摘要

 

目的：本研究旨在探讨足三里处长期植入电极(EA)对TNBS诱导的大鼠结肠炎症的影响及其机制。

方法：大鼠直肠内注射TNBS后，给予假电针、EA1/EA2(两组参数)治疗3周。以疾病活动性指数(DAI)、大体和微观病变、TNF-α、IL-1β和IL-6水平作为炎症反应的评价指标。通过心率变异性分析确定自主神经功能。

结果：(A)EA1/EA2治疗组迷走神经活动均显著增加，(B)DAI在EA1和EA2治疗组均显著降低，且EA2比EA1更明显(P<0.05)；(C)假电针组宏观病理评分为6.4±0.6分，EA1组为4.9±0.1分(P<0.05)，EA2组为4.0±0.2分(均P<0.05)。组织学评分假电针组为4.05±0.58分，EA1组为3.71±0.28分(P>0.05)，EA2组为3.0±0.3分(P<0.01)；(D)EA2组中TNF-α、IL-1β和IL-6水平显著降低。

结论：足三里处的电刺激通过自主神经机制抑制促炎细胞因子，从而改善TNBS诱导的大鼠的结肠炎症。

关键词：自主神经功能，生物电子医学，电针，肠道炎症，神经调节，溃疡性结肠炎

 

 

前言

 

1.最近报道表明自主神经功能与炎症密切相关，例如迷走神经刺激会影响炎症。

2.虽然当前的临床和基础研究论文中已经发表了穴位电刺激(EA)对迷走神经活动的影响，但仍然缺乏对其疗效(尤其是对于可植入装置)以及其对炎症性肠病(IBD)治疗机制的探究。

3.因此，这篇研究集中探讨两个问题：(A)研究电针的作用，优化刺激参数(B)电刺激改善结肠炎症作用的机制；我们发现，电刺激足三里穴可以通过自主神经机制抑制促炎细胞因子，从而改善TNBS诱导的大鼠结肠炎症。

实验 1:短暂性电刺激对自主神经功能的影响

空白组大鼠作为对照组，HRV的频谱分析来评估自主神经功能。

两组不同的参数的电针(EA1和EA2)以随机顺序进行两轮实验。EA1(25 Hz，2秒开，3秒关，0.5 ms，4.0 mA)在先前的研究中被使用并被证明可以增加迷走神经活动。EA2(5 Hz，10秒开，90秒关，0.5 ms，4.0 mA)用于迷走神经兴奋。在每次实验中，记录禁食状态下30分钟、电针期间30分钟和电针后30分钟的心电图。两轮实验至少相隔4天。EA是通过使用通用脉冲发生器(型号DS8000；World Precision Instruments)的慢性植入EA电极进行的。在电刺激过程中仔细监测动物的行为。

实验2：长期电针的疗效以及起效机制

将大鼠单独安置在一个BioDaq系统中，该系统可以自动测量食物摄入量。EA1组通过双侧足三里的定时植入电极每天接受电刺激，时间为3小时(从上午9：00到12：00)，参数设置为EA1，在此期间将动物放入由小金属条制成的透明限制器中。允许动物稍微移动但不能转身。EA2组除参数设置为EA2外，接受相同的处理。EA1和EA2组大鼠在给予TNBS处理前给予电刺激预处理3小时。假电针组除刺激输出设置为0外，其余步骤相同。治疗持续3周。

实验流程图：

 

 

自主神经功能评价方法

 

实验2中，分别在实验的第0、7、14、21天的电刺激开始前，电刺激中，电刺激后进行心电图记录。在实验1和实验2中，自主神经功能都是通过心电图中心率变异性（HRV）信号来判断的。HRV信号功率谱的低频成分(0.04~0.15 Hz)主要反映交感神经活动，高频成分(0.15~0.50 Hz)反映纯粹的副交感或迷走神经活动。

 

电刺激对正常大鼠自主神经功能的影响。A，对迷走神经活动的影响；B，对交感神经活动的影响；C，对交感迷走神经平衡的影响。

 

不同治疗方法对每日疾病活动指数的影响。EA1和EA2明显降低DAI评分。

 

与假电针相比，长期的电刺激治疗可以显著降低结肠粘膜损伤指数评分。

 

不同治疗方法对结肠组织损伤的影响。A-E，长期电刺激缓解TNBS诱导的结肠炎组织学和组织学评分。显微照片(放大倍数×100和×400)代表结肠组织的H&E染色玻片。

 

与对照组相比，长期电刺激显著降低促炎细胞因子：TNF-α、IL-1β和IL-6的释放，降低结肠组织髓过氧化物酶活性。

 

长期电刺激显著增加迷走神经活动，降低交感神经活动。A，第1周；B，第2周；C，第3周；1，迷走神经活动；2，交感神经活动。

 

 

讨论

 

本研究表明，在足三里穴经长期植入电极进行电刺激可以降低TNBS诱导的结肠炎大鼠的DAI，改善日常摄食量，减少宏观和微观损伤，抑制结肠中MPO的活性。通过自主神经调节，电针抑制一些促炎细胞因子的释放，并改善由TBNS引起的交感迷走神经功能失衡。EA2是治疗癫痫/抑郁的迷走神经刺激中常用的一组参数，在改善TNBS诱导的结肠炎方面比EA1更有效。

足三里穴处电刺激实施了两组不同的参数，对宏观和微观病变产生相似的效果。TNBS引起的宏观病变不仅限于结肠粘膜和固有层，如水肿、充血、肠壁增厚、粘膜糜烂、溃疡，而且还延伸到穿透壁溃疡。在对照组大鼠中，在结肠中观察不到任何迹象或只观察到非常低水平的宏观和微观病变；而在TNBS治疗的大鼠中，结肠中有明显的炎症和白细胞浸润。相比之下，EA1改善了宏观和微观特征，而EA2显著改善了宏观和微观特征。这些发现提示足三里穴的长期电刺激治疗肠道炎症的潜力。

本研究对电刺激对炎性细胞因子的影响进行了综合分析。促炎细胞因子的过度产生通常被认为在IBD的发生和持续中起重要作用。TNF-α对于TNBS结肠炎中Th1反应的启动和持续是必需的，并且TNF-α拮抗剂已用于治疗IBD，效果良好。IL-1β和IL-6在活动性IBD中也升高，并且在IBD的发病中也起重要作用。电针降低TNBS处理大鼠结肠组织中IL-1β含量，TNF-α，IL-1β和IL-6的水平。本研究中，EA1和EA2两种方法均能X显著降低TNF-α，IL-1β和IL-6的水平，EA2对这些促炎细胞因子的抑制作用更强。这些发现证明了电刺激干预这些促炎细胞因子的机制。虽然没有对自主神经进行电刺激治疗，但本研究的结果通过HRV频谱分析揭示了自主神经机制。交感-迷走神经平衡在调节炎症中起重要作用。内毒素或促炎细胞因子可激活迷走神经传入纤维，引起下丘脑-垂体-肾上腺抗炎反应。在IBD动物模型中，已证明迷走神经电刺激(VNS)可通过胆碱能途径抑制炎症反应。最近对迷走神经作为肠道炎症调节器的作用进行了综述。有趣的是，在这项研究中，电刺激在足三里穴显示出了对自主神经功能的深刻和一致的影响(短暂和长期)，类似于直接迷走神经刺激。在最初的研究设计中，刺激参数的选择是基于它们对迷走神经活动的影响。据报道，EA1可以增强功能性胃肠疾病患者的迷走神经活动，而EA2可以改善治疗结肠炎时的迷走神经活动。正如预期的那样，这两组参数的电刺激改善了迷走神经活性，抑制了交感神经活动，并改善了交感神经-迷走神经平衡。与已知VNS涉及胆碱能抗炎途径的机制类似，本研究中观察到的电针的抗炎作用也被认为是通过激活迷走神经传出和在结肠中释放乙酰胆碱介导的，从而抑制了促炎细胞因子的产生。

结论

 

总之，足三里穴电刺激可通过自主神经机制抑制促炎细胞因子，从而改善TNBS诱导的大鼠的结肠炎症。临床研究有必要探索这种非侵入性电刺激治疗IBD的潜力。

 

参考文献：Jin H, Guo J, Liu J, et al. Autonomically mediated anti-inflammatory effects of electrical stimulation at acupoints in a rodent model of colonic inflammation. Neurogastroenterol Motil. 2019. 31(8): e13615.