勾明会,佘燕玲,孙亚男,徐世芬



针刺对脑突触可塑性影响的实验研究进展

勾明会1,佘燕玲2,孙亚男1,徐世芬1

(1.上海中医药大学附属市中医医院,上海 200071;2.广州中医药大学,广州 510405)

该文回顾了近年来针刺对脑突触可塑性影响的实验研究,从突触结构、突触效能、突触素和突触相关蛋白方面阐述了针刺对神经突触可塑性的作用,从突触可塑性方面总结了针刺对脑病的作用机制,旨在促进针刺防治脑病方面作用机制的不断发现,从而更好地为临床应用提供科学依据。

针刺疗法;突触可塑性;综述

一般来说,高等动物的脑神经细胞坏死之后,会丧失原有的神经结构和传递功能。但有研究称[1],脑在一定条件下具有可塑性即脑神经在功能和结构上有自我修复的能力,即脑可塑性。这个研究为国内外医务工作者治疗精神神经系统疾病开启了新思路。脑可塑性主要表现为突触的可塑性[2],它包括在一定的条件下增减突触数目、调整功能、改变形态的能力,以及突触传递效能的变化和突触结构的改变。在一定程度上,突触的可塑性不仅反应了神经系统回路的可塑性,也反应了学习能力的可塑性和行为的可塑性[3]。

中医学认为,针刺具有对机体良性调节作用。通过刺激穴位,经过经络系统或者神经系统将信息传递到大脑,从而调节机体以达到阴阳平衡。近年来,国内外学者就针刺对神经突触可塑性的作用进行了深入研究。发现针刺通过调节突触的效能、结构、突触素以及突触相关蛋白来影响突触可塑性。本文就近年来国内外对针刺调节神经突触可塑性的研究进展总结归纳如下。

1 突触结构方面

突触的结构可塑性是形成新的突触联系的生物学的过程[4],主要表现在细胞的粘附能力、细胞骨架动态变化和树棘突的形成过程等,针刺对于大鼠脑突触结构的影响则主要体现在突触的神经发育方面。汪帼斌等[5]在研究中发现,大鼠在脑缺血受损后,导致许多突触结构受损甚至崩溃,电针则可通过缩短残存的突触前、后膜距离来代偿丢失的突触传递功能。同时,电针百会、大椎5星期后,突触的体密度、突触界面曲率减少,提示电针也可以保护与改善脑缺血模型大鼠皮质的神经突触结构。关建军等[6]则从针刺的“益气活血方”着手,选取改良Pulsinelklli-4血管阻断法致血管痴呆性大鼠模型,针刺其百会、膈俞、气海、三阴交、膻中穴,发现它们的突触数量密度值、突触连接带的面积均扩大,说明针刺益气活血法可保护大鼠海马皮质突触结构。头穴透刺法作用于脑皮层的局部,不仅可改善相应经络和头部局部疾病,对于突触可塑性也有一定影响。邹伟等[7]采用百会透曲鬓的头穴透刺疗法,分别在光镜、电镜下观察脑出血大鼠脑组织形态学的改变,发现针刺组大鼠突触肿胀程度缓解明显,脑组织坏死程度、水肿程度减轻,针刺可减缓炎性细胞的浸润和神经细胞核的固缩、空泡化。在促进髓鞘形成的作用研究方面,段建钢等[8]建造缺血性脑卒中大鼠模型,使用Pal-weight染色法观察髓鞘的再生、检测髓鞘碱性蛋白的表达,发现针刺可以促进缺血性脑卒中大鼠大脑髓鞘的再生和髓碱性蛋白的表达。电刺激疗法作为一种可促进神经康复的物理疗法,已应用于临床,可增强突触可塑性变化。侯雪民等[9]发现,随着时间推移,突触界面结构参数发生的动态变化是脑缺血的病理机制之一。电针可在脑缺血早期抑制因其导致的突触的退化和崩解,促进突触的重建和突触联系,并于不同的时间从突触界面的结构参数方面促进突触可塑性的形成,因而可认为电针在脑缺血损伤的各段期间均起着明显的突触重建作用。在针刺对于脑突触产生效应机制的效应研究上,封敏[10]认为,针刺可影响AD模型小鼠海马神经元突触结构,实现AD模型小鼠神经康复的机制则是通过调控海马神经元AMPA受体数量和亚基的组成来实现的。

2 突触效能方面

根据突触功能可塑性变化的性质不同,可将其分为长时程增强(long term potentiation,LTP)和长时程抑制(long term depression,LTD),它们均能选择性修饰行使突触功能,使其传递效能增强亦或减弱,因而促进大脑贮存大量信息。有研究发现[4],如果用激酶抑制剂阻断晚期的LTP,会使大鼠丧失训练形成的长时程记忆。这些结果指出,LTP可能是形成记忆的分子基础。此外,精神迟滞性和神经退行性疾病患者的脑内均记录到了异常的LTP,发现他们的神经元树突、棘突数量减少,形态出现畸变或萎缩。因此,进一步研究大鼠脑内突触可塑性的分子机制,对于学习和记忆的神经基础研究有重要意义。

景向红等[11]在针刺治疗糖尿病合并脑缺血大鼠时采用了细胞外微电极记录技术,选取模型大鼠百会、双侧三阴交、脾俞或百会、双侧肾俞、足三里,之后在高频率刺激下观测到大鼠PS波幅和斜率呈上升趋势,提示针刺疗法可促进糖尿病合并脑缺血大鼠LTP效应降低,学习记忆改善作用机制则是通过此针刺疗法改善LTP的作用,增强突触的可塑性变化而实现的。在电针促进突触效能可塑性方面,陈淑丽[12]从针刺百会、大椎干预早期缺血缺氧幼鼠的学习能力方面着手,于幼鼠的海马CAI区记录到刺激Schaffer侧枝诱发的椎体细胞群峰电位,幼鼠的群峰电位在高频刺激1 h后波幅增加、斜率增大,且突触传递和突触效率增强。提示针刺可能通过影响LTP效应,从而加强中枢神经的突触可塑性来提高学习记忆能力。有研究发现[13],吗啡戒断后大鼠的学习记忆能力下降,LTP效应表达降低。单次针刺治疗对其有一定恢复作用,多次可完全恢复被损害的学习能力和LTP值,但电针效应能被阿片受体抑制剂纳洛酮所阻断。同样的关于针刺量的研究,徐振华等[14]有不同发现。他们在给予脑缺血大鼠不同针刺治疗中观察到,治疗2组(每日针刺2次)比治疗1组(每日针刺1次)EPSP的L/0曲线幅度降低,但PS的幅度无显著性差异,针刺组LTD较其他组别降低。这表明针刺对缺血引起的大鼠海马DG区的EPSP、PS的1/0曲线幅度的变化起到保护作用,并缓解因缺血造成的海马DG区PS的LTP诱导的损伤,但不同的针刺量对于缺血大鼠海马区LTP诱导作用无显著性差异。

3 突触素

目前研究发现[15],突触素(P38 synaptophysin)与神经系统可塑性密切相关。它是一种与突触的结构和功能密切相关的膜蛋白,几乎存在于所有的突触囊泡膜上,参与突触囊泡的转运与排放,而当突触重建时它的表达会明显增多。陈加俊等[16]报道闭塞性脑梗死大鼠的梗死灶周围的皮层突触素在针刺治疗后有明显变化,对侧对应皮层的表达同时也增加,表明针刺可通过突触素促进其可塑性变化。韩平等[17]在试验中发现针刺长强穴可促进突触素分泌并行使功能,调节突触的强度和神经递质的释放,影响FMR1基因敲除小鼠脑突触可塑性,达到大脑功能的重组和代谢。

突触素的密度和分布可以间接反映它在体内的数量以及分布情况。在电针累积镇痛作用效应研究中,徐秋玲等[18]认为海马及下丘脑突触素表达与这种针刺的镇痛累积效应密切相关,神经记忆的减退可减弱针刺镇痛的累积效应。针刺影响突触可塑性的机制可能是通过酪氨酸激酶使突触素磷酸化,从而调节内源性谷氨酸的释放来影响突触的可塑性。体育训练可以增强突触的可塑性,并可改善由于年龄增长造成的突触素水平的降低情况。姜伟[19]采用运动训练结合针刺的方法,观察到脑梗死大鼠脑缺血损伤后,患侧海马CA3区存在明显树突结构可塑性的变化,针刺配合运动训练可明显促进这种可塑性的改变,MAP-2、突触素表达增加。且这两者与学习记忆功能的恢复成正相关,提示MAP-2和突触素对于脑梗死神经元变性和坏死,具有保护和修复的作用。

4 突触相关蛋白

国际上,突触相关蛋白GAP-43(growth associated protein 43)被视为研究神经生长、损伤和神经可塑性的首选分子探针,对于脑可塑性有重要意义。有研究报道[20],针刺通过影响外周和中枢神经两个层次的反应,从而激活神经营养因子和突触蛋白活性。突触相关蛋白对于神经系统发育过程中轴突生长和突触形成具有重要意义。当脑损伤发生时,GAP-43表达的增高是神经再生过程的一个特征标识。已有实验证明,大鼠局灶性脑缺血灶周围的神经组织出现GAP-43,免疫反应物增多。许能贵等[21]发现GAP-43在大鼠脑缺血损伤后表达规律与前人不一致。脑梗死大鼠在缺血2星期时其GAP-43的表达明显增高,但在缺血第5星期时缺血大鼠缺血损伤后GAP-43COD值降至正常水平线。电针能够在时程上延长GAP-43的表达,有助于中枢神经系统损伤后的再修复。客蕊等[22]在报道头穴丛刺法对急性脑梗死大鼠生长相关蛋白GAP-43和mRNA表达影响中提出,针刺疗法可提高脑缺血后神经功能,促进肢体功能恢复,同时增加GAP-43的表达,促进脑神经细胞的可塑性调节。在电针干预缺血性脑损伤的试验中,刘波等[23]也证实了针刺的良性调节作用。他采用电镜、光镜、免疫组化方法等多种方法观察组织病理学指标,发现针刺手足阳明经前三里、后三里穴可显著缩小脑梗死的面积,促进软化坏死灶内新生毛细血管和胶质细胞增生修复,减少坏死灶周围区水肿和炎症反应,减轻神经元缺血性损伤,并能使缺血半暗带神经元结构和细胞器结构保持完整。唐勇等[24]从BDNF的角度,探讨针刺促进帕金森小鼠黑质致密部的多巴胺神经元的突触可塑性细胞分子学基础。他采用免疫组化以及原位杂交方法检测到电针可促进帕金森小鼠黑质致密部的脑源性神经营养因子及其mRNA的表达。帕金森小鼠给予电针治疗后,其BDNF表达得到诱导、增强,而且,BDNF能使多巴胺促进神经元轴突新分枝的形成,向纹状体生长,增加纹状体中神经末梢的分布。

5 小结

综上所述,近年来国内外学者从不同角度对针刺改善神经突触可塑性进行了研究探讨,并取得了初步进展,为针刺的临床应用从不同角度提供了科学实验研究依据。针刺对神经突触可塑性的调节作用,是研究针刺作用机制的切入点之一。目前,针刺对于突触可塑性影响的研究主要应用于脑缺血、脑梗死、血管性痴呆、抑郁症、失眠等精神和神经疾病,主要表现为调节突触结构,影响突触功能的LTD、LTP发挥作用,促进突触相关蛋白和突触素的表达等方面。今后研究中,可以扩大疾病研究范围,研究应该更加系统深入探讨针刺对神经突触可塑性的调节机制,为针刺对神经系统保护作用提供科学依据。

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2013-04-20

R2-03

A

10.3969/j.issn.1005-0957.2013.12.1064

国家自然科学基金(81102636);上海市自然基金(10ZR142880);中华人民共和国教育部博士点基金(20103107120013);上海市卫生局课题(2010L036A)

勾明会(1986 - ),女,2012级硕士生

徐世芬(1975 - ),女,副主任医师,硕士生导师,Email: xu_teacher2006@126.com

1005-0957(2013)12-1064-03