赵雪 郭义 郭永明

摘要 针刺效应是如何启动的，是针刺作用原理研究中的共性关键问题。多年来在肯定针刺效应的前提下，从穴位局部化学离子入手，由点及线，由线成网，从神经、免疫、内分泌、能量代谢不同角度开展研究，探讨了局部神经-细胞-化学物质的相互作用，系统研究了针刺后“穴网络”变化其与针刺效应的关系，证实：1）针刺可引起支配穴位的神经兴奋，启动神经调节;2）针刺可引发穴位局部炎性反应，启动免疫调节;3）针刺可调节穴区部分激素水平;4）针刺可调节穴区血流和氧分压，影响局部能量代谢;5）针刺后穴区神经-肥大细胞-化学物质相互作用，影响针刺效应;6）有向加权模型和复杂网络模型能够刻画针效初始调控网络的时序响应特征，并发现其中关键节点。对针效启动机制的研究，应将局部反应与整体效应相结合，建立起相互联系、相互影响的复杂网络概念，进行系统的归纳和规律的提炼，从而揭示针效启动的关键基础因素，探寻针刺效应的有效调控模式，提高针刺的临床疗效。

关键词 针刺效应;穴位;启动机制;针刺原理

Abstract How the acupuncture effects is initiated is a common key issue in the study of the acupuncture action principle.For many years，under the affirmative acupuncture effects，starting with the local chemical ions at the acupoints，from dots to lines，and from lines to nets，the research was conducted from different angles of nerve，immunity，endocrine，and energy metabolism，exploring local nerve-cell-chemical interaction and systematically studying “Acupuncture Network” changes and its relationship with acupuncture effects.It has been proved that： 1）Acupuncture could excite nerves that innervating acupoints thus initiate neuroregulation. 2）Acupuncture could induce local inflammatory reaction of acupoint and initiate immune regulation. 3）Acupuncture could regulate the levels of some hormones in acupoint area. 4）Acupuncture could regulate blood flow and partial pressure of oxygen in acupoint area，thus affecting local energy metabolism. 5）The post-interaction of nerve-mast cell-chemical substances in acupoint area influences acupuncture effects. 6）The directed weighting model and the complex network model are supposed to describe the time series response characteristics of the initiation regulatory network of acupuncture，and locate the key signaling molecules.In the study of the initiation mechanism of acupuncture effects，we should combine the local reaction with the whole effects，establish the interactional，mutually connected concept of complex network.And based on systematic summarization and abstraction，we uncovered the key basic factors of acupuncture，acquiring its effective regulation mode and finally improving its clinical efficacy of acupuncture.

Keywords Acupuncture effects; Acupoint; Initiation mechanism; Acupuncture principle

針灸疗法的临床疗效已被越来越多的临床证据所支持，据不完全统计，已有49个美国的临床指南和29个英国的临床指南推荐应用针灸[1]。但由于针刺的作用机制尚不明确，限制了其更大范围的推广应用。2011年美国针灸研究协会发表白皮书指出：“目前众多针灸基础研究表明，不同针刺干预产生不同生理反应，但这些反应与临床疗效之间存在何种相关性，目前尚不清楚，导致针灸的基础研究很难向临床转化”。

目前已认识到针刺穴位起效有其共性过程：针刺作为一种微创伤性刺激，首先激活了穴区微环境，引起局部神经兴奋、细胞功能激活和多种相关化学物质的释放，神经-肥大细胞-化学物质之间相互作用、相互影响，引起局部炎性反应，使针刺信息在穴位局部启动并级联放大，启动局部“穴网络”;继而触发机体神经—内分泌—免疫（Nerve-Endocrine-Immune，NEI）网络的功能，将针刺信息传导整合后输出到靶器官，调整靶器官“病网络”产生终端治疗效应，如此三网联动，纠正疾病失衡态、恢复机体内稳态[2]。其中，穴位局部作为针刺刺激的初始应答部位，是针刺起效的源头环节，也是针刺后续效应的调控部位，对针效的发挥起着至关重要的作用。在穴位局部启动针刺效应的因素有哪些、各因素之间的关系如何、如何利用这些因素调控针刺效应？构成了针刺作用机制研究中最基本的关键科学问题。

我们从上世纪八十年代起，历经30余年的持续研究，在肯定针刺效应的前提下，遵循“抓两头、看中间”的思路，从穴位局部化学离子入手，由点及线，由线成网，从神经、免疫、内分泌、能量代谢不同角度开展研究，探讨了局部神经-细胞-化学物质的相互作用，系统研究了针刺后“穴网络”变化及其与针刺效应的关系，揭示了针刺复杂作用机制中的关键性基础因素，为针刺效应的调控提供了实验依据和模式。迄今为止在该方向承担“八五”国家科技攻关计划、攀登计划、国家“973”计划课题、国家自然科学基金等各类国家级课题、省部级课题多项，获中国针灸学会科学技术一等奖1项，中华中药学会科学技术三等奖1项，天津市科技进步三等奖2项。本文就相关的研究成果进行报道。

1 针刺穴位效应启动的初始动力学机制

1.1 针刺引起支配穴位的神经兴奋，启动神经调节

1.1.1 针刺激活支配穴位的传入神经 采用电生理技术，记录了针刺足三里引起的L4背根神经[3]和针刺内关引起的正中神经[4]放电信息，除常规统计学分析外，应用时间序列、小波能量熵等非线性动力学分析方法对针刺神经电信息进行了深入分析和挖掘，揭示了针刺神经电信息的混沌特性等动力学特征，证明了针刺可引起支配穴区的神经感受器兴奋，随着刺激频率的增高，神经电信号的发放频率也逐步增高，证实了不同针刺刺激参数所诱发的传入神经放电编码信息存在明显差异，这可能是引起针刺穴位效应差异的机制之一。

1.1.2 切断传入神经针刺即时效应丧失 早期的研究中以家兔脑缺血模型为实验对象，以脑血流图作为效应指标，观察到当切断双侧桡神经、尺神经、正中神经后，井穴刺络放血的即时效应大大下降;若切断以上神经同时用利多卡因阻断井穴血管壁交感神经，则刺络放血的即时效应消失，表明支配穴区的传入神经及血管壁交感神经是刺络放血影响脑血流的重要传入途径[5]。其他团队的类似研究，如使用辣椒素阻断传入神经C纤维后，针刺镇痛效应明显减弱[6]，亦证实了穴位局部的传入神经兴奋是穴位针刺效应上游信息启动和传导的重要环节[7]。

1.1.3 调控穴区肥大细胞及相关化学物质可影响传入神经放电及针刺效应 在上述研究的基础上，通过穴位注射特定的工具药物，络合局部Ca2+[8]、激活或阻断P物质受体[4]、改变局部肥大细胞膜稳定性[9]，对于针刺电信息的产生与传导有明显的影响，表现为放电频率、波幅、复杂性等特征的改变。结合早期已证实的，穴区游离Ca2+含量、P物质受体功能状态及肥大细胞脱颗粒状态对针刺效应的影响，可间接表明穴区肥大细胞及相关化学物质在启动针刺神经调节进而影响针刺效应中的重要作用。

1.2 针刺可引发穴位局部炎性反应，启动免疫调节

1.2.1 针刺可引起穴位局部免疫细胞募集 早在1979年即有学者根据经络与淋巴管关系的研究结果，提出穴位是一个自生性炎性反应区[10]。我们近年来的组织形态学研究结果，证实了针刺可引起局部组织的微创伤和炎性反应，在针后6 h大鼠“足三里”穴区组织染色显示血管破裂、肌纤维断裂及白细胞浸润[11];针刺也可促进穴区肥大细胞募集和脱颗粒，且与针刺效应相关[12]，并已初步证实针刺亦可促进穴区朗格汉斯细胞等免疫细胞的募集[13]。见图1。

1.2.2 针刺可调节穴区细胞因子水平 我们曾分别以正常和佐剂性关节炎大鼠为研究对象，对针刺“足三里”穴后不同时间点对穴区的24种细胞因子进行了检测，发现针刺可使正常大鼠穴区主要致炎因子IL-1β、IL-6、TNF-α的浓度在一定时间范围内升高[11]。在佐剂性关节炎大鼠针刺不同天数后，穴位局部的先天性免疫因子、适应性免疫因子、生长因子和趋化因子各自呈现不同的时程变化规律，值得注意的是，其中IL-1β、IL-6等促炎因子和CXCL1、MCP-1 2种趋化因子在整个针刺治疗过程中均明显升高，可能是介导针刺效应启动的重要免疫因子[13-15]。

1.2.3 针刺可激活局部免疫通路 我们对针刺后穴区组织进行了基因芯片检测，发现针刺后差异基因以免疫系统相关基因最多;富集GO term以炎性反应相关生物學过程和分子功能为主;KEGG富集通路以炎性反应相关信号通路为主，包括Toll样受体信号通路、NOD样受体信号通路、MAPK信号通路等;STRING蛋白（基因）互作关系分析发现节点度在10以上的基因（共20个）中有11个都是免疫相关基因。

通过KEGG pathway数据库检索发现，KEGG富集通路的炎性反应相关信号通路下游均通过NF-κB信号通路介导炎性反应，针刺后NF-κB信号通路相关基因Myd88、Nfkbia表达增加，而前述IL-1β、IL-6、CXCL1、MCP-1亦是NF-κB的下游因子，由此推测NF-κB通路可能为针刺穴位局部中的关键通路。对针刺后穴区NF-κB信号通路相关的蛋白和基因开展的研究提示，针刺可激活穴位局部HMGB1—TLR2/TLR4—NF-κB通路[16-17]。穴位局部注射NF-κB通路抑制剂BAY 11-7082后，针刺镇痛效应的明显下降也证实了这一点[13]。

综上所述，从组织、细胞、蛋白、基因各层面均证实了由针刺的机械刺激所引起的穴区非特异性炎性反应，而这种炎性反应被认为是启动针刺效应的一个重要环节[18]。

1.3 针刺可调节穴区激素水平 研究表明，针刺佐剂性关节炎大鼠“足三里”穴亦可调节局部多种激素的表达，在针刺1次、7次、11次后促甲状腺激素、糖皮质激素、卵泡刺激素水平上调，从而进一步调节NEI网络的功能[13]。

1.4 针刺可调节穴区血流和氧分压，影响能量代谢应用激光散斑血流监测视频系统（PSI）监测了针刺健康人体足三里穴后穴区局部皮肤微循环血流灌注量的时序变化特征，发现针刺可以提高穴区微循环血流灌注量[19-20];应用氧分压传感针检测针刺健康人足三里穴前后，上巨虚穴及其旁开非经非穴点的组织氧分压，发现针刺有降低其周围组织氧分压的趋势，可能引起穴位周围组织代谢增强[21]。见图2。

1.5 针刺后穴区神经-肥大细胞-化学物质相互作用，影响针刺效应 多年来的研究表明，针刺可引起穴位局部多种化学物质表达增加。包括早期研究的Ca2+、K+等化学离子[22-24]，组胺、5-羟色胺[25]、P物质、CGRP、ATP等神经递质[26-29]，以及近年开展研究的穴区外泌体[30]和多功能蛋白聚糖CSPG2[31]等。采用工具药物调控穴区化学物质，如络合局部Ca2+[32]或阻断Ca2+通道[33]，局部注射P物质受体拮抗剂、组胺受体拮抗剂，均可使针刺效应降低;局部注射Ca2+、组胺、P物质可复制针刺效应，但尚未发现与针效有协同作用[12，27，34];针刺前腹腔注射含ATP的能量合剂进行预处理，可提高针刺正常小鼠“足三里”穴的镇痛效应[28]。见图3。

对穴区肥大细胞开展的研究证实，针刺可促进局部肥大细胞脱颗粒，穴位注射肥大细胞膜稳定剂色甘酸钠（DSCG）可使针刺效应降低，穴位注射肥大细胞激活剂Compound 48/80可复制针刺效应，但与针刺未显现出协同效应[35];肥大细胞缺陷小鼠在针刺后其效应存在，但较正常小鼠的针刺效应降低[34];穴位注射Ca2+络合剂[12]、组胺受体拮抗剂[34]和P物质受体拮抗剂[26]可抑制局部肥大细胞脱颗粒，引起针刺效应下降;激活或抑制肥大细胞功能后，在影响针刺效应的同时，也可对穴区的P物质含量产生影响[36-37]。

这些研究结果，结合调控肥大细胞或化学物质对传入神经放电的影响，以及三者间固有的密切关联，我们认为：穴位局部的神经-肥大细胞-化学物质相互作用、相互影响，共同参与了针刺起效过程。同时也提示着，针刺效应的初始调控过程是复杂的，单一物质、单一途径的研究难以窥测和反映针刺穴位效应初始调控的全貌，必须建立基于系统生物学的网络研究概念。

2 针刺穴位效应启动的NEI时序网络

近年来我们以针刺治疗佐剂性关节炎大鼠炎性痛为研究平台，综合应用液相芯片、针型生物化学传感器、酶联免疫、放射免疫等技术方法对针刺后穴区的55种神经-内分泌-免疫相关信号分子进行了检测，获得了多时相针刺调节穴区信号分子的大量数据，明确了针刺可调节穴区多种信号分子，呈现特定的时程规律性[14，38]。

在此基础上，首次构建了两类针刺穴区时序响应网络：1）基于有向加权模型的细胞通讯网络：采用有向加权数学模型，构建细胞与细胞间相互作用的关系表，绘制了细胞间以细胞因子为通讯分子的通讯网络图，根据出/入强度筛选关键细胞，对针刺后穴区的免疫应答网络进行了分析。结果显示，针刺在各时点均可增加佐剂性关节炎大鼠穴位局部细胞间通讯能力，单核巨噬细胞、CD4+T细胞可能是穴位局部关键细胞[39]。2）基于分子相关性的信号分子关联网络：基于复杂网络模型，采用Pearson相关系数构建信号分子关联网络，将筛选后的信号分子按照可以衡量节点在网络中重要性的3种复杂网络指标（即：节点度、相关性强度、聚类系数），描绘不同状态下NEI网络相关信号分子的关联情况并筛选关键信号分子。结果显示针刺可以增加穴位局部信号分子关联能力，CXCL1、MCP-1、IL-1β、IL-6、M-CSF、MIP-1α、MIP-3α可能是穴位局部关键信号分子[14]。

3 小结与展望

从针刺作用原理研究的总体现状来看，围绕穴位局部开展的研究仍相对较少。大多数研究关注病灶靶点，轻共性源头，因此研究结果难以阐释针刺起效的普适性机制。我们率先从穴位微环境中入手，在肯定针刺效应的基础上，围绕针刺起效过程中穴位局部神经、血流、肥大细胞、多种化学物质的作用及其相互关系，系统研究针刺穴位效应初始动力学调控机制，肯定了针刺后穴位局部传入神经、肥大细胞及其相关化学物质相互作用、相互影响，构成了穴位局部小网络，触发局部炎性反应进而启动针刺效应。见图4。由此明确提出了“针刺穴位效应启动因子”概念[7，40]，赋予了穴位作为针刺信息的“放大器”“传感器”等功能上的新的科学内涵[41-42]。

既往的研究多重单一途径，轻网络联系，缺少系统的归纳和规律的提炼。针灸作用的特点之一是整体调节，具有多水平、多环节、多靶點的特点。从穴位刺激到机体效应，两者并不是直接线性联系，而是由体内的复杂网络调节系统介导的。以还原论分解分析思想解释针灸作用机制，显然不能完全反映针灸整体调节的基本特征，研究结果亦难应用于临床。现代研究也认为，生物体作为一个开放的复杂巨系统，是由无数个大小网络相互联系、整合而形成，并不是简单系统的叠加。因此，进一步从系统、网络、整体角度，多水平全面把握和认识针灸作用原理，从针刺效应信息的启动转换、传导整合、靶器官效应等全方位揭示针灸作用原理，符合中医针灸的自身特点和规律。通过复杂网络等分析方法，基于多年实验研究获得的大量数据，有望逐步构建针刺“穴网络”响应模型，挖掘其中关键节点，通过计算与模拟找到调控针刺效应的有效途径，从而揭示针效启动的关键基础因素，探寻针刺效应的有效调控模式，提高针刺的临床疗效。

同时，囿于技术所限，既往对穴位局部的研究通常需要将组织取下进行检测，使得针刺引起的生理反应与治疗效果难以同步结合。针型生物化学传感器可以实现对穴区深部组织相关化学物质的在体、实时、动态、连续监测，近年来本实验室改进的针型氧分压传感器和新研发的针型腺苷传感器[43]，已经在动物身上开展了检测，也可为同类研究提供更为直接有效的、更符合针灸研究特点的现代化研究方法。

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（2020-03-10收稿 责任编辑：王明）