胰島素過量致低血糖腦損傷神經(jīng)病理學研究進展

童昉，楊怡，梁悅，羅桑旦增，劉育洛，趙樞泉，何光龍，周亦武

（1.華中科技大學同濟醫(yī)學院法醫(yī)學系，湖北 武漢 430030；2.武漢市公安局漢陽區(qū)分局，湖北 武漢430050；3.公安部物證鑒定中心，北京 100038）

現(xiàn)今，胰島素意外中毒、自殺，甚至他殺致死案件日趨增多[1-3]。1958年，BIRKINSHAW等[4]首次報道了一起利用胰島素他殺的案例，我國于1994年首次報道[5]，至今國內(nèi)外胰島素他殺案件報道已逾百例[1]。2015年，上海女護士陶某利用胰島素注射殺害男友的案件[6]廣受國內(nèi)新聞媒體關注；2017年，英國廣播電視公司報道了一起加拿大護士Elizabeth Wettlaufer于2007年至2014年間通過注射胰島素殺死8名老人的惡性案件[7]。認定胰島素過量致死的難點主要在于，人死后體內(nèi)胰島素降解速度快，毒物分析結(jié)果難以支撐鑒定意見[8]。胰島素他殺案件現(xiàn)場遺留證據(jù)少，作案較為簡易，注射難度小，前期研究[9-10]結(jié)果顯示，兇手可先誘使被害人服用安眠藥，隨后注射胰島素，尸表僅遺留若干個針眼，尸體檢驗時極易忽視，利用胰島素殺人更被小說家比喻為一種“殺人無痕”的手段[11-12]。此外，胰島素獲得途徑便捷，藥房內(nèi)均有銷售，且無需實名登記。

低血糖腦損傷被認為是胰島素過量致死的主要原因[13]，由于葡萄糖是大腦最主要的能量來源，低血糖可引起意識模糊、記憶障礙、昏迷、驚厥等[14-15]。近年來，胰島素過量致低血糖腦損傷的研究逐漸在法醫(yī)學領域受到重視，本文擬從法醫(yī)神經(jīng)病理學的角度，綜述胰島素過量致低血糖腦損傷的神經(jīng)病理學改變、病理生理過程及潛在神經(jīng)分子標志物，為法醫(yī)學相關領域的科研及實踐提供借鑒。

1 胰島素過量致低血糖腦損傷的神經(jīng)病理改變

根據(jù)AUER等[16]的研究，低血糖腦損傷所引起的大腦病變分布具有一定特征，可導致大腦皮質(zhì)神經(jīng)元的選擇性壞死。研究[17]結(jié)果顯示，低血糖僅累及大腦皮質(zhì)淺層（第2、3層），而缺血缺氧性腦損傷引起大腦皮質(zhì)中層（第4、5層）廣泛性神經(jīng)元壞死。低血糖對海馬齒狀回區(qū)的破壞尤甚，無論是低血糖動物模型還是人尸體檢驗案例，均可見齒狀回顆粒細胞變性，甚至脫失，可區(qū)別于缺血缺氧腦損傷，在法醫(yī)學實踐中應當重視[13，18]。除此之外，低血糖腦損傷中，海馬CA1區(qū)與CA3區(qū)也可觀察到不同程度的非特異性神經(jīng)元壞死[16]。

前期研究[10]發(fā)現(xiàn)，低血糖可引起白質(zhì)廣泛性的星形膠質(zhì)細胞反應，在胰島素過量的法醫(yī)病理學診斷中具有一定價值。大腦的基本能量代謝體系是以星形膠質(zhì)細胞與神經(jīng)元的相互作用為基礎，成年人的糖原主要位于星形膠質(zhì)細胞內(nèi)，當神經(jīng)元能量代謝發(fā)生障礙時，星形膠質(zhì)細胞被激活，肥大增生，并伸出“終足”營養(yǎng)神經(jīng)元[19-20]。重度腦水腫是低血糖腦損傷的另一重要特征，DENG等[21]研究發(fā)現(xiàn)，低血糖可直接破壞血腦屏障，引起血管源性水腫。臨床上利用彌散加權成像（diffusion weighted imaging，DWI）研究低血糖腦損傷[22]，發(fā)現(xiàn)大腦皮質(zhì)、基底神經(jīng)節(jié)等部位的非對稱性水彌散下降，而這些異常信號經(jīng)過治療后可逆，提示低血糖可引起細胞毒性水腫。法醫(yī)學實踐中，膠質(zhì)細胞反應與水腫是常見病變，常被忽視，檢案中若觀察到上述病變，應考慮到胰島素過量可能，結(jié)合案情與其他病變綜合判斷。

2 胰島素過量致低血糖腦損傷的有關機制

2.1 興奮性神經(jīng)毒作用

低血糖致神經(jīng)元壞死的機制，最初認為僅有大腦能量代謝障礙，但通過胰島素誘導嚴重低血糖的大鼠可出現(xiàn)抽搐、驚厥等表現(xiàn)，腦電圖呈現(xiàn)大腦部分區(qū)域的異常放電[15]，而人在低血糖情況下可能出現(xiàn)精神及情緒的改變，甚至變得具有攻擊性[23]，上述研究結(jié)果提示，低血糖時大腦內(nèi)的某些神經(jīng)遞質(zhì)含量可能發(fā)生改變[24]。AUER等[24]的早期研究發(fā)現(xiàn)，海馬是低血糖腦損傷的敏感區(qū)域，并推測這種損傷與興奮性神經(jīng)毒性相關。谷氨酸是大腦內(nèi)重要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，在神經(jīng)細胞動作電位誘發(fā)及傳導過程中起著關鍵作用，葡萄糖剝奪時腦組織內(nèi)谷氨酸含量明顯增加[25-27]。另外，由于葡萄糖缺乏時有氧氧化產(chǎn)物進入三羧酸循環(huán)減少，線粒體內(nèi)堆積的草酰乙酸與谷氨酸在轉(zhuǎn)氨酶的作用下生成大量天冬氨酸，并與谷氨酸受體、N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartic acid，NMDA）受體及α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸（α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole-propionicacid，AMPA）受體結(jié)合，加劇興奮性神經(jīng)毒作用[14，28-29]。PARAMO等[29]利用體外原代培養(yǎng)的海馬神經(jīng)元進行葡萄糖剝奪建立低血糖腦損傷細胞模型，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元細胞外谷氨酸水平上調(diào)、氧化應激產(chǎn)物增加。另有研究[30]結(jié)果顯示，抑制性神經(jīng)遞質(zhì)γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）在低血糖腦損傷中對神經(jīng)元有保護作用。有學者通過大鼠腦室內(nèi)注射微量NMDA受體拮抗劑地佐環(huán)平（MK801），發(fā)現(xiàn)胰島素誘導的低血糖神經(jīng)元壞死明顯減輕[27]。以上研究結(jié)果充分表明，低血糖腦損傷致神經(jīng)元壞死的機制復雜，與興奮性神經(jīng)毒作用具有明顯關聯(lián)。

2.2 氧化應激損傷

低血糖腦損傷與氧化應激緊密相關。研究[31]結(jié)果顯示，在胰島素過量低血糖腦損傷情況下，實驗動物的皮質(zhì)與海馬脂質(zhì)過氧化物含量、氧化應激標志物顯著升高，海馬部分區(qū)域、齒狀回超過對照水平200%。谷氨酸的上調(diào)與氧化應激產(chǎn)物增多存在密切聯(lián)系，并且可能是低血糖腦損傷海馬齒狀回壞死的主要原因[28，32]。神經(jīng)元在葡萄糖剝奪情況下，谷氨酸與NMDA和（或）AMPA受體結(jié)合誘導大量鈣離子（Ca2+）內(nèi)流，引起線粒體膜去極化及Ca2+超載[33]，同時激活神經(jīng)元內(nèi)還原型輔酶Ⅱ（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）氧化酶、黃嘌呤氧化酶、磷脂酶A2等[33-34]，產(chǎn)生并釋放大量活性氧族（reactive oxidative species，ROS），可損傷DNA，破壞神經(jīng)元結(jié)構及功能，最終導致神經(jīng)元壞死[28]。SUH等[27]發(fā)現(xiàn)，低血糖腦損傷情況下，大腦內(nèi)可產(chǎn)生大量ROS，繼而損傷DNA，并促使神經(jīng)元凋亡。HACES等[35]觀察到部分脂質(zhì)過氧化物含量在低血糖腦損傷實驗動物皮質(zhì)內(nèi)選擇性升高，認為氧化應激是低血糖腦損傷的早期反應。

3 胰島素過量致低血糖腦損傷的潛在神經(jīng)分子標志物

分子標志物是臨床病理診斷中的常用方法，在法醫(yī)病理學診斷中也極為實用，例如彌散性軸索損傷（diffusion axonal injury，DAI）的診斷可以參考β淀粉樣前體蛋白（β-amyloid precursor protein，β-APP）在軸索中的表達情況[36]。神經(jīng)病理學研究[17，25]結(jié)果顯示，胰島素過量致低血糖腦損傷的神經(jīng)病理學改變有別于癲癇、缺血缺氧性腦病，具有明顯的特征性（皮質(zhì)損傷較輕，海馬損傷較嚴重），由此推斷，低血糖腦損傷情況下部分蛋白及遺傳物質(zhì)含量的改變也有別于其他腦損傷，尋找合適的分子標志物診斷胰島素過量具有一定可行性。研究[10，37-45]結(jié)果顯示，部分蛋白具有作為分子標志物診斷胰島素過量致死的潛在可能。這些蛋白包括：

（1）神經(jīng)膠質(zhì)纖維酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）：星形膠質(zhì)細胞的骨架蛋白，維持其機械張力，在神經(jīng)系統(tǒng)能量代謝障礙的情況下，星形膠質(zhì)細胞反應性肥大，GFAP表達增加[37]。胰島素過量致低血糖腦病可致嚴重能量代謝障礙，TONG等[10]的研究也證實了GFAP在胰島素過量致死腦組織中表達明顯增加，可作為胰島素過量致死的診斷指標。

（2）葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白（glucose transporters，GLUT）-1：主要位于哺乳動物的細胞膜上，在血腦屏障上的表達極為豐富，負責葡萄糖在膜內(nèi)外的轉(zhuǎn)運[38]。研究結(jié)果[39]顯示，GLUT-1在低血糖腦損傷大鼠大腦皮質(zhì)和小腦表達增高。

（3）GLUT-3：與GLUT-1相似，負責葡萄糖在膜內(nèi)外的轉(zhuǎn)運，主要表達于神經(jīng)元、軸索和樹突[40]，提升大腦對于葡萄糖的利用率[41]。研究[39]結(jié)果表明，GLUT-3在低血糖腦損傷大鼠海馬、大腦皮質(zhì)和小腦有不同程度的表達上調(diào)。

（4）載脂蛋白 J（apolipoprotein J，ApoJ）：系廣泛存在于人體多種組織及體液中的一種多功能糖蛋白，參與脂質(zhì)代謝調(diào)控，具有清除細胞壞死物及影響凋亡并同時抑制膜攻擊復合物形成的功能[42-43]。研究[44]結(jié)果表明，ApoJ在低血糖大鼠腦組織內(nèi)的表達增高，但其在低血糖腦損傷中發(fā)揮的作用仍然不明確，有待進一步研究。

（5）4-羥基壬烯酸（4-hydroxynonenal，4-HNE）：是一種存在于細胞胞質(zhì)內(nèi)的脂質(zhì)過氧化反應產(chǎn)物，在氧化應激過程中表達增加，參與細胞黏附、細胞生發(fā)等諸多過程[45]。由于低血糖腦損傷與氧化應激密切相關，4-HNE作為氧化應激產(chǎn)物，在低血糖情況下，于海馬、大腦皮質(zhì)及小腦內(nèi)的表達均增高[38]。因此，作為分子標志物，4-HNE在胰島素過量致低血糖腦損傷的法醫(yī)病理學診斷中具有潛在價值。

4 小 結(jié)

胰島素過量致死的認定一直是法醫(yī)學領域亟待解決的難題，給司法審判的公正性帶來巨大挑戰(zhàn)。目前，法醫(yī)毒物分析領域?qū)τ诟鹘M織液中胰島素的分布及降解規(guī)律已取得一定進展[2，46]，但仍然未能突破死后胰島素定量檢測及內(nèi)外源性胰島素鑒別等難題。法醫(yī)病理學領域應從低血糖腦損傷著手，開展神經(jīng)病理學研究，探索胰島素過量低血糖腦損傷的精準分子通路，尋找特征性病理學改變及具有診斷價值的分子標志物，以降低胰島素過量致死的漏診率及誤診率。