基于雪旺细胞机械生物学探讨针刺在神经修复中的作用机制*

赵阳，马铁明

1 辽宁中医药大学 辽宁沈阳 110847

2 辽宁中医药大学针灸推拿学院 辽宁沈阳 110847

神经损伤包括中枢神经损伤和周围神经损伤，与中枢神经不同，周围神经具有自我修复能力，因此周围神经修复相关研究成果可以作为中枢神经修复的理论基础。大量临床研究表明针刺疗法能够加快周围神经损伤疾病患者的康复速度，且预后良好。目前科学界普遍认为雪旺细胞的增殖和迁移在神经修复过程中发挥重要作用，其细胞膜上的钙黏蛋白1（CDH1）作为黏附蛋白协调多个通路共同完成该过程。笔者查阅文献发现一新兴学科——机械生物学，它主要研究物理和机械信号如何被细胞、组织、器官感知，并在特定的细胞反应中转化。其中提出CDH1等黏附分子可以视为物理信号传感器——使局部细胞组织感受外界环境刚度变化从而做出相应理化反应。针刺作为中医的一种传统疗法在多种疾病的治疗中发挥积极作用，其通过物理刺激治疗疾病的方式与机械生物学研究领域极其相近，有必要将机械生物学现有的研究成果引入到针刺机制研究中，进一步阐明针刺疗法的干预机制。

雪旺细胞机械生物学与神经修复

雪旺细胞的机械生物学可以受到细胞外和细胞内信号的影响，其中特别重要的调节因子包括细胞外基质、黏附分子、YAP/TAZ信号和皮质细胞骨架。其中黏附分子做为中心环节调控上述调节因子，CDH1是雪旺细胞膜上的主要黏附蛋白，它们优先以亲同性的方式与自己相互作用，该机制叫黏附作用。目前研究表明，CDH1通过3条通路调控雪旺细胞的机械生物学，具体为黏附结通路（AJ）、河马信号通路（HIP-PO）、Rap1信号通路。

1 黏附结通路（AJ）维持修复环境稳态

黏附结通路（Aj）能够启动和维持细胞-细胞黏附，调节底层肌动蛋白细胞骨架的组织，并建立细胞信号传递和基因转录调节的中枢[1]。其中CDH1作为经典的黏附蛋白，是组成Aj的主要跨膜蛋白类型，包含五个胞外钙粘蛋白重复结构域，倚赖钙离子与相对细胞表面上的钙粘蛋白结合[2]。CDH1胞质域与犰狳蛋白家族成员β-连环蛋白和α-连环蛋白形成三元复合物；反过来，α-连环蛋白以力依赖的方式与肌动蛋白结合[3]。这种钙粘蛋白-连环蛋白复合物也与微管相关[4]。CDH1黏附作用通过机械敏感蛋白纽蛋白的募集得到加强，该蛋白与α-连环蛋白的力依赖性构象结合[5-6]。机械力将CDH1三元复合物连接到肌动蛋白细胞骨架上，并增强细胞间的黏附，这强调了组织的机械环境在调节细胞-细胞连接的结构和功能中的重要性。

2 河马信号通路（HIPPO）促进损伤组织细胞增殖

HIPPO信号的发现起源于果蝇肿瘤抑制基因的鉴定：当基因被突变失活时，会导致过度生长的表型。而近20年来，HIPPO信号通路对细胞的产生和器官的生长越来越受到重视，现在它被认为是细胞理化环境信号的主要整合者。有研究表明除了在细胞-细胞黏附中的作用之外，CDH1介导的细胞-细胞接触直接调节河马信号通路以控制细胞增殖[7]。其中在高细胞密度时，激活的LATS1/2磷酸化转录辅激活因子YAP和TAZ，促进其细胞质定位，导致细胞凋亡并限制器官大小过度生长。当HIPPO通路在低细胞密度下失活时，YAP/TAZ转入细胞核，与转录增强因子（TEAD/TEF）家族的转录因子结合，促进细胞生长和增殖[8-10]。

3 Rap1信号通路增强细胞再生、迁移、黏附

RAP1是一种ras样的小磷酸鸟苷（GTP）结合蛋白，在细胞黏附中起重要作用。鸟嘌呤核苷酸交换因子（GEFs）通过促进鸟苷介导RAP1活化二磷酸（GDP）到GTP交换。失活受到影响通过特异的GTPase激活蛋白（GAPs），增强RAP1的内源性GTPase活性[11]。有研究表明细胞纤维蛋白黏附需要Rap1、GTP[12]。Rap1介导的GDP-GTP循环是正常胞质分裂所必须的[13]，CDH1作为重要成员之一可以激活RAP1通路促进这一进程。其具体过程是CDH1与β-连环蛋白结合产生Rap鸟嘌呤核苷酸交换因子1（GRF2），GRF2可以直接参与到GDP-GTP的转化过程[14]。有研究表明，持续保持活性的RAP1对神经突触生长过程至关重要[15]，此外该通路还与细胞迁移、细胞附着力、细胞形态有关[16]。

综上，神经修复过程中AJ通路激活能增强细胞黏附效应启动HIPPO通路促进细胞增殖，同时RAP1通路参与该过程发挥重要作用。CDH1作为3条通路的启动子调控这个环节，它通过感受物理刺激使雪旺细胞依托肌动蛋白细胞骨架增强损伤组织细胞间、细胞与基质黏附作用，激活HIPPO通路促进转录因子YAP/TAZ的入核运动使细胞增殖基因高表达，持续激活RAP1通路参与多个环节调控细胞黏附、增殖和迁移作用。

针刺通过雪旺细胞机械生物学促进神经再生的机制分析

1 针刺促进神经再生

外周神经损伤的修复是一个复杂的过程，通常认为雪旺细胞的增殖起决定作用[17]。它可以分泌神经生长因子（NGF）增强髓鞘碎片清除[18]，参与bungner氏带的形成引导轴突再生[19]，与神经修复的各个环节密切相关，因此雪旺细胞的大量增殖、迁移在神经修复过程中是一个不可或缺的过程。此外，雪旺细胞又被称为机械生物学的“演绎者”，作为人体中最大的细胞之一它是机械生物学最主要的研究对象[20]，已经发现它对周围环境硬度十分敏感受到物理刺激后会产生一系列的细胞与分子变化，其中CDH1等黏附因子被视为机械刺激的感受器[21]。

针刺主要通过影响神经元、轴突再生以及神经再生微环境来修复周围神经损伤[22]。在一项关于针刺治疗坐骨神经损伤的研究中发现[23]，针刺调控坐骨神经损伤的机制与促进雪旺细胞增殖和上调神经生长因子相关。前文中提过的HIPPO通路可以调控细胞增殖，且该通路对机械刺激敏感，这对针刺治疗周围神经再生提供强有力的证据，已经有研究表明缺乏YAP和TAZ的雪旺细胞不能正常增殖，也不能为发育中的周围神经提供髓鞘[24]。此外通路之间直接存在相互联系，KEGG显示HIPPO通路与TGF-β信号通路和Wnt信号通路共同参与细胞抗凋亡基因和促增殖基因的表达。而针刺能调控另两种通路已经被大量证实[25-26]，由此我们可以推测在针刺治疗神经损伤时，雪旺细胞上CDH1这类有机械敏感性的黏附因子感受针刺刺激，直接激活AJ、HIPPO、RAP1通路，这些通路又通过相关因子间的互相作用调动起其他通路，共同参与到细胞的增殖、分化、迁移过程，并且通过分子作用释放相关神经营养因子促进周围神经再生。

2 针刺调控雪旺细胞机械生物学机制分析

目前关于机械生物学的大部分研究都源于体外研究，基于对细胞环境刚度的操控，但对机械环境的体内操控则更具挑战性。而作为一种直接干预人体的治疗方式——针刺已经在我国传承了上千年，随着针刺研究的不断深入，我们知道它能够对机体分子层面上多种物质进行调控。而针刺对雪旺细胞机械生物学的调控主要通过对CDH1的调控和相关机械传导途径完成，具体机制如下。

2.1 针刺调控CDH1增强雪旺细胞黏附作用 CDH1作为一种经典钙黏蛋白，除了雪旺细胞还普遍分布在机体的各个组织器官中，它主要依靠钙离子发挥黏附作用[27]。在机械生物学相关研究中发现，CDH1不仅能承受张力，还能感知机械力，并以肌动球蛋白依赖的方式在细胞间传递这种张力，以扩大连接的大小和复杂性[28]。由此我们可以知道机械刺激与钙离子共同调控CDH1黏附作用（雪旺细胞黏附作用主要靠CDH1完成），并以此促进神经再生。

针刺作为一种直接用金属针具刺入人体特定穴位的疗法，我们可以将其视为一种来自人体外的机械力，通过针灸器具改变了选取穴位局部组织环境钢度，有研究证明[29]深刺环跳穴治疗坐骨神经损伤大鼠效果优于浅刺，原因可能是深刺组距离神经组织更近，能更大限度改变神经组织环境刚度。而CDH1能够识别这种组织环境刚度的改变发挥黏附效应，且具有感知机械力的作用，在机械生物学中它作为黏附因子被称为“物理信号感受器”，而在针灸学的领域中，我们完全可以将这种感知物理信号即针刺信号的能力视为针灸学领域中的“针刺信号感受器”。

有关Ca2+方面，科研工作就经络腧穴与Ca2+相关性进行了大量研究，发现生理状态下经穴处Ca2+分布有特异性[30]、病理状态下Ca2+会发生疾病相关的特异性改变[31]，并且发现针刺能够使钙离子重新分布[32]。由此我们可以知道，针刺治疗外周神经损伤类疾病机制之一是针刺能聚集钙离子促进CDH1黏附作用，并以此为针刺信号到生物信号转变起点，进一步推动相关通路完成后续生物学效应，从而达到对周围神经损伤的修复。

2.2 针刺调控CDH1相关机械传导途径 有关雪旺细胞机械传导途径，肌动球蛋白细胞骨架的反应以及局部黏附信号的激活诱导了几种机械转导途径，其中著名的就是YAP/TAZ这两个HIPPO通路上的转录激活因子[33]。

HIPPO通路是能够调控细胞增殖的重要通路。在一项针对针刺疗法对子宫内膜容受性的研究[34]中发现针灸疗法可以促进子宫内膜受性（ER），为体外受精-胚胎移植做准备，在该过程中针刺可以通过HIPPO通路发挥作用[35-36]，下调干扰素基因从而增加雌激素受体。细胞的增殖除关乎机体器官组织的发育、维持正常生理功能外，还影响肿瘤、炎症等病理反应。一项关于针刺治疗慢性前列腺炎/慢性盆腔疼痛综合征（CP/CPPS）的研究[37]表明，针灸有抗炎作用，并且抗炎效果与YAP/TAZ的表达相关，说明针刺通过影响HIPPO-YAP/TAZ通路干预炎症反应，且这种干预是良性的。神经损伤类疾病常并发炎性，

在炎症反应早期有一个炎症细胞募集并大量分化、复制的过程，通常这个过程被称之为前炎症反应[38]，针刺通过调控HIPPO通路来完成抗炎机制可能是HIPPO作为机械敏感途径感受针刺刺激，促进转录因子YAP/TAZ入核运动，促进炎症细胞的。由此我们可以得出结论，YAP/TAZ作为受HIPPO通路调控的重要转录因子，它能够干预前炎症反应，通过减少炎性细胞的增殖来抑制炎性因子的分泌，有利于神经损伤伴炎性疾病的康复。值得一提的是，针刺对RAP1通路调控的机制与黏附结通路相似，因为它与Ca2+通过调节各种细胞类型中整合素和其他黏附分子的功能，在控制细胞-细胞和细胞-基质相互作用中起主导作用[39]，推测针刺是通过对Ca2+的调控完成对RAP1通路的控制。

结 语

综上所述，CDH1可以视为针刺信号感受器，通过它的黏附作用可以完成物理信号到化学信号的转变。其黏附作用可以直接激活AJ、HIPPO、RAP1信号通路。因为神经修复过程需要雪旺细胞的增殖、迁移以及相关的细胞因子作用，所以针刺治疗神经损伤疗效取决于雪旺细胞上CDH1能否感受针刺刺激并使雪旺细胞表达抗凋亡、促增殖基因，此外针刺治疗炎性疾病也与此相关。由此可见，CDH1的黏附效应与针刺治疗神经损伤类疾病密切相关，它能正常发挥作用并激活下行通路是神经修复的必要条件。最后通过本文可知，针刺治疗神经损伤时CDH1可以视为一个感受针刺刺激的起始靶点，通过它激活相关通路来促进损伤神经组织细胞再生与抗凋亡基因表达加速神经修复进程，笔者认为机械生物学所研究的物理信号传感器和相关物理信号传导途径是针刺机理研究的新方向。