李 寧，莫業(yè)和，劉達遠，張 華，王康寧

（1.海南醫(yī)學院，海南 海口 571199；2.海南醫(yī)學院第二附屬醫(yī)院神經(jīng)外科，海南 海口 570311）

創(chuàng)傷性腦損傷（traumatic brain injury ，TBI）是指腦組織遭受外力損傷后引起的一系列病損及功能紊亂過程，包括原發(fā)性腦損傷及繼發(fā)性腦損傷。原發(fā)性損傷指頭部遭受外力直接或間接的壓迫、剪切、拉伸及扭轉(zhuǎn)作用產(chǎn)生的損害。而創(chuàng)傷發(fā)生后損傷腦組織出現(xiàn)線粒體功能障礙、自由基損傷、鈣超載、炎癥和興奮性毒性等繼發(fā)性事件對周圍腦組織形成二次損傷稱為繼發(fā)性腦損傷［1，2］。全世界有超一半人口在一生中會發(fā)生一次甚至多次TBI，而每年就有超5 000 萬人口發(fā)生TBI［3］，中國TBI 患者死亡率為13/10 萬人口。隨著近年國家加強交通安全管制力度、強調(diào)生產(chǎn)安全培訓以及人們對自身安全的重視，TBI 發(fā)病率明顯下降，但由于該疾病情進展迅速、病情特殊性及病理、生理反應復雜，中樞神經(jīng)系統(tǒng)常出現(xiàn)不可逆性損傷，仍有超30%的顱腦損傷患者死于繼發(fā)性二次損傷，致殘率、致死率高［4］。

近年研究發(fā)現(xiàn)，參與TBI 發(fā)生、發(fā)展過程中的腦細胞、血管單位表達通道、轉(zhuǎn)運蛋白代謝途徑及線粒體功能與腦組織損傷和神經(jīng)功能狀態(tài)相關(guān)［5］，提示腦損傷途徑相關(guān)生物學標記物與TBI 病理過程存在直接或間接關(guān)系，在判斷腦損傷嚴重程度及預后評估具有重要臨床應用價值。

腦損傷后常通過輔助檢查手段評估損傷病理、生理學變化以指導治療，但由于臨床上腦損傷病人病情危、急、重，輔助檢查的敏感性和特異性有限，對病情惡化或預后預測不準確。對相關(guān)生物標記物及時進行檢測并能有助于確定特異性治療方案。這些生物標記物是神經(jīng)創(chuàng)傷外科的研究熱點，也是當前研究的主流方向。本文就創(chuàng)傷性腦損傷過程中相關(guān)標記物的臨床研究進展做一綜述。

1 TBI 與興奮性毒性氨基酸

1.1 興奮性毒性氨基酸的表達及功能

TBI 后腦組織中谷氨酸、門冬氨酸等興奮性氨基酸神經(jīng)遞質(zhì)受體激活，阻斷神經(jīng)元信號傳導并破壞神經(jīng)功能。Dorsett 等［6］認為，損傷腦組織細胞Ca2+內(nèi)流過載誘導谷氨酸持續(xù)表達，進而觸發(fā)N‐甲基‐D‐天冬氨酸（N-methyl‐D‐aspartic acid，NMDA）從損傷腦組織中過量釋放并積聚，加速Ca2+內(nèi)流超載 損 傷 中 樞 神 經(jīng) 系 統(tǒng) 。NMDA 受 體（N‐methyl‐D‐aspartic acid receptor，NMDAR）隨 著谷氨酸濃度升高激活開放，對Ca2+具有高通透性，其過度激活導致細胞內(nèi)Ca2+超載被認為是繼發(fā)性腦損傷的關(guān)鍵機制［7］。應用NMDA、NMDA 受體拮抗劑或調(diào)節(jié)劑可顯著改善TBI 后腦組織神經(jīng)元死亡及神經(jīng)功能缺失。

1.2 NMDA、NMDAR 在TBI 中的研究進展

體外實驗表明［8］，腦損傷后谷氨酸通過代謝型受體增加血腦屏障（blood‐brain barrier，BBB）通透性，挫傷腦組織及血腫清除后谷氨酸含量發(fā)生下降，BBB 通透性和腦含水量也發(fā)生同步下降。此外，BBB 破壞增加Ca2+內(nèi)流并激活NMDAR 加重腦損 傷［2，9］，說 明 下 調(diào) 谷 氨 酸 表 達 可 通 過 改 善BBB 功能降低NMDAR 表達而保護神經(jīng)功能。Ghaffar等［10］發(fā)現(xiàn)，水飛薊素能夠下調(diào)谷氨酸水平并增強抗炎途徑和抑制神經(jīng)毒性，提示抑制NMDA 通路改善腦損害后的繼發(fā)性認知障礙，可作為一種潛在藥物治療認知障礙。

突 觸 后 致 密 物 質(zhì)‐95（postsynaptic density‐95，PSD‐95）相 互 作 用 調(diào) 節(jié) 蛋 白（PSD‐95 interacting regulator of spine morphogenesis，Preso）作為神經(jīng)元興奮性突觸后膜上的特殊結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)NMDAR促進Ca2+超載損傷神經(jīng)元，下調(diào)Preso 表達可改善神經(jīng)元損傷［11］。Zhao 等［12］實驗指出，右美托咪定在腦損傷后能夠下調(diào)PSD‐95 與NMDA2B 亞基、神經(jīng)元一氧化氮合酶結(jié)合形成的復合物表達水平，抑制蛋白金屬質(zhì)酶（matrix metalloproteinase-9，MMP-9）激活、谷氨酸傳遞，減少損傷腦組織神經(jīng)元死亡，進一步改善運動和認知功能。這可能與抑制PSD95‐NMDA 復合物的形成或激活，下調(diào)Ca2+超載及氧化應激反應進而改善神經(jīng)功能缺失有關(guān)，與Jens、Sommer 及Kupats 等研究結(jié)論相一致［13‐15］。

腦損傷后除Ca2+的超載反應外，神經(jīng)元鈣離子依賴激 活蛋白1（neuron calcium ion dependent acti‐vator protein 1，NCDAP1）也在損傷大腦皮質(zhì)和海馬中表達增加，并與凋亡相關(guān)蛋白表達平行上調(diào)。Arai 等［16］認 為，干 擾NCDAP1 表 達 可 減 弱NMDA誘導的神經(jīng)細胞凋亡，降低DNA 斷裂細胞數(shù)量和凋亡相關(guān)蛋白表達水平。說明抑制NCDAP1 表達后Ca2+濃度降低間接改善了由NMDA 誘導的神經(jīng)元損傷并下調(diào)凋亡相關(guān)蛋白表達，與上述研究結(jié)論相一致［4］。

2 TBI 與SUR1-TRPM4

2.1 SUR1‐TRPM4 的表達及功能

瞬時受體電位通道M4 型（transient receptor po‐tential melastatin 4，TRPM4）為Ca2+激活的非選擇性陽離子通道，開放依賴于胞內(nèi)Ca2+濃度的升高［17］。異構(gòu)體磺酰脲類受體1‐瞬時受體電位通道M4 型（sulfonylurea receptor 1‐transient receptor po‐tential melastatin 4，SUR1‐TRPM4）與TRPM4 具有相似的生理性質(zhì)，并受Ca2+、三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）表達水平的調(diào)節(jié)［18］。腦損傷后大量Ca2+超載使并積聚在線粒體內(nèi)部，破壞線粒體氧化呼吸鏈抑制產(chǎn)能，ATP 低水平表達的同時誘導該異構(gòu)體的持續(xù)激活［3］。Pergakis 等［19］研究 發(fā)現(xiàn)，SUR1‐TRPM4 在損傷早期腦組織中的星形細胞、血管內(nèi)皮細胞中激活并表達上調(diào)，與腦水腫發(fā)生密切相關(guān)。說明通過阻斷該異構(gòu)體可能在損傷早期預防或限制腦水腫的產(chǎn)生并減輕繼發(fā)性腦損害進展。

2.2 SUR1‐TRPM4 在TBI 中的研究進展

SUR1‐TRPM4 最先在缺血性腦卒中表達并被發(fā)現(xiàn)，已證實格列本脲（glibenclamide，GLC）以高親和力和特異性阻斷該通道中SUR1 結(jié)合靶點從而減少梗死體積、減少神經(jīng)元凋亡發(fā)揮多效保護作用［20］。研 究 發(fā) 現(xiàn)，SUR1‐TRPM4 與TBI 后 腦 水 腫發(fā)生機率增加相關(guān)，Jha 等［21］通過建立小鼠TBI 模型發(fā)現(xiàn)挫傷腦組織SUR1 過表達，在6 h 達到高峰并持續(xù)增加在24 h 下降，在72 h 后再次表達增加。另外，SUR1 與TRPM4 共表達定位在TBI 后的24 h內(nèi)，表明二者在腦損傷后短期內(nèi)存在協(xié)同作用加重腦組織損傷，可進一步作為早期評估TBI 病情危重程度及預后的關(guān)鍵生物標記物。Gerzanich 等［22］指出，早期阻斷SUR1‐TRPM4 表達能夠降低腦損傷后挫傷出血進展并減輕腦水腫，同時改善神經(jīng)功能情況，這與Khalili 等觀點一致［1］。TBI 誘導的MMP表達可通過阻斷SUR1 而降低，而既往研究認為GLC 能減少MMPs 的表達或降低其活性［23］。Jiang等［24］通過動物實驗發(fā)現(xiàn)，GLC 能夠降低MMP‐9 在小膠質(zhì)細胞中的表達，但未見SUR1‐TRPM4 明顯表達，進一步說明 GLC 可能通過抑制SUR1‐TRPM4 表 達 通 路 間 接 抑 制MMP‐9 對 腦 組織損傷。

除了在TBI 后表達上調(diào)誘導腦損傷外，Stokum等［25］發(fā) 現(xiàn)SUR1‐TRPM4 與 水 通 道 蛋 白4（aquapo‐rin‐4，AQP4）在缺血性腦水腫模型中共組裝為多聚體復合物，協(xié)同調(diào)節(jié)水流入致星形膠質(zhì)細胞腫脹。說明該復合物在腦組織損傷后繼發(fā)性腦水發(fā)生過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，但在目前TBI 發(fā)展過程中未見該多聚體復合物報道，可能為腦損傷后水腫的治療提供了一個潛在的藥物治療靶點及診療思路，這需要進一步研究探討。

3 TBI 與AQP4

3.1 AQP4 的表達及功能

作為水通道家族重要的一員，AQP4 主要分布于星形膠質(zhì)細胞、室管膜細胞和液體腔交界處，與腦脊液分泌和重吸收部位一致，這種生理學特性在維持大腦水分平衡方面至關(guān)重要。AQP4 在TBI 后腦水腫的形成過程中扮演重要角色，損傷腦組織中表達上調(diào)、不適當激活及缺失都會導致細胞腫脹和組織水腫［3，26］。

3.2 AQP4 在TBI 中的研究進展

近年來對腦損傷后AQP4 介導繼發(fā)性腦水腫的預防性藥物作用機制成為研究熱點，研究人員試圖找到早期預防腦水腫的靶點并消除腦水腫帶來的神經(jīng)功能損傷。Guan 等［27］在腦損傷后1 h、6 h 就分別在內(nèi)皮細胞周圍和損傷足突膠質(zhì)細胞周圍檢測到AQP4 表達上調(diào)，12 h 表達量達到最高。而腦水腫在損傷后6 h 出現(xiàn)，12 h 達高峰，與AQP4 表達水平 相 一 致。Xiong 等［28］通 過 小 鼠TBI 模 型 發(fā) 現(xiàn)AQP4 分布在傷后12 h 和72 h 升高達到峰值，腦水含量在同一時間區(qū)間達到峰值，與前者研究結(jié)果一致［23］，并指出TBI 后缺血、缺氧環(huán)境中缺氧誘導因子‐1α 表達增加，誘導AQP4 表達上調(diào)，導致持續(xù)的腦水腫，抑制海馬神經(jīng)元中與記憶儲存相關(guān)蛋白表達。這意味著改善TBI 后缺血、缺氧環(huán)境有利于減輕缺氧誘導因子‐1α 介導AQP4 所致的腦水腫，減輕海馬損傷的同時改善神經(jīng)功能。

近年有學者指出高滲鹽水（hypertonic saline，HS）通過在BBB 內(nèi)形成滲透壓梯脫水治療腦水腫效果優(yōu)于甘露醇，且不良反應少。Zhang 等［29］通過結(jié)合MRI 觀察結(jié)果指出，10%HS 顯著下調(diào)AQP4的表達減輕創(chuàng)傷大鼠腦水腫程度，恢復BBB 的完整性。而既往研究認為，BBB 的完整性與AQP4 的含量密切相關(guān)。提示高濃度的鹽水通過改善BBB 下調(diào)AQP4 表達緩解腦水腫。二者研究結(jié)論一致，為腦水腫的臨床治療提供理論指導。除鹽水濃度可影響腦水腫的治療效果外，Jiang 等［30］比較不同的輸注速率（125 mL/h 和250 mL/h）的7.5%HS，發(fā)現(xiàn)在腦外傷后以高輸注速率（250mL/h）可降低AQP4 表達，同時降低炎癥因子水平，在改善腦灌注、降顱內(nèi)壓、改善腦水腫及減輕炎癥反應方面顯示出更好的效果。

近年研究發(fā)現(xiàn)，AQP4 在損傷腦組織中的調(diào)節(jié)與NMDAR 密切相關(guān)，AQP4 的表達水平在NM‐DAR 抑 制 后 下 調(diào)。Lei［31］在 研 究 癲 癇 治 療 中 發(fā) 現(xiàn)，AQP4 表達增加可作為絲氨酸NMDA 2A 亞基參與NMDAR 介導的癲癇發(fā)作治療的重要機制；提示在NMDA 通路上，AQP4 的表達作用可能作為潛在的新靶點為腦損傷的治療提供了新思路。

4 TBI 與NKCC1

4.1 NKCC1 的表達及功能

Na+‐K+‐2Cl‐共 轉(zhuǎn) 運 蛋 白1 型（Na+‐K+‐2Cl‐co‐transporter type 1，NKCC1）是溶質(zhì)載體家族12 基因家族的陽離子‐氯化物共價轉(zhuǎn)運體，將Cl‐、Na+和/或K+轉(zhuǎn)運穿過細胞膜。腦損傷后NKCC1 在星形膠質(zhì)細胞、腦血管內(nèi)皮細胞及脈絡叢上皮細胞中的表達上調(diào)，降低毛細血管滲透性、破壞BBB 功能導致細胞體積調(diào)節(jié)障礙；此外，ATP 耗竭導致通過NKCC1轉(zhuǎn)運體的離子通量增加并有助于水通道蛋白的上調(diào)，誘發(fā)病理性腦細胞腫脹［32］。

4.2 NKCC1 在TBI 中的研究進展

NKCC1 抑制劑“布美他尼”作為循環(huán)利尿劑可通過降低體循環(huán)容量，減輕組織水含量。體外模型中，布美他尼可抑制TBI 后星形細胞腫脹。Zhang等［33］認為，布美他尼通過抑制NKCC1 可減少損傷神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細胞MMP-9 表達，保護BBB 超微結(jié)構(gòu)減輕腦外傷后腦水腫，改善腦損傷后感覺運動功能。而在體內(nèi)TBI 動物實驗中，布美他尼能夠降低腦外傷和脊髓損傷模型中AQP4 的表達，減輕細胞腫脹和神經(jīng)元凋亡［34］。提示布美他尼通過抑制NKCC1 表達、改善BBB 功能并抑制AQP4 上調(diào)影響腦水腫的形成。腦皮質(zhì)損傷動物模型發(fā)現(xiàn)，AQP4 在損傷后24 h 挫傷周圍區(qū)域表達增加，NKCC1 在該區(qū)域星形膠質(zhì)細胞中的表達也發(fā)生了相應的增加，說明AQP4 表達上調(diào)可能也有助于NKCC1 表達，加劇腦水腫的產(chǎn)生。更加篤定了這兩種通道之間相互作用關(guān)系。通過單次注射蝦青素后，AQP4 及NKCC1 的表達顯著減少，并改善創(chuàng)傷同側(cè)半球BBB 通透性，提示NKCC1 的激活影響TBI 對AQP4 的 上 調(diào)［3］，這 與Khanna 等［35］研 究 的NKCC1 離子轉(zhuǎn)運與水通道蛋白的水運動相匹配，以保持滲透中性結(jié)論相一致。

5 TBI 與線粒體功能障礙

作為機體能量場所，線粒體通過呼吸鏈反應生成ATP 供量。TBI 后腦組織細胞線粒體氧化呼吸鏈功能障礙，ATP 酶失活影響能量供給，同時大量Ca2+離子內(nèi)流超載抑制線粒體氧化磷酸化功能進一步 抑 制ATP 合 成，形 成“ATP 合 成 障 礙‐鈣 超載‐ATP 合成障礙”的惡性循環(huán)。對線粒體功能的保護有助于改善腦損傷患者的預后，為TBI 的綜合治療提供了一個新思路。

5.1 線粒體在TBI 中的研究進展

ω‐3 多不飽和脂肪酸衍生物消退素D1（resolvin D1，RvD1）具有內(nèi)源性抗炎和促進炎癥消退的脂質(zhì)介質(zhì)，減輕機體炎癥反應［36］，近年被報道對線粒體發(fā)揮了強大的保護作用。提示RvD1 可能在抑制神經(jīng)炎癥的同時保護星形細胞線粒體，發(fā)揮進一步的神經(jīng)保護作用。Ren 等［37］發(fā)現(xiàn)，RvD1 靶受體在海馬星形膠質(zhì)細胞上表達并激活，誘導高水平線粒體自噬來清除受損的線粒體，消除線粒體衍生的額外活性氧，保護線粒體功能并顯著改善腦損傷后認知功能障礙。而在線粒體功能的改善有可能進一步下調(diào)SUR1‐TRPM4、NKCC1 在 腦 損 傷 組 織 中 的 表達，更大程度保護神經(jīng)功能，說明RvD1 可能存在直接或間接調(diào)控作用，目前尚未有相關(guān)報道，臨床研究應用價值需進一步實驗論證。

6 其他生物學標記物

除上述綜述的相關(guān)標記物外，在TBI 發(fā)生過程中與神經(jīng)元、炎癥等相關(guān)生物標志物異常的病理生理過程可造成機體的二次損傷，在判斷病情嚴重程度及評估患者預后提供參考價值。如表達在星形膠質(zhì)細胞的膠質(zhì)纖維酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP），TBI 患者傷后1 h 血清就可以檢測到GFAP 表達并持續(xù)升高，在1 d 達到峰值；同時伴有進行性出血的患者GFAP 表達水平更高［38］，其表達水平與顱內(nèi)壓變化情況，腦組織灌注壓及患者的預后評分密切相關(guān)［39］，有望為TBI 患者病情嚴重程度和預后評估提供參考。神經(jīng)炎性反應也是TBI后繼發(fā)性腦損傷病理改變中突出的特點之一，早期炎癥反應失調(diào)常加重損傷，而后期在組織碎片清除及神經(jīng)功能再生、修復過程中扮演積極作用。促白介素（interleukin，IL）‐1、IL‐6、IL‐8、IL‐10 等促細胞炎癥因子在TBI 后大量釋放［40］。Newell 等［41］發(fā)現(xiàn)，阻斷IL‐1α 和IL‐1β 受體表達后能顯著減弱TBI 小鼠炎癥反應，在減弱神經(jīng)元損傷的同時改善認知功能。血清IL‐6 表達量與TBI 患者顱內(nèi)壓波動水平相關(guān)，可作為病情危重及存在進行性出血伴隨高顱壓患者的一種有效預測生物標志物［42］。IL‐8 在TBI后6 h 腦脊液和血漿中水平表達增高，通過結(jié)合傷后格拉斯哥預后量表功能評分發(fā)現(xiàn)與其存在負相關(guān)，并與傷后抑郁癥狀增加有關(guān)。通過對IL‐8 表達水平的監(jiān)測可以判斷患者預后情況，同時評估是否需要適度的心理指導支持。同樣，TBI 后血清IL‐10水平與病情嚴重程度及死亡率呈正相關(guān)，但當TBI合并出血性休克，IL‐10 表達水平也顯著升高［43］，說明IL‐10 并非TBI 的特異性生物標志物，僅作為評估患者預后提供參考。

7 總結(jié)與展望

TBI 后多種生物學標記物參與腦組織病理、生理損傷的發(fā)生、發(fā)展過程，臨床上應用于評估腦損傷患者病情變化的輔助檢查常缺乏敏感性及特異性，對病情惡化或預后預測均不具有充分的精確度，深入研究與腦損傷相關(guān)生物標記物有助于了解腦損傷發(fā)生、發(fā)展進程并充分評估患者預后情況，選擇合適的治療方案。本文通過總結(jié)腦損傷生物標記物臨床研究進展，進而更加宏觀地解釋疾病發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，希望有助于TBI 治療的進一步發(fā)展和創(chuàng)新，進而降低腦損傷患者死亡率，改善患者的神經(jīng)功能。