基于雪旺細(xì)胞機械生物學(xué)探討針刺在神經(jīng)修復(fù)中的作用機制*

趙陽，馬鐵明

1 遼寧中醫(yī)藥大學(xué) 遼寧沈陽 110847

2 遼寧中醫(yī)藥大學(xué)針灸推拿學(xué)院 遼寧沈陽 110847

神經(jīng)損傷包括中樞神經(jīng)損傷和周圍神經(jīng)損傷，與中樞神經(jīng)不同，周圍神經(jīng)具有自我修復(fù)能力，因此周圍神經(jīng)修復(fù)相關(guān)研究成果可以作為中樞神經(jīng)修復(fù)的理論基礎(chǔ)。大量臨床研究表明針刺療法能夠加快周圍神經(jīng)損傷疾病患者的康復(fù)速度，且預(yù)后良好。目前科學(xué)界普遍認(rèn)為雪旺細(xì)胞的增殖和遷移在神經(jīng)修復(fù)過程中發(fā)揮重要作用，其細(xì)胞膜上的鈣黏蛋白1（CDH1）作為黏附蛋白協(xié)調(diào)多個通路共同完成該過程。筆者查閱文獻發(fā)現(xiàn)一新興學(xué)科——機械生物學(xué)，它主要研究物理和機械信號如何被細(xì)胞、組織、器官感知，并在特定的細(xì)胞反應(yīng)中轉(zhuǎn)化。其中提出CDH1等黏附分子可以視為物理信號傳感器——使局部細(xì)胞組織感受外界環(huán)境剛度變化從而做出相應(yīng)理化反應(yīng)。針刺作為中醫(yī)的一種傳統(tǒng)療法在多種疾病的治療中發(fā)揮積極作用，其通過物理刺激治療疾病的方式與機械生物學(xué)研究領(lǐng)域極其相近，有必要將機械生物學(xué)現(xiàn)有的研究成果引入到針刺機制研究中，進一步闡明針刺療法的干預(yù)機制。

雪旺細(xì)胞機械生物學(xué)與神經(jīng)修復(fù)

雪旺細(xì)胞的機械生物學(xué)可以受到細(xì)胞外和細(xì)胞內(nèi)信號的影響，其中特別重要的調(diào)節(jié)因子包括細(xì)胞外基質(zhì)、黏附分子、YAP/TAZ信號和皮質(zhì)細(xì)胞骨架。其中黏附分子做為中心環(huán)節(jié)調(diào)控上述調(diào)節(jié)因子，CDH1是雪旺細(xì)胞膜上的主要黏附蛋白，它們優(yōu)先以親同性的方式與自己相互作用，該機制叫黏附作用。目前研究表明，CDH1通過3條通路調(diào)控雪旺細(xì)胞的機械生物學(xué)，具體為黏附結(jié)通路（AJ）、河馬信號通路（HIP-PO）、Rap1信號通路。

1 黏附結(jié)通路（AJ）維持修復(fù)環(huán)境穩(wěn)態(tài)

黏附結(jié)通路（Aj）能夠啟動和維持細(xì)胞-細(xì)胞黏附，調(diào)節(jié)底層肌動蛋白細(xì)胞骨架的組織，并建立細(xì)胞信號傳遞和基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的中樞[1]。其中CDH1作為經(jīng)典的黏附蛋白，是組成Aj的主要跨膜蛋白類型，包含五個胞外鈣粘蛋白重復(fù)結(jié)構(gòu)域，倚賴鈣離子與相對細(xì)胞表面上的鈣粘蛋白結(jié)合[2]。CDH1胞質(zhì)域與犰狳蛋白家族成員β-連環(huán)蛋白和α-連環(huán)蛋白形成三元復(fù)合物；反過來，α-連環(huán)蛋白以力依賴的方式與肌動蛋白結(jié)合[3]。這種鈣粘蛋白-連環(huán)蛋白復(fù)合物也與微管相關(guān)[4]。CDH1黏附作用通過機械敏感蛋白紐蛋白的募集得到加強，該蛋白與α-連環(huán)蛋白的力依賴性構(gòu)象結(jié)合[5-6]。機械力將CDH1三元復(fù)合物連接到肌動蛋白細(xì)胞骨架上，并增強細(xì)胞間的黏附，這強調(diào)了組織的機械環(huán)境在調(diào)節(jié)細(xì)胞-細(xì)胞連接的結(jié)構(gòu)和功能中的重要性。

2 河馬信號通路（HIPPO）促進損傷組織細(xì)胞增殖

HIPPO信號的發(fā)現(xiàn)起源于果蠅腫瘤抑制基因的鑒定：當(dāng)基因被突變失活時，會導(dǎo)致過度生長的表型。而近20年來，HIPPO信號通路對細(xì)胞的產(chǎn)生和器官的生長越來越受到重視，現(xiàn)在它被認(rèn)為是細(xì)胞理化環(huán)境信號的主要整合者。有研究表明除了在細(xì)胞-細(xì)胞黏附中的作用之外，CDH1介導(dǎo)的細(xì)胞-細(xì)胞接觸直接調(diào)節(jié)河馬信號通路以控制細(xì)胞增殖[7]。其中在高細(xì)胞密度時，激活的LATS1/2磷酸化轉(zhuǎn)錄輔激活因子YAP和TAZ，促進其細(xì)胞質(zhì)定位，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡并限制器官大小過度生長。當(dāng)HIPPO通路在低細(xì)胞密度下失活時，YAP/TAZ轉(zhuǎn)入細(xì)胞核，與轉(zhuǎn)錄增強因子（TEAD/TEF）家族的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，促進細(xì)胞生長和增殖[8-10]。

3 Rap1信號通路增強細(xì)胞再生、遷移、黏附

RAP1是一種ras樣的小磷酸鳥苷（GTP）結(jié)合蛋白，在細(xì)胞黏附中起重要作用。鳥嘌呤核苷酸交換因子（GEFs）通過促進鳥苷介導(dǎo)RAP1活化二磷酸（GDP）到GTP交換。失活受到影響通過特異的GTPase激活蛋白（GAPs），增強RAP1的內(nèi)源性GTPase活性[11]。有研究表明細(xì)胞纖維蛋白黏附需要Rap1、GTP[12]。Rap1介導(dǎo)的GDP-GTP循環(huán)是正常胞質(zhì)分裂所必須的[13]，CDH1作為重要成員之一可以激活RAP1通路促進這一進程。其具體過程是CDH1與β-連環(huán)蛋白結(jié)合產(chǎn)生Rap鳥嘌呤核苷酸交換因子1（GRF2），GRF2可以直接參與到GDP-GTP的轉(zhuǎn)化過程[14]。有研究表明，持續(xù)保持活性的RAP1對神經(jīng)突觸生長過程至關(guān)重要[15]，此外該通路還與細(xì)胞遷移、細(xì)胞附著力、細(xì)胞形態(tài)有關(guān)[16]。

綜上，神經(jīng)修復(fù)過程中AJ通路激活能增強細(xì)胞黏附效應(yīng)啟動HIPPO通路促進細(xì)胞增殖，同時RAP1通路參與該過程發(fā)揮重要作用。CDH1作為3條通路的啟動子調(diào)控這個環(huán)節(jié)，它通過感受物理刺激使雪旺細(xì)胞依托肌動蛋白細(xì)胞骨架增強損傷組織細(xì)胞間、細(xì)胞與基質(zhì)黏附作用，激活HIPPO通路促進轉(zhuǎn)錄因子YAP/TAZ的入核運動使細(xì)胞增殖基因高表達，持續(xù)激活RAP1通路參與多個環(huán)節(jié)調(diào)控細(xì)胞黏附、增殖和遷移作用。

針刺通過雪旺細(xì)胞機械生物學(xué)促進神經(jīng)再生的機制分析

1 針刺促進神經(jīng)再生

外周神經(jīng)損傷的修復(fù)是一個復(fù)雜的過程，通常認(rèn)為雪旺細(xì)胞的增殖起決定作用[17]。它可以分泌神經(jīng)生長因子（NGF）增強髓鞘碎片清除[18]，參與bungner氏帶的形成引導(dǎo)軸突再生[19]，與神經(jīng)修復(fù)的各個環(huán)節(jié)密切相關(guān)，因此雪旺細(xì)胞的大量增殖、遷移在神經(jīng)修復(fù)過程中是一個不可或缺的過程。此外，雪旺細(xì)胞又被稱為機械生物學(xué)的“演繹者”，作為人體中最大的細(xì)胞之一它是機械生物學(xué)最主要的研究對象[20]，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)它對周圍環(huán)境硬度十分敏感受到物理刺激后會產(chǎn)生一系列的細(xì)胞與分子變化，其中CDH1等黏附因子被視為機械刺激的感受器[21]。

針刺主要通過影響神經(jīng)元、軸突再生以及神經(jīng)再生微環(huán)境來修復(fù)周圍神經(jīng)損傷[22]。在一項關(guān)于針刺治療坐骨神經(jīng)損傷的研究中發(fā)現(xiàn)[23]，針刺調(diào)控坐骨神經(jīng)損傷的機制與促進雪旺細(xì)胞增殖和上調(diào)神經(jīng)生長因子相關(guān)。前文中提過的HIPPO通路可以調(diào)控細(xì)胞增殖，且該通路對機械刺激敏感，這對針刺治療周圍神經(jīng)再生提供強有力的證據(jù)，已經(jīng)有研究表明缺乏YAP和TAZ的雪旺細(xì)胞不能正常增殖，也不能為發(fā)育中的周圍神經(jīng)提供髓鞘[24]。此外通路之間直接存在相互聯(lián)系，KEGG顯示HIPPO通路與TGF-β信號通路和Wnt信號通路共同參與細(xì)胞抗凋亡基因和促增殖基因的表達。而針刺能調(diào)控另兩種通路已經(jīng)被大量證實[25-26]，由此我們可以推測在針刺治療神經(jīng)損傷時，雪旺細(xì)胞上CDH1這類有機械敏感性的黏附因子感受針刺刺激，直接激活A(yù)J、HIPPO、RAP1通路，這些通路又通過相關(guān)因子間的互相作用調(diào)動起其他通路，共同參與到細(xì)胞的增殖、分化、遷移過程，并且通過分子作用釋放相關(guān)神經(jīng)營養(yǎng)因子促進周圍神經(jīng)再生。

2 針刺調(diào)控雪旺細(xì)胞機械生物學(xué)機制分析

目前關(guān)于機械生物學(xué)的大部分研究都源于體外研究，基于對細(xì)胞環(huán)境剛度的操控，但對機械環(huán)境的體內(nèi)操控則更具挑戰(zhàn)性。而作為一種直接干預(yù)人體的治療方式——針刺已經(jīng)在我國傳承了上千年，隨著針刺研究的不斷深入，我們知道它能夠?qū)C體分子層面上多種物質(zhì)進行調(diào)控。而針刺對雪旺細(xì)胞機械生物學(xué)的調(diào)控主要通過對CDH1的調(diào)控和相關(guān)機械傳導(dǎo)途徑完成，具體機制如下。

2.1 針刺調(diào)控CDH1增強雪旺細(xì)胞黏附作用 CDH1作為一種經(jīng)典鈣黏蛋白，除了雪旺細(xì)胞還普遍分布在機體的各個組織器官中，它主要依靠鈣離子發(fā)揮黏附作用[27]。在機械生物學(xué)相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，CDH1不僅能承受張力，還能感知機械力，并以肌動球蛋白依賴的方式在細(xì)胞間傳遞這種張力，以擴大連接的大小和復(fù)雜性[28]。由此我們可以知道機械刺激與鈣離子共同調(diào)控CDH1黏附作用（雪旺細(xì)胞黏附作用主要靠CDH1完成），并以此促進神經(jīng)再生。

針刺作為一種直接用金屬針具刺入人體特定穴位的療法，我們可以將其視為一種來自人體外的機械力，通過針灸器具改變了選取穴位局部組織環(huán)境鋼度，有研究證明[29]深刺環(huán)跳穴治療坐骨神經(jīng)損傷大鼠效果優(yōu)于淺刺，原因可能是深刺組距離神經(jīng)組織更近，能更大限度改變神經(jīng)組織環(huán)境剛度。而CDH1能夠識別這種組織環(huán)境剛度的改變發(fā)揮黏附效應(yīng)，且具有感知機械力的作用，在機械生物學(xué)中它作為黏附因子被稱為“物理信號感受器”，而在針灸學(xué)的領(lǐng)域中，我們完全可以將這種感知物理信號即針刺信號的能力視為針灸學(xué)領(lǐng)域中的“針刺信號感受器”。

有關(guān)Ca2+方面，科研工作就經(jīng)絡(luò)腧穴與Ca2+相關(guān)性進行了大量研究，發(fā)現(xiàn)生理狀態(tài)下經(jīng)穴處Ca2+分布有特異性[30]、病理狀態(tài)下Ca2+會發(fā)生疾病相關(guān)的特異性改變[31]，并且發(fā)現(xiàn)針刺能夠使鈣離子重新分布[32]。由此我們可以知道，針刺治療外周神經(jīng)損傷類疾病機制之一是針刺能聚集鈣離子促進CDH1黏附作用，并以此為針刺信號到生物信號轉(zhuǎn)變起點，進一步推動相關(guān)通路完成后續(xù)生物學(xué)效應(yīng)，從而達到對周圍神經(jīng)損傷的修復(fù)。

2.2 針刺調(diào)控CDH1相關(guān)機械傳導(dǎo)途徑 有關(guān)雪旺細(xì)胞機械傳導(dǎo)途徑，肌動球蛋白細(xì)胞骨架的反應(yīng)以及局部黏附信號的激活誘導(dǎo)了幾種機械轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，其中著名的就是YAP/TAZ這兩個HIPPO通路上的轉(zhuǎn)錄激活因子[33]。

HIPPO通路是能夠調(diào)控細(xì)胞增殖的重要通路。在一項針對針刺療法對子宮內(nèi)膜容受性的研究[34]中發(fā)現(xiàn)針灸療法可以促進子宮內(nèi)膜受性（ER），為體外受精-胚胎移植做準(zhǔn)備，在該過程中針刺可以通過HIPPO通路發(fā)揮作用[35-36]，下調(diào)干擾素基因從而增加雌激素受體。細(xì)胞的增殖除關(guān)乎機體器官組織的發(fā)育、維持正常生理功能外，還影響腫瘤、炎癥等病理反應(yīng)。一項關(guān)于針刺治療慢性前列腺炎/慢性盆腔疼痛綜合征（CP/CPPS）的研究[37]表明，針灸有抗炎作用，并且抗炎效果與YAP/TAZ的表達相關(guān)，說明針刺通過影響HIPPO-YAP/TAZ通路干預(yù)炎癥反應(yīng)，且這種干預(yù)是良性的。神經(jīng)損傷類疾病常并發(fā)炎性，

在炎癥反應(yīng)早期有一個炎癥細(xì)胞募集并大量分化、復(fù)制的過程，通常這個過程被稱之為前炎癥反應(yīng)[38]，針刺通過調(diào)控HIPPO通路來完成抗炎機制可能是HIPPO作為機械敏感途徑感受針刺刺激，促進轉(zhuǎn)錄因子YAP/TAZ入核運動，促進炎癥細(xì)胞的。由此我們可以得出結(jié)論，YAP/TAZ作為受HIPPO通路調(diào)控的重要轉(zhuǎn)錄因子，它能夠干預(yù)前炎癥反應(yīng)，通過減少炎性細(xì)胞的增殖來抑制炎性因子的分泌，有利于神經(jīng)損傷伴炎性疾病的康復(fù)。值得一提的是，針刺對RAP1通路調(diào)控的機制與黏附結(jié)通路相似，因為它與Ca2+通過調(diào)節(jié)各種細(xì)胞類型中整合素和其他黏附分子的功能，在控制細(xì)胞-細(xì)胞和細(xì)胞-基質(zhì)相互作用中起主導(dǎo)作用[39]，推測針刺是通過對Ca2+的調(diào)控完成對RAP1通路的控制。

結(jié) 語

綜上所述，CDH1可以視為針刺信號感受器，通過它的黏附作用可以完成物理信號到化學(xué)信號的轉(zhuǎn)變。其黏附作用可以直接激活A(yù)J、HIPPO、RAP1信號通路。因為神經(jīng)修復(fù)過程需要雪旺細(xì)胞的增殖、遷移以及相關(guān)的細(xì)胞因子作用，所以針刺治療神經(jīng)損傷療效取決于雪旺細(xì)胞上CDH1能否感受針刺刺激并使雪旺細(xì)胞表達抗凋亡、促增殖基因，此外針刺治療炎性疾病也與此相關(guān)。由此可見，CDH1的黏附效應(yīng)與針刺治療神經(jīng)損傷類疾病密切相關(guān)，它能正常發(fā)揮作用并激活下行通路是神經(jīng)修復(fù)的必要條件。最后通過本文可知，針刺治療神經(jīng)損傷時CDH1可以視為一個感受針刺刺激的起始靶點，通過它激活相關(guān)通路來促進損傷神經(jīng)組織細(xì)胞再生與抗凋亡基因表達加速神經(jīng)修復(fù)進程，筆者認(rèn)為機械生物學(xué)所研究的物理信號傳感器和相關(guān)物理信號傳導(dǎo)途徑是針刺機理研究的新方向。