颅脑损伤后血清中MMP-9、S-100B蛋白的表达与颅脑损伤严重程度及脑水肿相关性的研究

李季林,盛罗平，陈仁辉,陆林其,陈 华,丁 建,肖 建

·论 著·

颅脑损伤后血清中MMP-9、S-100B蛋白的表达与颅脑损伤严重程度及脑水肿相关性的研究

李季林,盛罗平，陈仁辉,陆林其,陈 华,丁 建,肖 建

目的 探讨颅脑损伤(TBI)患者血清中S-100B和MMP-9蛋白水平的变化，并分析其与TBI严重程度及脑水肿的关联性。方法 选择2012年7月～2014年6月复旦大学附属中山医院青浦分院收治的120例TBI患者，其中男性74例，女性46例；年龄18～ 80岁，平均40.2岁。格拉斯哥昏迷评分(GCS评分):重度颅脑损伤患者(GCS 3～8分)60例，9～15分60例，同时选择60例健康体检者作为正常对照。采用酶联免疫吸附法(ELSA)测定伤后1、3、5、7d血中S-100B和MMP-9蛋白浓度的变化情况，分析血清S-100B和MMP-9蛋白浓度水平与TBI入院时GCS评分、患者伤后3个月时GOS评分及头颅CT提示脑水肿变化的相关性。结果 TBI组血清中S-100B和MMP-9蛋白浓度较对照组明显升高(P<0.05)。血清中S-100B和MMP-9蛋白含量与TBI患者严重程度和脑水肿体积成正相关，与GCS和GOS评分成负相关。TBI组患者恢复不良组24例,恢复良好组96例，恢复不良组与恢复良好组血清S-100B和 MMP-9蛋白浓度水平具有显著差异(P<0.05)。血清S-100B和MMP-9蛋白含量越高，TBI越严重，脑水肿越严重，预后越差。结论 血清中S-100B和MMP-9蛋白测定可作为判断TBI患者严重程度及脑水肿的重要指标，为TBI救治提供指导。

颅脑损伤； 血清； 蛋白； 脑水肿

创伤性颅脑损伤(traumatic brain injury，TBI)病死率及致残率居各类创伤之首。目前临床只有通过格拉斯哥昏迷评分(glasgow coma scale，GCS)评分及影像学表现对TBI进行伤情判断及预后预测，临床上有一定的局限性。笔者通过检测TBI患者血清中MMP-9和S100B蛋白水平变化，探讨其与TBI严重程度及脑水肿关系。

资料与方法

1 一般资料

随机选择2012年7月～2014年6月复旦大学附属中山医院青浦分院收治的120例TBI患者，均于伤后24 h内入院，并经颅脑CT及MRI检查明确诊断为硬膜外血肿、脑挫裂伤、蛛网膜下腔出血、硬膜下血肿及颅骨骨折等。本组男性74例，女性46例；年龄18～ 80岁，平均40.2岁。其中轻度颅脑损伤患者(GCS 9～15分)60例，重度颅脑损伤患者(GCS 3～8分)60例。排除标准：(1)有肝脏、脾脏破裂及四肢多发骨折；(2)有恶性肿瘤及其它神经系统及免疫性疾病史；(3)有明确的细菌、病毒感染；(4)1个月内有手术及严重外伤史；(5)有严重贫血、出血性疾病等。有手术指征者先予手术治疗。手术方式、手术适应证及术后治疗均按照《中国颅脑损伤救治指南》执行，术后必要时给予气管切开及呼吸机的应用、积极预防和治疗各种并发症、营养支持及精心的观察和护理。本组同时收集60例健康体检者作为正常对照组。两组患者年龄、性别等差异无统计学意义(P>0.05)，具有可比性。本课题研究已经通过医院医学伦理会审核批准，所有入选患者均签订知情同意书。

2 方法

颅脑损伤患者于伤后1、3、5、7d分别抽取静脉血5mL，对照组于清晨空腹抽取静脉血5mL，于4℃、3 000r/min离心10min，取上清液-80℃冰箱保存待测。S-100B和MMP-9的测定采用酶联免疫吸附法(ELISA)，试剂盒购自北京东亚免疫技术研究所，操作步骤严格按试剂盒说明书进行。患者伤后3个月按格拉斯哥预后评分(GOS评分)进行评价：1分，死亡；2分，植物状态；3分，严重残疾；4分，中度残疾；5分，恢复良好。GOS评分1～3分者为恢复不良组，4～5分者为恢复良好组。分别与伤后1、3、5、7d给予头颅CT检查，由2名高年资主治医生或者以上的医师共同读片，脑水肿体积=(头颅CT所示脑水肿最大层面的长×宽×层/2)-(该层面血肿的长×宽×层/2)。

3 统计学分析

结 果

1 颅脑损伤患者伤后不同时间点S-100B和MMP-9蛋白水平和脑水肿体积变化

TBI组S100B和MMP-9蛋白浓度较对照组明显升高(P<0.05)，于伤后1d达到高峰，3d时下降到最低，后开始升高，5d时达到高峰，7d时再次下降；脑水肿体积从伤后1d持续升高，到5d时达到最大值，7d时下降。S-100B和MMP-9蛋白表达水平越高，脑水肿程度越严重，见表1。

表1 颅脑损伤患者伤后不同时间点S-100B和MMP-9蛋白浓度和脑水肿体积

与对照组比较：*⊿▲P<0.05，差异有统计学意义

2 TBI患者血清S100B和MMP-9与GCS、GOS、颅脑损伤严重程度及脑水肿体积的相关性分析

TBI患者的血清S100B和MMP-9蛋白含量分别与GCS和GOS评分呈负相关(P<0.05)，与脑水肿体积和颅脑损伤严重程度成正相关(P<0.05)，见表2。

表2 颅脑损伤患者血清S100B和MMP-9蛋白水平与脑水肿体积、GCS和GOS评分的相关性

3 TBI患者血清中S100B和MMP-9蛋白浓度与预后的关系

恢复不良组(GOS 1～3分)24例,恢复良好组(GOS 4～5分)96例，两组血清S-100B和MMP-9蛋白浓度具有显著差异(P<0.05)，见表3。

表3 颅脑损伤患者血清S100B和MMP-9蛋白浓度与预后的关系

两组间比较有显著性差异t=2.753,*P=0.034<0.05；两组间比较有显著性差异t=4.241,⊿P=0.028<0.05

讨 论

创伤性颅脑损伤(traumatic brain injury，TBI)是神经外科常见疾病。格拉斯哥昏迷评分(glasgow coma scale，GCS)及影像学表现对严重TBI进行伤情判断及预后预测有一定的局限性，如镇静剂、肌松剂的应用影响判断GCS评分，患者生命体征不稳定难以进行影像学检查等。目前GCS评分采用的参数为等级数据而非计量数据，在临床工作中还缺乏能通过定量数据测定脑细胞损伤程度的直接方法。研究表明基质金属蛋白酶9 (matrix metalloproteinase-9，MMP-9)激活后可通过降解细胞外基质成分,破坏血脑屏障完整性导致脑水肿。另外TBI后S-100B蛋白从损伤的细胞中溢出进入脑脊液和血液，通过受损血脑屏障进入血浆中，从而使血浆S-100B 蛋白水平显著升高 。TBI后对脑功能的监护及损伤程度的判断尤为重要[1-2]。

S-100B蛋白主要由神经胶质细胞合成和分泌，虽然具有神经营养作用，但是高浓度的S-100B蛋白却有神经毒性作用，并能通过一氧化氮依赖途径诱导神经元细胞死亡。当发生创伤性TBI时，S-100B蛋白可通过损伤的血脑屏障进入血液，测定血清S-100B蛋白含量可间接地反映TBI的严重程度[3]。本研究结果显示TBI后，S-100B蛋白水平较正常对照组明显升高(P<0.05)，TBI严重程度与S-100B蛋白上升水平呈正相关(r=0.674，P<0.05)；与GCS评分呈负相关(r=-0.725，P<0.05)。TBI后血清中S-100B蛋白水平升高,其机制可能是小胶质细胞分泌的白细胞介素-1(IL-1)强烈刺激星形细胞活化和增殖,产生大量的S-100B蛋白。而S-100B 蛋白自身也促进星形细胞的肥大和增殖，产生更多的S-100B蛋白,从而形成正反馈调节。另外笔者在前期的研究中发现，S-100B蛋白的测定对TBI严重程度分型及预后都有重要指导价值[4]。Lee等[5]研究发现在TBI血清中S-100B、神经胶质纤维酸性蛋白(GFAP)和泛素羧基末端水解酶-L1(UCH-L1)蛋白水平明显升高，对判断TBI损伤严重程度及预后有重要价值。

MMP-9是一种促炎蛋白酶，参与TBI后的继发性损伤，在脑水肿形成早期通过破坏血脑屏障，导致了血管源性脑水肿；在脑水肿形成后期，进一步损伤脑组织，导致了细胞毒性脑水肿。本研究结果显示，发生TBI后，MMP-9蛋白水平较正常对照组明显升高(P<0.05)，与TBI严重程度呈正相关(r=0.703，P<0.05)，与GCS评分呈负相关(r=-0.683，P<0.05)。本组实验证实TBI急性期7d内MMP-9和S-100B有一个动态变化的过程，呈现一定的时程变化规律，推测TBI患者第1天时S-100B、 MMP-9浓度升高可能与脑损伤后短暂的血脑屏障损伤和神经胶质细胞损伤有关，第3天浓度下降与血脑屏障完整性和细胞的短暂恢复相关；其二次升高表现在第5天，提示可能与继发性脑损伤有关，反过来促进继发性脑水肿、脑梗死等。黄志纯等[6]研究发现血清NSE、MMP-2、MMP-9蛋白参与了急性颅脑损伤的病理生理过程，并可能在继发脑损伤中起重要作用,其测定对于早期评估重型颅脑损伤的严重程度和预后有重要意义。Egashira等[7]研究发现MMP-9在蛛网膜下腔出血后导致的血脑屏障和脑白质损伤中占了很大作用，可能也是一个治疗靶点对蛛网膜下腔出血导致的脑白质损伤。Guilfoyle等[8]研究发现MMP-9浓度在继发性脑损伤早期升高，可以作为一个治疗靶点降低血肿进展和减轻血管源性水肿。

本研究提示恢复不良组(GOS 1～3分)24例,恢复良好组(GOS 4～5分)96例，两组之间血清S-100B和MMP-9蛋白浓度具有显著差异(P<0.05)。另外发现S-100B和MMP-9水平与GOS评分呈负相关(r=-0.813，P<0.05；r=-0.724，P<0.05)，提示其浓度越高预后越差。Thelin等[9]通过多元回归分析研究发现影响TBI预后的几个主要因素是：年龄、瞳孔反应和S-100B蛋白水平，而S-100B水平预测预后的价值远远大于以上几个因素，伤后12h内水平预测预后价值不大，12～36h对预后价值最大。Wei等[10]研究在流体冲击损伤的大鼠模型上，用免疫印迹和免疫组织化学检测受伤区域周围的脑组织，发现伤后6～48h，细胞外基质金属蛋白酶诱导物(EMMPRIN)表达显著上调，与增加MMP-9水平有关，表明EMMPRIN和MMP-9可能在TBI后的血管损伤中发挥着积极作用。

研究发现血清中S-100B和MMP-9蛋白含量与TBI患者脑水肿体积成正相关(r=0.636，P<0.05；r=0.741，P<0.05)，表明血清中MMP-9和S100B蛋白含量越高，损伤程度越重，脑水肿越严重，患者预后就越差。Higashida等[11]用蛋白免疫印迹方法检测结果显示在脑组织损伤24h后 MMP-9蛋白水平表达明显增加，当使用 MMP-9抑制剂之后发现MMP-9蛋白的表达明显减少，脑水肿程度也明显降低。Wang等[12]研究发现在大鼠TBI模型中通过抑制TLR4/NF-κB信号通路，可降低MMP-9表达，缓解早期脑损伤，改善预后。以上实验结果表明使用MMP-9抑制剂能够减轻血脑屏障破坏，降低脑水肿程度，具体相关机制不是很明确。

综上所述，TBI后血清S-100B和MMP-9蛋白浓度可作为早期评估脑损伤程度、病情进展和临床预后判断的指标，与伤后GCS评分相结合可为临床早期评估重型TBI的预后提供更为可靠的依据。

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(本文编辑： 郭 卫)

The relation for serum MMP-9,S-100B protein expression in traumatic brain injury with the severity and brain edema

LI Ji-lin,SHENG Luo-ping,CHEN Ren-hui,LU Lin-qi,CHEN Hua,DING Jian,XIAO Jian

(Department of Neurosurgery,Qingpu Branch of Zhongshan Hospital,Fudan University,Shanghai 201700,China)

Objective To explore the relevance of severity and cerebral edema with serum S-100B and MMP-9 protein levels in traumatic brain injury (TBI) patients. Methods A total of 120 patients with traumatic brain injury were enrolled,with 74 males and 46 females and the average age was 40.2 (18-80) years. GSC score was 3-8 in 60 severe cases and 6-15 in the other 60 cases. Another 60 cases of healthy persons were selected as normal control group. The S-100B and MMP-9 protein concentration 1d,3d,5d,7d after injury was measured by enzyme-linked immunosorbent assay (ELSA) to investigate the correlation of serum S-100B and MMP-9 protein levels with the GCS score at admission,GOS score 3months after injury and brain edema with cranial CT. Results The serum S-100B and MMP-9 protein concentration for TBI group was significantly higher than that of the control group (P<0.05). The concentration of serum S-100B and MMP-9 protein was positively correlated with the severity of TBI patients and cerebral edema,while was negatively correlated with GCS and GOS score. Recovery state was poor in 24 cases and good in 96 cases. The levels of S-100B and MMP-9 protein in patients with good recovery had a significant difference (P<0.05) compared with those with poor recovery. Higher serum S-100B and MMP-9 protein content implied more severe TBI,more severe brain edema,and worse prognosis. Conclusion The serum S-100B and MMP-9 protein levels of TBI patients could be used as an important index to judge the severity and cerebral edema,providing a way for the TBI treatment.

traumatic brain injury; serum; protein; cerebral edema

1009-4237(2017)03-0185-04

上海市青浦区科委自然基金资助(青科发2010-36)； 复旦大学附属中山医院青浦分院基金资助(QY2010-14)

201700 上海，复旦大学附属中山医院青浦分院神经外科

盛罗平，E-mail：slp1963@sina.com

R 651.15

A 【DOI】 10.3969/j.issn.1009-4237.2017.03.007

2016-01-08；

2016-01-25)