S100B蛋白與顱腦損傷研究的新進展

李季林，盛羅平

我國每年有數(shù)十萬人死于創(chuàng)傷，其中一半死于致命的顱腦損傷。另外，顱腦損傷致殘率也很高，給社會和家庭帶來巨大的負擔。顱腦損傷已成為嚴重的公共衛(wèi)生問題，需不斷努力提高救治水平。目前，隨著CT、磁共振成像等影像技術的應用，但很難量化原發(fā)性和繼發(fā)性顱腦損傷的程度。近年對重型顱腦損傷的基礎研究日趨增多，神經(jīng)系統(tǒng)中某些特異性蛋白與顱腦損傷的研究也取得很大進展，其中S100B蛋白是具有代表性的蛋白。它是主要存在于神經(jīng)膠質細胞中的特異性蛋白，正常情況下細胞外液含量很少，當膠質細胞受損后細胞完整性破壞，可以大量進入細胞外液。其對顱腦損傷有著高度的敏感性和特異性，其含量的變化與臨床癥狀、體征及影像學改變密切相關?，F(xiàn)就S100B蛋白的測定與顱腦損傷分型與判斷預后的關系予以綜述。

1 S100B的結構特點和功能

S100B是S100蛋白家族成員之一，1965年Moore［1］在牛腦中發(fā)現(xiàn)，因該蛋白能溶于100%硫酸銨溶液而得名。它包括S100αβ和S100ββ兩個亞型。兩個亞型都主要位于神經(jīng)膠質細胞胞漿和胞核中，其中S100ββ占絕大部分。S100B蛋白基因位于人類染色體21q22．2－q22．3，含有3個外顯子和2個內含子。mRNA由1095bp組成，編碼91個氨基酸的S100B蛋白，相對分子質量為21×103的EF手性鈣結合蛋白。主要通過腎臟代謝和排泄，生物半衰期為1～2小時。目前已發(fā)現(xiàn)該家族至少有19個成員，主要存在于哺乳動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中。S100B蛋白主要由神經(jīng)膠質細胞合成和分泌，特別是星形膠質細胞和少突膠質細胞;在外周神經(jīng)的雪旺細胞和衛(wèi)星細胞中也富含S100B蛋白;另外S100B蛋白也存在于非神經(jīng)系統(tǒng)中，包括黑色素細胞、朗格漢斯細胞、軟骨細胞、腎上腺衛(wèi)星細胞等。

S100B蛋白的生理濃度具有廣泛的生物學活性，在細胞增生、分化、肌肉收縮、基因表達、分泌及細胞凋亡中發(fā)揮重要作用［2］:(1)調節(jié)蛋白激酶C和鈣調蛋白的磷酸化及核糖核酸(RNA)的合成，從而調節(jié)細胞的能量代謝，促進神經(jīng)細胞新陳代謝;(2)增強三磷酸腺苷(ATP)酶的活性，構成并維持由磷脂構成的細胞膜表面，參與微管、微絲的解聚;(3)作為細胞內的正常成份參與細胞內外鈣離子水平的調節(jié)，保持細胞內環(huán)境的穩(wěn)定，對急性和慢性神經(jīng)刺激做出反應;(4)具有神經(jīng)營養(yǎng)作用，神經(jīng)膠質細胞可以旁分泌和自分泌S100B蛋白，作用于神經(jīng)元和神經(jīng)膠質細胞，促進神經(jīng)細胞骨架尤其是殘存神經(jīng)元的修復，從而促進神經(jīng)的生長和損傷的修復，但高水平的S100B蛋白卻可以產(chǎn)生神經(jīng)毒性;(5)在體外可誘導神經(jīng)元和神經(jīng)膠質細胞凋亡;(6)對5-羥色胺能神經(jīng)元起重要的營養(yǎng)作用，但S100B又受5-羥色胺調節(jié)。生理狀態(tài)下腦中的S100B蛋白在胚胎第14天即有表達，但很微弱，隨后與神經(jīng)系統(tǒng)的生長發(fā)育育呈平行增加關系，成年后相對穩(wěn)定。血清S100B蛋白的濃度與以下三種因素有關［3］:(1)腦損傷的嚴重程度及范圍;(2)巨噬細胞或蛋白酶引起的降解作;(3)血-腦脊液屏障被破壞的程度。

S100B蛋白雖然具有神經(jīng)營養(yǎng)作用，但是高濃度的S100B蛋白卻有神經(jīng)毒性作用，參與神經(jīng)退化機制。如Scotto等［4］研究發(fā)現(xiàn)細胞外高濃度的S100B蛋白可以刺激致炎細胞因子表達，導致細胞凋亡，并能通過一氧化氮(NO)依賴途徑誘導神經(jīng)元細胞死亡。Sandler等［5］的臨床研究表明，腦損傷死亡病人血清高濃度S100B蛋白可能參與了創(chuàng)傷后的神經(jīng)變性過程。

2 S100B蛋白與顱腦損傷的關系

Wiesmann等［6］研究認為，血清中S100B蛋白濃度與性別、年齡無確切關系，但腦脊液中的S100B蛋白濃度與年齡有一定關系，可能與脫髓鞘有關。Kleindienst等［7］認為理想的顱腦損傷標志物應該對顱腦損傷或血-腦脊液屏障受損時，腦脊液內S100B迅速升高，通過血-腦脊液屏障進入外周血。因此，S100B蛋白在血漿和腦脊液中的濃度變化可以反映中樞神經(jīng)系統(tǒng)損害的程度，并已成為判斷和評估顱腦損傷預后的特異性指標。雖然顱腦損傷后S100B在腦脊液中升高較血清中更顯著，但臨床應用仍以檢測血清樣本為主，原因是其診斷敏感性高，而且方便。

2．1 S100B蛋白與顱腦損傷嚴重程度 目前S100B蛋白作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷時敏感的標志。一般來說，S100B蛋白血清水平越高，顱腦損害越嚴重。傅小君等［8］在120例顱腦損傷組患者中研究發(fā)現(xiàn)，血清S100B蛋白濃度明顯高于正常對照組(P＜0．05)。重型、中型、輕型顱腦損傷組患者之間存在顯著性差異(P＜0．05)，即重型高于中型、中型高于輕型。Lo等［9］報道格拉斯哥評分(GCS)3～5分組和GCS 6～8分組重型顱腦損傷病人在傷后2～6小時、1、3、5、7、10天等不同時間段血清S100B的含量均有顯著性差異(P＜0．05)，推論重型顱腦損傷患者嚴重程度與血清S100B蛋白含量呈正相關，S100B蛋白水平越高，腦損害越嚴重。顱腦損傷后血清S100B蛋白水平升高，其機制可能是顱腦損傷時由小膠質細胞分泌的白細胞介素-1(IL-1)強烈刺激星形細胞活化和增殖，產(chǎn)生大量的S100B蛋白。而S100B蛋白自身也促進星形細胞的肥大和增殖產(chǎn)生更多的S100B蛋白，從而形成正反饋調節(jié)。高濃度S100B蛋白對中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有毒性作用，表現(xiàn)在以下幾方面:(1)升高神經(jīng)元內鈣離子的濃度引起鈣超載，鈣超載是目前公認的鈣依賴性毒性細胞死亡的共同通路，可誘導tau蛋白磷酸化和神經(jīng)元凋亡和壞死，神經(jīng)元的死亡又可引起小膠質細胞活化和IL-1的分泌，形成一個正反饋環(huán)路。(2)升高NO濃度，過量的NO具有神經(jīng)毒性作用，其毒性作用通過三種機制實現(xiàn):① 增強N-甲基-D-天門冬氨酸(NMDA)，受體介導的神經(jīng)毒性;② 與過氧化物陰離子結合生成自由集團，直接攻擊膜性結構;③ NO可誘導膠質細胞產(chǎn)生IL-1，IL-1推動顱腦損傷時細胞分子水平上的級聯(lián)炎性反應的進行［10］。

Woertgen和Rothoerl［11］認為重型顱腦損傷患者不僅是原發(fā)傷時S100B蛋白升高，在傷后幾天內也是升高的，主要是由于繼發(fā)性顱腦損傷所致。按GCS評分標準分級為重型顱腦損傷的患者其血清S100B蛋白表達水平較正常人明顯升高，預后較差患者血清S100B蛋白水平比預后良好者高;死亡患者血清S100B蛋白水平最高，當發(fā)現(xiàn)血清中有高水平S100B蛋白的表達時，提示可能有腦死亡過程，且血清S100B蛋白表達水平變化曲線可提示死亡率和腦損傷的程度、時間。Woertgen等［12］報道S100B蛋白在傷后15分鐘即至峰值達10．0Lg/L，6 小時為1．14Lg/L，12 小時后降至 0．5Lg/L 以下，具有很強的時間依賴性。所以認為持續(xù)的高濃度的血清S100B水平多由繼發(fā)性顱腦損傷引起。推測顱腦損傷后血清S100B蛋白的變化規(guī)律有以下幾種情況［13］:(1)顱腦損傷后S100B蛋白低于0．2μg/L或檢測不到，提示損傷輕微，甚至無需行頭顱CT檢查;(2)顱腦損傷早期(＜6小時)血清S100B蛋白明顯升高，傷后6小時約36%升高者降至正常，9小時可達50%，絕大部分患者于12小時內降至正常，血清S100B蛋白水平早期的升高表明初期的原發(fā)性腦損害;(3)血清S100B蛋白于傷后下降后又升高或升高3～9天的持續(xù)高值說明有繼發(fā)性腦損害。S100B蛋白半衰期短，若持續(xù)升高可能是繼發(fā)性腦損傷后“半暗帶組織區(qū)”向“缺血壞死區(qū)”轉化的結果。因此，對重型顱腦損傷患者治療期間的S100B蛋白水平進行動態(tài)監(jiān)測，對于評定治療效果、預后情況和判斷繼發(fā)性顱腦損傷情況是十分必要和有益的。

2．2 S100B蛋白與顱腦損傷患者預后的相關性 顱腦損傷的臨床治療結局有明顯的提高，但傷后病情的診斷、進展情況及預后情況的判斷，目前僅限于GCS評分及格拉斯哥預后評分(GOS)，而傷后神經(jīng)系統(tǒng)細胞學損傷的程度是決定病情演變及預后的重要因素。顱腦損傷患者早期(6小時內)血清S100B蛋白濃度均顯著升高，輕型顱腦損傷組多在1～2天內下降，中型顱腦損傷組多在2～3天內下降，重型顱腦損傷組持續(xù)保持較高水平。郭紅梅等［14］研究證實，顱腦損傷后，S100B蛋白濃度與病情呈正相關，病情越重濃度越高，發(fā)病越急升幅越大。并且在輕、中、重度顱腦損傷間的濃度有顯著差異，其濃度的變化與GCS評分呈負相關。趙振林等［15］研究發(fā)現(xiàn)患者入院時GCS評分與昏迷初期腦脊液中S100B蛋白濃度呈顯著負相關，昏迷初期腦脊液S100B蛋白與GOS評分呈顯著的負相關。因此，結合入院時GCS評分與昏迷初期腦脊液中S100B蛋白濃度，更能早期準確評估腦損傷程度，而且腦脊液S100B蛋白濃度可以指導昏迷患者的治療，評估昏迷患者預后。

Ucar等［16］研究了48例入院時GCS評分≤8分的重型顱腦損傷患者血清S100B蛋白的濃度，發(fā)現(xiàn)預后惡劣組的平均濃度為(3．5 ±6．4)ng/L，預后良好組的平均濃度為(1．3 ±2．5)ng/L，兩者具有顯著性差異。Rainey等［17］研究 100 例顱腦損傷患者，預后惡劣組(GOS 1～3分)28例，預后良好組(GOS 4～5分)72例，預后惡劣組與預后良好組之間血清S100B蛋白濃度具有顯著差異(P＜0．05)，表明顱腦損傷患者血清S100B蛋白濃度是判斷患者的預后的一種客觀指標。另外Anderson等［18］報道了17例無腦損傷的多發(fā)傷患者傷后血清S100B蛋白升高情況，認為即使沒有顱腦損傷，其他部位的創(chuàng)傷，如脂肪、肌肉、骨骼等組織損傷也可檢測到血清S100B蛋白水平的升高，所以在用S100B蛋白水平來評價腦外傷預后的時候要排除嚴重的多發(fā)傷患者，否則，會造成對預后判斷的不準確。

綜上所述，S100B蛋白的測定對顱腦損傷損傷嚴重程度及預后判定有重要意義，由于S100B蛋白有較高的特異性和靈敏度，具有非侵襲性，檢測方法簡便，作為一種神經(jīng)損傷的生化標志物已越來越多地應用于神經(jīng)系統(tǒng)損傷的臨床診斷和病情評估。但S100B增高往往是一過性的，半衰期短，常需要進行動態(tài)監(jiān)測，并結合癥狀、體征及影像學資料進行綜合分析，能作出合理的判斷。

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