针刺调控炎症反应在抗缺血再灌注损伤中的研究进展

2018/07/24 10:26

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冯吉杰1,2，王　珂2，陈彤宇1，葛　文1，周伊人1,2，徐建俊1*，周　嘉1,2*（1上海中医药大学附属曙光医院胸心外科，上海 201203；2上海中医药大学附属曙光医院针刺麻醉研究所，上海 201203）摘要：缺血再灌注过程中诱发的炎症反应是造成脏器继发性损伤的主要因素之一，如何缓解缺血再灌注时的炎症反应已成为研究的热点。目前研究表明，针刺不但可以直接抑制炎症细胞浸润及调控炎症相关细胞因子的表达，而且还能在整体上调控炎症信号传导通路，抑制炎症反应，从而有效改善缺血再灌注损伤。现就目前针刺调控炎症反应拮抗脏器缺血再灌注损伤的效应机制研究进展作一综述。关键词：针刺；炎症反应；缺血再灌注损伤；脏器保护Progress of Researches on Acupuncture Regulating Inflammatory Reaction on Anti Ischemia-reperfusion InjuryFENG Jijie，WANG Ke，CHEN Tongyu，GE Wen，Zhou Yiren，XU Jianjun，ZHOU Jia（Department of Thoracic Surgery，Shuguang Hospital Affiliated to Shanghai University of Traditional Chinese Medicine，Shanghai 201203，China；Research Institute of Acupuncture Anesthesia，Shuguang Hospital Affiliated to Shanghai University of Traditional Chinese Medicine，Shanghai 201203，China）Abstract: The inflammatory response during ischemia reperfusion process is one of principal reasons for the secondary injury to the organ. Therefore, how to inhibiting inflammation has become one of research hot spots. The current research showed that acupuncture can not only directly inhibit the infiltration of inflammatory cells and regulate the expression of inflammatory cytokines, but also in the overall regulation of inflammatory signaling pathway, inhibition of inflammatory response, thereby effectively improving ischemia-reperfusion injury. Here, we reviewed the research progress on the mechanism of acupuncture treatment on ischemia reperfusion injury through regulating the inflammatory response.Key words: Acupuncture, Inflammatory response, Ischemia-reperfusion injury, Organ protection       近年来，随着动脉搭桥术、经皮腔内冠脉血管成形术、心脏外科体外循环、心肺脑复苏等方法的建立和推广应用，使许多组织器官缺血后重新得到血液再灌注。多数情况下，缺血后再灌注可使组织器官功能得到恢复，促进患者的康复；但有时缺血后再灌注，不仅不能使组织、器官功能恢复，反而加重组织、器官的功能障碍和结构损伤。这种在缺血基础上恢复血流后加重组织器官的功能障碍和结构破坏，甚至发生不可逆性损伤的现象称为缺血再灌注损伤（ischemia-reperfusion injury，IRI） [1]。目前认为IRI发生机制主要涉及炎症反应[2]、氧自由基损伤[3]和钙超载[4]三个方面。近年研究显示，过度炎症反应是导致IRI的关键原因[5]。炎症反应在组织器官缺血阶段即被激活，再灌注则进一步加剧了组织器官的炎症反应，是导致组织器官损伤的主要原因之一[6]。临床和基础研究均显示，针刺能有效减轻IRI发生时的炎症反应，从而改善组织器官的IRI，进而发挥良好的脏器保护作用。本文就针刺抑制和减轻炎症反应从而防治IRI的作用机制研究现状作一综述如下。 1 针刺抑制炎症细胞浸润及调控炎症相关因子，减轻炎症损伤       再灌注后缺血区血液充盈，炎症细胞得以进入该区，随后在黏附分子的作用下，使得更多的炎症细胞黏附并穿越血管壁，进入相关的组织器官，产生严重的炎症反应。而炎症因子水平与缺血后组织器官功能的损害直接相关。中性粒细胞在器官发生缺血再灌注后被激活，是最主要的炎症细胞。大量的中性粒细胞与受损的血管内皮细胞广泛黏附、聚集，造成微血管的损伤，引起微血管内血液流变学、管腔内径及血管通透性的改变，导致无复流现象的出现，从而发生组织器官损伤。巨噬细胞、库夫细胞、小胶质细胞等也作为拥有致炎作用的细胞，在不同器官的IRI中发挥作用[7-9]。有证据表明，针刺处理可减少脑缺血再灌注损伤模型大鼠受损区域髓过氧化物酶（MPO）和CD68阳性细胞的数量，提示针刺处理可有效抑制炎症细胞浸润[10]。       在炎症细胞浸润的过程中，炎症介质和黏附分子发挥着关键作用，而针刺可以抑制炎症介质的释放及黏附分子的表达[11]，减轻炎症细胞在缺血再灌注组织器官中的聚集，从而减轻该区域的IRI。细胞因子是由免疫细胞在损伤后释放出的分子，包括促炎因子和抗炎因子两种。缺血性损伤导致的局部炎症反应会引起细胞因子的大量释放。其中，促炎细胞因子可诱导白细胞迁移至缺血组织区域，进一步释放更多的促炎细胞因子，加重缺血损伤[12]。促炎细胞因子主要包括肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白介素1β（interleukin 1β，IL-1β）和IL6等，直接靶向抑制这类促炎细胞因子的释放可有效改善和治疗IRI[13]。电针治疗能显著减少肠缺血/再灌注模型大鼠造模后TNF-α和IL-6的含量[14-15]。同样，电针能改善大脑中动脉闭塞再灌注（the middle cerebral artery occlusion and reperfusion，MCAO/R）大鼠的脑梗死面积以及其运动能力，同时抑制大脑中动脉闭塞再灌注区脑组织和血清中TNF-α、IL-1β和IL-6的水平[16]。这些促炎细胞因子的过度表达不但加剧了缺血再灌注组织器官区域靶器官的损伤，还能导致其他重要器官的损伤。例如，老年病人往往在大型手术后会出现术后认知功能障碍（postoperative cognitive dysfunction，POCD），Yuan等建模于18–24月龄大小的SD老年大鼠，发现心肌缺血再灌注会导致老年大鼠认知功能障碍，同时观察到大鼠海马区域伴有明显的小胶质细胞激活以及海马、血清中促炎细胞因子TNF-α和IL6含量增加，而针刺能够显著改善心肌缺血再灌注老年大鼠认知功能障碍，抑制小胶质细胞的激活，并且抑制系统性促炎细胞因子的释放[17]。IL-10作为一种抗炎细胞因子，在调节先天免疫反应的负反馈途径中发挥重要作用，可抑制多种促炎细胞因子的产生[18]。电针可促进急性脑缺血再灌注大鼠抗炎反应的表达，抑制TNF-α和IL-6的释放并增加IL-10的含量，进而减轻脑缺血再灌注区域的白细胞的浸润，从而改善神经功能，发挥保护效应[19]。同时还发现，电针这一效应可能与电针强度密切相关，强电针刺激能提高大脑中动脉缺血再灌注模型大鼠IL-10的含量并降低IL-1β的含量，而弱电针刺激则无此效应[20]。       黏附分子方面，细胞间黏附分子-1（intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1），是介导黏附反应重要的黏附分子之一，属于黏附分子中免疫球蛋白超家族中的成员。它通过与其受体的特异性结合，促进内皮细胞活化，令炎症细胞与内皮细胞间的黏附作用增强，使它们更容易穿透内皮。宋映周等发现[21]，电针可以同时降低脑缺血/再灌注损伤大鼠健侧和患侧脑区ICAM-1和IL1β的表达，从而抑制炎症反应，改善脑组织的IRI。同样，张立德等利用眼针治疗脑缺血再灌组损伤大鼠，发现眼针可以下调脑组织ICAM-1的表达，改善神经功能损伤[22]。除此之外，其它一些炎性反应相关物质也同样在针刺调控炎症反应拮抗脏器缺血再灌注损伤中发挥作用。转化生长因子β1（transforming growth factor beta 1，TGF-β1）在脑缺血早期可通过抑制中枢神经系统中的炎症反应缓解大脑水肿、减少梗死面积和促进血管的生成。Wang等研究发现[23]，电针刺激可上调脑缺血再灌注模型大鼠血清TGF-β1的表达，发挥神经保护效应。C反应蛋白（C reactionprotein，CRP）作为一种急性时相高表达的反应蛋白，是评价机体发生急性炎症反应、组织损伤严重程度的一个参考指标。针刺可以降低术侧脑组织中TNF-α和CRP的表达，从而减轻脑缺血再灌注大鼠脑组织中炎症反应的发生[24]。郭爱松的临床实验发现[25]，经穴位埋线和针刺治疗后，患者血清高敏CRP和IL-6水平均较治疗前降低，因此抑制了炎症反应的程度，从而使急性脑梗死患者的运动功能得以改善，而且穴位埋线组的疗效优于针刺组。2 针刺对炎症信号传导通路的调控高迁移率族蛋白1（High mobility group box protein 1，HMGB1）是一种非组蛋白染色体结合蛋白DNA结合蛋白，广泛表达。当发生缺血再灌注时，HMGB1表达上调，细胞外的HMGB1作为典型的损伤相关模式分子（damage-associated molecular pattern，DAMP）可通过与糖基化终产物受体（receptor for advanced glycation endproducts，RAGE）和Toll样受体（Toll-like receptor，TLR）结合，激活缺血再灌注区域的炎症级联反应[26]。HMGB1可能是针刺抑制炎症反应、抗IRI损伤的关键分子。研究表明[27-30]，针刺可抑制心肌、脑和脊髓等缺血再灌注损伤区域HMGB1蛋白的增高，进而减轻再灌注期的炎性瀑布反应，从而改善IRI。进一步研究发现针刺还可直接下调与HMGB1结合的受体TLR4在心肌缺血模型大鼠中的表达，从而抑制HMGB1-TLR4介导的信号通路传递，缓解IRI[31]。HMGB1与TLR结合后可进一步激活核因子Kappa B（nuclear factor-kappaB，NF-κB）和丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPK）途径，诱导炎症反应。电针可通过抑制HMGB1/TLR4/NF-κB-MAPK信号通路上各关键蛋白的表达，包括HMGB1、TLR4、髓样分化因子（myeloid differentiation factor 88，MyD88）、肿瘤坏死因子受体相关因子6（tumor necrosis factor-associated factor 6，TRAF6）、NF-κB抑制物激酶β（inhibitor of nuclear factor kappa-B kinase，IKKβ）、磷酸化的NF-κB抑制蛋白（inhibitor of NF-κB，IκB）、NF-κB p65和p38 MAPK，从而降低TNF-α、IL-1β和IL-6的释放，最终改善大鼠的脑IRI[32-35]。除此之外，电针预处理还可以直接上调单核细胞趋化蛋白诱导蛋白1（monocyte chemotactic protein-induced protein 1，MCPIP1）的含量抑制缺血再灌注时NF-κB信号通路的活化[36]。脑缺血时，S100B蛋白会大量释放，与RAGE相互作用激活NF-κB信号通路[37]。电针可抑制脑缺血再灌注大鼠脑组织S100B/RAGE的表达，进而抑制NF-κB信号通路的活性[38]。环氧化酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）是NF-κB信号通路激活后所诱导的下游基因之一[39]，在缺血时显著上调，可促进血管通透性，加重组织损伤[40-41]。利用头针方法发现针刺能有效抑制急性脑缺血再灌注损伤大鼠脑组织NF-κB和COX-2的mRNA和蛋白的表达，减缓免疫炎性反应，从而减轻脑缺血再灌注损伤[42]。       胆碱能抗炎通路（cholinergic anti-inflammatory pathway，CAP）是一种神经-免疫调节通路，具有快速、高效的抗炎效应。CAP通路激活可抑制HMGB1的释放。一项研究显示[27]，电针预处理可激活迷走神经，释放乙酰胆碱，通过α7亚单位N型乙酰胆碱受体（nicotinic acetylcholine receptors α7，α7nAChR）抑制心肌缺血期内源性危险信号HMGB1的释放，进而抑制再灌注期炎性反应，从而对心肌缺血再灌组过程中的心肌发挥保护作用。同样，电针预处理可上调大鼠局灶性脑缺血再灌注区α7nAChR，从而抑制了HMGB1的释放[30]。通过切断迷走神经或药物阻断α7nAChR均能逆转电针抗缺血再灌注炎症反应的效应[27-30]。3 总结和展望       缺血再灌注后炎症反应是造成靶器官和脏器继发性损伤的主要因素。针刺是中医学的传统治疗手段，通过刺激穴位激活经络，以经络的感传调节气血，达到治病的效果，有较高的安全性、无副作用的特点。阐明针刺发挥脏器保护作用、拮抗缺血再灌注的致炎效应，是目前IRI临床和基础研究的热点之一。目前的研究提示针刺可有效抑制炎症细胞浸润及调控炎症相关细胞因子含量，减轻炎症反应，从而改善和促进器官IRI修复。同时，针刺抗缺血再灌注导致的炎症反应的机制研究发现，针刺效应具有多靶点的特点，目前主要集中在HMGB1相关信号通路和胆碱能抗炎通路等方面，为针刺在IRI中的应用提供了一定的理论依据。      但目前针刺对IRI的研究也存在一定的问题。首先，现阶段大部分研究主要集中在动物实验阶段，而临床研究相对较少，今后应加强临床效应方面的研究，开展设计严谨的高质量临床试验，加强多中心、大样本的随机对照研究，为针刺在IRI中的临床应用提供可靠的证据支持。其次，以往的研究策略不同，基因组学、转录组学、蛋白组学和代谢组学等各种组学技术所构成的系统生物学，是通过研究生物体各个系统不同性质的组分，以及特定条件下相关组分的相互关系，从更为复杂的尺度整体、动态地观察和研究生物体，反应生物系统的真实性。而针刺具有多靶点、整体调节的特点和优势，与系统生物学的思路和方法与针刺效应规律的特征相契合，通过“复杂系统-复杂系统”相对接的研究模式来研究针刺效应机制具有广阔的发展前景。例如，通过转录组学技术发现电针镇痛效应的时间—区域—频率为特征的针刺效应，并且电针个体差异与个体针刺后脊髓背角神经—免疫相关基因调节差异密切相关[43-44]。因此，应充分而合理的利用新思路和新方法，与组学技术有机结合，全面把握针刺治疗IRI的效应规律和机制。最后，目前针刺抗缺血再灌注导致的炎症反应的研究主要以脑最多，其次是心脏，其它脏器相对涉及较少。针刺抗炎症反应在改善不同脏器和器官的IRI中是否具有相同的作用效应和内在分子机制，或除了共性之外，是否还根据不同的脏器和器官具有一定的特异性，也有待后续深入的研究和探寻。      综上所述，在目前研究的基础上一方面应持续深化抗炎症反应效应机制在针刺治疗IRI中作用的研究，另一方面加强临床研究，特别是在容易出现缺血再灌注损伤的临床诊治方法中，将针刺更好的与临床相结合，充分发挥中西医结合优势，为防治缺血再灌注损伤的治疗提供新的思路。参考文献[1] Mastrocola R，Penna C，Tullio F，et al.Pharmacological Inhibition of NLRP3 Inflammasome Attenuates Myocardial Ischemia/Reperfusion Injury by Activation of RISK and Mitochondrial Pathways [J]. 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