低頻電刺激治療周圍神經(jīng)損傷的研究進展

朱東明，薛軍，蔣毅

周圍神經(jīng)損傷（PNI）多發(fā)生在創(chuàng)傷患者中，是導致慢性疼痛和肢體功能障礙的常見原因[1]。即使對受損神經(jīng)進行精細的手術修復，患者也很少能夠完全恢復神經(jīng)功能。研究顯示，在神經(jīng)修復手術后直接進行低頻電刺激輔助治療，被證明在動物模型中可以改善運動和感覺神經(jīng)的再生[2]。最近的前瞻性臨床試驗證實電刺激可促進需要手術治療的PNI的神經(jīng)功能恢復。本文綜述了低頻電刺激治療PNI 的分子機制和相關研究進展，并探討未來研究方向，以期為PNI 的治療提供新視角。

1 周圍神經(jīng)自我修復的分子機制

神經(jīng)元損傷后，神經(jīng)元質(zhì)膜的破壞使得鈉離子和鈣離子涌入細胞質(zhì)，從而啟動動作電位。鈣離子的流入激活了多種蛋白質(zhì)，包括腺苷酸環(huán)化酶，它激活了環(huán)磷酸腺苷（cAMP）。cAMP 的轉(zhuǎn)錄依賴效應導致再生相關基因（RAGs）的上調(diào)，從而增加生長相關蛋白（GAP-43）、肌動蛋白和T- -1 微管蛋白的合成，這些微管蛋白支持從近端神經(jīng)殘端萌發(fā)的再生生長錐[3]。施萬細胞增殖并發(fā)生表型變化，穿過損傷間隙拉長形成Bungner 帶，支持近端生長錐的通過。施萬細胞分泌腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF），將生長錐引導到相對應的神經(jīng)內(nèi)管[4]。

2 周圍神經(jīng)再生的限制性因素

軸突的再生對于周圍神經(jīng)功能的恢復有著決定性的影響。雖然外周神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元在軸突損傷和沃勒變性后具有先天的再生能力，但這一過程受到軸突再生速度緩慢的限制，人類每天軸突的再生進度只有1 ～3 mm。軸突在損傷修復部位需要3 ～4 周的生長期，來形成一條主要的生長通路[5]。來自施萬細胞的營養(yǎng)信號支持并引導軸突從近端神經(jīng)殘端生長，施萬細胞分泌的神經(jīng)營養(yǎng)因子濃度在損傷后15 d 達到峰值，之后逐漸降至基線水平，因此軸突的再生能力呈時間、濃度依賴性下降[6]。

3 低頻電刺激治療PNI 的分子機制

目前關于低頻電刺激治療PNI 的分子機制，已經(jīng)有較為深入的研究。電刺激周圍神經(jīng)后，大量的鈣離子和鈉離子涌入神經(jīng)元，產(chǎn)生逆行的動作電位并傳播到神經(jīng)元胞體[6]。在電刺激作用之后，鈣離子內(nèi)流入細胞體，該過程能夠促進BDNF 及其高親和受體酪氨酸受體激酶B（trkB）的mRNA 表達增加，促進軸突延長關鍵RAGs的早期、持續(xù)上調(diào)[4]。BDNF由運動神經(jīng)元、背根神經(jīng)元和施萬細胞產(chǎn)生，它能夠促進神經(jīng)元的存活、影響軸突引導和突觸重塑。Mc Gregor 等[6]發(fā)現(xiàn)，BDNF 能夠抑制降解cAMP 的磷酸二酯酶，從而維持cAMP 的細胞內(nèi)水平。通過激活cAMP 反應元件結(jié)合蛋白（CREB）和增加T- -1微管蛋白的合成，細胞骨架的組裝能力得到增強，這對于軸突再生表型的表達非常重要[4]。

電刺激通過其他信號通路促進神經(jīng)再生的相關研究也取得了較多進展。Kawamura 等[7]報道電刺激能夠通過p38 絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）途徑激活CREB。在使用特異性p38/MAPK 的抑制劑后，CREB的表達被抑制，這表明電刺激誘導的p38/MAPK 通路的激活在促進神經(jīng)軸突生長中具有重要作用。體外實驗發(fā)現(xiàn)，1 h 的電刺激能夠減少生長衰減分子（PTEN）的表達，PTEN 是PI3-K/Akt 信號通路的特異性拮抗劑，該信號通路能夠調(diào)節(jié)細胞的生長和分化。這些研究體現(xiàn)了電刺激在調(diào)節(jié)PI3-K/Akt 通路促進神經(jīng)再生中的作用[5,8]。

4 低頻電刺激治療PNI 的動物實驗研究

早在20 世紀中期，研究者就開展了電刺激促進周圍神經(jīng)再生的動物實驗研究。對于健康周圍神經(jīng)的相關研究激發(fā)了學者們研究電刺激對損傷后周圍神經(jīng)的影響。AlMajed 等[9]在對受損的大鼠股神經(jīng)進行手術修復后予以電刺激，證明了電刺激能夠加速受損的股神經(jīng)再生。Roh 等[10]發(fā)現(xiàn)，10 min 的電刺激與1 h 的連續(xù)電刺激效果接近，這為電刺激輔助治療的臨床轉(zhuǎn)化提供了可能。

由于許多PNI患者在癥狀存在較長時間后才被確診，所以在臨床實際診治過程中，許多神經(jīng)修復手術是延遲性的[11]。損傷后神經(jīng)再生存在有限的時間窗口，因此手術修復往往無法獲得滿意效果，目前許多研究已經(jīng)證明電刺激可以增強延遲神經(jīng)修復后的神經(jīng)再生。Huang 等[12]對延遲修復長達24 周的坐骨神經(jīng)損傷大鼠施加20min 的電刺激，證實了大鼠的神經(jīng)恢復速度加快。Elzinga 等[13]使用大鼠腓總神經(jīng)和脛神經(jīng)損傷模型進行研究，在神經(jīng)損傷3 個月后進行延遲修復，然后使用電刺激處理修復后的神經(jīng)，發(fā)現(xiàn)電刺激能夠促進感覺神經(jīng)元和運動神經(jīng)元修復。這些研究為電刺激在慢性PNI 延遲修復中的應用提供了理論支持。

5 低頻電刺激治療PNI 的臨床應用

基于電刺激在動物實驗中的陽性結(jié)果，近年來進行的一些臨床試驗提供了鼓舞人心的證據(jù)，表明電刺激能夠?qū)崿F(xiàn)臨床轉(zhuǎn)化。Gordon 等[14]進行了第一個術后行電刺激治療的RCT 研究，入選的腕管綜合征患者接受了腕管減壓手術，實驗組患者在手術治療結(jié)束后15 min 內(nèi)接受1 h 的正中神經(jīng)電刺激。與對照組患者相比，接受電刺激的實驗組患者在術后6～8 個月時運動神經(jīng)元軸突數(shù)量顯著增加。Wong 等[15]對指神經(jīng)橫斷損傷的患者進行手術修復，實驗組在術后接受低頻電刺激，結(jié)果顯示實驗組患者的感覺功能恢復比對照組更快。以上這些研究為電刺激可用于改善慢性神經(jīng)損傷患者的預后提供了證據(jù)。

6 低頻電刺激治療PNI 的研究方向展望

目前研究人員正將電刺激療法從動物實驗研究逐步轉(zhuǎn)化到臨床試驗中，這催生了以下重要的研究方向，包括電刺激在神經(jīng)缺損重建修復中的作用，術前使用電刺激進行干預的療效評估，電刺激最佳治療參數(shù)的設定。未來在這些方面的研究成果將推動電刺激的臨床推廣。

6.1 電刺激在神經(jīng)缺損重建修復方面的應用 目前一些正在進行的臨床試驗研究了電刺激在神經(jīng)缺損后重建修復中的作用。嚴重的神經(jīng)缺損需要用自體神經(jīng)移植物或神經(jīng)替代物（如神經(jīng)引導導管或脫細胞異體神經(jīng)移植物）進行重建，是較為棘手的PNI 類型[16]。近期的研究提供了積極的結(jié)果，一些動物研究已經(jīng)證明，電刺激能夠改善神經(jīng)缺損重建模型中運動神經(jīng)元軸突的再生。Zuo 等[17]報道，在通過神經(jīng)自體移植進行重建后，單次低頻電刺激增強了運動神經(jīng)元和感覺神經(jīng)元軸突的再生。目前關于電刺激促進重建手術后神經(jīng)功能恢復的相關研究仍然較少，還需要大量的動物及臨床實驗研究提供可行性證據(jù)。

6.2 術前使用電刺激進行干預的療效評估 在神經(jīng)修復手術前使用電刺激對受損的神經(jīng)進行干預是目前正在開展的新的研究方向。近期的研究發(fā)現(xiàn)，術前幾天使用電刺激能夠有效促進術后軸突再生。在受損的坐骨神經(jīng)上進行1 h/d的電刺激1 周，能夠有效的促進修復術后坐骨神經(jīng)軸突的再生[18]。術前進行的電刺激加快了神經(jīng)再生的速度，導致更早的感覺和運動目標神經(jīng)再生，這與傳統(tǒng)的術后電刺激干預不同。最新數(shù)據(jù)表明，在周圍神經(jīng)修復時，術前使用電刺激甚至可能優(yōu)于傳統(tǒng)的術后電刺激模式[19]。因此，使用術前電刺激作為神經(jīng)重建術前的輔助治療手段是值得進一步研究的方向。

6.3 電刺激的最佳參數(shù)設置 自Al Majed等[9]的開創(chuàng)性研究以來，頻率20 Hz、脈沖間隙0.1 ms 的電刺激參數(shù)已作為外周神經(jīng)電刺激的“標準”設置被用于相關臨床試驗中。盡管在該參數(shù)設置下的實驗研究都取得了良好的結(jié)果，但是針對不同類型的神經(jīng)損傷，最佳的電刺激參數(shù)具體應該如何設置，目前缺乏詳細的研究。許多關于電刺激促進周圍神經(jīng)再生的動物研究設置了較短的電刺激持續(xù)時間、不同的頻率以及單次或者每日電刺激療程，但是考慮到動物模型、神經(jīng)損傷類型和在研究終點使用的結(jié)果指標的異質(zhì)性，這些研究很難相互比較[20]。AlMajed 等[9]發(fā)現(xiàn)，持續(xù)1 h 的電刺激和持續(xù)2 周的電刺激在促進神經(jīng)再生方面的效果類似。Asensio 等[21]報道，與僅接受1 h的電刺激治療相比，持續(xù)4 周的每日電刺激治療會導致再生軸突數(shù)量減少，肌肉神經(jīng)再支配水平降低。鑒于在提供電刺激時必須考慮許多不同的因素，對比在不同環(huán)境下電刺激的生理基礎和作用機制具有重要意義，這有助于不同情況下最佳電刺激參數(shù)的設置。

7 總結(jié)

PNI 的治療是一個具有挑戰(zhàn)性的臨床課題，患者的神經(jīng)功能恢復往往處于次優(yōu)狀態(tài)。周圍神經(jīng)在損傷后具有內(nèi)在的再生能力，然而神經(jīng)恢復存在有限的時間窗口，許多患者的確診和治療無法在損傷后及時進行，這影響了治療的效果。延遲的手術修復以及大段神經(jīng)缺損的重建手術是當前臨床治療中的常見情況，術后患者的神經(jīng)功能恢復差，難以取得滿意的治療效果。動物實驗和臨床研究表明，低頻電刺激是一種有前途的輔助療法，可在神經(jīng)減壓、直接神經(jīng)吻合和神經(jīng)移植修復術后增強軸突再生和神經(jīng)功能恢復。盡管其分子機制仍需繼續(xù)研究，但使用周圍神經(jīng)電刺激作為手術修復的輔助手段，對于改善PNI 患者的預后已具有越來越重要的作用。由于相關的研究較少，大量的臨床對照研究有待開展，這對于推動電刺激輔助療法運用到臨床治療中至關重要。

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