電針治療腦卒中后認知障礙突觸可塑性機制研究進展

王益言,王東巖,△,李慎微,董 旭,趙東雪,杏亞婷,張 瑩

1.黑龍江中醫藥大學,黑龍江 哈爾濱 150040;2.黑龍江中醫藥大學附屬第二醫院,黑龍江 哈爾濱 150001

卒中已成為我國居民首位致死性病因[1],《中國卒中報告2020(中文版)》顯示,我國卒中年發病率為276.7/10萬,年患病率達2 022.0/10萬,死亡率高達153.9/10萬[2]。卒中后約1/3患者會出現認知功能障礙(Post-stroke cognitive impairment,PSCI),嚴重影響患者預后,是當前臨床干預的重點[3]。突觸是神經元之間重要的接觸位點,內外因刺激下突觸結構、功能和數目發生較持久改變,導致突觸連接強度和傳遞效能發生變化,從而造成神經環路發生適應性改變的現象稱為突觸可塑性[4]。腦卒中后損傷神經元的修復以及神經環路的重建是PSCI治療的關鍵,突觸可塑性的增強可有效促進神經環路的重建[5]。近年來,電針療法廣泛應用于臨床,其療效顯著且易于客觀量化,在PSCI治療中能夠顯著改善認知障礙程度。以往研究[6-8]表明,突觸可塑性可能是電針治療腦卒中后認知障礙的作用機制之一。本研究就近年來電針治療腦卒中后認知障礙的突觸可塑性機制研究進展進行探析,以期為后續更深入地研究提供參考。

1 電針對突觸結構可塑性的影響

突觸超微結構的變化是反映突觸結構可塑性最直觀的指標。突觸結構及數量變化、軸突新生和突觸后致密物的改變等是突觸超微結構變化的主要表現。已有研究[9]證實,腦缺血大鼠缺血半暗區突觸結構隨著缺血時間延長發生形態學變化,電鏡下突觸數目減少,突觸小泡破裂,突觸前后膜融合。研究[10]發現,電針可通過增加突觸及囊泡數量、修復突觸超微結構,進而提高突觸傳遞效能,改善大鼠認知功能。另有研究[11]發現,電針可顯著升高腦缺血大鼠突觸后致密物質、突觸界面曲面率以及突觸間隙寬度,進而促進突觸重建,改善腦缺血大鼠認知功能,其機制可能與電針誘導小膠質細胞極化有關。

樹突棘是神經元細胞樹突表面上細小狀突起,其形態變化常與突觸可塑性相伴發生,與認知功能密切相關。以往研究[12]表明,樹突棘的可塑性是突觸發育和神經環路重塑的先決條件,是學習記憶的結構基礎。研究[13]發現,體內樹突棘結構的快速可逆變化受腦缺血程度影響。陳立典團隊研究發現,電針百會、神庭穴不僅能夠延緩樹突棘大面積的萎縮及脫落,進而促進樹突棘密度的增加,改善海馬CA3-CA1區神經環路的突觸可塑性[14],還能夠調控海馬CA1區miR-134的表達,提高LIM激酶1磷酸化水平,改善樹突棘形態,調節突觸可塑性,促進大鼠認知功能恢復[15]。

2 電針對突觸功能可塑性的影響

突觸功能可塑性主要包括長時程增強(Long-term poentiation,LTP)和長時程抑制(Long-term depression,LTD),體現為突觸傳遞效率變化[16]。LTP是指高頻重復刺激引發的興奮性突觸后電位增強且持續時間較長;LTD則與之相反,LTD是指低頻刺激誘導使得突觸后電位大幅降低,意味著突觸效能大幅降低。目前認為LTP和LTD都是與學習和記憶密切相關的分子模型[17],但研究較多的是LTP與認知功能的關系。研究[18]表明,腦缺血再灌注引起海馬LTP損傷。有研究者[19]采用場電位電生理檢測缺血性腦卒中大鼠LTP反應,發現電針能夠增加梗死側海馬CA3-CA1區的興奮性突觸后電位斜率百分比,表明電針可能通過易化LTP反應,促進突觸功能可塑性,從而改善大鼠認知功能。另有研究[20]表明,LTD在長時記憶的形成中具有重要作用,可以選擇性抑制LTP過度,使突觸強度維持在一定水平,避免過于飽和從而影響LTP誘導的敏感性。目前,突觸功能可塑性多以研究LTP為主,對于LTD的作用研究較少。在學習記憶過程中,LTP和LTD共同調控記憶形成,但各自分工不同,后續應深入研究二者在新記憶形成和儲存中的作用分工。

3 電針對突觸可塑性相關蛋白的影響

3.1 電針對突觸前可塑性相關蛋白的影響

突觸素(Synaptophysin,SYN)和生長相關蛋白43(Growth-associated protein 43,GAP-43)是分布于突觸前膜上的突觸蛋白,參與突觸傳遞效能調控和突觸結構重建,是突觸重塑的重要標志。有研究[21]發現,GAP-43是神經元軸突再生的分子標志。此二者常被作為突觸前特異性標志物來檢測突觸可塑性。研究[22]表明,SYN的具體含量與突觸數目呈正相關,并且影響認知功能。研究[23]顯示,電針可上調腦梗死大鼠海馬CA1區SYN的表達,促進突觸重塑,改善大鼠認知功能。另有研究[24]發現,電針曲池、足三里可促進腦源性神經營養因子(Brain-derived neurotrophic factor,BDNF)及其受體結合,進而增加SYN表達,改善突觸功能。研究[25]表明,電針可通過提高腦卒中后不同時間點GAP-43陽性細胞的數目,從而增加GAP-43的表達,促進神經功能重塑,改善認知功能障礙。類似研究[26]顯示,電針刺激百會、大椎穴,腦缺血大鼠GAP-43免疫活性在第3天、7天和14天時顯著升高。

3.2 電針對突觸后可塑性相關蛋白的影響

突觸后致密物質(Postsynaptic density,PSD)是突觸后膜上一層均質致密物。PSD上存在的actin纖維蛋白絲和調節蛋白對于維持樹突棘正常形態具有重要意義,PSD完整性被破壞可導致其上的可塑性相關蛋白消散,樹突棘的結構完整性不穩,從而影響突觸可塑性。致密蛋白-95(Postsynaptic density protein-95,PSD-95)分布于突觸后致密帶,在突觸重塑及功能發揮中具有重要作用[27]。有研究[28]發現,PSD-95表達能減輕缺氧引起的海馬神經元樹突棘形態改變和記憶惡化。Ca2+/鈣調蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ(Ca2+/Calmodulin dependent protein kinase Ⅱ,CaMKII)是PSD主要成分,在海馬腦區中表達豐富,對于LTP和記憶形成有重要意義[29],CaMKII失活可造成海馬神經元損傷,引發認知障礙[30]。研究[31]顯示,電針百會、神庭穴能夠上調PSD-95的表達,從而促進突觸結構的完整,增強突觸可塑性以改善大鼠的認知能力。也有研究者[32]發現,電針手厥陰心包經穴能夠上調腦梗死大鼠PSD-95的表達,從而增強突觸可塑性,且與同一時點電針肺經穴比較,電針心包經穴的上調效果明顯更優。此外,有研究[33]探討CaMKII在慢性腦缺血認知功能損害中的作用,發現CaMKII表達變化與學習記憶損害程度密切相關。梁慧英等[34]研究發現電針可上調血管性認知障礙大鼠CaMKII的表達及其磷酸化,進而增強LTP,從而改善認知功能,其作用機制可能與電針誘導沉默突觸轉化為功能性突觸有關。

4 電針對神經遞質和受體的影響

腦卒中后神經元細胞損傷、突觸信號傳導阻滯導致神經遞質作用失調是認知障礙發生的主要原因。以往研究[35-36]表明,腦卒中后認知障礙的發生發展與神經遞質的釋放和清除異常有關,而電針通過調節神經遞質含量來促進突觸可塑性,改善認知障礙。乙酰膽堿(Acetylcholine,ACh)是與學習和記憶形成相關的重要神經遞質之一,其含量由膽堿乙酰轉移酶(Choline acetyltransferase,ChAT)和乙酰膽堿酯酶(Acetylcholine esterase,AChE)共同調節,分別代表ACh的合成及水解水平。有研究[37-38]顯示,腦卒中后ACh含量減少是腦卒中引起的認知功能障礙的特征性改變,與認知障礙的程度密切相關。研究[39]顯示,電針干預能夠有效降低AChE活性,調節膽堿能遞質的釋放,改善學習和記憶功能。此外,電針可調控Ach受體的表達,研究[40]發現,電針通過上調腦缺血再灌注大鼠海馬區α7煙堿型乙酰膽堿表達來改善認知障礙。谷氨酸(Glutamic acid,Glu)是興奮性神經遞質,能夠興奮神經元,提高認知能力,但過度表達會造成鈣超載,損傷神經元。γ-氨基丁酸(Gamma-aminobutyric acid,GABA)是抑制性神經遞質,可抑制Glu過度表達。Glu和GABA的拮抗失衡可導致突觸功能異常[41]。張蘊[42]研究發現,電針能夠抑制腦梗死大鼠Glu的過度釋放,調節N-甲基-D-天冬氨酸受體的表達,減少鈣超載,產生神經保護作用以改善認知功能。此外,認知障礙的改善與腦內單胺類神經遞質含量變化密切相關,研究[43]發現,電針可改善小鼠的認知障礙,其作用機制可能是電針改善因腦缺血再灌注所致的去甲腎上腺素、多巴胺和5-羥色胺代謝環境紊亂。對神經遞質及其受體的調節可能是電針調控突觸可塑性的潛在機制之一,但目前研究相對較少且單一,不同神經遞質的相互作用對突觸可塑性影響特點的研究尚顯不足,后續應進行深入的研究。

5 電針對突觸可塑性相關信號通路的影響

突觸可塑性相關信號通路之間聯系緊密且相互作用,共同調節可塑性相關蛋白的表達,促進突觸結構完整性,誘導LTP的增強。腦卒中后相關信號通路的過度激活或被抑制,可導致信號分子傳導異常,進而影響突觸可塑性。研究[44]發現,電針對認知功能下降具有保護作用,其機制可能是電針促進樹突棘密度增加和增強LTP,抑制磷酸化的環磷腺苷反應元件結合蛋白(CREB)、BDNF的降低,促進微小RNA132(miR132)的增加并下調p250GAP蛋白的表達。但蛋白激酶A(PKA)抑制劑可部分阻斷上述變化,提示電針可能激活PKA/CREB信號通路增強突觸可塑性。研究[45]顯示,電針能抑制Janus激酶2(JAK2)/信號轉導和轉錄激活因子3(STAT3)信號通路的激活,從而改善病理性突觸超微結構,增加海馬CA1區突觸蛋白的表達和突觸數量,增強缺血性腦卒中大鼠梗死周邊海馬CA1區突觸可塑性,發揮腦保護效應。李洪亮等[46]研究發現,電針能夠上調突觸可塑性相關因子的表達,進而改善腦缺血大鼠認知功能,其機制可能與促紅細胞生成素肝細胞激酶(Eph)受體/配體(Ephrin)信號通路激活相關。陳潞婷等[47]研究發現,電針療法能夠增加腦缺血大鼠Neu N陽性細胞的數量,并促進海馬組織中神經生長因子(NGF)及其磷酸化酪氨酸激酶受體A(Ap-TrkA)的表達來改善大鼠學習記憶功能,其作用效應可能與電針激活NGF/TrkA信號通路有關。目前,電針對突觸可塑性相關信號通路調節機制的研究雖多,但各信號通路之間相互作用的研究卻顯不足,相關信號通路之間的上下游關系應是未來研究的新趨勢。

6 討論

電針治療腦卒中后認知障礙的機制尚未明確,目前認為電針通過促進損傷神經元的自我修復以及神經環路的重建來治療腦卒中導致的認知障礙。突觸可塑性是近年來認知功能障礙的研究熱點,對于探討電針治療PSCI作用機制具有重要意義。電針調控突觸可塑性治療腦卒中后認知障礙的相關研究中,電針可通過調節突觸結構可塑性、功能可塑性和相關蛋白的表達以及信號傳導來增強突觸可塑性以改善認知功能,提高學習記憶能力。近年來,電針調控突觸可塑性治療腦卒中后認知障礙的機制研究雖有一定進展,但相關研究仍然不足。如電針刺激參數對突觸可塑性的影響;電針介入的最佳窗口期;神經遞質間的相互作用在突觸可塑性中的作用特點;各信號通路的上下游關系具體如何;電針調控作用與神經功能自我修復有無重合等。此外,尚缺乏針對PSCI中醫不同證型的作用機制研究,后續應結合中醫辨證論治進行深入研究。因此,明確電針調控突觸可塑性改善腦卒中后認知障礙的具體通路及作用靶點,對于未來腦卒中后的電針治療和相關康復方案的選擇具有重要意義。