精準(zhǔn)神經(jīng)外科時(shí)代
——煙霧病的診治新思路

張華楸 舒凱 雷霆

隨著微侵襲外科概念的提出和推廣,神經(jīng)外科的診療領(lǐng)域從技術(shù)、設(shè)備和理念各方面均發(fā)生了巨大變革,神經(jīng)外科疾病的診療也從單純病灶的切除發(fā)展為對(duì)病人生活質(zhì)量的改善和各類神經(jīng)功能(包括認(rèn)知等高級(jí)功能)的保護(hù)。近年來,國內(nèi)學(xué)者提出了精準(zhǔn)神經(jīng)外科的理念,其核心是以神經(jīng)病理學(xué)、神經(jīng)顯微解剖學(xué)、神經(jīng)影像學(xué)、神經(jīng)功能學(xué)等多學(xué)科知識(shí)的融合為基礎(chǔ),以顯微手術(shù)技術(shù)和輔助設(shè)備為手段,對(duì)相關(guān)神經(jīng)外科病人術(shù)前評(píng)估、手術(shù)診療、術(shù)后快速康復(fù)、遠(yuǎn)期追蹤隨訪的全流程管理觀念。

煙霧病(moyamoya disease,MMD)是一種慢性進(jìn)行性缺血性腦血管疾病,由于其影像學(xué)特征是呈現(xiàn)“煙霧狀”的異常新生血管網(wǎng),被日本人最早以日語“煙霧Moyamoya”命名。由于煙霧病缺乏成熟有效的動(dòng)物模型,其發(fā)病機(jī)制和致病原因的研究仍然困難重重。近十年來,隨著煙霧病相關(guān)知識(shí)的普及和發(fā)病率的顯著升高,針對(duì)其基礎(chǔ)和臨床研究也快速地深入和擴(kuò)展,但仍存在諸多問題。例如,研究發(fā)現(xiàn),東亞煙霧病病人中RNF213的突變率顯著增高,在動(dòng)物模型中針對(duì)該基因的突變,雖然可以觀察到部分血管煙霧化的萌芽,仍無法完全復(fù)制煙霧病病人血管的病理改變。在臨床診斷方面,各類血管造影相關(guān)的影像學(xué)檢查仍然是煙霧病診斷的唯一方法,因此探索高效便捷的檢查手段用于早期預(yù)警、廣泛篩查和預(yù)后判斷意義重大。在治療方面,顱內(nèi)外血流重建術(shù)仍舊是首選方案,但是尚缺乏大樣本、多中心的長期臨床研究用于手術(shù)療效評(píng)價(jià)和預(yù)后評(píng)估。此外受制于個(gè)體血管條件和血流動(dòng)力學(xué)重建的復(fù)雜性,如何開發(fā)新的非手術(shù)輔助治療方法,促進(jìn)代償血流的重塑也是研究者關(guān)注的重點(diǎn)。同時(shí),提升術(shù)后病人的康復(fù)訓(xùn)練和長期追蹤隨訪水平,評(píng)估煙霧病病人術(shù)后遠(yuǎn)期療效的工作也有待加強(qiáng)。本文針對(duì)目前國內(nèi)外在煙霧病診斷和治療領(lǐng)域的最新進(jìn)展和觀念開展論述。

一、煙霧病臨床診斷新進(jìn)展

1.影像學(xué)評(píng)估的改良和發(fā)展:盡管存在費(fèi)用高、有創(chuàng)性等特點(diǎn),傳統(tǒng)腦血管數(shù)字減影血管造影(DSA)仍然是評(píng)估煙霧病病人病情和病程的重要手段。它不僅可以顯示顱底動(dòng)脈狹窄的程度,同時(shí)幫助醫(yī)生評(píng)估頸外系統(tǒng)代償情況。近年來,在大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的支持下,針對(duì)DSA影像學(xué)的分析方法得到了快速發(fā)展。日本學(xué)者根據(jù)分析成年煙霧病病人DSA數(shù)據(jù)和預(yù)后關(guān)系發(fā)現(xiàn),脈絡(luò)膜吻合和大腦后動(dòng)脈受累是出血型煙霧病的重要特征[1-2]。也有學(xué)者認(rèn)為,煙霧病側(cè)支循環(huán)的縱向改變與腦出血率的發(fā)生高度相關(guān)[3]。國內(nèi)學(xué)者也發(fā)現(xiàn),大腦中動(dòng)脈供血區(qū)域的血流來源是影響煙霧病血流重建術(shù)后并發(fā)癥的重要因素[4]。

隨著影像組學(xué)概念的興起和人工智能算法的開發(fā),為探索煙霧病病人DSA影像學(xué)特征提供了更多的方法。通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)大量學(xué)習(xí)DSA影像數(shù)據(jù)或?qū)?dòng)態(tài)DSA數(shù)據(jù)經(jīng)過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建來實(shí)現(xiàn)特征與預(yù)后關(guān)聯(lián)。國內(nèi)學(xué)者通過煙霧病病例數(shù)據(jù)采用2D-BiConvGRU-3D卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的策略來構(gòu)建預(yù)測(cè)模型,能夠較高精度地診斷煙霧病(準(zhǔn)確度0.978 8,敏感性0.978 0和特異性0.979 6)[5]。目前針對(duì)DSA來預(yù)測(cè)煙霧病病人預(yù)后特別是認(rèn)知功能等遠(yuǎn)期預(yù)后改變的深度學(xué)習(xí)模型尚在研究之中, 未來相關(guān)成果可能為指導(dǎo)煙霧病治療提供重要的依據(jù)。

核磁共振以及相關(guān)檢測(cè)序列的開發(fā)也為煙霧病的診斷提供了更多手段。小隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn),結(jié)構(gòu)相磁共振通過評(píng)估白質(zhì)等結(jié)構(gòu)能夠預(yù)測(cè)煙霧病病人認(rèn)知損傷。功能磁共振成像(fMRI)為了解大腦區(qū)域之間在神經(jīng)、區(qū)域和網(wǎng)絡(luò)層面的功能連接提供了機(jī)會(huì)。血氧水平依賴(BOLD)是評(píng)估煙霧病腦血管反應(yīng)性的新興技術(shù)。它是一種非常有前途的血流動(dòng)力學(xué)評(píng)估工具,將來有可能成為煙霧病病人術(shù)前和術(shù)后評(píng)估的常規(guī)檢查方法。通過靜息態(tài) fMRI 檢測(cè)到工作記憶和表現(xiàn)速度評(píng)分與默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)變化的破壞程度成反比,表明高級(jí)認(rèn)知功能與大腦基本網(wǎng)絡(luò)的有序性之間可能存在關(guān)系。對(duì)靜息態(tài)網(wǎng)絡(luò)的分析可能為煙霧病病人的認(rèn)知產(chǎn)生潛在的生物標(biāo)志物。國內(nèi)學(xué)者利用fMRI闡明了煙霧病網(wǎng)絡(luò)變化背后的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)組織原理,為分析煙霧病病人腦功能的病理改變和治療評(píng)估提供了新的見解。此外,不同類型的灌注序列 MRI 可提供血液動(dòng)力學(xué)信息,最近已成為煙霧病的熱門研究課題。Lin等[6]通過灌注加權(quán)MRI開發(fā)了標(biāo)準(zhǔn)化的時(shí)間-峰值圖和評(píng)分系統(tǒng),用于評(píng)估煙霧病的灌注變化,并證實(shí)其在煙霧病病人術(shù)前灌注狀態(tài)的預(yù)測(cè)價(jià)值。動(dòng)脈自旋標(biāo)記(ASL)是另一種依賴內(nèi)源性水分子信號(hào)的 MR灌注方法,越來越多地被用于臨床上煙霧病腦血流定量檢測(cè)。作為一種無創(chuàng)監(jiān)測(cè)工具,用于識(shí)別煙霧病病人血管再通后的灌注變化,包括腦血流、側(cè)支血流和吻合部位的通暢性[7]。上述神經(jīng)影像學(xué)的進(jìn)展為高精度評(píng)估腦灌注提供了強(qiáng)大的手段,為煙霧病病人遠(yuǎn)期治療效果和預(yù)后評(píng)估帶來了廣闊的前景。

2.分子檢測(cè)手段:人類基因組中存在大量功能未知的非編碼RNA(ncRNA),他們通過細(xì)胞外囊泡釋放入血,成為多種疾病的潛在標(biāo)志物。目前已有報(bào)道認(rèn)為,ncRNA可能和煙霧病的發(fā)病有關(guān)。Dai等[8]發(fā)現(xiàn),煙霧病病人血清中 miR-106b、miR-130a、miR-126 和 miR-125a-3p 的表達(dá)和正常人群存在顯著差異,而且轉(zhuǎn)移 RNA 衍生片段(tRFs)可能也與該疾病相關(guān)[9]。通過分析MMD 病人循環(huán)中性粒細(xì)胞的 circRNA 轉(zhuǎn)錄組發(fā)現(xiàn),hsa-circRNA-100146、hsa-circRNA-102534、hsa-circRNA-036592、hsa-circRNA-405463 和 hsa-circRNA-405324 存在差異表達(dá)[8]。另一項(xiàng)研究調(diào)查了31例病人和31名健康對(duì)照者腦脊液樣本中的外泌體 miRNA,結(jié)果顯示,miR-3679-5p、miR-6165、miR-6760-5p 和 miR-574-5p 可能對(duì)煙霧病病人的篩查具有診斷意義[10]。近期我們研究團(tuán)隊(duì)也發(fā)現(xiàn),外周血中miR-Let-7C以及CircZXDC的表達(dá)水平在煙霧病病人中顯著增高,具有潛在的診斷作用[11]。當(dāng)然還需要大量研究,進(jìn)一步開發(fā)特異性和敏感性更高的ncRNA分子作為煙霧病篩查的標(biāo)志物。隨著人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)的快速發(fā)展,ncRNA結(jié)合AI能為醫(yī)生做出數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的醫(yī)療決策。循環(huán) ncRNA 的水平(濃度)可能成為診斷疾病和預(yù)測(cè)結(jié)果的關(guān)鍵。目前學(xué)者們已經(jīng)在嘗試使用隨機(jī)森林算法、支持向量機(jī)和 LASSO 來確定它們作為生物標(biāo)志物的潛力。相信在不久的將來,在分子診斷學(xué)方面,通過檢測(cè)外周血或腦脊液標(biāo)志物可能成煙霧病病人篩查的新方向。

二、煙霧病臨床治療的新進(jìn)展

1.煙霧病精準(zhǔn)手術(shù)治療:盡管尚缺乏大樣本、長期、多中心臨床數(shù)據(jù)研究,顱內(nèi)外血流重建手術(shù)仍是目前煙霧病公認(rèn)有效的首選治療方法。在出血型煙霧病中,國內(nèi)前瞻性的隊(duì)列研究提示,顱內(nèi)外血流重建手術(shù)能夠降低再出血風(fēng)險(xiǎn)。日本一項(xiàng)多中心前瞻性隨機(jī)對(duì)照研究表明,血流重建術(shù)能將出血型煙霧病的5年再出血發(fā)生率從31.6%降至11.9%。因此積極采取顱內(nèi)外血流重建手術(shù)能更好改善病人的預(yù)后已經(jīng)成為更多學(xué)者的共識(shí)。經(jīng)典的血流重建術(shù)式包括以下三種:直接血流重建手術(shù)[12],間接血流重建手術(shù),聯(lián)合血流重建手術(shù)。直接血流重建是指采取顱內(nèi)外動(dòng)脈直接進(jìn)行吻合的術(shù)式,主要包括顳淺動(dòng)脈-大腦中動(dòng)脈吻合術(shù),顳淺動(dòng)脈-大腦前動(dòng)脈或顳淺動(dòng)脈-大腦后動(dòng)脈吻合術(shù)等,此外還有枕動(dòng)脈作為供體血管的枕動(dòng)脈-大腦中動(dòng)脈吻合術(shù),枕動(dòng)脈-大腦后動(dòng)脈吻合術(shù)等。間接血流重建手術(shù)基本原理是將頸外動(dòng)脈系統(tǒng)的動(dòng)脈及其周邊組織覆蓋于缺血的大腦表面,較常用的術(shù)式包括腦-硬腦膜-動(dòng)脈血管融合術(shù)、腦-肌肉血管融合術(shù)、腦-肌肉-動(dòng)脈血管融合術(shù)、腦-硬腦膜-動(dòng)脈-肌肉血管融合術(shù)、腦-硬膜-肌肉-血管融合術(shù)、多點(diǎn)鉆孔術(shù)以及大網(wǎng)膜移植術(shù)等。聯(lián)合血流重建手術(shù)則是將直接和間接重建手術(shù)結(jié)合于一體。目前各大中心根據(jù)病人病情特點(diǎn)和自身經(jīng)驗(yàn),自行選用不同的手術(shù)方式,尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

在術(shù)中影像監(jiān)測(cè)技術(shù)輔助下,如FLOW800彩色血管熒光、術(shù)中MRI/CT、神經(jīng)導(dǎo)航、皮層電極監(jiān)測(cè)等,越來越多的大型醫(yī)學(xué)中心開始融合血流灌注、神經(jīng)代謝和腦電功能等監(jiān)測(cè)信息,開展多模態(tài)技術(shù)下的顱內(nèi)外精準(zhǔn)血管吻合,并獲得了更好療效。例如基于術(shù)中吲哚青綠(ICG)-FLOW800彩色熒光技術(shù)可以選擇性改善缺血嚴(yán)重腦區(qū),同時(shí)有效預(yù)測(cè)STA-MCA術(shù)后引起高灌注的風(fēng)險(xiǎn)。此外,隨著顯微鏡增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)熒光技術(shù)的發(fā)展,通過在手術(shù)中對(duì)供體和受體血管的血流進(jìn)行精準(zhǔn)評(píng)估,可以在吻合前預(yù)測(cè)血栓形或血管狹窄可能性,并在術(shù)后評(píng)估吻合的通暢性。也有學(xué)者采用ICG-FLOW800熒光造影技術(shù)評(píng)估吻合口周圍區(qū)域微血管的血流動(dòng)力學(xué)變化,評(píng)估該項(xiàng)技術(shù)在預(yù)測(cè)煙霧病病人搭橋術(shù)后腦過度灌注綜合征中的價(jià)值。德國研究者則利用術(shù)中熒光素鈉造影,成功的在體內(nèi)展示煙霧狀病變血管內(nèi)皮的完整性和血腦屏障損傷情況。他們認(rèn)為,熒光素鈉外漏程度證實(shí)煙霧病病人的血腦屏障已經(jīng)受到破壞,這可能是成年煙霧病病人血管搭橋術(shù)后顱內(nèi)出血或高灌注的原因。在顱內(nèi)外血管吻合手術(shù)方面,各類改良和創(chuàng)新術(shù)式也不斷涌現(xiàn)。例如顳淺動(dòng)脈兩個(gè)分支同時(shí)搭橋的“雙支搭橋”技術(shù)、單只供體血管多次吻合的“序貫搭橋”技術(shù)、血流自主調(diào)節(jié)的“側(cè)側(cè)搭橋”技術(shù)等。針對(duì)部分病人顳淺動(dòng)脈直徑較粗,血流量過大情況,我們提出了將顳淺動(dòng)脈的分支一支搭橋一支敷貼的“吻合-融通聯(lián)合搭橋”技術(shù)。改良術(shù)式既減少了腦過度灌注的發(fā)生,又保證了頭皮的血液供應(yīng),還增加了一條通過血管融通重建顱內(nèi)和顱外血流的通路。上述諸多手術(shù)方式的改良為煙霧病病人獲得高效、安全的手術(shù)治療提供了選擇。

2.基因治療進(jìn)展:基因治療(gene therapy)定義是將外源正?；?qū)氚屑?xì)胞,以糾正或補(bǔ)償缺陷和異?；蛞鸬募膊?以達(dá)到治療目的。任何治療都無法阻止或逆轉(zhuǎn)煙霧病原發(fā)性疾病的進(jìn)展。目前煙霧病的治療仍以手術(shù)為主,但由于煙霧病目前被發(fā)現(xiàn)與基因突變具有重要關(guān)聯(lián),因此基因治療可能是未來具有前景的治療方式。

煙霧病的基因易感性報(bào)道較晚,基于首個(gè)關(guān)于煙霧病GWAS 發(fā)現(xiàn),煙霧病與一個(gè)新的一級(jí)易感基因 RNF213(又稱Mysterin神秘蛋白)有關(guān),該基因編碼 591 kDa蛋白“環(huán)指蛋白 213”,具有兩個(gè)AAA +模塊(與多種細(xì)胞活動(dòng)相關(guān)的ATP酶)和一個(gè)環(huán)指泛素連接酶結(jié)構(gòu)域[13]。RNF213(位于染色體17q25上)的突變分析表明,95%的煙霧病家族、73%的非家族性煙霧病病例和1.4%的對(duì)照組中存在一個(gè)創(chuàng)始變體p.R4859K(即RNF213第60外顯子中的單堿基置換c.14576G >A)。然而基于外顯子測(cè)序的病例對(duì)照研究表明,在東亞人群(251例病例和707例對(duì)照)中,p.R4810K與煙霧病密切相關(guān),OR值高達(dá)111.8。在日本和韓國,p.R4810K變體的分布情況相似,頻率為67.4%～90%,同源攜帶者的頻率為 5.3%%～7.9%。在中國,p.R4810K變異體的分布與日本和韓國截然不同,同型和雜合子攜帶者的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于野生型攜帶者[14]。一項(xiàng)針對(duì)中國漢族病人的大規(guī)模病例對(duì)照研究顯示,22例病人22/170 (13%)存在p.R4810K 變異,其中包括21例雜合型攜帶者和一例家族性雜合型攜帶者[15]。在生理功能方面, RNF213在人和小鼠的全身都有表達(dá),在免疫組織中的表達(dá)量最高。RNF213蛋白在細(xì)胞質(zhì)中呈彌散分布,部分與未確定的細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)有關(guān)。RNF213具有形成環(huán)狀寡聚體和水解 ATP的能力,但其功能及其與煙霧病的聯(lián)系仍未確定。近年的重磅研究發(fā)現(xiàn),RNF213與細(xì)胞降解細(xì)菌脂多糖的功能直接相關(guān)。敲除或者突變細(xì)胞內(nèi)RNF213能夠顯著抑制細(xì)胞對(duì)泛素化降解細(xì)菌表面蛋白的能力[13]。而RNF213缺陷小鼠在服用氨甲?；?MDP)-Lys(L18)后,調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的比例顯著下降,干擾素β也會(huì)上調(diào)RNF213,這都表明RNF213進(jìn)一步參與了免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)[16]。以上這些研究結(jié)論說明,針對(duì)RNF213治療可能能為煙霧病提供一種可逆性治療方式。而基因治療目前的治療方法范式的變化趨勢(shì):從病毒載體到非病毒載體,從基因轉(zhuǎn)移到整個(gè)機(jī)體到定向轉(zhuǎn)移到細(xì)胞和組織,從單一基因使用到基因組合;從DNA療法到RNA療法,從體內(nèi)療法到體外療法。希望未來基于全新基因替換編輯方法的治療手段能夠延緩煙霧病的進(jìn)展。

3.細(xì)胞移植治療:煙霧病病人顱底大動(dòng)脈的進(jìn)展性狹窄和閉塞是導(dǎo)致腦缺血癥狀的主要原因。既往研究發(fā)現(xiàn),干細(xì)胞移植在治療腦缺血性疾病(包括慢性腦缺血,卒中等)中顯示出巨大的潛力,可改善神經(jīng)系統(tǒng)疾病的后遺癥[17]。干細(xì)胞具有強(qiáng)大的分化潛能,在用于治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病時(shí),可增殖成神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞,從而取代壞死細(xì)胞,發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。間充質(zhì)干細(xì)胞是一種多能成人干細(xì)胞,主要存在于包括骨髓、脂肪組織和臍帶等多種組織中。與其他干細(xì)胞療法相比,間充質(zhì)干細(xì)胞具有提取和分離簡(jiǎn)單、培養(yǎng)成本較低、可塑性高、成瘤性低等優(yōu)勢(shì)[17]。目前有大量研究表明,間充質(zhì)干細(xì)胞可通過增強(qiáng)血管生成和神經(jīng)發(fā)生以及調(diào)控免疫功能、抑制炎癥反應(yīng)來改善神經(jīng)-血管的修復(fù)。此外其旁分泌作用可通過直接和間接作用加速神經(jīng)功能康復(fù)。目前干細(xì)胞移植療法仍停留在臨床實(shí)驗(yàn)階段,對(duì)其安全性和有效性評(píng)估尚不完善,期待在不久的將來可以投入到臨床應(yīng)用中來。

綜上所述,在精準(zhǔn)神經(jīng)外科時(shí)代,煙霧病研究雖然從基礎(chǔ)到臨床各個(gè)方面均有飛速的發(fā)展,但是仍然迷霧重重。特別是在病理機(jī)制、臨床治療、預(yù)后評(píng)估等方面有待于進(jìn)一步深入探索。希望隨著越來越多學(xué)者將研究目光聚焦于這一新興的領(lǐng)域,早日撥開煙霧病的神秘面紗。