針刺干預脊髓損傷腸道功能障礙生物鐘基因研究進展①

朱毅，李凝

針刺干預脊髓損傷腸道功能障礙生物鐘基因研究進展①

朱毅1，李凝2

脊髓損傷后，結腸運動生物節(jié)律性喪失，該節(jié)律性的分子基礎即“鐘基因”，本文對于針刺干預該基因的作用機制進行綜述。

脊髓損傷；鐘基因；針刺；綜述

[本文著錄格式]朱毅，李凝.針刺干預脊髓損傷腸道功能障礙生物鐘基因研究進展[J].中國康復理論與實踐,2013,19(10): 939-941.

神經源性腸功能障礙(neurogenic bowel)逐漸被認為是影響脊髓損傷(spinal cord injury,SCI)患者身心健康的一個重要因素[1-3]。20世紀末國外調查示，約1/3的脊髓損傷患者認為脊髓損傷穩(wěn)定后直、結腸功能障礙比膀胱及性功能障礙對身心健康的影響更嚴重，其中41%患者認為排便功能障礙是中等或嚴重影響壽命的問題[1]。脊髓損傷后，整個結腸傳輸延遲，腸平均內容物傳輸速度明顯減慢[1,4]；結腸基本電節(jié)律(basic electrical rhythm,BER)發(fā)生明顯紊亂、頻率降低；腸道蠕動(主要單袋結腸、遠端結腸)和直腸肛管的協(xié)調性喪失[5]。目前的研究熱點——腸肌叢的Cajal間質細胞(interstitial cells of Cajal,ICC)雖然作為腸道慢波活動的起搏器和傳導者[6-7]，但產生的慢波達到閾值才能完成起搏活動[8]，因此難以解釋結腸功能障礙。目前腸道節(jié)律運動研究顯示，腸道肌間神經叢內鐘基因(clock gene)主要調節(jié)結腸節(jié)律性運動，并在脫離節(jié)律相位的作用核心——視交叉上核(suprachiasmatic nucleus,SCN)時，其調節(jié)作用仍然存在[9]。針刺研究發(fā)現(xiàn)足三里可以對脊髓損傷胃腸動力障礙有調整作用，具有經濟性、安全性、便捷性，動物實驗亦提供相應依據[10-11]。因此針對脊髓損傷結腸功能障礙，針刺對結腸節(jié)律性收縮、整體周期性運動的調節(jié)作用及機制的進一步明確，對緩解脊髓損傷患者腸道癥狀具有重要意義。

1per2基因與脊髓損傷后腸功能障礙

1.1鐘基因與結腸節(jié)律性收縮

結腸運動具有生物節(jié)律性，該節(jié)律性的分子基礎即“鐘基因”(per-1,2,3,clock,cry1-2,bmal1,tim,rev等)及其產物[12]，見圖1。CLOCK/BMAL1復合物啟動周期性節(jié)律(circadian rhythmicity)，同時促進per1、per2、per3基因轉錄-翻譯，產生蛋白產物抑制CLOCK/BMAL1引起的周期性節(jié)律。鼠和人體都存在per1、per2、per33種亞型，其中只有per2在中樞和外周組織都有表達，調控節(jié)律的周期和振幅。結腸中per2基因位于黏膜上皮細胞和縱肌肌間神經叢(longitudinal muscle myenteric plexus,LMMP)神經節(jié)細胞內——富集調節(jié)結腸運動的神經遞質，其表達呈現(xiàn)周期性，并能脫離SCN單獨存在[12-13]。per2基因控制神經型一氧化氮合成酶(nNOS)基因的周期性轉錄-翻譯(主要為micro RNA)，產生的nNOS合成NO，一方面抑制腸外副交感神經節(jié)后遞質乙酰膽堿(ACh)去極化作用；一方面使平滑肌細胞膜超極化，產生抑制性接頭電位(IJPs)，破壞或明顯減少環(huán)肌和縱肌自發(fā)性電節(jié)律性活動，降低慢波波幅值。直接影響到周圍平滑肌，調節(jié)結腸節(jié)律性收縮[9]。因此，per2mRNA和nNOS mRNA對結腸節(jié)律性收縮起重要作用。

圖1 鐘基因生物節(jié)律反饋路徑

1.2per2基因和結腸功能障礙

結腸運動的周期性會因外界環(huán)境變化打破，如時差、輪班制、疾病等，導致腹脹不適及大便異常[9,14-19]等癥狀產生，這些臨床表現(xiàn)在脊髓損傷患者中頻繁出現(xiàn)。結腸運動異常與結腸內“分子鐘”(即鐘基因)[9]和nNOS紊亂有關。研究顯示，疾病導致機械-電活動顯示結腸蠕動和節(jié)律性收縮減弱時，PER蛋白表達增加，提示per2mRNA增加，促進nNOS mRNA轉錄加快(見圖2)，合成NO抑制副交感節(jié)后纖維ACh釋放，出現(xiàn)結腸平滑肌舒張。但脊髓損傷模型大鼠結腸運動的周期性有待研究，從大便失禁或便秘等排便時相及BER紊亂[5]推測結腸運動周期性被打破，結腸內“分子鐘”破壞。

圖2 鐘基因抑制性作用調節(jié)結腸運動

2per2基因與ACh

目前已知胃腸道神經系統(tǒng)中最主要的興奮性神經遞質是ACh[20]，最主要的抑制性神經遞質是NO，兩型神經元遍布整個消化道，對胃腸道運動、消化道分泌吸收、平滑肌功能以及胃腸的電生理均有重要的作用。Hoogerwerf等發(fā)現(xiàn)ACh去極化作用受nNOS周期性調節(jié)而呈現(xiàn)結腸運動的周期性：正常情況下晨起1 h(ZT1)內結腸收縮活動及排便增加，晨起12 h后(ZT13)明顯減弱；使用Na＋通道阻斷劑神經毒性河豚毒素(neurotoxin TTX)后，結腸收縮在ZT1顯著加強[21-22]；使用nNOS拮抗劑L-NAME時，結腸收縮在ZT1顯著加強[23-25]；大鼠敲除nNOS基因后兩段時相結腸收縮和排便均減弱，且無顯著性差異[21]。而nNOS周期性變化依賴per2基因對其轉錄-翻譯的調節(jié)。

3per2基因與Cajal間質細胞

結腸節(jié)律的發(fā)生起源于結腸內的ICC。ICC節(jié)律性產生慢波(slow wave,SW)即BER，并在由ICC組成的網絡中傳播，最后經ICC和平滑肌細胞間的縫隙連接傳播至平滑肌細胞而引發(fā)平滑肌細胞周期收縮。超極化激活性環(huán)核苷酸門控性陽離子非選擇性通道(hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated cation nonselective channel,HCN)有4個亞型，其中HCN1特異地分布在胃腸道肌間神經叢周圍ICC細胞膜上及細胞內質網內，可能是ICC產生自發(fā)性電節(jié)律的起始通道[26]。它受兒茶酚胺類(去甲腎上腺素)、ACh等神經遞質調節(jié)。結腸周期性運動主要由鐘基因和nNOS調節(jié)[9,21]，nNOS的周期性變化使ACh周期性產生去極化作用，因此推測這種周期性變化影響HCN1周期性開放，使結腸產生周期性節(jié)律性收縮。

4電針足三里對結腸運動的調節(jié)作用

4.1橫斷大鼠脊髓對電針作用的影響

韓濟生等研究發(fā)現(xiàn)，T10或T11處切斷脊髓后，給3 V恒頻電針足三里一律無效，只有用3 V變頻電針或9 V強電針時才能使甩尾反射潛伏期(TFL)輕度升高[27]。說明電針足三里的傳入信息雖有可能在脊髓水平抑制甩尾反射，但更重要的是需要上傳至胸髓以上的結構(例如低位腦干)，再通過下行抑制通路，才能對甩尾反射產生強烈的抑制作用。足三里穴區(qū)的皮膚和肌肉有腓淺神經和腓深神經支配。穴區(qū)的傳入沖動則是通過軀體神經和血管(主要是脛前動脈)壁的神經叢兩條途徑上行，投射至T6～S1-3脊神經節(jié)[28]，與支配結腸的腸外副交感神經節(jié)段有重疊部分，故高頻電針強刺激對橫斷脊髓的大鼠仍可起到刺激作用。但結腸本身有內在神經系統(tǒng)——腸神經系統(tǒng)(由包埋入胰腺、膽囊及胃腸道壁內的神經節(jié)及初級、次級、第三級神經纖維構成，在消化道管壁形成不同層次的神經叢)，使大鼠結腸離體后仍產生周期性節(jié)律性收縮。這些結構成為電針足三里對結腸運動調節(jié)的物質基礎。

4.2電針足三里對結腸運動的調節(jié)

既往大量臨床資料顯示，電針足三里對胃腸運動有雙向調節(jié)作用，但對脊髓損傷后結腸運動關注較少，由于腦腸肽概念的提出，人們對腸神經系統(tǒng)起主要作用的神經遞質ACh、NO關注減少。一項臨床研究顯示，電針顯著縮短患者全結腸及各節(jié)段結腸的結腸轉運時間(colonic transit time,CTT)，血清胃動素(MTL)、縮膽囊素(CCK)水平上升，血管活性腸肽(VIP)水平有所下降[29]。動物實驗中，艾灸足三里能使貓胃運動波幅明顯升高，具有增強胃運動的作用；而在側腦室注入阿托品后，艾灸增強效應消失，提示這種作用與中樞膽堿能神經M受體有關[30]。楊波等在針刺大鼠足三里及下巨虛兩穴后，大鼠腸肌間叢中前腦啡肽原mRNA的表達明顯增加，使腦啡肽的合成增加，從而調節(jié)胃腸功能[31]。雷亞寧等電針大鼠雙側足三里后，大鼠小腸壁黏膜下神經叢和肌間神經叢內腦啡肽免疫反應性明顯降低，而SP免疫反應性明顯增高，可能SP在針刺后釋放減少[32]。這些研究說明針灸體表刺激即可上行到中樞，通過中樞下行到周圍或直接作用于周圍，對腸道運動起到調節(jié)作用。

洪麗莉等對脊髓損傷后腸功能障礙大鼠經過電針足三里的治療，電針組與模型組和穴旁組相比較，iNOS和iNOS mRNA的表達顯著減少[10]。提示胃腸壁內氮能神經合成NO增多，一方面延緩胃的排空率，另一方面使小腸的推進比下降，這與脊髓損傷后胃腸動力下降的結果相一致；治療后，與模型組比較，莫沙必利組、電針組胃腸壁內NOS陽性表達顯著減弱，提示胃腸壁內氮能神經合成NO減少，降低了對平滑肌的抑制作用，進而提高胃、十二指腸運動，這亦與電針脊髓損傷大鼠的胃腸動力的提高一致。

電針頻率對療效有重要的影響，不同頻率的電針有不同的神經化學機制。韓濟生等認為不同腦區(qū)中的核團對不同頻率的刺激信號有所偏好，不同的頻率能促進不同的中樞神經遞質的釋放，脈沖的頻率對于激活中樞神經系統(tǒng)中物質釋放起著關鍵作用，低頻(2 Hz)促進前腦啡肽原(PPE)表達，而高頻(100 Hz)電針促進前強啡肽(PPD)的表達，變頻促進腦啡肽和強啡肽的共同釋放，顯示出明顯的頻率響應的特異性[10]。洪麗莉等[10]和賈萍[33]的研究認為，對于脊髓損傷所伴隨的胃腸功能障礙，選取低頻的3 Hz電針頻率最為適宜。

5小結

以上研究證據提示，電針足三里很可能作為外界刺激和改變per2基因周期性變化，影響nNOS基因的周期性轉錄-翻譯，使產生nNOS在時相上周期性紊亂或周期性未改變而使恢復數(shù)量正常，使其恢復對腸外副交感神經節(jié)后遞質ACh去極化的周期性調節(jié)作用，從而促進結腸節(jié)律性收縮。另外足三里部位的傳入神經——腓深神經與支配結腸的副交感階段發(fā)生重疊，因此針刺足三里還可通過較弱的節(jié)段反射，促進副交感節(jié)后纖維釋放ACh，產生的電流與慢波結合達到閾值形成動作電位，促進結腸收縮。所以研究電針足三里對per2基因調節(jié)脊髓損傷后結腸周期性節(jié)律性運動的干預影響，可以進一步明確脊髓損傷腸功能障礙的發(fā)病機制及針刺干預機制，對改善脊髓損傷患者腸功能障礙，具有較大的理論指導意義和較高的臨床運用價值。

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Mechanism of Impacts of Acupuncture on Genes in the Disorders of Gastrointestinal after Spinal Cord Injury(review)

ZHU Yi,LI Ning.the 2nd Clinical Medical School,Nanjing University of Traditional Chinese Medicine,Nanjing 210046,Jiangsu,China

The gastrointestinal motility in which clock genes play a role as molecular basis loses rhythm after spinal cord injury.This article reviewed the mechanism of impacts of acupuncture on the genes.

spinal cord injury;clock genes;acupuncture;review

R651.2

A

1006-9771(2013)10-0939-03

2012-11-29)

1.2012年國家自然科學基金(No.81202735)；2.江蘇省高校“青藍工程”優(yōu)秀青年骨干教師項目。

1.南京中醫(yī)藥大學第二臨床醫(yī)學院，江蘇南京市210046；2.中南大學湘雅二醫(yī)院康復醫(yī)學科，江蘇南京市410011。作者簡介：朱毅(1981-)，男，江蘇南京市人，博士，講師，副主任治療師，主要研究方向：中西醫(yī)結合康復。

10.3969/j.issn.1006-9771.2013.10.010