心源性腦卒中炎癥相關(guān)生物學(xué)標(biāo)志物的研究進(jìn)展

龍海寧 朱望舒 魏黎明 趙俊功

心源性腦卒中(cardioembolic stroke, CES),是指來自心臟或主動(dòng)脈弓的栓子通過循環(huán)導(dǎo)致腦動(dòng)脈栓塞而引起相應(yīng)腦功能障礙的臨床綜合征。CES主要由心房顫動(dòng)(atrial fibrillation, AF)誘發(fā),占全部缺血性腦卒中的20%～30%,與其他腦卒中亞型比較,CES的病情程度更重、預(yù)后更差、復(fù)發(fā)率和致死率更高[1,2]。研究發(fā)現(xiàn),炎癥在心房顫動(dòng)及心源性腦卒中的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮了重要作用,炎癥能夠引起內(nèi)皮細(xì)胞功能損傷及血液高凝狀態(tài),結(jié)合心房顫動(dòng)時(shí)心耳內(nèi)血流速度明顯減慢等因素,構(gòu)成了Virchow三原則的各要素,從而促進(jìn)左心耳內(nèi)血栓的形成。

此外,心房顫動(dòng)及心源性腦卒中患者體內(nèi)的炎性水平明顯升高且伴隨多種生物學(xué)標(biāo)志物水平的升高。近年來,國內(nèi)外研究者對心源性腦卒中的生物學(xué)標(biāo)志物進(jìn)行了廣泛的探索,傳統(tǒng)炎癥標(biāo)志物由于特異性不強(qiáng),在臨床中應(yīng)用受限,而更高特異性的標(biāo)志物被不斷發(fā)掘,并被證明其臨床應(yīng)用價(jià)值。因此,筆者就傳統(tǒng)炎癥標(biāo)志物的應(yīng)用價(jià)值和局限性,以及CES新型生物學(xué)標(biāo)志物的最新進(jìn)展綜述如下。

一、傳統(tǒng)炎癥標(biāo)志物的應(yīng)用價(jià)值及局限性

炎癥標(biāo)志物指的是臨床診斷中對炎癥性疾病進(jìn)行判斷所依賴的指標(biāo)。在臨床中應(yīng)用廣泛的傳統(tǒng)炎癥標(biāo)志物主要包括C反應(yīng)蛋白(c-creative protein, CRP)、白細(xì)胞介素(interleukin, IL)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)等,炎癥標(biāo)志物水平的升高往往提示患者機(jī)體炎性反應(yīng)加劇,需要及時(shí)抗炎或抗感染治療。CES發(fā)生后,局部神經(jīng)組織因缺血發(fā)生壞死,小膠質(zhì)細(xì)胞被迅速激活并通過釋放過量的促炎性細(xì)胞因子,促進(jìn)神經(jīng)元損傷,炎性反應(yīng)迅速發(fā)生[3]。

既往研究發(fā)現(xiàn),傳統(tǒng)炎癥標(biāo)志物水平升高的個(gè)體擁有更高的腦卒中風(fēng)險(xiǎn)。Andersson等[4]研究發(fā)現(xiàn),在校正傳統(tǒng)危險(xiǎn)因素后,CRP高水平組(>3mg/L)較低水平組(<1mg/L)患者腦卒中的風(fēng)險(xiǎn)明顯升高(OR=2.06, 95% CI: 1.29～3.29);且在根據(jù)TOAST標(biāo)準(zhǔn)分型后,這種風(fēng)險(xiǎn)繼續(xù)上升(OR=3.18, 95% CI: 0.83～12.20)。Lip等[5]研究發(fā)現(xiàn),CRP水平與臨床上CHADS2、SPAF、NICE 等3個(gè)腦卒中風(fēng)險(xiǎn)評分呈現(xiàn)一致性,表明CRP對改善臨床腦卒中分層、預(yù)測腦卒中發(fā)生具有一定的價(jià)值。與CRP類似,研究發(fā)現(xiàn),IL-6的水平升高也與患者CES的風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)明顯的一致性,從IL-6低水平組(<1.6ng/L)到高水平組(>4.0ng/L)患者,CES或全身性血管栓塞的風(fēng)險(xiǎn)明顯增高(HR=2.03, 95% CI: 1.27～3.26,P=0.0041),且不良結(jié)局的年發(fā)生率從0.75%上升至1.81%,這提示CRP和IL-6 水平與CES風(fēng)險(xiǎn)呈劑量-反應(yīng)關(guān)系[6]。Pinto等[7]研究發(fā)現(xiàn),以入院時(shí)TNF-α濃度35pg/ml為最佳截?cái)嘀?預(yù)測慢性非瓣膜性心房顫動(dòng)患者3年內(nèi)新發(fā)腦卒中的AUC為0.77,敏感度和特異性分別為72.5 %和75.7 %。綜合以上研究數(shù)據(jù)來看,傳統(tǒng)炎癥標(biāo)志物水平對CES的發(fā)生及相關(guān)預(yù)后有一定的預(yù)測價(jià)值。

但是傳統(tǒng)炎癥標(biāo)志物與CES的關(guān)聯(lián)在其他研究中受到質(zhì)疑。在一項(xiàng)包含25841例心房顫動(dòng)和非心房顫動(dòng)患者的大型隊(duì)列研究中,Farah等[8]研究發(fā)現(xiàn),CRP水平與CES本身的關(guān)聯(lián)其實(shí)并不明顯,反而與心房顫動(dòng)患者的基礎(chǔ)疾病(如充血性心力衰竭、高血壓、糖尿病)及用藥情況(華法林或阿司匹林的使用)等變量的關(guān)系更為密切。Elkind等[9]的研究也得到了類似的結(jié)論,即在校正其他風(fēng)險(xiǎn)因素,包括腰圍、飲酒、吸煙狀況、糖尿病、低密度脂蛋白和高密度脂蛋白水平、冠狀動(dòng)脈疾病及收縮壓等因素后,CRP與缺血性腦卒中的風(fēng)險(xiǎn)關(guān)聯(lián)明顯下降。而José等[10]研究發(fā)現(xiàn),納入IL-6在內(nèi)的多種標(biāo)志物并沒有提高CHA2DS2-VASc評分對缺血性腦卒中的預(yù)測能力,因此基于傳統(tǒng)生物學(xué)標(biāo)志物的模型凈效益提升和臨床實(shí)用性是邊緣化的。

目前針對傳統(tǒng)炎癥標(biāo)志物與CES關(guān)系的研究出現(xiàn)了許多相悖的結(jié)論,因?yàn)镃ES高發(fā)于中老年心房顫動(dòng)人群,這類人群在腦卒中之前已經(jīng)處于慢性炎性狀態(tài),這使得檢測炎癥與腦卒中之間的關(guān)聯(lián)變得困難。此外,大多數(shù)心房顫動(dòng)患者伴有多種并發(fā)癥和危險(xiǎn)因素,如高血壓、糖尿病和肥胖等,這些因素能夠進(jìn)一步增強(qiáng)心房顫動(dòng)患者的基線炎性狀態(tài)。換句話說,心房顫動(dòng)是機(jī)體多種炎癥環(huán)境積累的結(jié)果,傳統(tǒng)炎癥標(biāo)志物的水平更多地提示機(jī)體整體的炎癥環(huán)境改變,而對CES的特異性不高,因此其臨床應(yīng)用價(jià)值有限,尋找新的特異性高的生物學(xué)標(biāo)志物將有助于臨床預(yù)測CES風(fēng)險(xiǎn)、改善患者的治療及預(yù)后。

二、新型生物學(xué)標(biāo)志物

目前CES的患病率、致殘率和病死率隨人口年齡的增加而上升。由于地區(qū)醫(yī)療條件的限制以及無癥狀腔隙性腦梗死的發(fā)生,心房顫動(dòng)及心源性腦卒中的真實(shí)負(fù)擔(dān)遠(yuǎn)比研究統(tǒng)計(jì)結(jié)果嚴(yán)重。傳統(tǒng)炎癥標(biāo)志物對準(zhǔn)確預(yù)測腦卒中風(fēng)險(xiǎn)的局限性明顯,且對病情的發(fā)生、發(fā)展往往后知后覺,因此如何早期發(fā)現(xiàn)高風(fēng)險(xiǎn)人群并預(yù)防疾病進(jìn)展是目前研究的熱點(diǎn)問題?；蚝蚼icroRNA(miRNA/miR)作為細(xì)胞生長、增殖、分化和代謝等過程的上游調(diào)控位點(diǎn),與機(jī)體多種病理性改變發(fā)生相關(guān),例如,基因表達(dá)譜的改變可以使正常細(xì)胞發(fā)生癌變;心臟組織中miRNA的表達(dá)可以調(diào)控心臟重構(gòu),并被報(bào)道是一種潛在的預(yù)后和診斷生物學(xué)標(biāo)志物[11]。作為疾病發(fā)生、發(fā)展的起點(diǎn),基因和miRNA水平的改變通常是偵測疾病發(fā)生、發(fā)展最早且最特異性的指標(biāo)。近年來與心房顫動(dòng)、炎癥及CES相關(guān)的miRNA及基因?qū)W研究不斷涌現(xiàn),與疾病發(fā)病機(jī)制相關(guān)的生物學(xué)標(biāo)志物將有利于臨床腦卒中預(yù)防及治療的開展。

1.miRNA:miRNA是一類內(nèi)生的、長度為20～24個(gè)核苷酸的小RNA,在轉(zhuǎn)錄后調(diào)控基因的表達(dá)。近年來有研究發(fā)現(xiàn),miRNA參與缺血性腦卒中發(fā)生、發(fā)展過程中多種細(xì)胞功能,如神經(jīng)元發(fā)育、受損組織修復(fù)及重塑等,且可作為早期診斷缺血性腦卒中的潛在生物學(xué)標(biāo)志物。

(1)miR-155:miR-155 是一種促炎性miRNA,參與造血細(xì)胞分化、炎癥、免疫、心血管疾病及惡性腫瘤等多種生理和病理過程,多項(xiàng)研究表明,miR-155推動(dòng)了心房顫動(dòng)及心源性腦卒中的發(fā)生、發(fā)展。王堅(jiān)剛等[12]研究發(fā)現(xiàn),miR-155參與心房顫動(dòng)過程中的電重構(gòu);Tran等[13]研究認(rèn)為,miR-155促進(jìn)了心外膜脂肪組織中神經(jīng)生長因子信號通路的表達(dá)及炎性細(xì)胞因子IL-8的分泌,從而促進(jìn)心房顫動(dòng)的發(fā)生。miR-155還可以通過參與Janus激酶/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子(JAK/STAT)途徑上調(diào)心源性腦卒中的炎性水平。JAK/STAT是一條參與各種細(xì)胞因子和集落刺激因子表達(dá)的經(jīng)典途徑。Sadik等[14]研究發(fā)現(xiàn),miR-155→JAK2/STAT3→TNF-α軸在急性缺血性腦卒中患者中顯著表達(dá),且STAT3似乎與CES的聯(lián)系更加密切,通過藥物抑制JAK2/STAT3信號通路可以有效地減少炎性反應(yīng),從而減少CES的發(fā)生、發(fā)展。miR-155還參與腦卒中后的缺血再灌注損傷。Maf B是一種大型肌肉腱膜纖維肉瘤癌基因家族蛋白,也是抗炎性細(xì)胞因子基因的重要轉(zhuǎn)錄激活劑。Zhang等[15]研究發(fā)現(xiàn),在大腦中動(dòng)脈閉塞(middle cerebral artery occlusion, MCAO)的小鼠模型中,miR-155可通過靶向下調(diào)Maf B的表達(dá)來升高M(jìn)CAO后腦組織中炎性介質(zhì)(IL-1β、IL-6 和TNF-α)和炎癥蛋白酶(iNOS和COX-2)的水平;且在敲除miR-155后,小鼠MCAO模型中炎性水平顯著減低,腦梗面積較未敲除組明顯縮小。綜上所述,miR-155貫穿于心房顫動(dòng)以及CES的始終,通過多種途徑升高機(jī)體炎性水平,加重缺血后損傷。因此miR-155既是一個(gè)重要的生物學(xué)標(biāo)志物,也是一個(gè)潛在的治療靶點(diǎn)。

(2)miR-146a:miR-146a 是TLR4(Toll樣受體4)介導(dǎo)的先天免疫和炎性反應(yīng)的負(fù)調(diào)控因子。miR-146a的rs2431697位點(diǎn)與心房顫動(dòng)患者的不良心血管事件(包含心源性腦卒中)顯著相關(guān),rs2431697 TT基因型相關(guān)患者栓塞性事件的風(fēng)險(xiǎn)顯著升高(HR=1.64, 95% CI:1.09～2.47,P=0.017),且該型單核細(xì)胞在受到脂多糖刺激后會(huì)顯著表達(dá)IL-6,從而進(jìn)一步提高下游炎性水平。近年來研究表明,miR-146a rs2431697發(fā)揮相關(guān)作用與中性粒細(xì)胞胞外殺菌網(wǎng)絡(luò)相關(guān),其通過升高血漿中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶的水平,從而降低機(jī)體抗凝能力并提升炎性水平,進(jìn)而誘發(fā)心房顫動(dòng)患者心源性腦卒中[16]。此外,rs2431697還能夠提高CHA2DS2-VASc+IL-6 模型對心血管不良事件的預(yù)測能力(CHA2DS2-VASc+IL-6+rs2431697 vs CHA2DS2-VASc+IL-6, relative IDI=2.1%)[14]。綜上所述,miR-146a參與了CES的炎癥進(jìn)程,并促進(jìn)了CES的發(fā)生,其作為生物學(xué)標(biāo)志物能夠優(yōu)化臨床腦卒中風(fēng)險(xiǎn)分層,可能成為心房顫動(dòng)患者下調(diào)炎性水平的潛在靶向治療位點(diǎn)。

(3)其他miRNA:miR-125a是一類哺乳動(dòng)物中廣泛表達(dá)的miRNA,在動(dòng)物的生長發(fā)育以及癌癥的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。研究證實(shí),miR-125a可以通過靶向IL-6 受體基因,促進(jìn)心房顫動(dòng)的復(fù)發(fā)[17]。miR-210、miR-145作為重要的調(diào)節(jié)因子,參與心房顫動(dòng)患者腦卒中后的氧化應(yīng)激[18];miR-150和CRP水平之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性,miR-150的下調(diào)可以通過靶向炎癥相關(guān)的基因來促進(jìn)心房顫動(dòng)的發(fā)生[19]。這幾種miRNA與炎癥有較強(qiáng)的的關(guān)聯(lián)性,被認(rèn)為是CES的潛在生物學(xué)標(biāo)志物,有待于進(jìn)一步研究證實(shí)。

2.炎癥相關(guān)基因:心房顫動(dòng)栓子脫落導(dǎo)致腦卒中的發(fā)生機(jī)制復(fù)雜,涉及基因組、分子和細(xì)胞水平,具有比其他腦卒中亞型更高的炎性環(huán)境。研究發(fā)現(xiàn),相關(guān)基因的表達(dá)提高了個(gè)體內(nèi)炎性細(xì)胞因子的水平及氧化應(yīng)激的程度,從而促進(jìn)了AF和CES的發(fā)生。

(1)MAP17(又稱PDZK1IP1)基因:MAP17基因是一個(gè)ROS依賴的癌基因,定位于染色體1p33,其表達(dá)產(chǎn)物與腫瘤細(xì)胞內(nèi)的氧化應(yīng)激相關(guān)。Zou等[20]研究發(fā)現(xiàn),MAP17基因共同表達(dá)于AF患者及CES的患者體內(nèi),提示MAP17基因處于AF、CES及炎性基因表達(dá)的交叉路口。Kocher等[21]在轉(zhuǎn)基因小鼠模型中發(fā)現(xiàn),肝臟過表達(dá)MAP17可導(dǎo)致PDZ結(jié)構(gòu)域蛋白1(PDZK1)的下調(diào)。PDZK1主要分布于細(xì)胞膜及細(xì)胞核內(nèi),屬于鈉氫交換調(diào)節(jié)因子(NHeRF)家族。MAP17通過調(diào)節(jié)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的活性或通過競爭PDZ結(jié)合域,從而下調(diào)參與離子轉(zhuǎn)運(yùn)的PDZK1蛋白的有效數(shù)量,引起細(xì)胞內(nèi)外離子平衡失調(diào)、細(xì)胞內(nèi)非酶性氧化應(yīng)激增加[22]。因此MAP1基因與機(jī)體氧化應(yīng)激水平有著千絲萬縷的聯(lián)系,在誘導(dǎo)CES的發(fā)生過程中發(fā)揮重要作用。

(2)CCR5基因:CCR5位于染色體3p21上,在多種免疫細(xì)胞上廣泛表達(dá)。有研究表明,CCR5與炎癥程度相關(guān),并且可以介導(dǎo)多種基質(zhì)金屬蛋白酶參與腦卒中后血-腦脊液屏障的破壞[23]。此外,Potteaux等[24]研究發(fā)現(xiàn),被敲除CCR5基因(CCR5-)的小鼠其動(dòng)脈損傷部位局部炎癥程度更輕且粥樣硬化斑塊更穩(wěn)定。這表明CCR5基因能夠促進(jìn)炎癥發(fā)展、加重炎癥損傷。

但近年來研究發(fā)現(xiàn),CCR5具有對腦卒中后炎癥的雙向調(diào)控能力,且越來越多的研究證實(shí),CCR5對腦卒中后的急性腦損傷發(fā)揮了保護(hù)作用。Ping等[25]研究發(fā)現(xiàn),腦源性CCR5能夠減少小鼠腦缺血后的梗死面積,減輕神經(jīng)變性,且能抑制梗死區(qū)周圍一氧化氮合酶2(NOS2)的產(chǎn)生。NOS2是缺血后炎癥級聯(lián)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子,據(jù)報(bào)道抑制NOS2對腦損傷有長期的保護(hù)作用,這表明腦源性CCR5可減輕腦缺血誘導(dǎo)的神經(jīng)炎癥。此外,Kostulas等[26]研究發(fā)現(xiàn),攜帶CCR5 δ32等位基因的患者心源性腦卒中的風(fēng)險(xiǎn)明顯減低(OR=0.50, 95% CI: 0.28～0.75,P=0.002),提示δ32等位基因?qū)CR5受體相關(guān)的炎癥途徑具有保護(hù)作用。此外,CCR5 δ32的頻率在CES患者和非CES患者(包含動(dòng)脈閉塞性腦卒中及未知原因性腦卒中)間也存在顯著差異,CES患者δ32等位基因頻率顯著低于大動(dòng)脈粥樣硬化性腦卒中患者 (OR=0.40, 95% CI: 0.24～0.79,P=0.008)。因此,CCR5 δ32不僅參與腦卒中后炎癥通路的雙向調(diào)節(jié),還對鑒別CES與其他腦卒中亞型有一定價(jià)值,是未來研究的一個(gè)重要靶點(diǎn)。

(3)ZFHX3(又稱ATBF1)基因:ZFHX3基因編碼一個(gè)具有多個(gè)同源結(jié)構(gòu)域和鋅指基序的轉(zhuǎn)錄因子,研究表明,其與心房顫動(dòng)的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)。在一項(xiàng)研究基因與腦卒中表型的Meta分析中發(fā)現(xiàn),ZFHX3基因的rs12932445位點(diǎn)與心源性腦卒中相關(guān)(P<0.001),相關(guān)機(jī)制可能為ZFHX3的變異降低了下游ATBF1蛋白的表達(dá),ATBF1的下調(diào)使ATBF1-PIAS3(STAT3蛋白抑制劑)復(fù)合物減少,從而增強(qiáng)STAT3信號通路的激活以及STAT3的DNA結(jié)合活性,使STAT3介導(dǎo)的下游炎性水平顯著提高,最終提高了CES的風(fēng)險(xiǎn)。

(4)CRP基因:研究發(fā)現(xiàn),CRP啟動(dòng)子基因多態(tài)性(A-390、T-390、C-390)可以通過影響CRP水平,進(jìn)而影響心房顫動(dòng)患者心源性腦卒中的風(fēng)險(xiǎn)。相較于C-390,攜帶A-390或T-390等位基因的啟動(dòng)子使CRP基因的轉(zhuǎn)錄活性更高,且發(fā)生栓塞性腦卒中的風(fēng)險(xiǎn)更高(HR=2.07, 95%CI:1.23～3.48,P=0.006)。相關(guān)機(jī)制可能為CRP的升高促進(jìn)了心房顫動(dòng)左心房/左心耳結(jié)構(gòu)和功能的重塑。但CRP是直接引起心房顫動(dòng)還是通過其他心血管疾病誘發(fā)心房顫動(dòng)目前尚不確定。此外,炎性反應(yīng)的激活也會(huì)增強(qiáng)心房顫動(dòng)患者的血液高凝狀態(tài),從而導(dǎo)致血栓栓塞風(fēng)險(xiǎn)的增加。因此,目前CPR基因在CES中所發(fā)揮的作用及價(jià)值仍有待于進(jìn)一步闡述。

三、展 望

盡管部分傳統(tǒng)炎癥標(biāo)志物在大型隊(duì)列研究被證明是缺血性腦卒中的獨(dú)立預(yù)測因子,但在將其應(yīng)用于臨床工作之前仍需克服一些困難。(1)CRP等傳統(tǒng)炎癥標(biāo)志物容易受到機(jī)體炎性水平的影響,其水平的升高或降低往往代表機(jī)體總體炎性環(huán)境的改變,而對CES的特異性較低。(2)大多數(shù)研究的采樣時(shí)間不同,目前并沒有研究報(bào)道過腦卒中發(fā)作后病因相關(guān)生物學(xué)標(biāo)志物隨時(shí)間的分布,因此使用生物學(xué)標(biāo)志物的理想時(shí)間點(diǎn)仍待確定。(3)許多研究并未顯示傳統(tǒng)炎癥標(biāo)志物的截?cái)帱c(diǎn)、敏感度和特異性等統(tǒng)計(jì)指標(biāo),使得研究結(jié)果對臨床診斷的參考價(jià)值受限。炎癥相關(guān)miRNA及基因作為新型生物學(xué)標(biāo)志物,其表達(dá)在提高個(gè)體炎性水平及氧化應(yīng)激方面發(fā)揮了重要作用,相關(guān)基因及轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物往往處于病因、疾病相關(guān)危險(xiǎn)因素及炎性反應(yīng)的交叉路口,具有比傳統(tǒng)炎癥標(biāo)志物更高的特異性,有助于診斷或明確患者病因,并且可能成為未來治療腦卒中病因的靶點(diǎn),有待于進(jìn)一步研究證實(shí)。