和GFAP表达增高,可能与帕金森的临床症状改善有关。

4、展望

神经干细胞具有分化程度低及分化潜能高的特点。而作为中医治疗手段,电针具有安全、有效、便捷及不良反应少的优势。电针干预在放射性脑损伤、抑郁症、缺血再灌注及脊髓损伤等神经系统损伤疾病中,通过调控神经干细胞的增殖与分化展现了其强大的修复能力,且电针干预过程存在多靶点、多通路调控的特点,有望成为神经系统损伤疾病治疗的有效手段。然而,目前关于电针促进神经干细胞再生的研究仍存在一些问题:其一,实验研究多集中在神经干细胞的增殖、分化。电针干预促进神经干细胞再生的基础实验研究仍局限于相关蛋白层面,还未从基因及代谢水平深入探讨其相关机制。其二,电针干预的长期效果未见报道。今后需基于前期构建的动物及细胞模型,多层次深入探讨电针对神经干细胞调节的信号通路及分子机制,同时延长电针干预时间,进一步探索其长期治疗效果。

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