针刺在防治术后认知功能障碍中的机制研究进展

【综述】

术后认知功能障碍（postoperative cognitive dysfunction, POCD）是一种以记忆力减退、信息处理能力下降和注意力下降为特征的术后并发症（如情绪和人格的改变），使老年患者的生活质量受到严重威胁 。2018年，各国麻醉学及神经学专家组将POCD更名为围手术期神经认知障碍（perioperative neurocognitive dysfunction, PND） 。根据PND发病时间和严重程度的不同，将PND分为5个亚类：术前已存在的认知功能改变、术后谵妄、神经认知恢复延迟、轻度认知功能障碍、重度神经认知障碍。但因PND涉及范围较广，目前研究尤其在基础研究中并未得到广泛认识，所以本综述将继续采用原来的命名POCD。POCD为麻醉学界研究的前沿热点问题之一，目前尚无有效的防治措施。近年来循证医学证据表明，针刺具有神经保护作用 ，可有效防治POCD，本文通过回顾近年针刺在POCD领域内相关研究，综述针刺主要通过以下途径来改善POCD。

1.1　调节胆碱能抗炎途径（cholinergic anti‑inflammatory pathway, CAP）

CAP的作用机制是通过刺激迷走神经促进乙酰胆碱（acetylcholine, ACh）的产生，使其与巨噬细胞或小胶质细胞膜上的α7烟碱型乙酰胆碱受体（α7 nicotinic acetylcholine receptor, α7nAChR）相互作用，调控下游的NF‑κB信号通路，并抑制促炎因子的产生和促进抗炎因子的分泌 。中枢胆碱能系统的正常运作对脑内学习记忆的形成是必不可少的，突触前的α7nAChR调节神经递质的释放，而突触后的α7nAChR通过调控细胞内炎性信号转导级联反应参与学习、记忆和情绪改变等过程 。Gong等 研究发现，α7nAChR激动剂可以逆转由创伤引起的神经炎症反应，并改善POCD。Zhang等 研究发现，胫骨骨折固定术后小鼠前额叶皮质中ACh转移酶蛋白质水平降低，表明基底皮质系统的胆碱能神经元参与了工作记忆，导致中枢胆碱能系统受损进而无法有效抑制神经炎症。

Liu等 研究发现，针刺百会穴（GV20）、内关穴（PC6）和合谷穴（LI4）可改善肝切除术诱导POCD模型大鼠的学习记忆能力，并观察到海马中α7nAChR受体数量增多以及TNF‑α和IL‑1炎性因子水平降低。提示针刺可以激活α7nAChR（胆碱能抗炎依赖性途径），从而起到对POCD大鼠的神经保护作用。Lee等 研究表明，在POCD大鼠模型中，针刺神门穴（HT7）可减少对胆碱能神经元的损害，并通过调节cAMP反应元件结合蛋白（cAMP‑response element binding protein, CREB）和脑源性神经营养因子（brain‑derived neurotrophic factor, BDNF）表达而起到神经保护作用。胆碱乙酰基转移酶（choline acetyltransferase, ChAT）参与ACh的合成、储存和释放，因此被用作海马CA1区胆碱能神经元损伤的标志物。在大脑中动脉栓塞诱发的大鼠脑缺血模型中，激光针刺治疗改善了大鼠的空间学习和记忆能力，并恢复了海马CA1区的ChAT活性 。

1.2　调控小胶质细胞活化，抑制神经炎症

在健康的大脑中，小胶质细胞处于静止状态并呈分支状，监视大脑局部微环境并检测中枢神经系统损伤 。一些危险信号（包括病原体入侵、炎症反应和异常蛋白质积聚）可激活小胶质细胞从静止状态转变为呈变形虫样的活化状态。活化的小胶质细胞在保护神经系统的同时具备一定的神经毒性。麻醉或手术创伤后引起的外周性炎症反应会削弱血脑屏障防御能力 。ATP、损伤相关蛋白和细胞炎性因子将会从损伤部位泄漏导致全身性炎症反应增加，通过破坏的血脑屏障进入大脑并激活小胶质细胞，引起中枢神经炎症反应。

Feng等 研究发现，针刺GV20和大椎穴（GV14）可以通过抑制小胶质细胞Toll样受体（Toll‑like receptors, TLR）途径激活来降低海马神经炎症，从而减轻老年大鼠的POCD，观察到针刺治疗后海马区小胶质细胞上的TLR4和TLR2表达降低，并伴随着海马中促炎细胞因子IL‑1β、IL‑6、TNF‑α和高迁移率族蛋白（high‑mobility group protein, HMGB1）的水平降低。在脓毒症制备的POCD大鼠模型研究中得出相同结果，针刺GV20和足三里（ST36）穴位可通过抑制小胶质细胞活化和炎症反应来改善大鼠的空间学习和记忆能力减退 。微RNA（microRNA, miRNA）‑124是大脑中调节小胶质细胞功能最丰富的miRNA之一。研究表明，miRNA‑124/囊泡相关膜蛋白3（vesicle‑associated membrane protein 3, VAMP3）通路参与手术诱导的小胶质细胞活化，针刺治疗可特异性增加下丘脑和海马中miRNA‑124的表达。miRNA‑124表达增加，同时VAMP3表达减少，导致与手术后小胶质细胞活化相关的炎性细胞因子IL‑6和TNF‑α释放减少 。

衰老会削弱人体的防御机制，并导致小胶质细胞形态特征不可逆转的退化。研究表明，衰老与POCD之间存在密切关联，认知功能障碍也会在健康老人中出现 。在衰老的大脑中，小胶质细胞的活化和敏感性增加被怀疑与NOD样受体蛋白3（nod‑like receptor pyrin domain‑containing 3, NLRP3）启动有关 。针刺可以抑制小胶质细胞活化已经得到验证，而针刺是否调控NLRP3通路抑制小胶质细胞活化从而改善POCD需要进一步研究证实。

氧化应激是指人体内自由基的产生和清除在正常生理状况下维持着一种动态平衡，一旦这种自由基积累增加或自由基清除剂（抗氧化剂）功能损坏，会使这种动态关系失衡 。外科手术创伤就会使这种动态关系失衡，导致活性氧（reactive oxygen species, ROS）产生，并诱导细胞损伤或细胞凋亡。已有研究证明，外科手术创伤会在患有POCD的啮齿类动物的海马中诱导氧化应激，从而参与POCD的发病 。超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）是最关键的抗氧化酶。ROS会因脂质过氧化作用而引起细胞损伤。脂质过氧化的最终产物丙二醛（malondialdehyde, MDA）用于反映脂质过氧化的程度。

临床研究证实，针刺可以降低急性微创冠状动脉旁路移植术氧化应激水平。基础研究中也得到了相同结论，Liu等 研究发现，电针治疗组大鼠海马MDA降低，SOD增高。证实针刺可通过减轻脑缺血/再灌注损伤大鼠海马中ROS和MDA的异常升高来抑制氧化应激，从而改善脑缺血/再灌注损伤引起的POCD 。Han等 研究发现，脂多糖损害小鼠的学习工作和空间记忆，可以通过针刺处理减弱这种损害。研究人员观察到针刺治疗组小鼠MDA和过氧化氢水平处于增长态势，且与氧化应激相关的各项炎性因子（IL‑1β、IL‑6、TNF‑α）水平呈现出明显的抑制趋势。

有研究显示，氧化应激受到核因子红系2相关因子2（nuclear factor erythroid‑derived 2‑related factor 2, Nrf2）‑抗氧化反应元件（antioxidant response element, ARE）信号转导通路的负调控 ，而针刺在帕金森病小鼠模型中通过Nrf2‑ARE信号转导显示出抗氧化作用 。POCD患者是否通过针刺调节海马Nrf2‑ARE信号转导来抑制氧化应激尚需进一步研究证实。

S‑100β蛋白已被用作各种疾病中神经元损伤的标志物之一 。临床前研究证实，脑脊液和血液中S‑100β蛋白水平在神经系统损伤后均上升，且S‑100β蛋白可通过调节小胶质细胞晚期糖基化终末受体（advanced glycation end products, AGEs）信号引发中枢神经炎症，而RAGE信号通路可通过NF‑κB信号上调炎性细胞因子，因此，POCD患者脑脊液或血液中可能伴随着S‑100β蛋白升高 。Zhang等 通过对脊柱手术的老年患者进行研究发现，EA组术后1 h简易精神状态检查量表（Mini‑Mental State Examination, MMSE）评分升高，皮肤切开术后1 h血清IL‑6、IL‑10和S‑100β浓度较对照组降低，差异有统计学意义。林舜艳等 在颈动脉内膜剥脱术中也发现，针刺GV20、PC6、ST36可抑制S‑100β蛋白升高，从而改善患者POCD。

神经特异性烯醇化酶（neuron specific enolase, NSE）是在神经元和神经胶质细胞中发现的一种糖酵解酶，是用以评定神经元损伤程度的定量定性标志物 。既往临床研究证实 ，POCD患者术后血清NSE水平较术前升高，提示血清NSE高水平与POCD密切相关。陈晓燕 研究发现，在腹腔镜胆囊切除术中，针刺复合全身麻醉药物可以降低患者血浆中NSE浓度，改善患者POCD。与李晓征等 所得研究结果相互印证，针刺可减轻髋关节置换术引起的中枢神经各类损伤，进而降低术后认知功能减退程度，针刺治疗组NSE 浓度在术后6~48 h较对照组低，S‑100β蛋白浓度在术后各时间点都较对照组降低。

突触是生物体内各个神经元之间传递信息并将特定“指令”发放至具体细胞的关键链接点 。突触可塑性、突触相关蛋白或突触传递的神经介质功能障碍都会使这种神经冲动传导中断，会使不同脑区之间的指令性通道关闭，进而引起神经系统功能紊乱、学习和记忆功能减退。

Liu等 研究发现，针刺可以缩短POCD模型小鼠逃逸潜伏期并增加穿越平台的频率，观察到电针治疗组海马CA1锥体细胞的树突棘密度和突触数量较对照组明显增加，其机制可能是电针通过介导miRNA‑134/LIM激酶信号通路增强了POCD小鼠海马突触性。

NMDA受体是兴奋性氨基酸神经传递的基础，对于认知功能至关重要。Zhang等 研究发现，针刺可以通过调控兴奋性氨基酸谷氨酸浓度，下调NMDA受体数量来抑制Ca2+介导的神经毒性，从而发挥神经保护作用，减少缺血/再灌注损伤引起的认知功能障碍。

BDNF和胶质细胞源性生长因子（glial cell line‑derived neurotrophic factor, GDNF）是神经元与神经胶质细胞分泌的两个重要的神经营养因子，对于控制机体的神经发育、神经信息传递、突触可塑性、细胞分化等各个环节而言都是必不可少的先决因素。Sies 研究也证实针刺可以通过增加BDNF和GDNF的分泌来改善肝切除术诱导POCD模型大鼠的学习和记忆能力。

微生物菌群肠‑脑轴是胃肠道和中枢神经系统之间存在的双向信号转导通路。目前越来越多对POCD的研究都聚焦在微生物菌群肠‑脑轴，围手术期相关因素（包括手术本身、抗生素或阿片类药物的使用）会导致肠道微生物菌群紊乱 ，相关机制可能是肠道微生物菌群通过触发炎症反应、氧化应激水平升高和线粒体功能障碍使得微生物菌群肠‑脑轴功能紊乱，从而导致POCD 。

针刺在调节微生物菌群脑‑肠轴稳态方面发挥着一定的作用。Wei等 研究发现针刺和艾灸改善了溃疡性结肠炎制备的小鼠模型肠道菌群的丰度和多样性。Jang等 研究发现，针刺ST36可以改善帕金森病小鼠的运动功能障碍，具有降低黑质及纹状体内胶质细胞活性的作用，避免因过度激活而引起不可调节的神经毒性。此外，通过16S rRNA高通量测序，研究人员观察到与对照组相比，针刺治疗组小鼠上调了有益菌的丰度，抑制了有害菌的繁殖。

维持肠道菌群的丰度和多样性可以避免肠道内的各种细菌、毒素损伤肠黏膜，并触发各种炎症反应释放各种炎性因子激活脑内小胶质细胞导致的神经系统功能障碍。虽然还未见针刺通过调节肠道菌群肠‑脑轴途径改善POCD的相关研究报道，但也为POCD患者是否通过针刺抑制炎症反应、氧化应激水平、免疫应答反应来调节肠道菌群提供了新的研究方向。如果在这一研究领域有所突破，将会为明确针刺改善POCD的相关机制作出重要贡献。

针刺具有不良反应少、效果确切、适应证广泛等优点。在作用机制方面，针刺可能参与了不止一种POCD的病理生理过程，一方面，与其他单一目标疗法相比，多靶点效应是针刺防治POCD的优势；但另一方面，研究人员很难确定哪种特定的机制在治疗中起主要作用。同时，也应该关注到针刺防治POCD的有关研究还存在两大问题：针刺的穴位配伍、作用时间、频率选择等缺乏统一的标准；针刺防治POCD的研究大多数还仅仅停留在机制研究，没有辅以大样本、多中心的临床研究进行临床效果佐证。未来探寻针刺防治POCD的研究可以借助循证医学的帮助，通过开展足够数量的样本试验，辅以前瞻性临床验证，进一步扩大针刺防治POCD的临床应用范围。