腦出血后腦水腫的形成機制及生物標志物的研究進展*

戈啟誠，史樹海,2，張曉璐

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院神經(jīng)外科，內(nèi)蒙古 包頭 014000；2.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京世紀壇醫(yī)院 重癥醫(yī)學(xué)科)

腦出血(intracerebral hemorrhage ，ICH)是指自發(fā)非外傷性的腦實質(zhì)內(nèi)血管破裂而導(dǎo)致的局部腦組織出血，具有起病急、進展快、病情比較嚴重、致死率和致殘率高的特點，預(yù)后不良，對患者生存質(zhì)量造成嚴重影響。腦出血后必然會經(jīng)歷腦水腫的過程，腦水腫的發(fā)生會進一步引發(fā)腦組織的繼發(fā)性損害。明確腦水腫的發(fā)病機制和找到有效評價指標，是有效阻止腦水腫發(fā)生、進展和精確評價腦水腫程度的基礎(chǔ)，這為腦水腫的評估與防治提供了重要的依據(jù)?，F(xiàn)通過知網(wǎng)、維普期刊及Pubmed等檢索工具收集了近5年的相關(guān)文獻，對腦出血后引發(fā)腦水腫的機制和生物標志物評價指標進行分析，旨在幫助臨床工作者更好的了解腦出血后腦水腫的發(fā)生機制，通過結(jié)合生物標志物和臨床癥狀、體征，為患者的病情嚴重程度進行很好的評估，以采取有效合理的治療措施緩解病情進展，提高患者的生存率。

1 腦出血的一般現(xiàn)狀

1.1腦出血的分類以及發(fā)病率 由于我國人口基數(shù)大，中老年占比大，發(fā)生腦出血的病人越來越多。在自發(fā)性腦出血的分類中，不管青年或是中老年多數(shù)為高血壓性腦出血，除此之外，動脈瘤破裂和動靜脈畸形腦出血也常發(fā)生，但多半為青年人群，長期飲酒和吸煙是其高危因素[1-2]。國外有研究者采用回顧性隊列研究的方法，對加拿大10年(2009-2019)間20 738例腦出血患者進行研究，期間腦出血的總發(fā)生率約為19.1 / 10萬人年，住院死亡率和1年死亡率分別為32.4 %和45.4 %，2年死亡率是49.5 %[3]。有研究認為，發(fā)病率與季節(jié)也有關(guān)系，研究者對四川部分地區(qū)1 606名腦出血患者的流行病學(xué)資料進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，冬季腦出血的發(fā)病率最高(45.3 %,95 %CI:39.1 %～51.5 %)，夏季最低(24.1 %,95 %CI:20.8 %～27.4 %)，出現(xiàn)這種狀況可能與溫度、大氣壓、空氣濕度等氣候因子有關(guān)[4]。另外李華國[5]通過觀察3年內(nèi)240名腦出血患發(fā)病情況與季節(jié)的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，冬季發(fā)病人數(shù)高于夏季發(fā)病人數(shù)。還有研究者連續(xù)收集了3年間2 352例腦出血案例分析得出，男性腦出血發(fā)生于秋季、 冬季者占全年的60.73 %， 女性占全年的62.57 %[6]。為研究性別與腦出血的關(guān)系，王平平等[7]通過全國18家三甲醫(yī)院的HIS系統(tǒng)收集了14 169例腦出血患者，分析性別與腦出血的關(guān)系后得出，男性患病比例高，年齡偏小，但男女患者腦出血的年齡高峰均為45～59歲。除以上發(fā)病特征以外，中青年人群患病率較前上升[8-9]。有文獻報道，在中國，中青年腦出血患者占所有腦出血病患的31 %[10]，也就是說，青年群體也加入了腦出血的“大家族”中，這打破了我們傳統(tǒng)思維認為的腦出血只發(fā)生于中老年的認知。

1.2腦出血的危險因素 腦出血的病因中青年和老年的共同發(fā)病病因主要是高血壓[11]。除高血壓外，高血脂也是腦出血的危險因素。張留福等[12]研究報道，腦出血組的血清總膽固醇水平明顯高于對照組。童晨[13]通過彩色多普勒超聲檢測100名腦出血患者頸總動脈，其中有97例檢出頸總動脈粥樣硬化，40名對照組中只檢出10例，所以動脈粥樣硬化也是腦出血患者的危險因素之一。腦血管畸形又是腦出血另外一個病因，但以青年為主[14]。在腦血管畸形中，動靜脈畸形(arteriovenous malformation, AVM)約占90 %以上，以腦出血為首發(fā)癥狀的AVM約35 %～70 %,青年人腦出血以AVM破裂為主[15]。不可控因素-性別對腦出血的發(fā)生也有影響，有關(guān)研究表明男性患腦出血的風(fēng)險高于女性[16]，喝酒、抽煙、不良作息等生活習(xí)慣可能是腦出血的誘因，所以養(yǎng)成良好的生活習(xí)慣對健康非常嚴重。

2 出血后腦水腫的發(fā)生機制

腦水腫的形成是腦出血后的必然過程，在腦出血早期，病灶周圍就開始形成水腫[17]，最初水腫程度很輕微， 2小時后加重，3～4h 水腫達到頂峰，隨后慢慢消退[18]。腦水腫可分為細胞內(nèi)腦水腫和細胞外腦水腫。細胞內(nèi)腦水腫是指細胞膜結(jié)構(gòu)被缺氧、缺血等環(huán)境破壞后導(dǎo)致水分不能向細胞外轉(zhuǎn)運；細胞外腦水腫的機制是血-腦屏障被破壞，液體積聚在腦組織細胞間，是最常見的類型[19]。下面從不同方面闡述腦水腫的發(fā)生機制：

2.1血腫占位效應(yīng)對腦水腫的促成 腦出血后，張力不斷增大的血腫對周圍的腦組織產(chǎn)生壓力，由于顱腔容積有限，隨著血腫增大，顱內(nèi)壓逐漸升高引起腦水腫[20]。血腫繼續(xù)增大，腦組織中的血管受壓越來越嚴重，導(dǎo)致局部微循環(huán)障礙，使腦組織缺血缺氧，神經(jīng)細胞膜鈉鉀泵失去轉(zhuǎn)運功能，水不能正常轉(zhuǎn)運到細胞膜外，從而造成細胞內(nèi)腦水腫[21]。原本存在于神經(jīng)細胞內(nèi)的鉀離子因失去鈉鉀泵的作用而大量往細胞膜外流動，鈉離子和氯離子往細胞內(nèi)流動，造成細胞內(nèi)超高離子濃度，水分進入神經(jīng)細胞內(nèi)導(dǎo)致細胞內(nèi)腦水腫，與此同時，因缺氧產(chǎn)生的乳酸堆積在細胞內(nèi)，使細胞內(nèi)滲透壓升高，大量水分進入細胞，進一步加重腦水腫[22]。

2.2血—腦屏障的破壞 血-腦屏障(blood-brain barrier,BBB)是維持大腦中液體穩(wěn)態(tài)的重要結(jié)構(gòu)，由毛細血管內(nèi)皮細胞(具有門禁作用)、細胞緊密連接、基膜、周細胞、星形膠質(zhì)細胞構(gòu)成[23]。BBB能阻止大分子物質(zhì)和病原體進入腦脊液，也可以選擇性地通過一些小分子物質(zhì)，調(diào)節(jié)腦組織內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)和維持部分神經(jīng)元功能[24]。血腦屏障內(nèi)皮細胞間由緊密連接蛋白連接，包括claudins、occludin、zonula occluden-1、zonula occluden-2、zonula occluden-3等，它們的作用在于維持血-腦屏障結(jié)構(gòu)和功能的完整性[25]。血-腦屏障受損或是局部破壞，都會引起神經(jīng)功能障礙，正常情況下血液中不能外流的大分子物質(zhì)通過受損處進入腦組織，腦組織不能正常的清除或轉(zhuǎn)運多余的水分和物質(zhì)，從而形成腦水腫；因此，血-腦屏障的功能和結(jié)構(gòu)遭到破壞是血管源性腦水腫的病理基礎(chǔ)[26]。

報道稱基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)的功能主要是對細胞外基質(zhì)進行降解和重塑[27]?；|(zhì)金屬蛋白酶-9(matrix metalloproteinases,MMP-9)就是其中之一，在正常腦組織中能檢測到，但很少表達,當(dāng)腦出血24h后，MMP-9在受損組織大量表達[28]，它的表達與腦組織損傷關(guān)系緊密相關(guān)[29]。有研究報道，MMP-9通過降解微血管基底膜蛋白和緊密連接蛋白而破壞血-腦屏障[30]。在研究大鼠腦出血模型時，大鼠腦組織水腫程度和 MMP-9的表達呈線性關(guān)系[31]。為證實腦水腫的形成是否與MMP-9有關(guān)，研究人員給腦出血大鼠投飼MMPs抑制劑，3天后腦水腫較對照組減輕[32]。綜上所述，MMP-9通過破壞維持血-腦屏障正常功能的重要組成成分參與腦水腫的形成。

2.3血紅蛋白分解產(chǎn)物的毒性作用 腦出血后血凝塊的主要成分為紅細胞。腦組織中的血紅蛋白由損傷后的紅細胞釋放而來，大量的血紅蛋白具有化學(xué)毒性[33]。血紅素加氧酶降解血紅蛋白，產(chǎn)生活性較強的鐵離子，鐵離子再通過超載氧化應(yīng)激反應(yīng)后，氧化應(yīng)激或高價鐵離子會進一步加重血-腦屏障的損傷[34]。鐵離子在腦出血1 天后便可在血腫周圍檢測到， 逐漸升高至7天達到頂峰， 并可持續(xù)存在1周， 而在這段時間內(nèi)，水腫的變化恰好與鐵離子的變化相吻合，說明Fe2+參與了腦出血后腦水的形成[35]。除鐵離子外，紅細胞代謝后還可以生成膽紅素。有研究[36]表明，向大鼠腦內(nèi)注射膽紅素，24小時內(nèi)注射部位周圍腦組織出現(xiàn)大面積水腫。由此可見，破裂的紅細胞通過代謝產(chǎn)生膽紅素和Fe2+導(dǎo)致腦水腫的發(fā)生。

2.4水通道蛋白4(aquaporin-4,AQP4)的作用 機體各個組織器官中幾乎都有水通道蛋白(aquaporins，AQPs)，主要作用是調(diào)節(jié)水的跨膜轉(zhuǎn)運，維持機體水鹽平衡，AQP4 是AQPs 中的一員[37]。有文獻報道，腦組織中AQP4主要分布在微血管內(nèi)皮細胞、室管膜上皮細胞基底側(cè)以及神經(jīng)膠質(zhì)細胞足板[38]。在調(diào)節(jié)水的跨膜運輸時，它與專門的瞬時感受器電位離子通道受體4結(jié)合，對神經(jīng)細胞內(nèi)的液體量進行調(diào)節(jié)[39]。在研究AQP4和腦水腫的關(guān)系時，應(yīng)用免疫組化法觀察腦挫裂傷后AQP4表達的動態(tài)規(guī)律，實驗組2小時后AQP4表達開始增多，24小時達到峰值，72小時后開始降低，但仍高于對照組；傷后2小時腦組織中水的含量顯著增加，24～72小時含水量最多，隨后開始下降，AQP4表達增多與減少和腦含水量的嚴重程度密切相關(guān)，提示AQP4參與腦水腫的形成過程[40]。在減輕腦水腫的治療研究中，Zhang M等[41]通過老鼠模型研究發(fā)現(xiàn),蝦青素可以通過調(diào)節(jié)AQP4的表達來減輕腦水腫。所以在腦出血后，AQP4通過上調(diào)表達量來參與腦水腫的形成。

2.5炎性因子的作用 炎性因子是一組多肽類細胞調(diào)節(jié)物，包含白細介素(interleukin,IL)、干擾素(interferon,IFN)、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)等[42]。其中IL-l可分為IL-1α、IL-lβ, IL-lβ主要存在腦組織中[43]。腦出血后，TNF-α、IL-1β參與腦組織的炎癥反應(yīng)[44]。TNF-α、IL-1β在建立大鼠腦出血模型后第一天達到峰值，隨后下降[45]。TNF-α、IL-1β導(dǎo)致水腫的機制可能是刺激神經(jīng)膠質(zhì)細胞產(chǎn)生相關(guān)細胞因子或粘附因子破壞血-腦屏障，最終導(dǎo)致血-腦屏障通透性增加，加重腦水腫進程。血腫周圍白細胞浸潤增多，加重炎癥，使腦水腫持續(xù)存在[46-47]。

2.6凝血酶的作用 凝血酶由無活性的凝血酶原轉(zhuǎn)化而來，主要作用是止血。凝血酶除參與止血以外，還能破壞內(nèi)皮細胞和BBB誘發(fā)腦水腫形成[48]。Liu DZ等[49]在實驗中將凝血酶注射到大鼠腦組織后，BBB結(jié)構(gòu)被破壞，1天后腦組織含水量增加。蛋白酶nexin-1(PN-1)是絲氨酸蛋白酶抑制劑家族的成員，凝血酶為其主要靶標[50]。經(jīng)nexin-1干預(yù)后，腦組織含水比重減輕，BBB通透性下降[51]。這間接的說明了凝血酶對腦出血后BBB的通透性增加具有促進作用，使血漿中的大分子物質(zhì)流出，形成腦水腫。

3 出血后腦水腫的評價指標

3.1血清S100β蛋白 S100蛋白是一個“大家族”，一共有20多個“成員”，其中S100β蛋白是S100蛋白的主要成分，腦組織中約含96 %，是腦內(nèi)的特異性蛋白[52-53]。腦組織中正常濃度的S100β蛋白對機體有利，比如當(dāng)神經(jīng)元或是神經(jīng)膠質(zhì)細胞受損時，S100β蛋白對受損部位進行營養(yǎng)和修復(fù)；但當(dāng)腦出血時，腦組織中的S100β蛋白濃度過高，對神經(jīng)細胞不僅沒有保護作用，反而具有較大的毒害作用；將神經(jīng)放置于體外高濃度的S100β蛋白中，神經(jīng)細胞的功能也能被損害[54-56]。在中樞神經(jīng)損傷標志物中，S100β蛋白具備特異性最高、檢測操作簡單、反映及時、準確性高的特點[57]。有研究[58]認為，腦出血患者血清S100β含量與疾病嚴重程度呈正相關(guān)，與腦損傷預(yù)后呈負相關(guān)。臨床上可將血清S-100β蛋白檢測作為腦出血急性期病情變化的動態(tài)觀察指標之一,用以估計預(yù)后、指導(dǎo)治療[59]。

3.2神經(jīng)元特異性烯醇化酶 神經(jīng)元特異性烯醇化酶(NSE)主要存在腦組織中，來源于神經(jīng)元細胞和神經(jīng)內(nèi)分泌細胞[60]，約占人腦皮層NSE的40 %～65 %[61]。NSE在神經(jīng)元破壞后流入血液，使血液中NSE的含量升高。有研究報道，通過對80例腦出血患者發(fā)病早期血清NSE的研究發(fā)現(xiàn)，腦出血患者發(fā)病早期即有NSE的升高，且腦損傷越嚴重NSE水平越高[62]。所以檢測血清中NSE濃度，即可知曉患者病情嚴重與否，也可對治療效果作出預(yù)判。

3.3腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子 腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)是一種神經(jīng)營養(yǎng)蛋白，其分布在中樞、周圍神經(jīng)和內(nèi)分泌等系統(tǒng)中，但中樞神經(jīng)系統(tǒng)分泌該物質(zhì)最多[63]。BDNF對神經(jīng)元和突觸的分化、生長及其重要[64]。程鵬玲等[65]通過高壓氧治療腦出血的研究認為腦水腫和BDNF含量呈負相關(guān)，即腦出血患者BDNF含量越高，腦水腫程度相對越輕。同樣有研究認為，腦出血后，BDNF通過降低鈣濃度，間接增強抗氧化酶的活性來減少細胞凋亡幾率，促進受損神經(jīng)元和功能恢復(fù)[66]。所以BDNF的含量可以預(yù)判病情的嚴重程度。

3.4超敏-C反應(yīng)蛋白 多種炎性物質(zhì)共同參與機體的炎癥反映，其中超敏-C反應(yīng)蛋白(high-sensitivity C-reactive protein,Hs-CRP)是敏感度最高、最主要的一種炎性蛋白,機體存在炎癥反應(yīng)時，超敏-C反應(yīng)蛋白急劇升高[67]。腦出血患者可以發(fā)生比較重的炎癥反應(yīng)，加快腦損傷和腦水腫進程。研究得出，在腦出血第3天時，患者血漿Hs-CRP水平與血腫周圍水腫呈正相關(guān)[68]。Hs-CRP導(dǎo)致腦水腫的機制大致是：(1)Hs-CRP破壞BBB，使BBB通透性增加；(2)Hs-CRP激活補體產(chǎn)生組胺，增加管通透性；同時激活的補體促使鈣離子轉(zhuǎn)運到細胞內(nèi)，形成細胞源性腦水腫；(3)上調(diào)蛋白水解酶，過多的水通道蛋白開放，影響水正?？缒まD(zhuǎn)運[69]。通過查閱文獻，以上幾種血清中的物質(zhì)用于臨床診斷使用，可評估治療前與治療后病情的預(yù)后情況，其水平越高，提示預(yù)后不良。

4 總結(jié)與展望

腦出血是較為嚴重的一類自發(fā)非外傷性的腦實質(zhì)內(nèi)血管破裂而導(dǎo)致的局部腦組織出血性疾病，起病較急，死亡率和致殘率極高，如不及時治療，可留下不同程度的后遺癥，加重個人、家庭和社會負擔(dān)[70-72]。腦出血病因主要是高血壓、動脈瘤、腦血管畸形，少部分發(fā)病人群和季節(jié)、環(huán)境、性別有關(guān)。腦出血后必然發(fā)生腦水腫的病理生理變化，其形成主要有血腫擠壓、血-腦屏障破壞、炎癥反應(yīng)、AQP4促進作用、紅細胞產(chǎn)物毒性以及凝血酶等參與。血腫對腦組織的壓迫使其周圍組織缺血、缺氧，細胞膜兩側(cè)的水分轉(zhuǎn)運障礙，造成細胞性腦水腫。血-腦屏障的破壞形成血管源性腦水腫，依賴于其他物質(zhì)的參與，如MMP-9降解血-腦屏障的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、血腫釋的放血紅蛋白通過生化反應(yīng)后生成具有毒性的鐵離子和膽紅素而改變血-腦屏障通透性以及AQP4上調(diào)表達量來參與腦水腫的形成。炎性因子中的TNF-α和IL-1β對腦水腫的促成作用最大，他們通過刺激神經(jīng)膠質(zhì)細胞產(chǎn)生某些細胞因子或粘附因子來破壞血-腦屏障。

腦出血后可通過檢測S100蛋白、神經(jīng)元特異性烯醇化酶(NSE)、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)及超敏-C反應(yīng)蛋白的濃度來預(yù)判病情的嚴重程度和預(yù)后情況。目前多數(shù)研究都基于基礎(chǔ)領(lǐng)域，希望后續(xù)的研究更多的涉及臨床方面，更加完善系統(tǒng)的闡明腦出血后腦水腫發(fā)生機制中的每一個細節(jié)，把握好每一個節(jié)點，能找出在破壞血-腦屏障中起到最具主導(dǎo)性的連接蛋白。隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的不斷提高以及檢測儀器的更新，相信還會發(fā)現(xiàn)更多更具代表性的參與腦水腫形成機制的物質(zhì)和標志物，根據(jù)這些標志物更加容易地對患者病情進行診療和評估，為腦出血后腦水腫的發(fā)生機制研究、病情評估和治療提供更大的醫(yī)學(xué)價值。