赵慧嘉，郑元义，孙 迪*

(1.上海交通大学附属第六人民医院超声医学科 上海超声医学研究所，上海 200233；2.锦州医科大学临床医学院，辽宁 锦州 121000)

全球范围内,周围神经损伤占创伤性疾病的1.5%～4.0%[1]。随着再生医学的发展，针对神经损伤的修复治疗方法渐趋精准、多样，但对一期无法缝合的长段损伤或较复杂神经损伤，“金标准”治疗方案仍为自体神经移植[2]，而供体有限、供区功能损害及神经纤维不匹配等原因使其临床应用受限[3]。此外，促进神经修复再生的方法还包括生物刺激(神经营养因子、维生素、药物等)和物理刺激(电、磁场、激光、冲击波等)[4-5]，但均有其局限性[6]。近年，低强度脉冲超声(low intensity pulsed ultrasound， LIPUS)以其无创、安全、高渗透及低衰减等优点而备受关注，可作为促进周围神经再生的物理方法；由生物可降解功能材料制成的神经导管(nerve guidance conduit， NGC)也展现出良好应用前景[7]，其对外界刺激(电场、磁场、光、声等)具有独特响应性，能准确定位靶神经，可在外界刺激下引导神经细胞生长和组织再生，用于治疗神经系统疾病极具潜力[7]。本文就LIPUS联合声学功能NGC修复周围神经损伤研究进展进行综述。

1 LIPUS修复周围神经损伤生物效应

临床通常将治疗性超声波分为高强度和低强度。高强度超声(>3 W/cm2)主要利用热效应破坏组织，在肿瘤治疗、组织消融等方面发挥极大价值。而低强度超声(≤1 W/cm2)仅提供非热效应，不会造成组织损伤[8]，主要被用于促进神经生物组织再生，例如加速骨折愈合及软组织再生[9]；特别是用于修复外周神经，LIPUS可抑制神经炎症因子、缓解受压神经和恢复神经传导，从而间接促进受损神经的恢复和再生[5]。

MOURAD等[10]应用LIPUS(0.25 W/cm2，2.25 MHz)经皮刺激神经轴突损伤大鼠，14天后大鼠足部功能恢复加速；DAESCHLER等[6]研究显示，超声治疗组大鼠坐骨神经传导速度明显加快，且轴突再生增多，髓鞘增厚，运动功能明显改善；VENTRE等[11]研究表明，LIPUS治疗组大鼠神经元的突起总数、平均突起长度及二次轴突分支均有所增加，以上均证明LIPUS可加快周围神经功能恢复，对周围神经再生的驱动机制具有促进和增强潜力。HAFFEY等[12]首次基于腕管综合征动物模型和临床模型共同评估LIPUS对神经组织的再生效果，证明LIPUS是一种促进神经再生极具前景的非侵入性治疗手段。

2 LIPUS修复周围神经作用机制

施万细胞是周围神经系统重要胶质细胞，与其分泌的神经营养因子均为周围神经微环境的重要构成成分。LIPUS可通过加快施万细胞增殖、增加神经营养因子分泌而加快轴突、髓鞘再生，进而促进损伤神经修复[13]。

2.1 施万细胞增殖 周围神经损伤后，其远端将发生沃勒变性。神经再生分为损伤期和增殖期两个阶段，施万细胞在其中均起关键作用。损伤之初，施万细胞招募巨噬细胞吞噬轴突破裂后的碎片，此时LIPUS可增加施万细胞活性和数量，以更快地清除碎片，刺激损伤阶段进入增殖期；在增殖期，施万细胞为再生的轴突提供营养支持，LIPUS可加快靶肌肉重新支配，减少纤维变性，刺激周围神经再生[5]。TSUANG等[14]将LIPUS(0.3 W/cm2，1 MHz)用于培养施万细胞，发现施万细胞凋亡减少，白细胞介素-1、肿瘤坏死因子-α等基因表达上调，表明LIPUS可促进施万细胞增殖及周围神经恢复。REN等[15]认为LIPUS很可能系通过增强糖原合酶激酶(glycogen synthase kinase， GSK)-3β/β-连环蛋白(catenin)信号通路促进施万细胞的存活和增殖。

2.2 增加神经营养因子 神经营养因子家族的3个重要组成部分，即神经生长因子(nerve growth factor， NGF)、脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor， BDNF)及神经营养因子-3(neurotrophin 3， NT-3)，均可促进周围神经损伤后神经修复、轴突再生甚至髓鞘生成[16]。LIPUS通过传递机械能刺激增强细胞膜通透性、加强血液循环[17]，促进局部血管新生、神经萌发及释放更多神经营养因子。

2.2.1 NGF NGF在神经营养因子家族中占主导地位，对体内、外靶神经元存活和突起生长均具重要作用，并能促进周围神经再生。CHEN等[5]以LIPUS(0.25 W/cm2，1 MHz)干预治疗组坐骨神经损伤大鼠，之后其坐骨神经功能指数、感觉神经传导速度及NGF表达均高于对照组，提示LIPUS治疗可促进坐骨神经损伤后早期再生和功能恢复，诱导NGF表达上调可能是其主要作用机制。XIA等[18]发现LIPUS可上调神经嵴干细胞中NGF受体的表达，与神经细胞的存活或死亡相关。

2.2.2 BDNF BDNF不仅是调节记忆及认知功能的关键分子[19]，还能促进神经细胞的生长和分化。NI等[17]以LIPUS干预周围神经损伤大鼠，发现其坐骨神经功能指数、复合肌肉动作电位、靶肌肉湿重比、损伤神经和同侧背根神经节BDNF的mRNA表达均升高，提示LIPUS可能通过刺激BDNF释放而促进损伤神经再生修复。LIPUS可通过酪氨酸激酶B(tyrosine kinase B， TrkB)/Akt[又称蛋白激酶B(protein kinase B)]-环磷腺苷效应元件结合蛋白(cAMP-response element binding protein， CREB)信号通路刺激神经回路提高BDNF水平[20]、上调BDNF蛋白表达，进而抑制细胞凋亡进程，有利于保护受损神经及治疗退行性神经疾病[21]。近期研究[22]证明，LIPUS(0.14 W/cm2)可上调BDNF基因和蛋白表达，快速修复大鼠损伤神经。

2.2.3 NT-3 NT-3不仅是神经存活、生长发育和神经元分化的重要调节因子，还是重要自分泌因子，支持施万细胞在无轴突情况下存活和分化。ZHANG等[23]发现，以LIPUS(0.1 W/cm2，1 MHz)刺激，14天后治疗组大鼠损伤坐骨神经的NT-3的mRNA表达明显高于对照组，提示LIPUS可通过促进NT-3基因表达而修复神经损伤。

3 LIPUS联合声学功能NGC

NGC可连接损伤神经近端和远端，为长距离缺损神经的轴突再生提供物理及生化微环境，目前已成为替代自体神经移植的理想方案[24]。联合应用LIPUS与NGC可进一步促进周围神经再生，甚至可能获得与自体神经移植相当的疗效。

3.1 压电纳米NGC 电刺激用于修复周围神经损伤十分有效[4]，但通常需要侵入性经皮电极或经皮设备，存在一定局限性。外部超声波可作为无线工具，在组织和细胞水平充当纳米换能器而实现间接电刺激，有助于克服当前电刺激治疗的不足[25]。

超声波可驱动直流纳米发电机，通过压电氧化锌纳米线阵列将纳米级机械能转化为电能，以实现纳米材料外部供电[26]。MARINO等[27]将压电纳米粒与超声波相结合，成功实现了超声驱动下的神经刺激，通过介导轴突生长和神经元分化而调节体内神经元活动。GENCHI等[28]研究证实，聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)[poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene)， P(VDF-TrFE)]/钛酸钡纳米颗粒(barium titanate nanoparticles， BTNP)复合膜具有超声可激活压电性，可用于无线神经元刺激；超声刺激后，P(VDF-TrFE)/BTNP薄膜的轴突长度显著增加，可进一步刺激神经细胞分化，促进损伤神经再生与恢复。WU等[29]采用P(VDF-TrFE)纤维支架进行体外实验，结果显示该纤维支架可支持施万细胞生长、延伸神经突起及形成髓鞘，有助于促进修复神经损伤。2020年，QIAN等[30]以1 W/cm2的LIPUS刺激体外施万细胞，使之在氧化锌/聚己内酯纳米生物支架上形成长突起，并表达增殖蛋白、神经蛋白和血管生成蛋白，最终提高了对于周围神经损伤再生修复至关重要的生物电导率。

3.2 聚乳酸-羟基乙酸[poly(lactic-co-glycolic acid)， PLGA]/普朗尼克(Pluronic)-F127 NGC CHANG等[31]通过体外观察经LIPUS(0.05 W/cm2)处理的PLGA导管组与对照组，发现PLGA导管组施万细胞乳酸脱氢酶释放减少、四甲基偶氮唑盐升高，提示LIPUS有助于施万细胞存活和增殖；另将接种施万细胞的PLGA NGC植入大鼠右侧15 mm坐骨神经缺损处，并予LIPUS(0.3 W/cm2、1 MHz)治疗，与假手术组相比，脉冲超声刺激PLGA组再生轴突数量和面积均显著增加，进一步证实LIPUS联合PLGA NGC可提高桥接周围神经缺损成功率，促进NGC内轴突再生。PARK等[32]将以PLGA/F127为原料的NGC植入坐骨神经缺损大鼠模型皮下，经过超声辐照，该处神经再生速度、面积、轴突直径和髓鞘厚度均明显高于对照组，提示LIPUS可促进周围神经在PLGA/Pluronic-F127 NGC内的再生率，从形态和功能方面充分恢复周围神经。

3.3 多潜能干细胞源性神经嵴干细胞(induced pluripotent stem cell-neural crest stem cell， IPSC-NCSC)NGC 2013年，LV等[33]经体外验证了LIPUS(0.5 W/cm2)作用于IPSC-NCSC NGC可促进神经再生和功能恢复的假说；随后采用0.3 W/cm2的LIPUS刺激IPSC-NCSC NGC，以治疗坐骨神经损伤大鼠，结果显示大鼠坐骨神经功能指数和神经传导速度均明显改善，提示二者联合应用可促进坐骨神经横断后再生和重建，加快血管生成及神经元分化[34]。2019年，该课题组[35]联合应用全氟三丁胺(perfluorotributylamine， PFTBA)和生长分化因子5(growth differentiation factor 5， GDF5)，观察以LIPUS干预含IPSC-NCSC+PFTBA+GDF5的同种异体脱细胞NGC对坐骨神经损伤的修复效果，发现LIPUS可通过黏着斑激酶(focal adhesion kinase， FAK)-细胞外信号调控激酶(extracellular signal-regulated kinase， ERK)信号通路促进IPSC-NCSC增殖、分化及改变细胞骨架形态，证实LIPUS对促进周围神经组织修复具有一定刺激作用。

4 小结与展望

近年来，虽然多项研究支持LIPUS及声学功能NGC促进周围神经损伤修复的假说，但大多不涉及作用机制，且缺乏LIPUS最佳参数的实验数据。未来研究应注重探索LIPUS效应机制，积极促进LIPUS及声学功能NGC的临床转化。作为无创、安全、便捷的治疗方法，LIPUS在周围神经损伤中的应用前景值得期待，其与生物功能材料研发联合，有望在组织工程学和再生医学领域获得极大发展。