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综述文章

针灸治疗帕金森病的研究进展:聚焦线粒体铁死亡通路

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DOI:

10.3791/71363

2026年6月12日

* These authors contributed equally

本文内容

摘要

本文系统阐明了针灸通过线粒体铁死亡通路治疗帕金森病的分子机制,强调了核心穴位组合及电针参数干预的特异性。

摘要

帕金森病(PD)的发病机制极为复杂,其中线粒体铁死亡——一种新型的程序性细胞死亡方式——在多巴胺能神经元变性过程中起着关键作用。本文系统阐述了针灸通过调控线粒体铁死亡通路治疗帕金森病的潜在机制,并分析了穴位处方与刺激参数的特异性。通过系统检索包括PubMed和中国知网(CNKI)在内的数据库,收集有关针灸干预帕金森病模型及铁死亡机制的相关文献。分析重点聚焦于针灸对线粒体铁过载、System Xc⁻/谷胱甘肽(GSH)/谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)抗氧化轴以及核因子E2相关因子2(Nrf2)信号通路的调控作用。研究表明,针灸可通过多维度协同机制减轻线粒体铁死亡。首先,针灸可通过抑制转铁蛋白受体1(TFR1)/二价金属转运蛋白1(DMT1)介导的铁摄入,并上调铁蛋白重链1(FTH1)以无害化储存铁,从而减少线粒体内的不稳定铁池。其次,针灸可能通过激活Nrf2的核转位、上调GPX4表达以及恢复System Xc⁻/GSH通路,重建抗氧化防御系统,清除脂质过氧化物。第三,在干预特异性方面,风府(GV16)联合太冲(LR3)主要调节神经炎症,而百会(GV20)透刺则以上调神经营养因子为主。此外,2 Hz低频电针被证实为神经保护作用的最佳参数,同时针灸还可通过脑-肠同步调控发挥全身性效应。针灸通过恢复铁-脂质-抗氧化三者的平衡,维持线粒体稳态,抑制神经元铁死亡。未来需要开展多组学研究和临床转化研究,以优化治疗参数,为针灸在帕金森病神经保护治疗中的应用提供更坚实的证据支持。

引言

帕金森病(PD)是一种神经退行性疾病,其特征是黑质致密部多巴胺能神经元进行性丧失以及α-突触核蛋白(α-syn)的病理性聚集。PD的发病机制极为复杂,涉及氧化应激、线粒体功能障碍和神经炎症等多个层面的相互作用1,2。尽管目前的多巴胺替代疗法在一定程度上可缓解运动症状,但无法阻止神经元死亡的持续进展。此外,长期药物治疗的临床获益常受到运动障碍等不良副作用的限制3。因此,阐明驱动PD中神经元死亡的核心机制,并寻找能够从源头阻断疾病进展的非药物干预手段,已成为神经科学领域的研究热点。近期研究表明,PD的病理进展不仅涉及传统的细胞凋亡和自噬失调,还与铁死亡(ferroptosis)密切相关——这是一种依赖铁的程序性细胞死亡形式4

与传统的凋亡不同,铁死亡主要表现为细胞内铁过载、谷胱甘肽(GSH)耗竭以及细胞膜上脂质过氧化物的致死性累积5。作为细胞的"能量工厂"和氧化还原中心,线粒体在铁死亡的执行过程中发挥关键作用。研究表明,Nrf2 是抗氧化应激反应中的关键转录因子,可通过调控下游靶基因维持线粒体稳态并抑制铁死亡,因而成为神经退行性疾病极具前景的治疗靶点6

此外,溶质转运蛋白家族7成员11(SLC7A11/System Xc⁻)是抵抗铁死亡的关键防御系统,其功能障碍不仅导致半胱氨酸摄入不足,还会引起溶酶体酸化障碍和病理性α-突触核蛋白(α-syn)积聚,从而进一步加剧多巴胺能神经元的铁死亡过程7。因此,靶向“"线粒体-铁死亡"”轴可能为帕金森病(PD)的神经保护治疗提供新的突破。

作为中医(TCM)的重要组成部分,针灸已被大量临床和基础研究证实,可显著改善帕金森病(PD)患者的运动和非运动症状8。例如,Yu 等人证明,电针干预(如足三里和太冲穴)能有效缓解6-羟基多巴胺(6-OHDA)诱导的小鼠模型的运动功能障碍,并调节脑-肠肽的表达9。然而,尽管针灸的抗氧化和神经保护作用已被广泛认可,目前仍缺乏系统性总结,尚不明确其治疗效果是否通过精确调控线粒体铁死亡通路(如干预SLC7A11/GPX4轴或Nrf2信号级联)来实现。本文通过全面综述近期文献,旨在从线粒体铁死亡的角度探讨针灸治疗PD的潜在机制,最终为针灸的临床应用提供更为坚实的生物学基础。

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综述与观点

线粒体铁死亡
越来越多的证据表明,线粒体不仅是细胞能量代谢的中心,也是执行铁死亡的关键枢纽。在帕金森病(PD)的病理进展过程中,一系列事件——包括线粒体铁过载、代谢酶功能障碍以及环境毒素诱导——共同构成了多巴胺能神经元死亡的核心机制10

为了充分理解针灸的治疗靶点,必须明确区分线粒体铁死亡与一般的铁死亡。一般的铁死亡主要表现为胞质内铁的积累以及定位于细胞膜的脂质过氧化11。相比之下,线粒体铁死亡则特异性地依赖于线粒体质量控制和基质代谢稳态的破坏。其核心指标包括由线粒体铁转运蛋白(mitoferrin)介导的线粒体内铁过载、由电子传递链产生的线粒体活性氧(mtROS)爆发,以及引发三羧酸循环重编程的代谢酶缺陷(如α-酮戊二酸脱氢酶复合体缺乏)12。这种局部的破坏导致线粒体内膜脂质发生灾难性过氧化,进而引起线粒体特征性的形态塌陷。针灸系统性地对这一线粒体特异性级联反应实施因果性挽救:通过调控Nrf2等上游主控调节因子,针灸不仅促进常规铁死亡防御蛋白的表达,而且特异性地上调线粒体铁储存蛋白(FTH1),并抑制线粒体铁输入蛋白(TFR1/DMT1)。这直接抑制了mtROS的生成,并维持了线粒体结构的完整性,而不仅仅是缓冲胞质内的铁含量,从而在针灸干预与线粒体特异性细胞死亡的减轻之间建立了直接的因果联系13

线粒体铁过载与活性氧(ROS)爆发
线粒体铁稳态失调是铁死亡的启动因素。细胞内不稳定铁池(LIP)异常升高,通过线粒体铁转运蛋白 mitoferrin 促使大量铁离子过度流入线粒体基质14,15。Ren 等人的基础研究已证实,mitoferrin 作为调控线粒体铁摄取的关键溶质载体,其表达水平直接决定线粒体铁积累的程度15。在帕金森病(PD)的病理条件下,线粒体内亚铁离子(Fe²⁺)的积聚通过芬顿反应催化生成大量羟基自由基,导致线粒体膜发生脂质过氧化。Lei 等人近期于2024年发表的研究表明,靶向清除线粒体不稳定铁池中的过量铁可显著抑制活性氧(ROS)的产生,并阻断铁死亡进程。该发现进一步证实了线粒体铁过载在帕金森病神经退行性变中的核心作用14

由代谢酶功能障碍驱动的脂质过氧化

除了铁的直接沉积外,线粒体三羧酸循环中关键酶的功能缺陷也是铁死亡的重要内源性驱动因素。Gao 等人阐明了一条新的代谢致病通路:帕金森病相关基因 CHCHD2 的缺失会导致线粒体α-酮戊二酸脱氢酶(KGDH)复合物活性下降,进而引起其底物α-酮戊二酸的异常积累。这种代谢重编程并非无害的静默过程,而是会主动促进脂质过氧化,最终诱导多巴胺能神经元发生铁死亡16。该发现表明,线粒体铁死亡不仅源于"铁"代谢的异常,还与线粒体"代谢"稳态的崩溃密不可分。

该 "自噬-铁死亡" 环境毒素诱导的串扰

环境因素在帕金森病(PD)发病机制中的作用机制也与线粒体铁死亡存在显著的相互作用。Zhang 等人17发现,暴露于广泛使用的拟除虫菊酯类农药(如联苯菊酯)可特异性地在 Parkin 基因敲除小鼠中诱导类似帕金森病的症状。其潜在机制涉及线粒体自噬通路的异常激活与铁死亡的耦联,提示环境毒素可通过破坏线粒体质量控制来加速神经元的铁死亡。

总之,线粒体铁死亡是帕金森病复杂病理网络中的一个关键节点。从线粒体铁蛋白介导的铁离子内流,到α-酮戊二酸脱氢酶(KGDH)的酶功能失调,再到环境毒素的触发作用,这些机制协同导致了黑质神经元不可逆的损伤18

针灸调控线粒体铁死亡的分子机制
Nrf2/GPX4 轴的激活

Nrf2 被认为是细胞抗氧化应激反应的"主调控因子"。其下游靶基因 GPX4 目前是唯一已知能够直接还原膜脂质过氧化物并特异性抑制铁死亡的关键酶。现有证据表明,针灸干预可精准作用于该信号轴,逆转帕金森病(PD)病理状态下线粒体的脂质过氧化损伤。

促进 Nrf2 核转位及 GPX4 转录激活

在帕金森病(PD)病理模型中,多巴胺能神经元内的 Nrf2 常位于胞质中,使其处于非活性状态,导致 GPX4 表达降低,并增加对铁死亡的易感性。Wang 等人最近的一项研究表明,电针(EA)刺激(特别是百会、太冲等穴位)可显著促进 Nrf2 向细胞核转位,使其能够结合抗氧化反应元件(ARE),进而启动下游 GPX4 基因的转录与翻译19通过复杂的分子生物学技术,本研究发现电针干预后,黑质中GPX4蛋白水平显著回升,同时伴随线粒体形态的恢复以及脂质过氧化物(LPOs)的清除,直接证实了铁死亡的存在 "EA-Nrf2-GPX4" 抗铁死亡通路

铁转运蛋白的协同调控以维持线粒体铁稳态

针刺激活Nrf2/GPX4轴并非孤立事件,而是与铁代谢的调控紧密关联。Ma等研究发现,电针干预不仅上调GPX4的表达,还同步抑制DMT1并上调FPN120。这种调控模式依赖GPX4清除产生的脂质过氧化物,同时通过减少铁内流和促进铁外排,从源头上切断芬顿反应所需原料的供应。这一双重机制优于单一使用抗氧化剂的治疗,凸显了针刺多靶点干预的优势。

扩增的 Nrf2 防御网络

从抗炎作用到脑-肠交互。值得注意的是,针灸诱导的 Nrf2 激活具有多效性。Zhang 等人报道,在 Nrf2 激活后,电针(EA)不仅上调抗氧化酶,还通过抑制 NLRP3 炎性小体/Caspase-1 通路阻断细胞焦亡。这表明针灸可能通过 Nrf2 节点同时调控铁死亡与细胞焦亡之间的交互作用21。此外,Liu 等人的研究基于"脑-肠轴"理论,进一步拓展了该机制的系统性。他们发现,电针不仅改善了中脑黑质中的氧化应激,还同步提高了结肠组织中谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的活性,从而降低全身活性氧(ROS)水平22。这表明针灸对 Nrf2/GPX4 轴的调节可能代表了一种涉及全身氧化还原稳态重塑的系统性生物学效应23

重要的是,针灸的全身性抗炎作用和代谢重塑效应如今正在获得深刻的国际性机制验证。近期发表在《自然》杂志上的一项里程碑式研究阐明了电针刺激的精确神经解剖学基础,证明特定穴位(如 ST36)的刺激可激活迷走-肾上腺轴,从而发挥强大的全身性抗炎效应24。这一获得国际认可的神经回路为针灸通过脑-肠轴远端调控结肠氧化应激、进而影响中脑黑质铁死亡提供了坚实的宏观生物学基础。

总之,通过解除Nrf2的抑制状态、上调GPX4表达,并协同调节铁代谢和神经炎症,针灸为受损的线粒体构建了一道强大的抗铁死亡防御屏障。

系统 Xc⁻/GSH 通路的调控

GSH 是维持细胞内线粒体氧化还原稳态的核心还原剂,而胱氨酸/谷氨酸逆向转运体(System Xc⁻,主要由 SLC7A11 亚基组成)则是 GSH 合成的"供应通道"。在帕金森病(PD)的病理过程中,System Xc⁻ 功能受损导致细胞内胱氨酸缺乏和 GSH 耗竭,进而使 GPX4 失活,最终引发线粒体脂质过氧化和铁死亡4。目前研究表明,针灸可通过修复这一代谢供应通道、恢复细胞内 GSH 水平而发挥神经保护作用20

重塑谷胱甘肽抗氧化酶活性

GSH的丰度直接决定了GSH-Px/GPX4的催化能力。从系统生物学的角度来看, "脑-肠轴" Liu 等22 研究发现,在百会、足三里等穴位进行电针刺激可显著增强帕金森病模型小鼠黑质中谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的活性,同时上调结肠组织中的抗氧化水平,并减少全身活性氧(ROS)的累积。这表明,针灸对System Xc⁻/GSH通路的调节具有全身性代谢重塑作用,可通过改善机体整体的氧化应激状态,间接减轻黑质神经元的线粒体损伤。

关键酶 GPX4 表达的靶向恢复

作为System Xc⁻/GSH通路的核心下游效应分子,GPX4的表达水平是抗铁死亡能力的关键指标。Ma等研究表明,电针干预有效逆转了6-OHDA/鱼藤酮诱导的黑质GPX4蛋白下调,并伴随线粒体形态的改善20。尽管该研究主要关注下游GPX4的变化,但结合Wang等人的近期发现19,可以明确这一效应在很大程度上依赖于上游转录因子Nrf2的核转位和激活。鉴于SLC7A11是Nrf2的经典靶基因,多项证据链已从逻辑上证实了电针通过"Nrf2-SLC7A11-GSH-GPX4"轴发挥作用的分子机制。本质上,针灸通过激活上游转录调控,确保System Xc⁻对原料的摄取以及GSH的生物合成。

行为改善与代谢稳态之间的相关性

针灸对系统Xc⁻/谷胱甘肽(GSH)通路的修复作用最终转化为显著的行为学改善。Yu等人的研究9表明,在太冲和足三里穴位进行电针刺激可显著降低帕金森病大鼠的异常不自主运动量表(AIMS)评分,并改善其旋转行为。这种运动功能的恢复与神经递质及相关脑-肠肽代谢的正常化密切相关,进一步证实了针灸通过维持代谢稳态来对抗神经退行性病变的临床潜力。

综上所述,针灸不仅直接上调下游抗氧化酶GPX4,还能系统性调节GSH代谢网络,修复受损的System Xc⁻/GSH通路,为阻断线粒体铁死亡提供充足的物质基础。

铁代谢相关蛋白(FTH1/TFR1)的调控

线粒体铁死亡的核心驱动因素在于细胞内不稳定铁池(LIP)的异常扩张,随后通过芬顿反应催化产生致死量的活性氧(ROS)。细胞铁稳态的维持在很大程度上依赖于铁摄取蛋白(如TFR1)、铁储存蛋白(如FTH1)和铁外排蛋白之间的动态协调。随着帕金森病(PD)的进展,这种平衡被打破,导致TFR1表达升高而FTH1表达降低。现有证据表明,针灸可通过调控多个关键蛋白,减少线粒体中游离铁的病理性积聚。

增强 FTH1 介导的铁元素"安全储存"机制

铁蛋白作为细胞内游离铁的"安全仓库"发挥作用。其亚基FTH1具有亚铁氧化酶活性,能够将细胞毒性亚铁离子(Fe2⁺)转化为无毒性的高铁离子(Fe3⁺)进行储存,是抵御铁死亡的最后一道防线。早期经典研究证实,在MPTP诱导的帕金森病(PD)模型中,黑质致密部存在显著的铁沉积以及FTH1表达下调。针刺太冲穴和阳陵泉穴可有效逆转FTH1的病理性降低,并通过普鲁士蓝染色观察到异常铁沉积显著减少25。这确立了针刺通过增强铁储存能力来减轻神经元铁毒性的基本机制。Liu等人的近期研究26进一步证实,在脑缺血-再灌注损伤模型中,电针显著上调了FTH1蛋白的表达水平。该机制在神经系统中的保守性表明,针刺可通过促进铁的"无害隔离",保护线粒体免受氧化攻击。

抑制TFR1/DMT1介导的铁 "过度摄取"

除了在细胞内增加铁储存外,针灸还能从源头限制铁离子向神经元的流入。TFR1负责将转铁蛋白结合的铁通过内吞作用摄入细胞,而DMT1则将铁从内体释放到细胞质中。Li等人最近的一项研究27 证明了电针干预显著下调TFR1的表达,从而减少细胞过量摄取铁。类似地,Liu等26 观察到,EA在升高FTH1的同时,协同下调了TFR1和DMT1的表达。这种协同作用 "一上一下" 调控模式有效抑制LIP的扩增。此外,在关于卒中后抑郁的研究中,Gao等28 观察到电针逆转了前额叶皮层中转铁蛋白受体1(TFR1)的异常升高,证实针灸对铁摄取蛋白的负向调控在脑内具有普遍的神经保护意义。

铁代谢调控的上游信号整合 调节

针灸对铁代谢蛋白的精确调控并非孤立发生,而是由上游转录因子所介导。Wang 等人19指出,电针通过激活 Nrf2 信号通路,不仅可以上调 GPX4,还可能通过 Nrf2-FTH1 轴直接调控铁代谢相关基因的转录。结合 Li 等人的机制研究,当存在 Nrf2 抑制剂时,电针对 TFR1 的抑制作用及其对 FTH1 的上调作用部分被抵消27。这表明,“"针灸-Nrf2-FTH1/TFR1"”轴可能是针灸维持线粒体铁稳态并阻断铁死亡级联反应的关键分子通路。

综上所述,针灸通过下调TFR1/DMT1和上调FTH1的双重策略,重建受损神经元内的铁代谢平衡,从源头上切断线粒体铁死亡发生的基础。

针灸干预特异性分析:穴位配伍的协同效应与参数优化

对纳入文献的回顾表明,针灸方案的制定并非随意;相反,其具有高度的特异性和规律性。这主要体现在两个方面:核心穴位配伍的选择以及电针(EA)参数的精确控制(表1,图1)。

关于穴位选择,研究表明其原则包括 "局部与远端协调" 和 "经络特异性" 值得注意的是,GV16 与 LR3 的组合是最常使用的经典核心配伍,在采用鱼藤酮和 6-OHDA 诱导模型的众多研究中被广泛应用。该组合体现了中医理论 "从督脉进行治疗" 以及 "肝脏和肾脏的同源性"

多项实验已证实其在调控泛素-蛋白酶体系统(UPS)方面具有显著效果,并能显著抑制神经炎症介质的表达,包括 COX-2、TNF-α 和 IL-1β21,22,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47。此外,头针疗法具有重要地位,尤其是百会(GV20)透刺太阳(EX-HN5),或百会(GV20)联合大椎(GV14)。这些方法已被证明可有效上调脑源性神经营养因子(BDNF)和酪氨酸羟化酶(TH)的 mRNA 表达,表明针对特定颅部穴位区域的透刺针法可能更直接地调节皮质-纹状体环路的神经可塑性45,48,49

在刺激参数方面,电针频率的选择在诱导特定生物学效应中起着决定性作用。纳入的绝大多数研究采用2 Hz的低频刺激,该频率范围被广泛认为是诱导神经保护和抗炎效应的最佳参数。例如,已有研究证实,2 Hz刺激可有效调控Nrf2/NLRP3/Caspase-1信号通路,从而抑制细胞焦亡和氧化应激21。值得注意的是,少数研究采用100 Hz的高频刺激,发现其在调节脑内GABA水平方面具有特定优势。这表明不同电针频率可能通过差异化的神经递质调节机制发挥作用48,49。关于留针时间,20至30分钟是大多数实验中的标准时长,可确保累积刺激量足以达到治疗阈值。

从分析角度来看,特定穴位和刺激频率在调控铁死亡方面的显著功效可归因于其独特的神经解剖学和生物物理信号通路。从机制上讲,GV16与LR3的组合构成了系统性与节段性整合的协同中枢。GV16位于延髓附近,可直接调控中枢神经炎症网络;而LR3则激活远端上行躯体感觉通路。两者联用可有效减轻泛素-蛋白酶体系统的负担,并防止α-突触核蛋白的病理性聚集——这是线粒体代谢酶功能障碍的主要上游诱因39。相反,GV20处的透刺针灸则通过局部机械转导直接刺激皮层神经可塑性,优先上调脑源性神经营养因子,从而增强神经元抵抗脂质过氧化应激的存活能力48。在生物物理参数方面,2 Hz低频刺激相较于100 Hz高频刺激的广泛优势在于其能够诱导持续且节律性的细胞内钙振荡。这种稳定的Ca2⁺信号最有利于持续的Nrf2核转位,从而建立稳定、长期的抗氧化基因转录程序19。相比之下,100 Hz高频刺激引发快速而强烈的神经元放电,主要调节γ-氨基丁酸(GABA)等快速氨基酸类神经递质,虽对即时症状缓解相关的神经环路具有疗效,但在驱动依赖基因转录的缓慢重塑过程——即System Xc⁻/GSH/GPX4抗铁死亡防御通路的重构方面效率较低42

综上所述,目前关于针灸治疗帕金森病(PD)机制的研究揭示了一种以核心靶点(如GV16、LR3和GV20)以及持续低频(2 Hz)刺激为主要参数的模式。这种高度特异性的穴位-参数耦合模型不仅保证了实验结果的可重复性,还为阐明针灸治疗PD所涉及的"多靶点、多层面"生物学机制提供了标准化的物理输入基础。

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结论

帕金森病(PD)的发病机制极为复杂,其中线粒体功能障碍与铁死亡之间的相互作用已成为多巴胺能神经元丢失的核心机制。现有证据表明,针灸可作为一种多靶点的铁死亡抑制剂,可能通过系统性重塑线粒体稳态,阻断致死性的“铁-脂质过氧化-线粒体损伤”循环27

针灸被认为通过双重调节促进“铁-脂质-抗氧化”三角平衡的恢复。它通过抑制TFR1/DMT1介导的铁摄取并增强FTH1介导的铁储存,从而减轻铁过载,降低催化性不稳定铁池(LIP)。同时,针灸可激活Nrf2的核转位,上调核心酶GPX4,并恢复System Xc⁻/GSH通路,共同保护线粒体结构与功能的完整性50

关键在于,针灸的生物学效应具有高度特异性,且依赖于参数。GV16与LR3的配伍是调节泛素-蛋白酶体系统、抑制神经炎症的核心穴位处方,而GV20(百会)的透刺可直接通过上调BDNF和TH促进神经可塑性。此外,已有大量研究报道,2 Hz的标准化电针刺激持续20–30分钟是诱导神经保护作用的...

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披露

作者声明无利益冲突。

致谢

作者感谢重庆市渝中区自然科学基金(项目编号:20240136)提供的经费支持。

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针灸帕金森病多巴胺能神经元铁代谢抗氧化通路Nrf2信号通路GPX4调控电针神经炎症调节脑-肠轴调节