基于代謝組學(xué)分析針灸在關(guān)節(jié)炎中的鎮(zhèn)痛消炎作用

方 芳，龍 宇，郭玉巖，顧媛媛,王艷麗

(1.黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040； 2.黑龍江護(hù)理高等?？茖W(xué)校，黑龍江 哈爾濱 150399)

代謝組學(xué)(Metabonomics)是繼基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)之后的又一重要的系統(tǒng)生物學(xué)研究方法，通過對生物受刺激后產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物進(jìn)行檢測、分析與鑒定，了解不同致病因素、基因、環(huán)境、營養(yǎng)、藥物與時(shí)間等因素作用下的機(jī)體反應(yīng)。生物體經(jīng)過錯(cuò)綜復(fù)雜的調(diào)控后，代謝組學(xué)通過對代謝物的分析給出了最終的、相對完整的結(jié)果，在健康評估、疾病診斷、療效評價(jià)、藥物研發(fā)和毒理學(xué)研究等方面有著巨大的優(yōu)勢[1]。

代謝組學(xué)強(qiáng)調(diào)生物體的整體動態(tài)性，與中醫(yī)治療疾病的整體觀念相似，近年來用代謝組學(xué)技術(shù)探究中醫(yī)治病機(jī)理的研究越來越多。針灸作為中醫(yī)的一種特色外治療法，經(jīng)過幾千年的發(fā)展，療效較好，在國際上也享有盛譽(yù)。在相關(guān)針灸適應(yīng)癥的研究中，針灸用來治療多種疼痛類疾病，其中包括多種關(guān)節(jié)炎類疾病，可見針灸有著良好的鎮(zhèn)痛效果[2]。本研究從鎮(zhèn)痛消炎的角度對針灸治療這些疾病的代謝組學(xué)研究進(jìn)行探析。

1 代謝組學(xué)與針灸治療關(guān)節(jié)炎疾病的聯(lián)系

針灸作用機(jī)體是多環(huán)節(jié)、多層次和多靶點(diǎn)的整體調(diào)節(jié)，代謝組學(xué)通過對代謝產(chǎn)物進(jìn)行定量、定性的分析，從整體上綜合評價(jià)當(dāng)時(shí)生命體功能狀態(tài)及其變化，吻合針灸基于中醫(yī)整體觀念辨證論治的思想[3]。目前代謝組學(xué)對針灸抗炎鎮(zhèn)痛的研究對象多為關(guān)節(jié)炎類疾病[4],研究最多的病種有：類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(RA)、痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎(GA)和骨關(guān)節(jié)炎(OA)[5]。臨床常見的多種關(guān)節(jié)炎疾病在中醫(yī)里都可歸為痹證范疇，《素問·痹證》記載：“風(fēng)寒濕三氣雜至，合而為痹也?！碧拼鯛c《外臺秘要》描述痹證:“痛如虎咬，晝輕夜重”，宋代嚴(yán)用和稱痹證為“白虎歷節(jié)”之證，可見疼痛是骨關(guān)節(jié)疾病中主要的臨床表現(xiàn)，而在治療過程中，針灸良好的鎮(zhèn)痛作用一直被患者所認(rèn)可。

在診斷方面，基于代謝組學(xué)研究證明，可以通過發(fā)病時(shí)機(jī)體的氨基酸、蛋白質(zhì)、糖類和細(xì)胞因子等代謝產(chǎn)物的變化，研究異常代謝圖譜，進(jìn)行早期的診斷，甚至篩選高危人群，起到預(yù)防作用[5]；在治療方面，針灸可以調(diào)控生物體內(nèi)的代謝物水平，通過刺激腧穴產(chǎn)生信號物質(zhì)傳遞，引起“神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫系統(tǒng)變化”，起到調(diào)節(jié)免疫的作用，使代謝物譜回歸正常[6-8]。

2 基于代謝組學(xué)的針灸消炎鎮(zhèn)痛機(jī)制探索

代謝組學(xué)可以發(fā)現(xiàn)預(yù)測治療效果的相關(guān)代謝產(chǎn)物，氨基酸及氨基酸代謝通路異常可刺激炎性因子產(chǎn)生，引發(fā)炎癥反應(yīng)。另外，關(guān)節(jié)炎類疾病的疼痛主要以局部炎性細(xì)胞浸潤的炎性疼痛為主，在炎性增生這個(gè)動態(tài)過程中伴隨著能量的大量消耗，同時(shí)機(jī)體增強(qiáng)自身免疫也需要能量供給，能量代謝產(chǎn)物也可作為疾病發(fā)生與好轉(zhuǎn)的評價(jià)依據(jù)?，F(xiàn)根據(jù)相關(guān)代謝組學(xué)研究[9-11],從氨基酸代謝、糖類脂質(zhì)代謝和三羧酸循環(huán)等方面進(jìn)行分析。

2.1 氨基酸代謝

針灸可以通過調(diào)節(jié)氨基酸代謝通路恢復(fù)機(jī)體的基礎(chǔ)代謝，減輕炎癥反應(yīng)[12]。組氨酸在組氨脫氫酶的作用下促進(jìn)合成組織胺，可加劇炎癥反應(yīng)，破壞軟骨關(guān)節(jié)[13]。亮氨酸、纈氨酸和異亮氨酸屬于支鏈氨基酸，是人體必需氨基酸，能促進(jìn)骨骼肌的形成，使肌蛋白代謝加快[14]，亦有研究證明，支鏈氨基酸可刺激引起RA相關(guān)炎性反應(yīng)的細(xì)胞因子增加，如白介素等[10,15]。杜小正等[10]用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(GC-MS)，測得寒證類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎家兔較正常組家兔的血清中主要差異代謝物質(zhì)纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸及花生四烯酸濃度升高，行熱補(bǔ)針法的治療組中以上代謝物質(zhì)都不同程度降低，且家兔的痛域增高，說明針灸對RA能起到有效的消炎鎮(zhèn)痛作用。丙氨酸、乳酸、丙酮酸水平的升高也可使骨關(guān)節(jié)出現(xiàn)酸軟疼痛[13]，尤其丙酮酸代謝異常會產(chǎn)生較強(qiáng)的炎癥反應(yīng)，甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸代謝異常會引起機(jī)體丙酮酸代謝異常[11,16-17]，郭耀光等[11]用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(GC-MS)對針刺后類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者血清代謝物進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)治療組甘氨酸的水平顯著提高，甘氨酸有抗炎、抗氧化作用，可以抑制炎性因子的釋放[11,18-20]，甘氨酸的增加也證明了針灸的抗炎作用。

除上述一些與炎性因子有關(guān)的氨基酸代謝異常外，還有一些氨基酸可以影響神經(jīng)傳導(dǎo)。陳勤等[7]認(rèn)為谷氨酸與痛覺傳導(dǎo)有關(guān)，他發(fā)現(xiàn)電針刺激少陽經(jīng)腧穴可以降低偏頭痛模型大鼠血漿中谷氨酸、乳酸水平，近年有研究表明[7]谷氨酸是哺乳動物體內(nèi)主要的興奮神經(jīng)遞質(zhì)，能增強(qiáng)痛覺的傳導(dǎo)。γ-氨基丁酸是一種重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，廣泛分布在哺乳動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)，與不同受體結(jié)合有抗氧化及鎮(zhèn)靜作用，其水平升高，或可提示機(jī)體正在產(chǎn)生動態(tài)的慢性疼痛，針灸可以影響γ-氨基丁酸的代謝，有鎮(zhèn)靜、緩解疼痛的效果[13,21]。絡(luò)氨酸作為兒茶酚胺類神經(jīng)遞質(zhì)的前提，水平升高可增加體內(nèi)兒茶酚類遞質(zhì)的濃度，從而緩解疼痛[22]。

2.2 糖類代謝和脂質(zhì)代謝

炎性病變過程中往往伴隨著能量代謝的異常變化，糖類和脂肪作為重要的能量來源，在針灸治療過程中，可檢測到這些物質(zhì)的量的變化與疾病發(fā)展相關(guān)。陳勤等[7]用核磁共振譜(1H-NMR)分析佐劑性關(guān)節(jié)炎(AA)型大鼠的代謝產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)乳酸、葡萄糖水平產(chǎn)生變化，認(rèn)為此變化是因?yàn)檠仔栽錾牟±磉^程需要消耗大量能量，可能是同類炎性疾病的相同點(diǎn)。病理狀態(tài)下，炎癥反應(yīng)消耗大量能量，誘導(dǎo)葡萄糖在炎癥刺激下分解的丙酮酸增加，三羧酸循環(huán)氧化不及，使多余的丙酮酸在乳酸脫氫酶作用下分解為乳酸，堆積在關(guān)節(jié)局部，加重炎癥和軟骨退變，引起疼痛。邵勤等[13]用1H-NMR測定50例膝骨關(guān)節(jié)炎(KOA)患者血清中的代謝物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)KOA患者疼痛、炎癥相關(guān)代謝物乳酸、丙氨酸和丙酮酸水平顯著升高。

脂質(zhì)可水解為脂肪酸，乙酰輔酶A是脂肪酸的β氧化產(chǎn)物，除供能外還可合成酮體，邵勤在研究中發(fā)現(xiàn)KOA患者血清中丙酮含量高于正常組，說明脂質(zhì)代謝類發(fā)生異常[13]。脂肪代謝吸收或可視為糖供能的不足，與關(guān)節(jié)炎患者炎癥反應(yīng)需要大量能量所吻合?；ㄉ南┧崾且环Nω-6多不飽和脂肪酸，在白細(xì)胞中的代謝產(chǎn)物分離可得到白三烯，也是一類強(qiáng)效致炎脂質(zhì)因子[10]，炎性因子聚積在關(guān)節(jié)炎患者關(guān)節(jié)積液和滑膜組織中，可引發(fā)軟骨組織和骨的破壞，是引起骨關(guān)節(jié)炎疼痛的重要原因之一。

2.3 三羧酸循環(huán)

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究認(rèn)為RA的發(fā)病機(jī)制除與氨基酸代謝、脂肪代謝及糖代謝有關(guān)外，還與三羧酸循環(huán)密切相關(guān)[10-11,23]。

三羧酸循環(huán)是糖類、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的最終代謝通路和互相聯(lián)絡(luò)通路，也是機(jī)體獲得能量的主要方式。針灸可以調(diào)節(jié)三羧酸循環(huán)代謝通路，吳巧鳳等[24]針刺健康男青年的足三里、梁門與巨髎后，分析其血漿中糖類物質(zhì)濃度升高，乳酸濃度降低，與三羧酸循環(huán)能量代謝有關(guān)。杜小正等[10]用熱補(bǔ)針法治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎寒證家兔，分析其血清后認(rèn)為熱補(bǔ)針法的療效與調(diào)節(jié)三羧酸循環(huán)和糖代謝有關(guān)。

三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物可以提示三羧酸循環(huán)的異常,三羧酸循環(huán)紊亂導(dǎo)致機(jī)體能量下降時(shí)，關(guān)節(jié)局部會出現(xiàn)低氧、缺氧狀態(tài)，導(dǎo)致三磷酸腺苷(ATP)生成障礙，加劇關(guān)節(jié)骨質(zhì)破壞[10-11]。另一方面，三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物減少，基礎(chǔ)代謝減弱時(shí)，可見急性痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎紅腫熱痛減輕[24]。三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物之一檸檬酸可以反應(yīng)機(jī)體對能量的需求[24]，郭耀光等[11]研究發(fā)現(xiàn)，RA患者檸檬酸鹽水平升高，提示三羧酸循環(huán)發(fā)生紊亂。L-蘋果酸也是三羧酸循環(huán)的產(chǎn)物之一，可以補(bǔ)充能量，緩解炎癥疼痛[24-25]，其增加可以提示三羧酸循環(huán)出現(xiàn)問題，機(jī)體需求能量增多，一定程度上說明有炎癥反應(yīng)發(fā)生。在針灸治療后機(jī)體糖類、脂質(zhì)等能量代謝物質(zhì)濃度的降低，結(jié)合三羧酸循環(huán)通路分析，可以作為針灸消炎作用有效的依據(jù)。

2.4 其他

有研究表明[26]刺絡(luò)藥物罐療法減輕疼痛的機(jī)制可能是療法刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，釋放內(nèi)源性阿片類物質(zhì)，如一氧化氮、ATP及β內(nèi)啡肽等，通過產(chǎn)生欣快感的方式減輕疼痛，增加舒適感。

另外針灸治療還可以抑制炎癥信號通路如NF-κB、JAK-STAT與MAPK等，起到抗炎作用[23]。

3 針刺經(jīng)穴與非經(jīng)穴的鎮(zhèn)痛效果差異

腧穴是全身精氣匯聚之處，而且一些特定穴位的主治種類多、功能強(qiáng)，針灸治療針刺經(jīng)穴的治療效果顯著。既往研究表明針灸治療疾病的動態(tài)治療過程與刺激經(jīng)穴產(chǎn)生的代謝物質(zhì)的變化聯(lián)系緊密，與刺激非經(jīng)穴無明顯相關(guān)性[27]。針刺不同腧穴時(shí)產(chǎn)生的關(guān)鍵物質(zhì)不同，ATP仍然是某些腧穴局部組織代謝物質(zhì)不同的關(guān)鍵因素之一，除了供能之外，可以在各種酶的作用下產(chǎn)生傳導(dǎo)信號分子，傳導(dǎo)針灸刺激腧穴的信息[28]。例如針灸刺激足陽明經(jīng)穴可以增高糖類物質(zhì)濃度，降低乳酸濃度，針刺陽陵泉可以調(diào)控脂質(zhì)代謝[4]；杜小正等[10]針刺RA寒證家兔足三里可以提高其痛閾；唐照亮等[29]艾灸RA大鼠模型腎俞、足三里穴能抑制炎癥介質(zhì)和細(xì)胞因子的產(chǎn)生和釋放，達(dá)到抗炎作用；馮雷等[30]針刺陽陵泉降低谷氨酸和控制感覺的P物質(zhì)水平，起到鎮(zhèn)痛作用。

4 總結(jié)

針灸對關(guān)節(jié)炎相關(guān)疾病的消炎鎮(zhèn)痛作用可以通過差異代謝物質(zhì)水平變化來體現(xiàn)：如亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、甘氨酸、谷氨酸、酪氨酸、丙氨酸、花生四烯酸、丙酮酸、乳酸、脂質(zhì)和糖類等水平的高低變化都能說明炎癥疼痛的發(fā)生以及針灸消炎鎮(zhèn)痛的有效性。針灸鎮(zhèn)痛機(jī)制可能有：抑制相關(guān)炎性因子產(chǎn)生和釋放，刺激可以抗炎的物質(zhì)產(chǎn)生，刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)釋放內(nèi)源性阿片類物質(zhì)，抑制信號傳導(dǎo)通路等。

未來對針灸治療機(jī)理的探索，仍要建立在中醫(yī)辨證理論的基礎(chǔ)上，例如同樣對RA的針刺治療研究，虛實(shí)寒熱證型不同，產(chǎn)生的差異生物代謝物也不盡相同[31]；急性發(fā)作的膝骨關(guān)節(jié)炎患者紅腫熱痛癥狀明顯時(shí)，γ-氨基丁酸異常增多，可作膝骨關(guān)節(jié)炎疼痛潛在的代謝標(biāo)志物，而肝腎虧虛型患者γ-氨基丁酸較前者降低[13]，研究表明，中醫(yī)辨證在探究針灸治療機(jī)理中的重要性。除分證型之外，疾病發(fā)展的動態(tài)過程也應(yīng)當(dāng)考慮進(jìn)去，充分將針灸治療的多靶點(diǎn)、多層次及多調(diào)節(jié)的特點(diǎn)與代謝組學(xué)的整體性相結(jié)合。

代謝組學(xué)目前仍處于探索階段，鑒于臨床觀察和動物實(shí)驗(yàn)的差異性，臨床試驗(yàn)與動物實(shí)驗(yàn)應(yīng)該對比結(jié)合分析，總結(jié)針灸治療過程中代謝物質(zhì)的異同，豐富代謝組學(xué)研究圖譜，充實(shí)病理生理代謝圖譜數(shù)據(jù)庫，最終達(dá)到明確生理病理過程中具有特異性的差異代謝物，這仍需要大量的實(shí)驗(yàn)工作進(jìn)行驗(yàn)證總結(jié)。另外設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與分析結(jié)果時(shí)，應(yīng)充分考慮造成差異代謝標(biāo)志物的變化因素，如疾病證型、發(fā)展階段、個(gè)體因素、環(huán)境因素、代謝組學(xué)檢測技術(shù)及檢測樣本等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法，應(yīng)與生物學(xué)意義相結(jié)合，不能進(jìn)行單一的數(shù)字分析[32]。

代謝組學(xué)為針灸治療機(jī)理的研究提供了更科學(xué)、更全面系統(tǒng)的研究方法，隨著研究的深入和生物學(xué)科技的發(fā)展，代謝組學(xué)應(yīng)用于針灸治療的研究將不斷突破。