腦震蕩相關(guān)生物標(biāo)志物的研究進(jìn)展

馮 鈴，曹冠柏，黎勇夫 綜述，夏祖?zhèn)?審校

重慶市九龍坡區(qū)人民醫(yī)院，重慶 400051

腦震蕩屬于輕型腦損傷的一種，在美國每年由于運動和娛樂活動導(dǎo)致腦震蕩的患者有1 600萬～3 800萬[1]。腦震蕩的定義：由于非穿透性生物力學(xué)導(dǎo)致，影像學(xué)無異常表現(xiàn)，但病理生理過程影響大腦并導(dǎo)致腦功能改變[2]。目前腦震蕩出現(xiàn)臨床表現(xiàn)的原因尚未明確，以及沒有任何血清學(xué)或者體液指標(biāo)可用于診斷腦震蕩。本文就腦震蕩相關(guān)的神經(jīng)元、軸突、少突細(xì)胞、星形細(xì)胞、血腦屏障損傷、神經(jīng)組織炎癥和能量危機的生物標(biāo)志物的研究進(jìn)展綜述如下。

1 腦震蕩

1.1腦震蕩的診斷 腦震蕩是指頭部外傷導(dǎo)致短暫意識喪失和(或)精神狀態(tài)改變，診斷的主要依據(jù)是患者本身的傷后癥狀，神經(jīng)系統(tǒng)檢查無明顯陽性體征，神經(jīng)影像學(xué)檢查大多顯示腦結(jié)構(gòu)正常，檢查缺乏明確、有效的診斷方法；7%～20%受傷后疑似腦震蕩的急診患者，CT掃描可顯示腦挫傷或顱內(nèi)出血。因此，腦震蕩的診斷給臨床醫(yī)師帶來了巨大挑戰(zhàn)。

1.2腦震蕩的損傷機制 腦震蕩通常無可見的病理學(xué)改變，如出血等，是一種突然發(fā)生的神經(jīng)元功能障礙，通常會在幾天到幾周的時間內(nèi)恢復(fù)。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，受撞擊后的腦組織神經(jīng)元的線粒體、軸突腫脹，間質(zhì)水腫，腦脊液中乙酰膽堿和鉀離子水平升高，影響軸突傳導(dǎo)或腦組織代謝的酶系統(tǒng)出現(xiàn)紊亂[3]，也可能涉及神經(jīng)組織炎癥和(或)小膠質(zhì)細(xì)胞活化[4]。新型核磁共振技術(shù)，如彌散張量成像，可用于監(jiān)測軸突完整性，但對腦震蕩軸突損傷診斷的靈敏度不高[5]。

1.3腦震蕩相關(guān)生物標(biāo)志物 腦震蕩相關(guān)的神經(jīng)元、軸突、少突細(xì)胞、星形細(xì)胞與血腦屏障損傷和神經(jīng)組織炎癥相關(guān)，可在許多生物標(biāo)志物中體現(xiàn)。腦震蕩有明確的受傷時間，不同階段的病理生理反應(yīng)存在差異，生物標(biāo)志物取樣的時機至關(guān)重要。如果候選的生物標(biāo)志物用于量化初始損傷，這樣的生物標(biāo)志物應(yīng)該盡可能早地檢測。如果檢測延遲反應(yīng)，如神經(jīng)組織炎癥或Wallerian 變性，生物標(biāo)志物早期可能呈陰性，達(dá)到最高水平常在傷后數(shù)天、數(shù)周甚至數(shù)個月。

1.3.1神經(jīng)元損傷相關(guān)標(biāo)志物

1.3.1.1神經(jīng)元特異性烯醇化酶(NSE) NSE在神經(jīng)元細(xì)胞中含量豐富，但也存在于神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞、血小板和紅細(xì)胞中。

NSE可考慮作為創(chuàng)傷性腦損傷(TBI)嚴(yán)重程度和預(yù)后的檢測指標(biāo)，有研究發(fā)現(xiàn)，血清和腦脊液NSE水平與TBI嚴(yán)重程度間具有相關(guān)性[6]。但一項與體育運動相關(guān)腦震蕩的研究得出的結(jié)論相反，與賽季前水平相比，血清NSE水平在數(shù)小時至數(shù)天內(nèi)沒有增加[7]。總之，作為腦震蕩的血液生物標(biāo)志物，血清NSE的靈敏度值得更為深入的研究。

1.3.1.2泛素C末端水解酶-L1(UCH-L1) UCHL1存在神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)，除了中樞神經(jīng)系統(tǒng)，也存在于周圍神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元、神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和一些腫瘤中。有關(guān)于97例TBI患者與50例健康體檢者血清UCH-L1水平分析的結(jié)果顯示，血清UCH-L1預(yù)測TBI嚴(yán)重程度與預(yù)后的靈敏度、特異度均較高[8]。另一項研究結(jié)果顯示，根據(jù)傷后24 h內(nèi)血清UCH-L1水平可區(qū)分患者無腦損傷或出現(xiàn)腦震蕩[9]。有許多研究將血清UCH-L1作為腦震蕩的生物標(biāo)志物，但結(jié)果并不一致[8-10]。

1.3.2軸突損傷相關(guān)標(biāo)志物

1.3.2.1Tau蛋白和神經(jīng)絲蛋白 Tau蛋白是一種微管相關(guān)蛋白，可在肝臟、腎臟和睪丸中出現(xiàn)。神經(jīng)絲蛋白是構(gòu)成神經(jīng)元軸突中間纖維的特異性分子蛋白，分為神經(jīng)絲輕鏈蛋白(NF-L)和神經(jīng)絲重鏈蛋白(NF-H)，Tau蛋白和神經(jīng)絲蛋白是研究較成熟的軸突損傷生物標(biāo)志物[11-12]。

Tau蛋白的磷酸化是神經(jīng)元的正常現(xiàn)象，但過度磷酸化和神經(jīng)纖維聚集纏結(jié)是Alzheimer病和慢性創(chuàng)傷性腦病的特征，可以測量腦脊液中總Tau蛋白和磷酸化Tau蛋白。腦脊液中總Tau蛋白水平與重度TBI的病變程度和預(yù)后相關(guān)，水平升高表明腦損傷嚴(yán)重。

對腦震蕩的研究表明，腦脊液中總Tau蛋白和NF-L水平均增加，NF-L增加幅度大于總Tau蛋白，這表明頭部打擊對皮質(zhì)下有髓鞘軸突較皮質(zhì)無髓鞘軸突有更大的影響，腦脊液 NF-H檢測結(jié)果也可得出類似的結(jié)論[13]。

在對專業(yè)冰球運動員的腦震蕩研究中，傷后1 h，血漿總Tau蛋白水平與賽前相比明顯增加，根據(jù)血漿總Tau蛋白水平預(yù)計的返回賽場時間(即運動員沒有癥狀的時刻，以此為適合復(fù)賽的臨床依據(jù))準(zhǔn)確度高[7]。在另一項對34例不同程度TBI患者的研究中，傷后24 h內(nèi)采集的標(biāo)本顯示,血漿Tau蛋白水平能高度區(qū)分腦震蕩患者與對照組患者[14]。有TBI病史的軍人與沒有TBI病史的對照組相比，平均血漿Tau蛋白水平增加，腦震蕩后癥狀與血漿Tau蛋白水平相關(guān)，提示這可能與腦震蕩的病理生理過程有關(guān)[15]。

血清NF-L水平與腦脊液NF-L高度相關(guān)，有研究發(fā)現(xiàn)，在美國足球的一個賽季中，運動員NF-L水平增高[16]，說明運動員可能為頭部遭受撞擊。在另一項研究中，在腦震蕩后第1天和第3天2個時間點，腦震蕩患者與對照組比較，血清NF-H水平均有所增加[17]。

1.3.2.2αⅡ血影蛋白裂解產(chǎn)物 αⅡ血影蛋白(SBDPs)是一種位于軸突和突觸前膜、含量豐富的蛋白質(zhì)，SBDPs已被認(rèn)為是TBI的潛在生物學(xué)標(biāo)志物，TBI患者血清SBDPs水平與TBI嚴(yán)重程度和預(yù)后相關(guān)[18]。一些由體育運動導(dǎo)致的腦震蕩在受到撞擊之后的1 h至6 d內(nèi)，均可觀察到血清SBDPs水平增加[19]。

1.3.3少突細(xì)胞損傷相關(guān)標(biāo)志物 髓鞘堿性蛋白(MBP)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)少突細(xì)胞和周圍神經(jīng)系統(tǒng)的雪旺細(xì)胞髓鞘的主要成分，在彌漫性軸索損傷中，有髓鞘軸突是主要靶點，因此MBP也被認(rèn)為是TBI的潛在生物標(biāo)志物。

在TBI中，血清MBP升高與腦損傷程度有關(guān)[6]。成人TBI伴繼發(fā)性腦缺氧患者，可見血清MBP水平升高。一項研究數(shù)據(jù)提示，血清MBP水平在傷后48～72 h達(dá)到高峰，晚于EF手型鈣結(jié)合蛋白(S100-B)和NSE[6]。MBP的水平變化可提示腦震蕩后少突細(xì)胞的損傷情況。

1.3.4星形細(xì)胞損傷相關(guān)標(biāo)志物 S100-B作為一種TBI的生物標(biāo)志物被廣泛研究。有研究顯示，業(yè)余拳擊手在比賽后腦脊液S100-B水平略有升高，但這一變化不如軸突損傷標(biāo)記物Tau和NF-L變化明顯[20]。膠質(zhì)纖維酸性蛋白(GFAP)也被報道與TBI相關(guān)。有研究通過計算機檢索PubMed、EBSCO、Web of Science、Springer、Science Director、ACS、ProQuest、Taylor&Francis、中國學(xué)術(shù)期刊全文數(shù)據(jù)庫、中文科技期刊全文數(shù)據(jù)庫、萬方數(shù)據(jù)知識服務(wù)平臺，評價血清GFAP水平與TBI傷情及預(yù)后的關(guān)系，Meta分析結(jié)果顯示，GFAP水平與Marshall CT分級、TBI的傷情嚴(yán)重程度和預(yù)后均具有相關(guān)性[21]。據(jù)報道，根據(jù)血清S100-B和GFAP水平的變化可預(yù)測放射影像學(xué)上明顯的顱內(nèi)損傷[22]。根據(jù)新的顱腦損傷處理臨床指南，影像學(xué)檢查前進(jìn)行S100-B測定，可根據(jù)檢查結(jié)果一定程度上減少腦CT掃描數(shù)量[23]。對34例不同程度的TBI研究顯示，傷后第1天測定血漿GFAP水平，對鑒別腦震蕩患者與對照組準(zhǔn)確性很高[14]。

1.3.5血腦屏障功能障礙相關(guān)標(biāo)志物 血腦屏障破壞在TBI中很常見，可以瞬間發(fā)生，會導(dǎo)致腦脊液中中樞神經(jīng)系統(tǒng)的物質(zhì)水平在血液中增加和血液中物質(zhì)水平在腦脊液中增加。

1.3.5.1腦脊液/清蛋白比值 有研究將腦脊液/清蛋白比值作為血腦屏障完整性測試，發(fā)現(xiàn)腦脊液/清蛋白比值增高見于重度TBI，反之，如果腦震蕩后未出現(xiàn)這種變化，表明血腦屏障基本上是完整的[24]。

1.3.5.2閉鎖蛋白 緊密連接的蛋白成分被假設(shè)為TBI血腦屏障損傷的血漿標(biāo)志物，閉鎖蛋白有助于血腦屏障處的緊密連接更為穩(wěn)定。然而，這種蛋白并不是大腦特有的，在睪丸、腎臟、肝臟和肺中也存在高表達(dá)，這也說明了血漿閉鎖蛋白水平增加不僅出現(xiàn)在腦震蕩患者，也出現(xiàn)在無腦震蕩的骨科損傷患者中[25]。

1.3.6神經(jīng)組織炎癥相關(guān)標(biāo)志物 大量的研究報告，重度TBI后鞘內(nèi)發(fā)生急性炎性反應(yīng)，腦脊液中的促炎因子，白細(xì)胞介素(IL)-6、IL-8和IL-10水平增加[26]，反映了中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)細(xì)胞因子和IL對創(chuàng)傷的反應(yīng)，可能通過被破壞的血腦屏障向外滲漏。

有學(xué)者對60例腦震蕩患者與60例同期健康體檢者進(jìn)行研究，根據(jù)血漿基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP9)水平，對腦震蕩與非腦震蕩進(jìn)行鑒別，其靈敏度和特異度分別為68.3%和87.9%[27]，然而，參與研究的例數(shù)相對較少，結(jié)果可能存在偏倚。有報道稱血液中炎性因子如物質(zhì)P、可溶性CD40配體和MMP9與TBI患者預(yù)后相關(guān)[28]。

1.3.7能量危機相關(guān)標(biāo)志物 在TBI患者中，可通過檢測線粒體功能、氧化應(yīng)激和代謝變化的標(biāo)志物來評價腦能量變化。重度TBI的特征是腦細(xì)胞外乳酸水平和乳酸/丙酮酸比值升高，并與不良預(yù)后相關(guān)。有研究通過中、重度TBI血清氨基酸與其他小分子的比較研究，確定了9種代謝產(chǎn)物水平的變化模式，可依據(jù)其改變程度對TBI后認(rèn)知障礙的患者與無認(rèn)知障礙的患者進(jìn)行區(qū)分[29]。另一項對飛行員的研究表明，與健康、無腦震蕩的對照組比較，輕度至重度TBI后6 h至數(shù)天內(nèi)，血漿過氧化物還原酶水平增加2～7倍，但這是否與TBI后中樞神經(jīng)系統(tǒng)的變化有關(guān)，目前尚不清楚[25]。

2 腦震蕩后綜合征(PCS)

大多數(shù)腦震蕩患者恢復(fù)很快，通常數(shù)天到數(shù)周癥狀即可消失，但15%的患者可出現(xiàn)數(shù)月甚至更長時間的神經(jīng)病學(xué)癥狀，稱為PCS。相關(guān)癥狀必須在傷后4周之內(nèi)發(fā)生，持續(xù)1個月以上[2]才可稱之為PCS。PCS癥狀不是大腦特有的，也發(fā)現(xiàn)于沒有經(jīng)歷過TBI的個體，關(guān)于PCS一直存在爭議，因為PCS診斷與廣泛的非特異性癥狀有關(guān)，如頭痛和認(rèn)知障礙，注意力不集中，情緒和(或)行為異常，易怒等。此外，PCS不僅受受傷機制的影響，還受心理和社會經(jīng)濟因素的影響。關(guān)于腦震蕩患者是否出現(xiàn)PCS，其機制目前尚不清楚[23]。血液生物標(biāo)志物S100-B在PCS患者中未顯示異常，這可能與靈敏度較低有關(guān)[30]。一項針對16例PCS患者和15例健康飛行員對照者的研究顯示，對于8例癥狀持續(xù)1年以上的患者，其腦脊液中NF-L水平增加，這表明軸突持續(xù)損傷，并發(fā)現(xiàn)腦脊液中Aβ1-42淀粉水平降低，提示腦實質(zhì)中有Aβ淀粉沉積[31]。

3 慢性創(chuàng)傷性腦病(CTE)

重復(fù)性腦震蕩是CTE的危險因素。CTE是神經(jīng)病理學(xué)診斷，只能在法醫(yī)尸檢后進(jìn)行。最早發(fā)現(xiàn)于拳擊運動員，之后也在其他運動員和退伍軍人中被觀察到[32],其臨床特點是慢性和進(jìn)行性神經(jīng)和(或)精神癥狀，病理學(xué)特征是特異的神經(jīng)變性病變(Tau變性)，以及神經(jīng)元纖維纏結(jié)和淀粉樣血管病變伴腦內(nèi)出血危險，可以出現(xiàn)在大腦的任何區(qū)域[33]。CTE中神經(jīng)元纖維纏結(jié)最常形成在大腦皮質(zhì)淺層，而Alzheimer病更常出現(xiàn)在大腦皮質(zhì)深層；另一個特點是血管周圍Tau沉積，反映Tau沉積與腦血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷相關(guān)，但其機制仍不清楚。少部分研究表明，如果患者發(fā)病年齡不同，他們的行為、情緒、死亡時表現(xiàn)出的認(rèn)知障礙均不相同[33]。部分PCS最終被診斷為CTE，但PCS與之后發(fā)生CTE的關(guān)系尚不清楚。

有報道將5名美式足球退役球員和5名無腦震蕩史普通人進(jìn)行比較，PET掃描時使用FDDNP顯像劑，退役球員皮質(zhì)下區(qū)域和杏仁核可見較高的FDDNP信號，有別于Alzheimer病[32]。對于Alzheimer病，可通過腦脊液Tau蛋白和β-淀粉樣蛋白測定進(jìn)行輔助診斷，但對于CTE，這2項指標(biāo)的診斷價值尚未被認(rèn)可。因此，有必要了解更多CTE發(fā)病機制、危險因素、臨床過程和隨訪研究TBI后有慢性或進(jìn)展性癥狀患者的臨床資料。

4 小 結(jié)

腦震蕩、PCS和CTE的生物標(biāo)志物的研究仍處于初級階段，需要大量工作來優(yōu)化采樣(包括采樣時間點)，以識別和減輕分析前和分析中的誤差，并優(yōu)化分析，最大限度地提高分析靈敏度和特異度。

腦震蕩生物標(biāo)志物研究存在的另一個問題是目前沒有神經(jīng)病理學(xué)驗證的診斷標(biāo)準(zhǔn)，神經(jīng)影像學(xué)的靈敏度不足以診斷腦震蕩。因此，腦震蕩診斷只能依賴TBI臨床資料，其中包括各種生物標(biāo)志物不同程度的水平改變，深入研究生物標(biāo)志物的改變，可闡明這些變化與PCS或CTE發(fā)生風(fēng)險的相關(guān)性，但生物標(biāo)志物的預(yù)測臨界值必須經(jīng)過驗證。

因此，臨床需要對腦震蕩的生物標(biāo)志物和相關(guān)情況進(jìn)行深入研究，以便為反復(fù)腦震蕩、慢性神經(jīng)癥狀特別是PCS患者明確長期風(fēng)險，預(yù)防CTE的發(fā)生提供依據(jù)。