醫學

電刺激重整免疫力

科學家發現,利用電刺激神經反射線路,可調節免疫系統的發炎反應,具有取代藥物治療發炎性疾病與自體免疫疾病的潛力。

撰文/崔西(Kevin J. Tracey)
翻譯/潘震澤

醫學

電刺激重整免疫力

科學家發現,利用電刺激神經反射線路,可調節免疫系統的發炎反應,具有取代藥物治療發炎性疾病與自體免疫疾病的潛力。

撰文/崔西(Kevin J. Tracey)
翻譯/潘震澤

重點提要
■身體接觸到熱、觸壓、光或化學物質時會產生反射反應,以保護身體不會進一步受到傷害。
■連接腦部與身體其他部位的神經訊號,能抑制造成發炎反應的免疫分子生成。
■利用植入體內的醫用電子裝置來刺激神經線路,可能可以幫助身體抑制發炎。
■利用電刺激來治療發炎及其他疾病的這個新學門,稱做生物電子醫學(bioelectronic medicine)。

我是一位著迷於發炎機制的神經外科醫生,和實驗室同事研究引起發炎的分子,希望發現新方法來消除伴隨許多疾病出現的疼痛、腫脹以及組織受損等發炎症狀。

這方面的研究有些已經為病患帶來好處,1987年,我發表了針對腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor, TNF)這個發炎分子進行的實驗結果,使受到致命感染的實驗動物狒狒逃過死劫。這項研究促成了一種新藥的開發,可對抗發炎、自體免疫反應以及干擾身體正常免疫功能的疾病。

身為神經外科醫師,我對腦部的運作也深感興趣。1990年代末期,我們有個意外發現:神經反射可阻斷TNF的生成,因此把神經科學以及免疫學結合起來。這項發現讓我發明了一個治療發炎的方式:把小型電刺激器植入病患體內,以刺激神經。

使用刺激神經的電子儀器來治療發炎以及恢復神經功能,奠立了「生物電子醫學」(bioelectronic medicine)這個新興學門的基礎;這種做法目前正在風濕性關節炎以及其他疾病患者身上進行測試,所依據的觀念乍看相當簡單,就是利用身體天生的反射反應來發展各種有效、安全及經濟的療法,以取代口服與注射藥物。這種神經電刺激技術瞄準疾病的病理機制,能避免藥物產生的副作用。


神經反射的效用


熱、碰觸、壓力、光以及特定分子的存在,都會引起感覺神經元發出電訊號;這種電生理訊號會先傳給位於中樞神經系統的中間神經元,然後再傳給運動神經元,完成簡單反射線路當中的第三個、也是最後一個階段。接著由運動神經元的放電,把電訊號傳回身體的肌肉及器官,引發行為反應,包括把手指從熾熱的爐台縮回,以及讓氣管在五公里長跑時放鬆。


簡單的神經反射線路協調了個別器官的活性,因此我們不需要操心身體各個動作的效率:當你從椅子上跳起來、跑上樓去接電話時,你不需要去想如何協調呼吸、心跳以及血壓,反射作用會按照身體需求,管理一切必要且相應的器官功能,無論你是舒服地躺著休息,還是全速奔跑都一樣。


已故英國生理學家、諾貝爾獎得主薛林頓(Charles Scott Sherrington)認為:由神經線路構成的簡單反射,是神經系統的基本作用;因為由數以百萬計的神經訊號組成的輸出所控制的各種反射,指揮了身體器官的基本運作。但薛林頓留下了一個未回答的問題:由運動神經元發出的神經訊息如何控制器官的運作?


這個問題的答案其實相當簡單:經由它們生成的「藥物」。神經利用伸長的神經纖維(軸突)接觸受調控的器官,並在軸突末梢形成「突觸」;突觸一詞就是薛林頓命名的。位於突觸一端的運動神經元軸突末梢,與位於突觸另一端的神經或器官細胞並沒有實際碰觸,中間有一道狹窄的空隙,稱為突觸間隙。當電訊息傳到軸突末梢時,會刺激神經傳遞物的釋放,經由擴散通過突觸間隙,與目標神經或器官細胞上的受體結合。神經傳遞物與突觸間隙另一端的受體結合後,就會改變目標細胞的行為及功能。後來發現,許多藥物也是經由類似的方式發揮作用。


製藥界投資了上百億美元的經費來設計、合成以及開發新的化合物做為實驗藥物,無非是想製造類似神經傳遞物、能與受體作用的分子。許多熱賣的藥物能選擇性地與特定受體結合,以改變特定細胞的代謝活性及開啟其中基因。但藥物常帶有危險的副作用:藥物一旦進入體內,就會在全身循環,可能作用於非預期的細胞,產生有害的副作用。


使用電子儀器在神經上產生電訊號往下傳遞,刺激類似藥物的神經傳遞物生成,有一個特別的優點:由身體自製的化學藥物以準確、無毒性的數量在正確的時間送達特定組織,可減少副作用的發生。