外周神經免疫互作在針刺抗炎鎮痛中的作用

桂勇青,徐枝芳,3,李亞男,謝 飛,章明星,郭 義,3,公一囡,3△

1.天津中醫藥大學實驗針灸學研究中心,天津 301617; 2.天津中醫藥大學,天津 301617;3.天津市現代中醫理論創新轉化重點實驗室,天津 301617; 4.濰坊市益都中心醫院,山東 濰坊 262500

炎癥反應普遍存在于機體,主要包括免疫細胞聚集、活化與分泌炎癥因子等過程,適度的炎癥有助于機體控制感染、清除異物和修復受損組織,對維持機體健康有重要意義,但是過度的炎癥反應可以導致促炎因子水平升高,對健康有害[1]。促炎因子與周圍神經末梢上相應的受體結合后,可以刺激周圍神經末梢,激活傷害感受器,并使其閾值降低[2];傷害感受器活化后分泌大量的P 物質(Substance P,SP)和降鈣素基因相關肽(Calcitonin-gene-related-peptide,CGRP),這進一步加劇了炎癥反應,使傷害感受器持續敏化[3]。外周傷害感覺神經元激活后,產生的動作電位通過背根神經節(Dorsal root ganglion,DRG)傳遞至脊髓,再傳入大腦,使機體感受到痛覺[4]。免疫系統與神經系統的相互作用是炎性痛產生的原因。目前對于炎性痛的治療主要是應用非甾體抗炎藥和生物制劑,雖然具有一定療效,但存在藥效短、副作用明顯等缺點[5]。因此,尋求安全有效的抗炎鎮痛療法是當前急需解決的問題。

1 針刺具有抗炎鎮痛效應

針刺作為中醫的一種治療手段,已有幾千年歷史,在世界各地區廣泛應用,對多種常見病具有療效,同時兼具安全無副作用的優勢。世界衛生組織推薦的107種針灸適應疾病中,包含多種炎性疾病[6]。類風濕關節炎患者經電針治療后,關節液及血清白介素-1(Interleukin-1,IL-1)水平下降,關節疼痛減輕[7];多發性硬化患者經針刺治療10 d后,患者血清IL-1β顯著降低[8];另一方面,針刺的抗炎鎮痛效應也在動物模型中得到驗證[9-10]。由此可見,針刺作為一種安全有效的抗炎鎮痛手段,能被應用于炎性痛相關疾病的治療。

研究表明[11],針刺根據穴位、治療手法和刺激參數等指標的不同,通過不同途徑影響免疫細胞,降低促炎因子水平;針刺還可以通過調節神經興奮性,影響鎮痛物質釋放及其受體表達,減少疼痛信號產生和傳遞,發揮抗炎鎮痛效應。通過查閱文獻發現,神經-免疫網絡是針刺減輕炎性痛的作用基礎,外周神經免疫互作是針刺抗炎鎮痛效應的關鍵。筆者對針刺抗炎鎮痛效應機制進行總結,闡釋神經免疫在其中發揮的作用,以期促進針刺治療的相關研究,為針刺在臨床上的應用提供詳盡的理論依據。

2 針刺抗炎鎮痛作用機制

2.1 針刺抗炎機制

神經-免疫網絡系統是針刺起效的一種重要途徑,交感神經和迷走神經介導了針刺的抗炎效應。迷走神經與炎癥反應密切相關,電針可以抑制多種促炎因子表達,而迷走神經切除可以消除電針的抗炎效應[12]。膿毒癥小鼠模型中,電針膿毒癥小鼠足三里穴可以降低血清腫瘤壞死因子-α(Tumor necrosis factor-α,TNF-α)水平,減少免疫細胞聚集,緩解膿毒癥心肌損傷,而腹迷走神經阻斷術則使這種抗炎效應降低[13]。研究表明,電針激活迷走神經,接著通過膽堿能途徑(Cholinergic anti-inflammatory pathway,CAP)和腎上腺途徑發揮抗炎效應。CAP途徑是由迷走神經、乙酰膽堿和乙酰膽堿受體組成。膿毒癥小鼠經電針足三里穴后炎癥反應受抑制,而在使用α7煙堿型乙酰膽堿受體(α7 nicotinic acetylcholine receptor,α7 nAChR)拮抗劑后,電針抗炎效應降低[14]。迷走神經激活后可以釋放乙酰膽堿(Acetylcholine,Ach),Ach與巨噬細胞等免疫細胞表面的α7 nAChRs結合,一方面阻斷NF-κb通路,另一方面通過激活Janus激酶2/信號轉導子和轉錄激活子3(Janus kinase/signal transducerand activatorof transcription3,JAK2/STAT3)信號通路,抑制NF-κB與DNA的結合,抑制巨噬細胞活性,減少促炎因子IL-6和TNF-α 的分泌[15]。迷走神經-腎上腺途徑則是迷走神經介導的另一類抗炎途徑,電針足三里穴可以通過迷走神經影響腎上腺髓質中嗜鉻細胞釋放兒茶酚胺,繼而影響免疫細胞上腎上腺素能受體活化,導致IL-6、干擾素-γ(Interferon-γ,IFN-γ)水平降低,而腎上腺切除后,電針的這種抗炎效應減弱[16]。

交感神經通過激活腎上腺髓質中的嗜鉻細胞,使其釋放兒茶酚胺,兒茶酚胺與免疫細胞上的腎上腺素能受體結合,根據兒茶酚胺濃度及腎上腺素能受體的不同,從而發揮相應的促炎和抗炎效應[17]。針刺可以影響交感神經功能的興奮性,進而影響兒茶酚胺類物質的釋放,發揮抗炎效應。電針結腸炎大鼠足三里穴和上巨虛穴可抑制背根神經節中交感神經興奮性,減輕炎癥反應[18]。創傷應激大鼠外周的促炎因子水平升高,而電針通過調節交感神經活性降低促炎因子水平[19]。

2.2 針刺鎮痛機制

阿片肽是一種重要的鎮痛物質,內源性阿片肽主要分為腦啡肽、強啡肽與內啡肽3種,作用于感覺神經纖維上相應的μ、δ與κ受體,引起膜電位超極化,降低感覺神經的興奮性,減少神經遞質釋放及神經沖動的傳遞,發揮鎮痛效應[20]。電針刺激可以通過提升趨化因子水平,使含有阿片類藥物的巨噬細胞和白細胞聚集于相關部位,并釋放阿片肽;另一方面,阿片肽能調控免疫細胞的功能,降低促炎因子水平,減少外周傷害感受器敏化[21- 22]。研究表明,針刺既能夠誘導阿片肽釋放,使其與μ、δ與κ受體結合發揮作用,也可以直接激活阿片受體發揮作用[23-24]。在尿酸單鈉誘導的關節炎大鼠模型中,電針足三里穴和昆侖穴可上調局部踝關節中內啡肽的表達,內啡肽作用于 μ和 κ阿片受體發揮鎮痛作用[25]。諸多證據表明,針刺可以通過提升阿片肽水平,激活其受體發揮鎮痛作用。

大麻素(Cannabinoid,CB)是針刺鎮痛的重要介質,它有CB1R和CB2R兩種受體,CB1R主要分布于中樞系統,CB2R主要分布于外周膠質細胞和免疫細胞中,大麻素與CB1R結合,可以抑制SP物質的釋放,并抑制炎癥反應[26]。大麻素與CB2R結合,可以抑制免疫細胞活化,減少促炎因子IL-1β、TNF-α及IL-6的釋放,促進鎮痛介質的分泌[27]。電針能激活CB1R、CB2R受體,從而抑制促炎因子IL-1β和SP物質的表達,減輕炎性痛,而CB1R、CB2R拮抗劑的應用可減弱此效應[28]。電針刺激完全弗氏佐劑(Complete freund’s adjuvant,CFA)模型大鼠的環跳穴和陽陵泉穴可以增強免疫細胞中CB2R的表達,同時激活免疫細胞中的CB2R,促進內啡肽的釋放,減輕疼痛[29-30]。

2.3 背根神經節介導針刺抗炎鎮痛

DRG可以接收外周傳遞而來的疼痛信息,并將疼痛信息傳遞至脊髓,最后傳遞至中樞。多種促炎介質和外周傷害信息可以激活背根神經節上的瞬時受體電位香草酸亞型1(Transient receptor potential vanilloid 1,TRPV 1), TRPV1激活后可以激活外周神經元,促使其釋放SP和CGRP等炎性介質,導致外周傷害感受器敏化[31]。針刺可以抑制DRG上的TRVP1活性,從而減少疼痛信號的產生和傳遞。在佐劑性關節炎(Adjuvant-induced arthritis,AIA)模型大鼠雙側足三里穴和昆侖穴施以電針治療,可以減輕炎性痛,而在TRPV1敲除的小鼠中,電針抗炎鎮痛效應減弱,這表明TRPV1是介導電針抗炎鎮痛的關鍵,電針可以抑制蛋白激酶C(Protein kinase C,PKC)對TRPV1殘基的磷酸化,進而抑制TRPV1通道的活性[32]。電針CFA模型動物雙側足三里穴可抑制DRG中TRPV1的表達,從而下調p-PKA、p-細胞外信號調節激酶(Extracellular signal regulated kinases,ERK)及p-Jun-N-末端激酶(JunN-terminal kinase,JNK)的表達,并抑制電壓門控鈉離子通道(Voltagegated sodium channels,VGSCs)Nav1.7的激活,從而減少疼痛信號傳遞[33]。TRPV家族的TRPV4是滲透壓和機械刺激的傳感器,TRPV4的表達增加導致疼痛信號增強,酸敏感離子通道蛋白3(Acid-sensing ion channel 3,ASIC3)則是酸性環境和機械刺激的傳感器,同樣參與炎性痛的信號傳遞過程,電針足三里穴可抑制DRG神經元中TRPV4和ASIC3的表達,并通過抑制外周敏化減輕角叉菜膠和CFA誘導的疼痛模型中的炎性疼痛[34]。

SP物質是感覺神經末梢釋放的神經肽,它可以激活神經后突觸受體,激活電壓依賴性鈣通道,誘導鈣離子進入神經元,引發動作電位,傳遞疼痛信息[35];另一方面,可以與免疫細胞表面相應受體結合,誘導其釋放促炎因子[36]。電針AIA大鼠足三里穴可以降低DRG中SP物質水平,減少IL-6、TNF-α和IL-1β的表達,也能阻斷疼痛信號的傳遞,當切斷背根神經節或注射SP受體拮抗劑時,此效應減弱[37]。上述研究表明針刺可以抑制SP物質的釋放,發揮抗炎鎮痛效應。

嘌呤能受體(Purinergic P2X3 receptor,P2X3R)是一種配體門控的非選擇性陽離子通道,在DRG中表達。當存在炎癥反應時,三磷酸腺苷(Adenosine triphosphate,ATP)從受損組織或炎性細胞釋放,并與DRG神經元中的P2X3R結合,從而激活傷害感受器,傳遞疼痛信號[38]。電針足三里穴和昆侖穴可顯著減少DRG中P2X3R的數量,并降低DRG中P2X3R蛋白的表達,對AIA模型大鼠應用P2X3R激動劑可減弱電針的鎮痛作用[39]。在炎癥性腸炎(Inflammatory bowel disease,IBD)大鼠模型中,電針足三里穴和天樞穴可減少P2X3R的表達,減輕疼痛[40]。DRG中P2X3R的激活促進了疼痛信號傳遞,針刺可以通過降低P2X3R的表達、抑制P2X3R的激活發揮鎮痛效應。

3 討論

過度炎癥所引發的炎性痛給人們造成了極大傷害,針刺作為傳統中醫的一部分,不僅具有良好的抗炎鎮痛療效,還兼具安全無副作用的優勢,可作為減輕炎性痛的治療方法。針刺通過自主神經,調節膽堿能信號通路、迷走神經-腎上腺通路和兒茶酚胺通路影響免疫細胞,降低炎癥因子水平,抑制外周傷害感受器敏化;另一方面,針刺可以調控鎮痛物質的釋放及其受體表達,抑制TRPV1等多種通道的激活,發揮鎮痛作用。

目前針刺抗炎效應還具有明顯的穴位特異性和刺激強度依賴性,低強度電針刺激富含Prokr2神經元的足三里穴,可以通過迷走神經-腎上腺軸發揮抗炎效應,特異性敲除Prokr2神經元后,則抗炎效應消失,表明低強度電針刺激足三里穴是通過Prokr2神經元實現的[41],這表明針刺不同穴位發揮抗炎效應的機制不同。不僅如此,治療方式的不同也會影響抗炎效應,電針的鎮痛效果優于手針[42];電針的不同波形也對針刺療效有影響,使用疏密波可同時釋放內啡肽和強啡肽,鎮痛效應優于單獨使用疏波或者單獨使用密波,強電針組在鎮痛療效優于弱電針組[43]。留針時間的長短同樣與其療效密切相關,持續治療可以使針刺的治療效應累加,但這種累加效應存在上限,過長的留針時間容易使穴位疲勞降低治療效果,可能導致無效甚至產生副作用[44]。同時針刺治療也與患者的體質、疾病類別有關,不同體質患者的針刺起效時間不一樣[45]。未來可以統計臨床上常見病的針刺治療方法,對留針時間、刺激穴位和刺激參數等指標進行統計和分析,并以此為基礎,針對相關疾病,對針刺療法進行標準化,以期針刺療法能在臨床上更好地應用和推廣。