腦梗死相關(guān)診斷性生物標(biāo)志物的研究進(jìn)展

張明蘇,李 衛(wèi) 綜述,彭新國 審校

濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院檢驗(yàn)科,山東濱州 256600

腦梗死是指各種腦血管病變所致腦部血液供應(yīng)障礙,導(dǎo)致局部腦組織缺血、缺氧性壞死,從而迅速出現(xiàn)相應(yīng)神經(jīng)功能缺損的一類臨床綜合征[1]。該病致殘率、致死率較高,嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量,增加患者家庭及社會(huì)的負(fù)擔(dān)。有研究表明,準(zhǔn)確、及時(shí)地診斷腦梗死并制訂適當(dāng)?shù)闹委煼桨改苡行Ы档椭職埪逝c病死率[2]。目前腦梗死的診斷主要依賴于臨床癥狀和影像學(xué)檢查,但由于腦梗死早期癥狀不明顯,影像學(xué)檢查靈敏度低,易受到設(shè)備使用條件的制約,導(dǎo)致早期診斷難度較大。而以往血液學(xué)檢查主要為凝血功能檢查,如凝血酶原時(shí)間、活化部分凝血活酶時(shí)間或D-二聚體(D-D)等,只能反映腦梗死凝血過程中片段性、部分性變化,并且結(jié)果受一些因素(如肝素類物質(zhì))的影響,難以準(zhǔn)確預(yù)測腦梗死風(fēng)險(xiǎn)及判斷預(yù)后[3-4]。因此,尋找一種或一組靈敏度高、特異性強(qiáng)、反應(yīng)迅速的血液生物標(biāo)志物,以加快對(duì)腦梗死的診斷、分型和預(yù)測,逐漸成為研究的熱點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,許多與腦梗死相關(guān)的診斷性生物標(biāo)志物被發(fā)現(xiàn),本文就目前有代表性的生物標(biāo)志物進(jìn)行簡要綜述。

1 蛋白質(zhì)類標(biāo)志物

1.1血管性血友病因子(vWF) vWF主要是由血管內(nèi)皮細(xì)胞合成的多聚體糖蛋白,貯存在內(nèi)皮細(xì)胞的Weibel-Palade小體和血小板α顆粒內(nèi)。當(dāng)血管壁受損時(shí)內(nèi)皮下組分暴露,vWF與內(nèi)皮下膠原結(jié)合并介導(dǎo)血小板黏附于內(nèi)皮下,在損傷的局部形成血小板血栓[5]。故vWF被認(rèn)為是血管內(nèi)皮細(xì)胞受損的敏感標(biāo)志物,是血管內(nèi)皮細(xì)胞受損時(shí)動(dòng)脈粥樣硬化和血栓形成的始動(dòng)因子。另外vWF是大分子多聚體,能與凝血因子Ⅷ前體(FⅧ)結(jié)合成Ⅷ/vWF復(fù)合物,從而保護(hù)FⅧ不被破壞進(jìn)而順利完成凝血過程,是一個(gè)重要的凝血輔助因子[6]。因此,檢測血漿中vWF水平是評(píng)估腦梗死發(fā)生、發(fā)展及嚴(yán)重程度的重要指標(biāo)。SHI等[7]研究發(fā)現(xiàn),急性腦梗死組vWF抗原(vWF∶Ag)水平明顯高于正常對(duì)照組,vWF∶Ag升高可增加急性腦梗死患病風(fēng)險(xiǎn),并且血漿vWF∶Ag水平與美國國立衛(wèi)生研究院卒中量表(NIHSS)評(píng)分顯著相關(guān),提示vWF∶Ag水平是判斷病情嚴(yán)重程度的重要指標(biāo)。進(jìn)一步繪制受試者工作特征(ROC)曲線發(fā)現(xiàn),以vWF∶Ag作為急性腦梗死標(biāo)志物的ROC曲線下面積(AUC)為0.900,明顯優(yōu)于D-D(0.795)和纖維蛋白降解產(chǎn)物(0.465)。因此在診斷及評(píng)估急性腦梗死病情方面中vWF∶Ag的靈敏度、特異度和準(zhǔn)確性均明顯優(yōu)于D-D和纖維蛋白降解產(chǎn)物,這也與現(xiàn)有的國內(nèi)外研究較為一致[8-9]。閆彬等[10]檢測61例初診腦梗死患者和104例健康人血漿中vWF瑞斯托霉素輔因子活性(vWF∶Rco),旨在探討vWF∶Rco評(píng)估腦梗死患者病情的臨床價(jià)值,結(jié)果顯示初診腦梗死患者vWF∶Rco水平顯著高于健康人,且vWF∶Rco水平與病情嚴(yán)重程度及vWF∶Ag呈正相關(guān),證實(shí)vWF發(fā)揮功能不僅依靠其抗原水平,還與vWF活性強(qiáng)弱密切相關(guān)。此外,閆彬等[11]的另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)VWF∶Ag、vWF瑞斯托霉素誘導(dǎo)血小板糖蛋白Ⅰb結(jié)合試驗(yàn)(vWF∶GPⅠbR)和vWF膠原結(jié)合試驗(yàn)(VWF∶CBA)在早期急性心肌梗死診斷中同樣具有意義。該研究回顧性分析了105例急性心肌梗死患者(觀察組)和101例健康志愿者(對(duì)照組),研究結(jié)果表明觀察組vWF∶Ag、vWF∶GPⅠbR和vWF∶CBA水平明顯高于對(duì)照組,其中vWF∶GPⅠbR診斷效能(AUC=0.967)優(yōu)于vWF∶Ag(AUC=0.880)和vWF∶CBA(AUC=0.828)。因此,vWF可作為腦梗死疾病診斷及病情嚴(yán)重程度評(píng)估的標(biāo)志物,但應(yīng)注意與急性心肌梗死等血栓性疾病相鑒別。目前較多的研究僅涉及中老年患者,而針對(duì)年輕患者的研究較為少見,基于目前腦梗死的發(fā)作呈年輕化趨勢(shì),應(yīng)適當(dāng)增加vWF在年輕腦梗死患者中的研究。

1.2基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP) MMP是一類鋅依賴的內(nèi)肽酶家族,以其分解細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)成分的能力而聞名。目前,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的MMPs至少存在26種,其中以MMP-9的作用尤為顯著[12]。MMP-9又稱為明膠酶B,能分解Ⅳ型膠原蛋白、層粘連蛋白等多種ECM成分,在腦梗死發(fā)生的病理生理過程中起重要作用,被認(rèn)為是腦梗死疾病診斷的生物標(biāo)志物[13]。有研究表明,與健康受試者相比,腦梗死患者早期MMP-9水平便開始升高,24 h后可達(dá)到高峰,48～72 h后水平逐漸降低[14]。郭俊勇[15]的一項(xiàng)研究進(jìn)一步證實(shí),腦梗死組患者較對(duì)照組血清MMP-9水平明顯升高,且隨著神經(jīng)功能缺損程度的加重,MMP-9水平升高更加顯著。國內(nèi)外有研究現(xiàn)認(rèn)為,一方面由于腦梗死發(fā)生后,MMP-9水平的升高可降解ECM,增加動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的不穩(wěn)定性,使動(dòng)脈粥樣硬化斑塊破裂,堵塞血管,從而誘發(fā)腦梗死;另一方面MMP-9能夠降解血-腦屏障基底膜蛋白,降低血管內(nèi)皮細(xì)胞間緊密連接蛋白的表達(dá)水平,導(dǎo)致血-腦屏障通透性增加,同時(shí)缺血灶局部產(chǎn)生趨化因子促使血液循環(huán)中的炎癥細(xì)胞浸潤,加重炎癥反應(yīng)引起的組織損傷,造成大腦內(nèi)環(huán)境紊亂,進(jìn)而引起神經(jīng)功能損害或缺損[16-17]。最近有研究還發(fā)現(xiàn),MMP-9與急性腦卒中ORG 10172治療試驗(yàn)病因分型密切相關(guān),不同病因腦梗死亞組的血清MMP-9水平不同,其中大動(dòng)脈粥樣硬化型和心源性腦梗死患者的血清MMP-9水平較高[18]。因此,對(duì)疑似腦梗死患者進(jìn)行MMP-9水平的檢測,不僅可以對(duì)疾病的早期診斷做出貢獻(xiàn),還可以判斷疾病的嚴(yán)重程度及可能引發(fā)疾病的相關(guān)病因。

1.3同型半胱氨酸(Hcy) Hcy為含硫氨基酸,是甲硫氨酸分解代謝過程中形成的中間產(chǎn)物,因其與心血管疾病、神經(jīng)管缺陷及終末期腎病等多種疾病有關(guān),也被稱為“壞硫醇”[19]。近年來,Hcy水平檢測在腦梗死診斷中受到廣泛關(guān)注,大量研究表明,高同型半胱氨酸血癥(Hhcy)會(huì)增加腦梗死的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn),血清Hcy水平每升高5 μmol,腦梗死風(fēng)險(xiǎn)升高59%,每降低5 μmol,腦梗死風(fēng)險(xiǎn)則降低24%[20-21]。有研究發(fā)現(xiàn)Hcy可誘發(fā)腦梗死,其機(jī)制可能包括引發(fā)血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷、外周血凝血指標(biāo)水平增高、脂質(zhì)過氧化及血管平滑肌細(xì)胞的增生,最終導(dǎo)致腦梗死的發(fā)生及進(jìn)展[22]。LIU等[23]為探討血清Hcy在腦梗死診斷中的臨床意義和價(jià)值,以Hcy為指標(biāo)繪制ROC曲線,結(jié)果顯示單獨(dú)使用Hcy診斷急性腦梗死的AUC為0.760(95%CI：0.670～0.850),其靈敏度和特異度分別為65.6%和77.1%,具有良好的診斷價(jià)值。劉燕等[24]采用循環(huán)酶法對(duì)248例腦梗死患者及51例健康同齡人進(jìn)行血清Hcy水平測定,結(jié)果顯示腦梗死患者血清Hcy水平明顯高于健康同齡人;將受試者按照頸動(dòng)脈狹窄程度、神經(jīng)缺損程度及狹窄血管數(shù)量分為3個(gè)亞組,亞組間血清Hcy水平比較發(fā)現(xiàn),頸動(dòng)脈狹窄程度、神經(jīng)功能缺損程度越重,狹窄血管數(shù)量越多,血清Hcy水平越高。因此,Hcy可作為臨床上診斷腦梗死及判斷疾病嚴(yán)重程度的良好指標(biāo)。此外,最新研究提出Hcy與腦梗死復(fù)發(fā)密切相關(guān)[25],這也為腦梗死患者的治療及預(yù)后提供了一些新的依據(jù)。

2 核酸類標(biāo)志物

目前腦梗死的診療思路已經(jīng)較為成熟,但仍缺乏可靠、高效的檢測手段。有研究證實(shí),外周循環(huán)中特定的微小RNA(miRNAs)在急性腦梗死中存在差異表達(dá),可能成為腦梗死疾病診斷與病情評(píng)價(jià)的新型生物標(biāo)志物[26]。

miRNAs的發(fā)現(xiàn)是近年來生物學(xué)研究的重要突破之一,它屬于內(nèi)源性、非蛋白質(zhì)編碼的單鏈小RNA家族,具有高度保守性、順序性和組織特異性,被認(rèn)為在生物發(fā)育、細(xì)胞增殖、細(xì)胞分化、細(xì)胞凋亡和腫瘤發(fā)生等許多生理和病理過程中發(fā)揮調(diào)節(jié)作用[27]。有研究表明,miRNAs與神經(jīng)再生、缺氧和缺血反應(yīng)及缺血預(yù)處理誘導(dǎo)的缺血耐受等有關(guān),提示miRNAs是急性腦梗死生物學(xué)中的關(guān)鍵介質(zhì),調(diào)控miRNAs的表達(dá)或可用于診治或預(yù)防急性腦梗死[28]。一項(xiàng)不同組織的miRNAs陣列分析顯示,miRNA-124幾乎只在中樞神經(jīng)系統(tǒng)和神經(jīng)細(xì)胞中表達(dá),該研究進(jìn)一步在大鼠大腦中動(dòng)脈閉塞(MCAO)的腦梗死模型中研究腦特定miRNA的血漿水平,發(fā)現(xiàn)在MCAO后6 h,miRNA-124水平顯著升高,48 h后仍維持在較高水平[29]。因此,miRNA-124可能是早期發(fā)現(xiàn)的腦梗死生物標(biāo)志物。然而,關(guān)于miRNA-124在腦梗死中水平變化的研究結(jié)果并不一致,ZHU等[30]的一項(xiàng)研究得出了相反的結(jié)論：miRNA-124在急性腦梗死患者中的水平顯著減少。為明確miRNA-124在急性腦梗死患者中的異常表達(dá)情況,SUN等[31]納入54例腦梗死患者和51例健康者進(jìn)行研究,對(duì)腦梗死患者在發(fā)病后24 h、48～72 h及7 d后分別檢測miRNA-124水平,而健康者僅檢測一次,結(jié)果發(fā)現(xiàn)miRNA-124在疾病發(fā)生后24 h內(nèi)迅速下降,在48～72 h逐漸升高。以往研究分析顯示,miRNA-124通過調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡對(duì)神經(jīng)元起雙重作用。WANG等[32]觀察到miRNA-124通過激活磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B信號(hào)通路在腦梗死中發(fā)揮抗細(xì)胞凋亡的作用,正向影響B(tài)細(xì)胞淋巴瘤-2(Bcl-2)的表達(dá),進(jìn)一步減輕腦梗死的細(xì)胞凋亡。此外,miRNA-124還可以通過抑制氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡來保護(hù)Bcl-2細(xì)胞免受氧-葡萄糖剝奪/再灌注誘導(dǎo)的損傷。在腦梗死早期,miRNA-124還可以下調(diào)P53家族的凋亡刺激蛋白抑制成員(iASPP)的表達(dá),抑制這一內(nèi)源性促生存途徑,促進(jìn)腦梗死后神經(jīng)元的凋亡,而miRNA-124的抑制作用則可上調(diào)iASPP水平,有效地縮小腦梗死體積,因此,miRNA-124最初的水平下降可能通過上調(diào)iASPP在超急性期的水平來阻止神經(jīng)元的凋亡[32-33]。以上研究表明,miRNA-124廣泛參與腦梗死后的病理、生理過程,有望成為腦梗死早期診斷的生物標(biāo)志物。

眾所周知,動(dòng)脈粥樣硬化是一種慢性炎癥性疾病,是引起腦梗死的主要危險(xiǎn)因素之一。目前已有研究證實(shí)miRNAs在動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮著重要的作用[34]。越來越多的研究證實(shí)miRNA-155可調(diào)節(jié)細(xì)胞黏附和增殖、脂質(zhì)沉積和轉(zhuǎn)移,并通過加速炎癥的活化和泡沫細(xì)胞的形成而促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)展[27,35]。趙江等[36]選取173例急性腦梗死患者作為研究組來評(píng)估m(xù)iRNA-155水平與腦梗死嚴(yán)重程度及預(yù)后的關(guān)系,根據(jù)NIHSS評(píng)分將研究組分為輕度組、中度組、重度組3個(gè)亞組,同時(shí)選取180例健康者作為對(duì)照組進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)研究組miRNA-155水平高于對(duì)照組,且miRNA-155水平隨疾病嚴(yán)重程度的加重而升高,提示miRNA-155參與腦梗死的發(fā)生、發(fā)展,與患者疾病程度呈正相關(guān)。通過繪制ROC曲線分析miRNA-155對(duì)患者預(yù)后的診斷效能,結(jié)果顯示miRNA-155對(duì)患者的預(yù)后具有較高的靈敏度和特異度,證實(shí)miRNA-155是預(yù)測腦梗死患者預(yù)后不良的生物標(biāo)志物之一。有研究表明急性腦出血患者中miRNA-155水平也顯著升高,通過分析miRNA-155對(duì)急性腦出血的診斷效能,結(jié)果顯示AUC為0.820,特異度為0.800,靈敏度為0.788[37]。因此,檢測miRNA-155對(duì)腦梗死進(jìn)行早期診斷可聯(lián)合影像學(xué)進(jìn)行鑒別。以上研究表明,血清miRNA-155水平與腦梗死的發(fā)生、疾病的嚴(yán)重程度及預(yù)后有關(guān),是診斷和治療腦梗死的潛在生物標(biāo)志物,但miRNA-155在腦梗死發(fā)生、發(fā)展中的機(jī)制尚需進(jìn)一步研究證實(shí)。

VIJAYAN等[38]用Illumina深度測序分析技術(shù)檢測腦梗死患者和健康者血清中miRNA的表達(dá),發(fā)現(xiàn)在4 656個(gè)miRNA中,有272個(gè)在腦梗死患者中顯著失調(diào),并確定外周血中的miRNA可作為腦梗死早期檢測的生物標(biāo)志物。由此可見,多種miRNA在腦梗死后會(huì)發(fā)生變化,幾個(gè)miRNA聯(lián)合的生物標(biāo)志物可能在診斷過程中具有較高特異度,但尚缺乏大量的臨床研究。

3 其 他

近年來,隨著系統(tǒng)生物學(xué)在基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等領(lǐng)域的迅速發(fā)展,腦梗死的發(fā)病機(jī)制被認(rèn)為與能量代謝、興奮性氨基酸毒性、活性氧自由基和炎癥反應(yīng)有關(guān),這些過程除了涉及上述的蛋白質(zhì)及核酸類生物標(biāo)志物外,還有研究發(fā)現(xiàn)單胺類神經(jīng)遞質(zhì)、脂類及有機(jī)酸等生物標(biāo)志物對(duì)腦梗死有診斷意義[39]。KONG等[40]基于超高效液相色譜——四極桿飛行時(shí)間高分辨率質(zhì)譜技術(shù)對(duì)就診的28例腦梗死患者和27例健康體檢者進(jìn)行血清的初始代謝組學(xué)質(zhì)譜分析,并利用ROC曲線確定代謝組學(xué)在預(yù)測腦梗死發(fā)生中的潛在價(jià)值,最終篩選出2-苯甘氨酸、亞油酸等13個(gè)內(nèi)源性代謝產(chǎn)物作為腦梗死患者的潛在生物標(biāo)志物,且這13個(gè)生物標(biāo)志物的AUC均大于0.66,表明上述13個(gè)生物標(biāo)志物對(duì)腦梗死的診斷具有較高的效能;該研究進(jìn)一步繪制了與腦梗死相關(guān)的代謝途徑的綜合代謝網(wǎng)絡(luò),結(jié)果表明亞油酸代謝,苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成及酪氨酸代謝是與腦梗死相關(guān)的3個(gè)最重要的代謝途徑。代謝組學(xué)是繼蛋白質(zhì)組學(xué)及基因組學(xué)之后新興的一種快速診斷方法,通過定性及定量檢測生物體系受到刺激后代謝產(chǎn)物的變化,較為全面地反映機(jī)體內(nèi)外環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化,是研究腦梗死發(fā)病機(jī)制的有力工具,但仍需更多的臨床探索[41]。

4 小 結(jié)

隨著對(duì)腦梗死發(fā)病機(jī)制的不斷研究及檢測手段的不斷進(jìn)步,越來越多的診斷性標(biāo)志物被發(fā)現(xiàn)。利用各種血清標(biāo)志物的特性進(jìn)行診斷,將有助于腦梗死患者的早期診斷及病情嚴(yán)重程度的評(píng)估,指導(dǎo)臨床采取及時(shí)、有效的治療措施,從而改善預(yù)后。單一的生物標(biāo)志物診斷價(jià)值有限,多個(gè)提供互補(bǔ)信息的生物標(biāo)志物聯(lián)合檢測臨床應(yīng)用價(jià)值更大,未來還需進(jìn)一步研究。