針灸改善睡眠剝奪后認(rèn)知障礙的神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制研究進(jìn)展

李夢(mèng)琪,王洪峰,王文慧,王朝輝

（長(zhǎng)春中醫(yī)藥大學(xué),長(zhǎng)春 130117）

睡眠剝奪（sleep deprivation,SD）是指由于不同原因造成的睡眠時(shí)間減少,不同程度的SD可對(duì)正常人的認(rèn)知功能造成損害,導(dǎo)致其警覺(jué)減退、學(xué)習(xí)記憶能力下降[1-2],影響日常工作的效率以及準(zhǔn)確性。研究表明,當(dāng)正常人睡眠被剝奪 24 h以上,認(rèn)知能力將下降30%～70%[3]。目前針對(duì)SD引起的認(rèn)知下降尚缺乏有效的治療藥物,而針灸作為一種簡(jiǎn)單有效的治療手段已被證明對(duì)于急慢性 SD均有良好的調(diào)節(jié)作用[4-5]。近年來(lái),針灸在改善SD后的認(rèn)知障礙機(jī)制方面取得了一定的研究成果,本文以“睡眠剝奪”“針灸”“認(rèn)知”“sleep deprivation”“acupuncture”“cognition”為檢索詞,采取主題詞結(jié)合自由詞的方法,檢索中國(guó)知網(wǎng)、維普、萬(wàn)方、CBM、Pubmed、Web of Science、Embase、Cochrane Library數(shù)據(jù)庫(kù)近十年來(lái)（2010年 6月―2020年6月）有關(guān)于針灸改善SD后認(rèn)知功能障礙的文獻(xiàn),具體綜述如下。

1 調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)水平

1.1 降低谷氨酸（Glutamate,Glu）水平

Glu是人腦主要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì),在維持長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)現(xiàn)象（long term potentiation,LTP）的精細(xì)調(diào)節(jié)分子過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用,長(zhǎng)時(shí)間SD可引起腦內(nèi) Glu水平升高[6],導(dǎo)致神經(jīng)元興奮性降低,影響突觸可塑性[7],降低學(xué)習(xí)記憶能力。有研究表明,針刺四神聰?shù)妊纱龠M(jìn)腦部血液循環(huán),促進(jìn)人體對(duì) Glu的合成與吸收,對(duì)交感神經(jīng)興奮的睡眠障礙具有良好的調(diào)節(jié)作用[8]。胡震亞[9]進(jìn)一步研究針刺四神聰?shù)妊▽?duì)SD大鼠的作用機(jī)制,發(fā)現(xiàn)針刺四神聰?shù)妊捎行Ы档秃ｑR區(qū) Glu含量,并且針刺穴位后海馬區(qū)內(nèi)的 Glu轉(zhuǎn)運(yùn)體（EAAT3蛋白）增高,而針刺非穴位組則無(wú)此效應(yīng),提示針刺特定腧穴能通過(guò)調(diào)節(jié)海馬區(qū)Glu水平來(lái)改善認(rèn)知能力,并且這種調(diào)節(jié)可能與 EAAT3蛋白的表達(dá)間接影響海馬內(nèi)Glu水平相關(guān);除海馬區(qū)外,針刺對(duì)下丘腦內(nèi)的 Glu水平也有良好的調(diào)節(jié)作用,韋祎等[10]通過(guò)針刺臍內(nèi)環(huán)穴合失眠穴方改善 PCPA睡眠剝奪模型大鼠,發(fā)現(xiàn)針刺組能顯著下降SD引起下丘腦內(nèi)Glu的異常增高水平,從而緩解大鼠焦慮情緒,提高記憶力。

1.2 調(diào)節(jié)γ-氨基丁酸（gamma aminobutyric acid,GABA）水平

GABA與Glu相互拮抗,是腦內(nèi)的主要抑制性神經(jīng)遞質(zhì),與 Glu共同維持著大腦興奮抑制的相對(duì)平衡狀態(tài)。當(dāng)睡眠被剝奪的時(shí)間較長(zhǎng)時(shí),海馬區(qū)神經(jīng)元受損,GABA含量下降[11-13]。研究表明,針刺可促使皮質(zhì)內(nèi)GABA含量上升,再平衡興奮與抑制,減少神經(jīng)元毒性損害[14],胡震亞[9]通過(guò)針刺調(diào)節(jié)睡眠剝奪7 d后大鼠發(fā)現(xiàn),針刺能提高海馬腦區(qū)GABA含量并改善大鼠的躁狂情緒,提示針灸可能通過(guò)調(diào)節(jié)GABA水平進(jìn)而對(duì)情緒加工處理產(chǎn)生影響;顧媛等[11]對(duì)大鼠進(jìn)行睡眠剝奪 7 d后發(fā)現(xiàn),四神聰電針可預(yù)防大鼠因連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的睡眠剝奪造成的行為記憶下降,其機(jī)制可能是通過(guò)電針提高海馬區(qū)的 GABA含量,這將有助于預(yù)防長(zhǎng)時(shí)程 SD對(duì)海馬區(qū)的神經(jīng)元損傷。

1.3 調(diào)節(jié)多巴胺（dopamine,DA）水平

腦內(nèi)DA主要起興奮作用,且激活的多巴胺D1受體（D1receptor,D1R）能夠增強(qiáng)海馬CA1區(qū)的LTP,對(duì)維持前額葉皮層神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和功能具有重要作用[15],發(fā)生SD后,大鼠海馬和下丘腦內(nèi)DA、D1R受體水平發(fā)生變化,表明SD可通過(guò)影響腦內(nèi)DA及其受體水平使認(rèn)知能力出現(xiàn)障礙[16]。張繼紅等[17]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),電針可明顯改善SD后大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力,其機(jī)制可能與電針提高腦干中 DA含量有關(guān);陸雪等[18]研究發(fā)現(xiàn),SD可導(dǎo)致腦缺血大鼠下丘腦內(nèi)的DA含量升高,而耳針可通過(guò)降低下丘腦的 DA含量改善睡眠,增加腦血流量,抑制腦損傷進(jìn)程。

1.4 調(diào)節(jié)5-羥色胺（5-hydroxytryptamine,5-HT）水平

通過(guò)改變5-HT的釋放和攝取,5-HT及其受體水平變化可影響學(xué)習(xí)記憶能力[19],快速動(dòng)眼時(shí)期SD后大鼠海馬 5-HT含量明顯升高,伴隨著犯錯(cuò)率顯著增加,提示海馬內(nèi)5-HT含量改變可能使SD大鼠中樞產(chǎn)生疲勞感,導(dǎo)致認(rèn)知下降[20]。張繼紅等[17]觀察電針對(duì)SD后學(xué)習(xí)記憶的改善情況,發(fā)現(xiàn) SD后大鼠腦干內(nèi) 5-HT含量顯著增高,學(xué)習(xí)能力下降,但針刺后可有效降低腦干內(nèi)5-HT含量,使大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力顯著提高,表明針刺改善大鼠 SD后學(xué)習(xí)記憶下降的途徑之一可能與腦內(nèi)5-HT下降的表達(dá)相關(guān);顧媛等[11]也發(fā)現(xiàn)連續(xù)睡眠剝奪7 d可導(dǎo)致大鼠行為、記憶能力明顯下降,而針刺可下調(diào)海馬區(qū) 5-HT表達(dá),進(jìn)而緩解記憶力下降趨勢(shì),進(jìn)一步驗(yàn)證了5-HT在針刺恢復(fù)SD后認(rèn)知的重要作用。與海馬等腦區(qū)不同,SD后皮質(zhì)、丘腦中的5-HT的濃度下降,針刺可增加這些腦區(qū)的 5-HT合成速度,如盧巖等[21]利用疏肝調(diào)神針?lè)?針刺百會(huì)、神門、太沖三穴后發(fā)現(xiàn)大鼠的皮質(zhì)、丘腦內(nèi)5-HT合成較睡眠剝奪后明顯增加,提示 SD對(duì)大腦不同區(qū)域內(nèi)的 5-HT影響具有差異性,而針灸對(duì)于異常5-HT濃度的穩(wěn)態(tài)恢復(fù)具有較好的調(diào)節(jié)作用。

2 調(diào)節(jié)神經(jīng)炎性反應(yīng)

長(zhǎng)期SD后,小鼠腦區(qū)內(nèi)的星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞活化,白細(xì)胞介素（interleukin,IL）-2、腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor,TNF）-α等細(xì)胞炎性因子水平升高[22-25],提示SD可引起小鼠腦內(nèi)神經(jīng)炎癥,并造成學(xué)習(xí)和記憶能力的下降[26]。吳建麗等[27]對(duì)電針后SD大鼠免疫炎性因子進(jìn)行含量檢測(cè),發(fā)現(xiàn)電針能顯著提高下丘腦內(nèi) IL-6、TNF-α水平;程少冰[28]檢測(cè) SD后血清IL-1β、IL-6和血漿TNF-α含量變化,發(fā)現(xiàn)針刺可使 IL-1β、TNF-α等升高,并且針刺后大鼠行為記憶以及警覺(jué)性顯著提高,提示 IL-1β、TNF-α等神經(jīng)炎性因子可能是針灸改善SD后認(rèn)知障礙的重要機(jī)制之一,并且針刺治療的時(shí)間越長(zhǎng)效果越明顯,這可能與 IL-1通過(guò)對(duì)神經(jīng)遞質(zhì)的作用及其他細(xì)胞因子影響下丘腦-垂體-內(nèi)分泌系統(tǒng)發(fā)揮作用;此外,楊柳笛[29]還通過(guò)抑制大鼠海馬內(nèi)小膠質(zhì)細(xì)胞的活化和NLRP3炎性小體的表達(dá)來(lái)改善SD導(dǎo)致的大鼠認(rèn)知功能障礙,提示電針可能通過(guò)發(fā)揮抗炎作用從而改善 SD導(dǎo)致的大鼠認(rèn)知下降。

3 調(diào)節(jié)應(yīng)激反應(yīng)

3.1 調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激反應(yīng)

睡眠減少可引起一氧化氮（nitric oxide,NO）濃度升高[30],過(guò)量NO產(chǎn)生的毒性物質(zhì)可誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞凋亡,同時(shí)抑制線粒體功能,產(chǎn)生大量自由基,引起腦神經(jīng)細(xì)胞的損傷,損傷記憶[31]。吳北峰等[32-33]等從分子水平上研究電針對(duì)大鼠SD后氧化應(yīng)激反應(yīng)的調(diào)節(jié)作用,發(fā)現(xiàn)SD后大鼠腦干內(nèi)的神經(jīng)細(xì)胞形態(tài)被破壞、線粒體空泡變性并伴隨著腦干內(nèi)NO明顯升高,超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SOD）活性升高,八肽膽囊收縮素（cholecystokinin octapeptide,CCK8）含量降低,提示 SD后大鼠腦內(nèi)的氧化應(yīng)激明顯,但經(jīng)過(guò)電針治療后,腦干網(wǎng)狀組織內(nèi)NO含量下降、CCK8含量上升、SOD活性降低、神經(jīng)元細(xì)胞形態(tài)恢復(fù)正常,驗(yàn)證了電針對(duì)腦干內(nèi)氧化應(yīng)激的正向調(diào)節(jié)作用,表明電針可通過(guò)降低腦內(nèi)氧化應(yīng)激反應(yīng)來(lái)減少 SD對(duì)大鼠的神經(jīng)毒性作用。其中,NO含量下降可能與針灸的直接調(diào)節(jié)作用相關(guān),也可能是針灸通過(guò)抑制上游CCK8含量進(jìn)而抑制NO的生成,降低氧化應(yīng)激反應(yīng)。

3.2 調(diào)節(jié)下丘腦-垂體-腎上腺軸（hipothalamopituitary-adrenal axis,HPAA）

HPA axis是睡眠-覺(jué)醒機(jī)制的重要環(huán)節(jié),能影響選擇性注意和應(yīng)激反應(yīng),也有利于信息的再現(xiàn)和鞏固,與中樞學(xué)習(xí)記憶密切相關(guān)[34],陳樺等[35]采用針刺聯(lián)合艾灸來(lái)調(diào)節(jié)SD后HPA axis相關(guān)神經(jīng)遞質(zhì)（如促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素、促腎上腺皮質(zhì)激素）、食欲素（orexin）的表達(dá)水平,發(fā)現(xiàn)針灸能顯著降低HPA axis相關(guān)遞質(zhì)和Orexin的表達(dá),其機(jī)制可能是針灸通過(guò)調(diào)控 orexin,進(jìn)而調(diào)節(jié) HPAA,從而降低應(yīng)激反應(yīng)性達(dá)到睡眠穩(wěn)態(tài),有利于記憶的恢復(fù)與鞏固。

4 調(diào)控相關(guān)基因和腦蛋白的表達(dá)

4.1 調(diào)控腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor,BDNF）表達(dá)

BDNF是一種能誘導(dǎo) LTP,對(duì)神經(jīng)元可塑性具有重要作用的關(guān)鍵蛋白[36],但海馬體、大腦皮層、小腦內(nèi)的BDNF水平可隨SD的方法、SD持續(xù)時(shí)間不同而發(fā)生改變[37-39]。劉雁澤[40]采用電針干預(yù)睡眠剝奪4 d后大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力,結(jié)果表明,電針可激活海馬神經(jīng)元內(nèi)的蛋白激酶Acβ-CREB-BDNF/酪氨酸激酶B受體信號(hào)通路,提高學(xué)習(xí)記憶能力,且腧穴配伍的療效要優(yōu)于單個(gè)腧穴;Zheng P等[41]運(yùn)用鎮(zhèn)靜安神針?lè)ㄓ^察 SD 24 h和96 h后海馬體BDNF mRNA水平變化,發(fā)現(xiàn)24 h后BDNF mRNA水平明顯增高,而針灸可以有效降低BDNF mRNA水平,但SD 96 h后,BDNF mRNA水平則明顯下降,而針灸干預(yù)會(huì)相對(duì)增高BDNF mRNA水平,使BDNF水平趨于正常,這提示針灸對(duì)BDNF mRNA水平具有雙向調(diào)節(jié)作用。

4.2 對(duì)其他腦蛋白的調(diào)控作用

除BDNF外,突觸素（synaptophysin,SYP）也參與了LTP的誘導(dǎo)過(guò)程,當(dāng)SYP降低時(shí),信息存儲(chǔ)和處理能力受損[42]。Zheng P等[41]運(yùn)用針刺改善 SD大鼠 SYP mRNA水平,結(jié)果顯示針灸能有效緩解剝奪后的 SYP mRNA下降;此外,雷龍鳴[43]通過(guò)對(duì) SD后大鼠海馬 CA3區(qū)Bal-2、Caspase-3等凋亡因子進(jìn)行檢測(cè),發(fā)現(xiàn)艾灸可有效提高Bal-2蛋白降低Bax蛋白以及Caspase-3蛋白,改善大鼠海馬神經(jīng)細(xì)胞凋亡狀況,從而提高學(xué)習(xí)能力。

5 討論

SD引起的認(rèn)知功能下降與神經(jīng)、生物、免疫調(diào)節(jié)密切相關(guān),近十年關(guān)于針灸改善SD后認(rèn)知狀況的研究表明,針灸能通過(guò)調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)如Glu、DA、5-HT、GABA等維持遞質(zhì)穩(wěn)態(tài);調(diào)節(jié)免疫炎性因子保護(hù)海馬體和突觸結(jié)構(gòu);通過(guò)基因蛋白的調(diào)控進(jìn)而影響 LTP,提高認(rèn)知水平,體現(xiàn)了針灸的多靶點(diǎn)治療作用;另外,通過(guò)對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)類文獻(xiàn)進(jìn)行檢索時(shí)發(fā)現(xiàn)[11,44],檢測(cè)GABA、5-HT、BDNF指標(biāo)時(shí),同一類型的實(shí)驗(yàn)可能得到的研究指標(biāo)結(jié)果相反,提示SD的時(shí)間限定、剝奪的方法和SD的受試人群可能對(duì)研究產(chǎn)生偏倚風(fēng)險(xiǎn),進(jìn)而使研究結(jié)果多樣化,但無(wú)論何種異常,針灸在改善 SD導(dǎo)致認(rèn)知下降時(shí)的調(diào)節(jié)效應(yīng)都具有雙向性,即針灸可使機(jī)體內(nèi)紊亂的神經(jīng)、生物、免疫環(huán)節(jié)趨于穩(wěn)態(tài),恢復(fù)機(jī)體原有的認(rèn)知狀態(tài)。

5.1 存在的問(wèn)題

但是值得注意的是,在現(xiàn)今的研究中,仍存在一定的問(wèn)題,①各研究間的實(shí)驗(yàn)方案不同,個(gè)體間存在差異,結(jié)果是否具有同質(zhì)性有待于進(jìn)一步驗(yàn)證;②上述實(shí)驗(yàn)中,每組實(shí)驗(yàn)的樣本量均未超過(guò) 20,屬于小樣本量研究,缺乏實(shí)驗(yàn)研究的準(zhǔn)確性和可靠性;③對(duì)于針灸改善SD的認(rèn)知能力的研究機(jī)制,主要以動(dòng)物為主,臨床試驗(yàn)極少,且對(duì)于認(rèn)知能力的改善主要集中在學(xué)習(xí)記憶方面,其他方面如執(zhí)行能力、警覺(jué)等報(bào)道也較少;④SD引起認(rèn)知下降的機(jī)制已經(jīng)深入到多類神經(jīng)遞質(zhì)、多類基因蛋白、信號(hào)分子通路、離子通路以及腦結(jié)構(gòu)改變等方面,而針灸對(duì)于SD導(dǎo)致的認(rèn)知下降作用機(jī)制仍不完善。

5.2 展望

針對(duì)這些問(wèn)題,未來(lái)的實(shí)驗(yàn)（試驗(yàn)）方案應(yīng)著重注意以下幾個(gè)方面,①制定具有科學(xué)性的實(shí)驗(yàn)（試驗(yàn)）方案,將SD的時(shí)間、SD制作模型、性別等作為實(shí)驗(yàn)的偏倚因素,設(shè)置多組平行實(shí)驗(yàn),減少實(shí)驗(yàn)本身原因所造成的結(jié)果偏差;②根據(jù)已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,估算樣本量,積極實(shí)施大樣本量的實(shí)驗(yàn)研究,以確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性;③充分開展有關(guān)于針灸治療SD認(rèn)知下降的臨床試驗(yàn),借助rs-fMRI和EEG、磁共振波譜學(xué)等現(xiàn)代腦影像技術(shù),從定量和定性的角度進(jìn)一步探討腦內(nèi)物質(zhì)代謝水平變化、各個(gè)腦功能區(qū)內(nèi)部變化以及功能區(qū)之間的連接性[45-46]?？梢灶A(yù)見(jiàn),SD導(dǎo)致的認(rèn)知下降將是今后研究的熱點(diǎn),深入探索針灸治療SD后認(rèn)知下降的作用機(jī)制,將為SD后認(rèn)知損傷的評(píng)價(jià)和防護(hù)提供現(xiàn)實(shí)理論依據(jù),有利于進(jìn)一步提升針灸預(yù)防和治療SD認(rèn)知下降的臨床應(yīng)用水平。