兒童創(chuàng)傷性腦損傷神經(jīng)功能結(jié)局相關(guān)標(biāo)志物的研究進(jìn)展

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(河南省人民醫(yī)院兒科,鄭州大學(xué)人民醫(yī)院,河南 鄭州 450003)

創(chuàng)傷性腦損傷(traumatic brain injury,TBI)是全球范圍內(nèi)死亡和致殘的主要原因之一。全國(guó)18項(xiàng)回顧性流行病學(xué)研究調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,2001—2016年共計(jì)125 474例TBI患者,其中兒童患者30 713例,約占24.48%[1]。嚴(yán)重TBI不僅具有較高的致殘性和致死性,同時(shí)還會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)負(fù)擔(dān),因此近年來創(chuàng)傷急救的問題越來越受到大家的關(guān)注。創(chuàng)傷時(shí)引起的神經(jīng)組織機(jī)械損傷被認(rèn)為是不可逆的,目前對(duì)TBI的管理側(cè)重于檢測(cè)和治療相關(guān)的繼發(fā)性損傷。繼發(fā)性損傷發(fā)生在最初損傷后的幾分鐘到幾天甚至幾個(gè)月,其特征是神經(jīng)化學(xué)、代謝和行為改變,繼而會(huì)導(dǎo)致行為、情緒和認(rèn)知缺陷。在TBI早期對(duì)神經(jīng)功能結(jié)局進(jìn)行預(yù)測(cè),不僅有利于早期識(shí)別病情危重的患兒,制定更加合理的治療方案,還可以對(duì)病情的轉(zhuǎn)歸、同患兒及家屬的溝通產(chǎn)生積極的影響。本文就近年來兒童TBI神經(jīng)功能結(jié)局相關(guān)血清生物標(biāo)志物及影像學(xué)標(biāo)志物的研究進(jìn)展作一綜述。

1 血清及腦脊液中的生物標(biāo)志物

生物標(biāo)志物是一類新興的與細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖有關(guān)的生化指標(biāo),可以用于疾病的診斷、嚴(yán)重程度評(píng)估、治療效果監(jiān)測(cè)和預(yù)后預(yù)測(cè)等方面。在TBI早期檢測(cè)各種體液中的相關(guān)生物標(biāo)志物不僅可以從分子水平探討發(fā)病機(jī)制,而且對(duì)早期隱匿性損傷的評(píng)估具有較高的準(zhǔn)確性及敏感性[2]。近年來許多國(guó)內(nèi)外的研究在各種體液中檢測(cè)到多種具有敏感性和特異性的標(biāo)志物,以下介紹幾種具有研究前景的生物標(biāo)志物。

1.1 與神經(jīng)炎癥相關(guān)的生物標(biāo)志物

1.1.1核苷酸寡聚樣受體蛋白3炎癥體 核苷酸寡聚樣受體蛋白3炎癥體(nucleotide oligomerization-like receptor protein 3,NLRP3)是一種多蛋白復(fù)合物,可促進(jìn)caspase-1的激活,從而誘導(dǎo)促炎細(xì)胞因子[如白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-1β和IL-18]的成熟和分泌,進(jìn)一步加重炎癥反應(yīng)[3]。TBI后,NLRP3炎癥小體激活,促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞活化、白細(xì)胞募集和炎性遞質(zhì)分泌,導(dǎo)致持續(xù)的神經(jīng)變性和神經(jīng)損傷。一項(xiàng)研究表明,在穿透性彈道樣腦損傷的嚙齒動(dòng)物中,NLRP3炎癥小體急性增加,IL-1β、IL-18、caspase-1、ASC、X連鎖凋亡抑制蛋白和NLRP3的表達(dá)在48 h左右達(dá)到峰值,并持續(xù)7 d[4]。Wallisch等[5]研究發(fā)現(xiàn),與健康對(duì)照組相比,TBI患兒的腦脊液NLRP3水平在損傷后0～24、25～48、49～72 h均升高,≤4歲的患兒NLRP3峰值水平高于>4歲的患兒,NLRP3>6.63 μg·L-1與創(chuàng)傷后6個(gè)月時(shí)發(fā)生認(rèn)知障礙獨(dú)立相關(guān)。NLRP3通路可能成為一個(gè)改善TBI后神經(jīng)功能結(jié)局的新治療靶點(diǎn)。Irrera等[6]研究表明,與野生型小鼠相比,NLRP3敲除小鼠在損傷24 h后,出現(xiàn)認(rèn)知障礙的概率較小并且炎癥反應(yīng)較輕,7 d后,組織學(xué)檢驗(yàn)顯示大腦結(jié)構(gòu)更加完整。TBI后,NLRP3的活化可加重炎癥反應(yīng),抑制NLRP3炎癥小體活化可能會(huì)減少小膠質(zhì)細(xì)胞活化和白細(xì)胞浸潤(rùn),減輕炎癥反應(yīng),改善長(zhǎng)期神經(jīng)功能預(yù)后。

1.1.2血漿骨橋蛋白 血漿骨橋蛋白(osteopontin,OPN)也稱為分泌型磷蛋白1(secreted phosphoprotein 1,SPP1),屬于小整合素結(jié)合配體N-鏈糖蛋白家族,在血液和唾液中具有高度穩(wěn)定性[7]。骨橋蛋白表達(dá)與神經(jīng)炎癥有關(guān),中和其在血清中的表達(dá)水平,可以使神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞激活減弱,還與保持血腦屏障完整性以及腦水腫減少和出血性轉(zhuǎn)化風(fēng)險(xiǎn)降低有關(guān),從而改善神經(jīng)功能結(jié)果和存活率[8]。Blackwell等[9]研究表明,與其他類型TBI的兒童相比,確診虐待性頭部損傷的兒童的血清OPN顯著升高。OPN在血清中的表達(dá)可能有助于識(shí)別疑似虐待性頭部損傷的兒童,以便對(duì)可能遭受虐待的兒童進(jìn)行資源分層和適當(dāng)干預(yù)。最近的一項(xiàng)回顧性研究表明,血漿OPN水平與嚴(yán)重TBI和急性顱內(nèi)病變相關(guān),中、重度TBI患兒的血漿OPN水平在損傷后72 h內(nèi)持續(xù)升高,并與住院死亡率、呼吸機(jī)使用率和重癥監(jiān)護(hù)病房住院時(shí)間獨(dú)立相關(guān),血漿OPN峰值越高,6個(gè)月后神經(jīng)功能結(jié)局越差[10]。血漿OPN可能是兒童TBI中基于神經(jīng)炎癥的診斷和預(yù)后生物標(biāo)志物。

1.1.3中性粒細(xì)胞/淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù) 中性粒細(xì)胞是先天免疫系統(tǒng)的重要組成部分之一,TBI后進(jìn)入大腦的中性粒細(xì)胞可以釋放有毒分子、自由基、促炎因子和蛋白酶,進(jìn)而引起繼發(fā)性損傷[11]。中性粒細(xì)胞/淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)(neutrophil-to-lymphocyte ratio,NLR)是指中性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)與淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)的比率,是一個(gè)快速簡(jiǎn)單的炎癥參數(shù)。TBI后,中性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)通常升高,而淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)在急性期通常無明顯變化,NLR可以反映TBI后體內(nèi)炎癥反應(yīng)的嚴(yán)重程度[12]。近年來,NLR作為炎癥的晴雨表和與細(xì)胞活化和免疫系統(tǒng)反應(yīng)相關(guān)的繼發(fā)性損傷的標(biāo)志物越來越受到關(guān)注。一項(xiàng)前瞻性研究發(fā)現(xiàn),白細(xì)胞計(jì)數(shù)>16.1×109L-1、中性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)>11.9×109L-1和NLR≥5.02是患兒住院時(shí)長(zhǎng)和神經(jīng)功能結(jié)局的獨(dú)立危險(xiǎn)因素,將初始白細(xì)胞計(jì)數(shù)納入TBI預(yù)測(cè)模型可以改善預(yù)后[13]。NLR是一種低成本的炎癥預(yù)測(cè)指標(biāo),有望成為兒童TBI后繼發(fā)性損傷的標(biāo)志物,并對(duì)短期預(yù)后具有一定的預(yù)測(cè)作用。

1.1.4IL-33 IL-33是IL-1家族的新成員,在皮膚、胃腸道和肺的成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和上皮細(xì)胞中表達(dá),創(chuàng)傷后從受損細(xì)胞釋放入腦脊液及血液中,發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用[14]。IL-33/生長(zhǎng)刺激表達(dá)基因2蛋白(growth stimulation expressed gene 2,ST2)軸在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病和損傷的發(fā)病機(jī)制中起關(guān)鍵作用。Xu等[15]研究表明,與健康對(duì)照組相比,TBI患者入院時(shí)IL-33和其受體可溶性ST2(sST2)水平較高,IL33和sST2的水平與院內(nèi)感染和器官功能障礙的發(fā)生呈正相關(guān)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),sST2基因敲除小鼠在TBI后腦損傷面積擴(kuò)大,并在TBI后出現(xiàn)5 d感覺運(yùn)動(dòng)功能障礙,而用IL-33(2 μg/30 g體重,鼻內(nèi))治療3 d的小鼠腦損傷程度顯著減輕并改善了神經(jīng)功能預(yù)后[16]。IL-33/ST2軸可以改善腦損傷程度及運(yùn)動(dòng)功能結(jié)果,可能成為一種新的免疫治療策略來改善TBI后神經(jīng)功能結(jié)局。

1.2 與神經(jīng)系統(tǒng)損傷相關(guān)的生物標(biāo)志物

1.2.1鈣結(jié)合蛋白S100B S100B主要在成熟的星形膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá),具有調(diào)節(jié)細(xì)胞運(yùn)輸、生長(zhǎng)、能量代謝和維持鈣穩(wěn)態(tài)的作用。TBI后星形膠質(zhì)細(xì)胞活化,促進(jìn)S100B釋放,導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞損傷和變性[17]。Park等[18]研究發(fā)現(xiàn),TBI后6個(gè)月預(yù)后不良[格拉斯哥預(yù)后評(píng)分(Glasgow outcome scale,GOS)1～3分]患兒傷后1周血清S100B水平顯著高于預(yù)后良好患兒(GOS 4～5分),而且連續(xù)監(jiān)測(cè)后發(fā)現(xiàn),預(yù)后良好患兒血清S100B水平傾向于迅速下降,而預(yù)后不良的患兒S100B水平下降緩慢,甚至出現(xiàn)晚期峰值。這與在成人中的研究結(jié)果一致,創(chuàng)傷后連續(xù)測(cè)量的S100B水平持續(xù)升高甚至出現(xiàn)第2次峰值可能與繼發(fā)性不良反應(yīng)有關(guān),預(yù)示著不良預(yù)后。然而,由于其敏感性存在爭(zhēng)議,特異性較低,不建議對(duì)S100B進(jìn)行單獨(dú)測(cè)量,將S100B水平與CT結(jié)果相結(jié)合,可以提高敏感性和陰性預(yù)測(cè)值。

1.2.2泛素C末端水解酶L1 泛素C末端水解酶L1(ubiquitin C-terminal hydrolase-L1,UCH-L1)是大腦中水平較高的蛋白質(zhì),占所有神經(jīng)元蛋白質(zhì)的1%～5%,是維持軸突穩(wěn)定性的必需物質(zhì),并且可通過多種機(jī)制在損傷后的恢復(fù)中發(fā)揮重要作用[19]。UCH-L1通過與蛋白質(zhì)降解的蛋白酶體途徑偶聯(lián),成為調(diào)節(jié)腦部蛋白質(zhì)代謝的重要酶。TBI后UCH-L1水平迅速而短暫地增加,12 h達(dá)到峰值,峰值的大小可能與病情嚴(yán)重程度及預(yù)后相關(guān)[20]。血清UCH-L1和膠質(zhì)纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein,GFAP)水平能夠識(shí)別急性TBI中電子計(jì)算機(jī)斷層掃描(computed tomographyg,CT)陽性損傷的患者,與CT陰性患者相比,CT陽性組的GFAP和UCH-L1(而非S100B)水平顯著升高,UCH-L1還可以判定TBI的嚴(yán)重程度,在輕度[格拉斯哥昏迷評(píng)分(Glasgow coma scale,GCS)13～15分]和中、重度(GCS 3～12分)損傷組之間存在顯著差異,且受試者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲線下面積最高(0.94),其次是GFAP(0.91)和S100B(0.83)[21]。最近的一項(xiàng)研究表明,血清UCH-L1水平和認(rèn)知功能及能量代謝密切相關(guān),與簡(jiǎn)易精神狀態(tài)量表有顯著相關(guān)性,因此血清UCH-L1可能成為腦損傷后神經(jīng)功能結(jié)局的血液標(biāo)志物[22]。UCH-L1血清水平在區(qū)分中、重度TBI患者與健康個(gè)體方面具有敏感性。然而,沒有足夠的證據(jù)支持其臨床應(yīng)用,有必要在該領(lǐng)域進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

1.2.3GFAP GFAP是星形膠質(zhì)細(xì)胞的主要中間絲,發(fā)揮著支持和加強(qiáng)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的功能。目前尚未發(fā)現(xiàn)其在除星形膠質(zhì)細(xì)胞以外的細(xì)胞中表達(dá),可能成為預(yù)測(cè)星形膠質(zhì)細(xì)胞損傷的獨(dú)立標(biāo)志物。Fraser等[23]研究發(fā)現(xiàn),血清GFAP水平與入院時(shí)的GCS評(píng)分呈負(fù)相關(guān),并且在預(yù)測(cè)中、重度TBI患兒短期神經(jīng)功能預(yù)后方面具有88%的敏感度和71%的特異度;連續(xù)測(cè)量發(fā)現(xiàn),血清和腦脊液GFAP水平在TBI第1天達(dá)到最大值,但正?；臅r(shí)期不同:腦脊液GFAP水平在第7天恢復(fù)到正常范圍,而血清GFAP水平在第10天恢復(fù)正常。另有研究表明,TBI后,在多個(gè)時(shí)間點(diǎn)測(cè)量的血清GFAP水平?jīng)]有顯著變化,這可能表明,單個(gè)時(shí)間點(diǎn)測(cè)量的血清GFAP水平可能足以進(jìn)行TBI診斷或結(jié)果預(yù)測(cè)。一項(xiàng)研究分別對(duì)傷后0～8 h(初始)和12～32 h(延遲)采集的血樣進(jìn)行GFAP、UCH-L1和S100B水平分析,發(fā)現(xiàn)GFAP在預(yù)測(cè)頭部CT陽性方面比UCH-L1、S100B或3種生物標(biāo)志物的任何組合具有更大的效用[24]。GFAP在首次評(píng)估TBI中起著重要作用,單時(shí)間點(diǎn)測(cè)量可用于評(píng)估危險(xiǎn)分層,指示損傷嚴(yán)重程度,并且可以早期識(shí)別CT陽性的患者,減少不必要的輻射。

2 神經(jīng)影像學(xué)標(biāo)志物

影像學(xué)檢查可以更加直觀地顯示出損傷的部位,因此在TBI的早期診斷和預(yù)后評(píng)估中發(fā)揮著重要的作用。目前,針對(duì)兒童TBI的影像學(xué)檢查方法主要包括CT、磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)、磁敏感加權(quán)成像(susceptibility weighted imaging,SWI)等。

2.1 CTCT是利用X線對(duì)機(jī)體某一厚度的層面進(jìn)行掃描,經(jīng)過專業(yè)醫(yī)生對(duì)最終圖像的解讀獲取病灶信息的一種影像學(xué)檢查方法[25]。CT具有快速、便捷、準(zhǔn)確等優(yōu)勢(shì),且掃描時(shí)間相對(duì)較短,不僅可以顯示病理性改變,還可明確定位顱內(nèi)、顱骨等損傷,被視為確定顱腦損傷的首選檢查方法。Kayhanian等[26]研究表明,基底池體積是一個(gè)基于CT的可量化的參數(shù),與初始顱內(nèi)壓顯著相關(guān),確定的閾值(相對(duì)體積為0.005 5)可以預(yù)測(cè)出最能從侵入性神經(jīng)外科監(jiān)測(cè)中受益的患兒。然而,該研究的樣本量較小,在臨床實(shí)踐中使用之前,需要在更大的隊(duì)列中進(jìn)行驗(yàn)證。馬歇爾分類系統(tǒng)和鹿特丹評(píng)分系統(tǒng)是基于CT結(jié)果計(jì)算出的2種評(píng)分系統(tǒng),已廣泛應(yīng)用于兒童TBI預(yù)后預(yù)測(cè)。Mohamed等[27]研究表明,馬歇爾分類系統(tǒng)對(duì)TBI患兒的早期死亡率及神經(jīng)功能結(jié)局具有一定的預(yù)測(cè)性,分級(jí)越高,神經(jīng)功能結(jié)局不良的可能性越大,分級(jí)≥3的患者,死亡風(fēng)險(xiǎn)較大。CT可以在TBI早期明確病變位置,并對(duì)早期死亡率有一定的預(yù)測(cè)作用,但在檢測(cè)小型和慢性出血過程以及早期證實(shí)缺氧缺血性腦病方面的敏感性低于MRI。

2.2 MRIMRI可直接顯示各斷層圖像,且不會(huì)出現(xiàn)偽影,與其他影像學(xué)檢查相比,MRI包含的信息量較多,在顱腦損傷診斷方面具有明顯優(yōu)勢(shì)[28]。MRI在檢測(cè)軸外出血、腦室內(nèi)出血和蛛網(wǎng)膜下腔出血方面表現(xiàn)出100%的敏感性,并且在檢測(cè)硬膜外血腫、硬膜下血腫和腦實(shí)質(zhì)出血方面具有78%或更高的敏感性,對(duì)所有類型的顱內(nèi)出血產(chǎn)生了100%的特異性,相應(yīng)的陰性預(yù)測(cè)值超過了CT[29]。MRI及其相關(guān)應(yīng)用(擴(kuò)散加權(quán)和擴(kuò)散張量成像、磁化率加權(quán)成像和磁共振波譜)為TBI后結(jié)構(gòu)病理學(xué)的研究提供了依據(jù)。Smitherman等[30]發(fā)現(xiàn)了基于MRI的神經(jīng)影像標(biāo)志物與TBI后神經(jīng)功能結(jié)局相關(guān),多個(gè)區(qū)域的病變、液體抑制反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列(fluid attenuated inversion recovery sequence,FLAIR)總病變體積和特定腦區(qū)內(nèi)病變的體積等,可用于預(yù)測(cè)中、重度TBI患者的長(zhǎng)期神經(jīng)系統(tǒng)功能結(jié)局。MRI在特異性、敏感性和對(duì)所有測(cè)量的損傷病理的陰性預(yù)測(cè)值方面優(yōu)于CT(顱骨骨折除外),可用于早期識(shí)別重癥患者并預(yù)測(cè)神經(jīng)功能結(jié)局,同時(shí)最可以大限度地減少輻射暴露。

2.3 SWISWI是基于T2加權(quán)梯度回波序列的新興磁共振對(duì)比成像技術(shù),它可以根據(jù)器官組織的不同磁化率,清晰的顯示病灶輪廓、形態(tài)和位置[31]。SWI與常規(guī)MRI相比,對(duì)微小出血點(diǎn)的敏感性更高,可以更好地識(shí)別外傷性軸索損傷相關(guān)的出血性病變,臨床應(yīng)用前景廣闊。腦微出血是公認(rèn)的創(chuàng)傷性軸索損傷的生物標(biāo)志物,它的數(shù)量和位置與TBI患者的長(zhǎng)期預(yù)后密切相關(guān),與T2、梯度回波、彌散加權(quán)成像或流體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列相比,SWI對(duì)微出血更敏感,可用來預(yù)測(cè)患者的認(rèn)知功能結(jié)果和繼發(fā)性損傷[32]。Ryan等[33]研究表明,SWI損傷的亞急性體積與所有神經(jīng)功能障礙癥狀域獨(dú)立相關(guān),SWI損傷的體積可能代表一種新的、獨(dú)立的TBI后神經(jīng)功能障礙標(biāo)志物,這可能有助于識(shí)別可能受益于有針對(duì)性的心理教育和/或預(yù)防策略的高危兒童,以最大限度地降低長(zhǎng)期神經(jīng)功能障礙的風(fēng)險(xiǎn)。

3 小結(jié)

TBI具有較高的致死率和致殘率,早期識(shí)別危重患兒、評(píng)估預(yù)后有助于為臨床決策提供依據(jù)。不同生物標(biāo)志物和影像學(xué)標(biāo)志物對(duì)神經(jīng)功能結(jié)局的預(yù)測(cè)各有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),也存在一定的局限性。由于兒童神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育尚不成熟,損傷后的臨床表現(xiàn)也各不相同,尚未發(fā)現(xiàn)單一的、理想的標(biāo)志物。在未來的研究中應(yīng)該鼓勵(lì)更動(dòng)態(tài)化和個(gè)性化地進(jìn)行評(píng)估,可基于臨床表現(xiàn)、生物標(biāo)志物和影像學(xué)標(biāo)志物構(gòu)建一個(gè)復(fù)合的預(yù)測(cè)模型,從而確定更加準(zhǔn)確的診斷和預(yù)后工具。