Nature：電刺激激活免疫系統療法

　　一項研究揭示了神經和免疫系統之間的聯系。這會引起醫學領域的革命嗎？

　　每一天，Katrin每隔一段時間就會從口袋里取出一小塊磁鐵，然后把它放貼在鎖骨的皮膚上。之后，她會受到60秒鐘的電刺激，她的喉嚨能感受到輕微的震動。如果她這時說話，就會有顫音。過一會兒，這種感覺會消失。Katrin每天要進行六次這樣的電刺激。

　　這塊小磁體的作用是啟動植入她體內的一個設備，使之發射一系列幅度在毫安級別的電脈沖——這和常見助聽器中的電流是一樣的。這些脈沖能刺激她的迷走神經——一系列連接著腦干和身體幾大器官，包括心臟和腸道的神經纖維。

　　自20世紀90年代起，迷走神經刺激技術被廣泛用于治療癲癇，并且自20世紀20年代初期曾被用于治療抑郁癥。Katrin是阿姆斯特丹的一名健身教練，今年70歲，她的名字可能會出現在電刺激治療的歷史記錄中。因為Katrin用電刺激來控制類風濕關節炎——一種損害關節和周圍組織軟骨的自身免疫性疾病，并且獲得了很大改善。5年前，她加入了一項臨床試驗。該試驗是首個探索電刺激在治療自身免疫性疾病的臨床潛力的試驗。同時，它代表著20年來研究神經和免疫系統之間關系的鼎峰時期。

　　該臨床試驗的負責人是紐約費恩斯坦醫學研究所（Feinstein Institute for Medical Research）的神經外科醫師Kevin Tracey。Tracey認為，迷走神經是神經—免疫系統聯系的主要組成部分。他指出，電刺激在紅斑狼瘡、克羅恩病等自身免疫性疾病上，可能比藥物更有效。

　　幾家制藥公司都投資了“電刺激療法（可調節神經的設備）”市場，試圖利用植入式電刺激儀器來治療心血管和代謝疾病。如果Tracey的理論是對的，那么使用電刺激調控免疫系統將會是免疫學領域的重大突破。

　　俄亥俄州肯特州立大學（Kent State University）神經科學家Dianne Lorton表示，很多人都在研究神經和免疫之間的關聯，而Tracey是先鋒。Lorton花了30年來研究深入免疫器官（如淋巴結和脾臟）的神經的作用。但她和其他研究者警告說，目前神經回路的抗炎機制還不明確。

　　Tracey同意這一觀點，但他仍然覺得電刺激具有巨大潛力，并指出，有生之年，我們將會看到某些儀器會替代掉藥物。Tracey認為，對迷走神經或其它周圍神經施加電刺激可以治療許多疾病，包括糖尿病、高血壓和出血。這開啟了一個新的領域。

　　有意義的電刺激

　　Tracey研究神經免疫其實純屬偶然。1998年，他正在研究一種名為CNI-1493的實驗藥物，其通過降低一種免疫蛋白——腫瘤壞死因子-α（TNF-α）的水平來遏制動物炎癥。CNI-1493通常被用于靜脈注射，但有一天，Tracey決定將其注射入大鼠的大腦。他想看看腦卒中是否會降低TNF-α的水平。但接下來發生的事情讓他大為驚訝。

　　往大腦注射CNI-1493減少了整個大鼠體內TNF-α的產生。其它實驗表明，往大腦注射藥物，比往靜脈注射有效得多，前者的效力是后者的10萬倍。Tracey推測，CNI-1493作用于神經信號。

　　后續實驗支持了這一想法。他將CNI-1493注入大腦幾分鐘后，觀察到大鼠的迷走神經被激活。迷走神經調節了一些非自主功能，包括心率、呼吸和腸道推動食物的肌肉收縮。Tracey認為，迷走神經或許可以控制炎癥。他切斷迷走神經后，CNI-1493的作用消失了。Tracey指出，這個發現很可能會改變整個領域。這個發現意味著，或許不需要藥物就能刺激迷走神經。

　　接著，他嘗試了一個關鍵性的實驗。他給大鼠注射了致命劑量的內毒素——細菌細胞壁的一部分，可引起動物的炎癥、器官衰竭，甚至死亡。內毒素的作用大致模擬了人類的敗血性休克。然后，Tracey使用電極刺激動物的迷走神經。治療組血液中的TNF-α含量為對照組的四分之一，并且沒有發生休克。

　　Tracey立刻意識到，迷走神經刺激在阻止TNF-α和其它炎癥分子的激增上具有巨大潛力。并且當時已有公司在銷售植入式電極，以治療癲癇。但是，為了在炎癥上應用電刺激，Tracey需要更清晰地了解電刺激對免疫系統的作用機制和可能的副作用。

　　接下來15年里，Tracey的團隊進行了一系列動物實驗，以確定迷走神經刺激的作用位置和機制。他們試圖在不同的地方切斷神經，并使用阻斷特異性神經遞質的藥物。這些實驗似乎表明，當迷走神經被刺激時，信號將傳導到腹部，然后通過第二神經進入脾臟。

　　脾臟作為免疫中轉站，循環免疫細胞會定期在這里停留一段時間，然后返回血液。Tracey團隊發現，進入脾臟的神經會釋放一種名為去甲腎上腺素的神經遞質，作用于脾臟中的T細胞。Tracey指出，神經和T細胞之間的聯系實際上和兩個神經細胞之間的突觸非常類似，而T細胞的行為也和神經元非常類似。T細胞被激活后，會釋放另一種乙酰膽堿的神經遞質，然后乙酰膽堿與脾臟中的巨噬細胞結合。當往動物體內注射內毒素后，這些免疫細胞通常會釋放TNF-α到血液中。但巨噬細胞在乙酰膽堿作用下，會減少炎性蛋白的產生（圖：作用于免疫系統的電刺激）。

　　Tracey的發現為數十年來的一些研究提供了合理的解釋。20世紀80年代和90年代，當時任職于紐約州羅切斯特大學（University of Rochester）的神經解剖學家David Felten對各種動物解剖拍照，從中發現了神經元-T細胞突觸的微觀圖像。這種突觸不僅存在于脾臟中，還存在于淋巴結、腸道和胸腺中。這些神經元屬于交感神經系統，負責調節對某些壓力源的機體響應。正如Tracey在脾臟中發現的那樣，Felten觀察到，這些交感神經元通過分泌去甲腎上腺素刺激T細胞——通常這種刺激有助于阻止炎癥。

　　2014年，日本大阪大學（Osaka University）的神經免疫學家Akiko Nakai報道證實，交感神經刺激T細胞限制了它們離開淋巴結并進入循環，從而抑制這些T細胞進入身體其他部位，及其引起的炎癥。但是在許多自身免疫性疾病中，這種神經信號被阻斷。

　　Lorton和她的孿生姐妹，加州洛馬琳達大學（Loma Linda University）的神經學家Denise Bellinger發現，自身免疫性疾病大鼠模型中的交感神經通路存在突變。人類也是如此。由于交感神經過度釋放去甲腎上腺素，并因此受損，從而導致這些交感神經不再深入免疫系統，失去對炎癥的抑制作用。隨著疾病的進展，這些神經再次回到免疫系統——但是這一次它們并不調控T細胞，而是與其它免疫細胞亞群形成聯系。這些重新排列的神經通路實際上會促進炎癥，而非抑制炎癥。 Bellinger指出，這種異常的神經回路通常發生在脾臟、淋巴結和關節處，并引起疾病。

　　但Bellinger、Lorton和其他人都對Tracey發現的通過迷走神經刺激降低炎癥的通路持懷疑態度。澳大利亞墨爾本大學（University of Melbourne）的神經科學家Robin McAllen就試圖尋找迷走神經與刺激脾臟T細胞的神經之間的關系——但到目前為止，他并沒有找到任何關聯。

　　Bellinger認為，迷走神經“間接地”通過其它神經作用于脾臟T細胞。在電刺激免疫療法進入臨床之前，搞清楚其中的具體回路非常重要。因為“解剖結構很大程度上決定了副作用的類型和強度。

　　然而，這些懷疑者也不得不承認Tracey方法的潛力。Bellinger指出，在許多自身免疫性疾病中，交感神經重排后變得過度活躍，同時作用與其相反的迷走神經會變得不活躍。迷走神經刺激可能部分恢復這兩種神經系統之間的平衡。這只是第一步。Tracey相信，迷走神經電刺激法可以進入臨床，并且具有顯著療效。

　　前路漫漫

　　癲癇病人或抑郁癥病人接受迷走神經電刺激后，往往會發生一些副作用，例如喉嚨疼痛和緊張，或嗓音發顫，正如Katrin所經歷的那樣。刺激迷走神經也可以產生降低心率或增加胃酸等作用。

　　在這方面，Tracey并不需要過分擔憂。人類迷走神經包含約100,000個單獨的神經纖維，其分支到達各種器官。但是，每種神經纖維被激活時需要的電量不同，差異可達50倍。

　　Tracey的前研究生Yaakov Levine發現，參與減少炎癥的神經纖維的活化閾值較低，只需要250萬分之一安培（常用的抑制癲癇的電流的八分之一）就可以激活這些纖維。雖然治療癲癇每天需要長達幾個小時的電刺激，但動物實驗表明，單次短暫的電刺激就足以長時間控制炎癥了。Levine指出，在乙酰膽堿的調控下，巨噬細胞在24小時內都無法產生TNF-α。Levine現在就職于SetPoint醫療公司，該公司的主營業務是將迷走神經刺激療法商業化。

　　2011年，由于動物研究大獲成功，且已經最優化了電刺激條件，外加獲得了SetPoint的資金支持，Tracey開始開展人體試驗。第一次臨床試驗的監督者是阿姆斯特丹大學（University of Amsterdam）的風濕病專家Paul-Peter Tak。在過去幾年中，有18位類風濕關節炎患者，其中包括Katrin，接受了電刺激器體內移植。

　　6周內，她和另外11名參與者的癥狀得到了改善。實驗室檢查顯示，這12名患者血液中的TNF-α和白細胞介素-6等炎癥分子水平有所降低。刺激后14天，療效消失，再次電刺激，則又會有所改善。

　　自那以后，Katrin繼續使用電刺激的同時，仍然需要每周注射抗風濕藥物甲氨蝶呤，以及每日服用一次名為雙氯芬酸的消炎丸，但她停止了服用高劑量的免疫抑制類固醇。Katrin的關節狀況有了很大改善，最后得以重返工作崗位。這項試驗的結果于去年7月被發表于美國國家科學院院刊（Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS）。

　　無獨有偶，另一項迷走神經刺激試驗的結果也同年發表。法國格勒諾布爾大學醫學院（University Hospital in Grenoble）胃腸病學家Bruno Bonaz為7名克羅恩病患者植入了電刺激器。6個月里，其中5人報告癥狀較少，腸內窺鏡檢驗顯示組織損傷減少。目前SetPoint開展的一項通過使用迷走神經刺激來治療克羅恩病的臨床試驗正在開展中。

　　除了Tracey和Bonaz，還有很多研究者希望利用神經回路治療炎癥。加州大學圣地亞哥分校（University of California, San Diego）的創傷外科醫生Raul Coimbra正在研究利用電刺激治療膿毒性休克（一種每年導致數十萬人死亡的疾病）。死于膿毒性休克的病人體內發生了一種無可逆轉的病變：腸道內皮迅速惡化，從而釋放細菌到身體里，引發炎癥，損害腎和肺等器官。

　　與Tracey一樣，Coimbra通過電流或一種試驗藥物CPSI-121刺激迷走神經，成功地抑制了膿毒性休克中的機體炎癥。Coimbra希望基于此開展臨床試驗。但他的研究還發現了迷走神經刺激療法必須克服的另一個重大挑戰：與大鼠不同，一些人可能對該技術有抵抗力。

　　人類基因組編碼了其它動物中未被發現的、額外的、不起作用的乙酰膽堿受體蛋白。Coimbra在加州大學圣地亞哥分校（University of California, San Diego）的合作者Todd Costantini發現，如果這種異常受體獲得大量合成，就會破壞信號通路，并使巨噬細胞對乙酰膽堿無響應。這意味著，這些巨噬細胞在迷走神經刺激的情況下，仍然可以繼續釋放TNF-α。Costantini指出，這種蛋白質的合成量非常高，可達到正常蛋白的200倍。他計劃測試是否高水平的乙酰膽堿受體蛋白真的可以阻止迷走神經刺激的抗炎作用。一些案例表明，可能真的是這樣。

　　到目前為止的小型臨床試驗已經顯示，有些人對迷走神經刺激沒有反應。因此，檢測患者是否攜帶這種突變，有利于判斷患者是否應該接受電刺激器植入療法。

　　然而，盡管存在不確定性，但電刺激療法風頭正勁。去年10月，美國國家衛生研究院（NIH）宣布了在之后7年投入2.38億美金，以支持一項名為“刺激周邊神經治療疾病”（Stimulating Peripheral Activity to Relieve Conditions, SPARC）的計劃。該計劃旨在繪制胸腔和腹腔神經回路。

　　英國制藥巨頭葛蘭素史克（GlaxoSmithKline, GSK）也對電刺激療法很感興趣。GSK已投資SetPoint，并于去年宣布與Google合資組建公司Galvani Bioelectronics。該公司將開發針對各種疾病（包括炎性疾病）的治療方案。Setpoint類風濕關節炎試驗的負責人Tak于2016年加入GSK。

　　迷走神經刺激是否能達到預期效果仍有待觀察。迄今為止，已接受電刺激治療的人數很少——兩次已完成的試驗中，只有25人接受了試驗。畢竟，療法在早期試驗中效果良好，但在后續的大規模試驗里表現不佳是經常發生的事情。

　　但自身免疫性疾病的患者對電刺激療法非常期待。目前，類風濕關節炎和克羅恩病的治療有一定的風險，且并非對每個人都有效。Katrin參與的那項試驗報名人數超過1000。她表示，她沒有其他選擇，所以想試試看。