创伤性脑损伤进展性出血分子机制研究进展

何吉洪 任民 彭伟 谢洪伟

【摘要】 创伤性脑损伤（Traumatic brain injury，TBI）是最严重的致残创伤，往往导致终身的身体伤害，伴或不伴认知、行为和情感上的损伤。创伤性脑损伤可对大脑的造成多种损伤，其中最严重的一种是出血性脑挫伤。目前关于TBI后脑挫伤出血进展的观点主要有两方面：早期研究认为凝血功能障碍是进展性脑内出血的重要原因，最近一种新的机制被假设可以解释脑挫伤出血进展，包括延迟的、进行性微血管衰竭所引发的一系列分子事件。本文通过回顾相关文献及最新研究，讨论脑挫伤后进展性出血的相关分子机制，同时展望脑挫伤进展性出血的药物治疗前景。

【关键词】 脑挫伤 进展性出血 分子机制 凝血功能

[Abstract] Traumatic brain injury （TBI） is the most serious disabling trauma， which not only can lead to lifelong physical injury with cognitive， behavioral and emotional damage or not. Traumatic brain injury could cause a variety of damage to the brain， the most serious of which was hemorrhagic brain contusion. At present， there were two main points on the progression of cerebral contusion bleeding after TBI： early studies suggested that coagulopathy was an important cause of progressive intracerebral hemorrhage. Recently， a new mechanism has been hypothesized to explain the progression of cerebral contusion bleeding， which including a series of molecular events triggered by delayed and progressive microvascular failure. This study will review the latest researches to discuss the molecular mechanisms of progressive hemorrhage after cerebral contusion， and prospects for the future of drug therapy for progressive contusion of brain contusion.

[Key words] Brain contusion Progressive hemorrhage Molecular mechanism Coagulation function

First-authors address： Pidu District Peoples Hospital， Chengdu 611730， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2019.31.042

头部外伤后脑组织损伤的严重程度是由原发性损伤决定的，由撞击时所传递的动能引起，再加上大量的继发性损伤反应，加重了原发性损伤[1-3]。原发性脑损伤导致神经细胞、星型胶质细胞、少突胶质细胞坏死。坏死细胞释放内源性细胞物质（兴奋性氨基酸、热休克蛋白），刺激继发性损伤反应导致微血管破坏，血管内皮肿胀、血管收缩、痉挛、血小板及白细胞聚集、黏附，导致血液外渗、血管功能丧失和缺血。继发性脑损伤的反应是多种多样的，这些都可进一步导致脑组织损伤，使原发性损伤恶化。许多继发性损伤反应仅仅是原发性组织损伤的自然结果，如兴奋性毒性物质的释放、血液分解产物的自由基损伤以及微血管闭塞引起的缺血。炎症反应也参与脑组织继发性损害，包括内源性（小胶质细胞）和外源性（中性粒细胞和巨噬细胞）细胞。中性粒细胞吞噬细胞碎片以清除炎症反应。但在这个过程中释放的自由基，会损伤附近的正常细胞，导致周围脑组织损伤的副损伤[4-5]。当头部外伤导致脑挫伤时，出血性病变通常在撞击后的最初几个小时内进展，扩大或发展为新的、非连续的出血性病变，这种现象称为脑挫伤出血性进展（HPC）[1]。原发性脑损伤时，脑微血管破裂导致持续出血是HPC的重要原因，但HPC的具体机制目前还存在争议。有人认为，持续出血可能是由于显性或隐性凝血功能障碍导致的，这一观点促使人们尝试用重组因子Ⅶa等使凝血功能正常化[6-7]。同时也有研究表明严重创伤性脑损伤早期预防性肝素的启动与脑挫伤神经影像层面的加速改善有关[8]。最近，一种新的机制被假设可以解释HPC，包括延迟的、进行性微血管衰竭所引发的影响[4]。

1 凝血功能障碍导致延迟性出血观点

早期研究表明，原发性脑损伤时脑组织微血管破裂导致出血是迟发性出血的原因，因此有研究者认为脑挫伤后进展性出血可能是由于明显或潜在的凝血功能障碍[9]。凝血障碍是指血液凝固过程相关参数异常，包括延长凝血酶原时间（PT）、国际标准化比率（INR）、部分活化凝血酶原时间（APTT）、血小板（PLT）计数减少[6]。颅脑损伤后往往伴随着凝血功能、血小板的数量及功能的异常。有研究人员将颅脑损伤患者根据格拉斯哥昏迷评分（GCS）分为预后良好组和预后不良组，对患者入院后24 h的凝血功能指标进行检测，然后比较两组凝血功能指标。此外还对不同分级的患者进行凝血功能指标的检测，观察不同分级患者的凝血功能指标。结果发现预后良好组PT、APTT、纤维蛋白降解产物、凝血酶时间以及D-二聚体水平均高于预后不良组，血小板水平低于预后不良组。另外，不同分级患者的凝血功能指标又有所差异，总体来说随着患者伤情的加重，患者的PT、APTT、纤维蛋白降解产物、凝血酶时间以及D-二聚体水平均升高，血小板水平降低[10-11]。同时崔晟华等[12]通过探讨分析围手术期凝血功能障碍对创伤性颅脑损伤患者预后的影响，结果显示颅脑损伤越重，凝血功能越差，创伤性脑损伤（TBI）患者的预后与凝血功能密切相关。钱水清等[13]通過动态观察颅脑损伤患者中血液凝固参数指标的变化，同样发现病情越重，血液凝固参数异常越明显。凝血功能可作为急性颅脑损伤病情及预后的判断指标。早期输注新鲜血浆、冷沉淀及血小板治疗凝血功能障碍效果良好。Kerr等[14]通过探讨急性外伤性颅内出血（tICH）后启动抗血小板治疗（APT）引起出血并发症的风险及血栓性并发症的发生率，结果提示出血并发症并不常见，说明血小板在脑挫伤后进展性出血并未发挥明显作用。Lustenberger等[7]对独立的重度TBI的研究发现，这些患者中多达45%的人发生凝血功能改变，凝血功能障碍可在损伤后5 d内发生，其发生率与损伤的严重程度呈线性相关。

关于凝血功能异常与进展性脑挫伤出血的分子机制，有学者认为外源性凝血通路的弥漫性激活可能导致弥漫性血管内凝血（DIC），随后的凝血因子消耗可能是出血倾向的基础。也有其他的解释，当组织损伤和灌注不足同时存在时，凝血功能障碍更容易发生，其中血管内皮细胞蛋白C受体（EPCR）通路可能起重要作用。在EPCR下游通路中，FⅦa通过TF-FⅦa-FXa复合物在内皮细胞上裂解内源性蛋白酶活化受体-2（PAR-2），激活p44/42丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号级联，抑制p65核因子-kappab（NF-kappaB）信号保护微血管内皮细胞，从而阻止脑挫伤的进行性出血[15]。一些研究报告了PT的测量值和HPC的发病率没有明显的关系，Tian等[16]观察到，在CT显示进行性损伤的患者中，只有7.4%的患者PT升高。

2 分子事件导致迟发性出血观点

最近一种新的观点认为受伤时动能不足以使微血管破坏，但足以诱导一系列不适应的分子事件，最终导致微血管破坏，从而导致延迟性斑点状出血。凝血过程本身不会导致脑出血，微血管必须破裂或打开，才能允许血液外溢。没有脑外伤的患者因各种原因常规抗凝，一般不会引起脑出血（年风险0.31%）。颅脑损伤患者往往在创伤后数小时，在首次CT扫描中，无血的区域出现新的出血病变。新出血的原因：对于迟发性出血的发生，即使最初没有出血的迹象，有可能微血管在撞击时已经破裂;也有可能微血管在撞击时没有破裂，最终在撞击数小时后打开，导致血液外溢。最近的研究结果表明，后一种情况普遍存在[17]。

重要的是，这些早期细胞和分子事件的研究，在脑挫伤动物模型中进行，并且准确地复制了HPC。在颅脑损伤过程中，当震源冲击产生的动能传递到大脑表面时，能量在黏弹性组织内呈三维正态分布，震中接收峰值能量，而周围区域接收的能量随着距离的增加而逐渐减少，包括横向和深层的能量。从震中向外的三维连续体分成三个不同的区域：（1）原始挫伤体积;（2）原始挫伤周围的一层半暗带;（3）环绕半暗带的准半暗带。在这三个区域，都受动能的影响，足以产生重要的生物效应。在半暗带之外，能量扰动是最小的，生物学上的影响也很小。这种对能量分布的理想化描述适用于受到实验室控制的焦点冲击的前脑皮层。在遭受典型头部损伤的脑回中，理想体积和脑组织的三维形状会出现复杂变形。在典型挫伤的情况下，足够的能量沉积在震中附近的剪切组织和断裂微血管中，导致伤后立即出血损伤在原始挫伤体积中。半暗带的周围脑组织挫伤沉积的能量不足以剪切脑组织导致微血管破裂或打开，但它足以激活剪切力敏感的分子过程，从而在微血管中引发一系列分子事件导致延迟灾难性的微血管结构的破坏，形成迟发性出血[17]。在准半暗带组织中蓄积的能量不足以导致迟发性出血进展，但足以引发其他更微妙的机械力敏感分子事件，最终导致神经细胞凋亡（但不出血）。

在脑组织的血管系统中，大血管和微血管的血管平滑肌细胞和内皮细胞对机械力非常敏感。许多涉及整合素、离子通道和转录因子的信号通路组成了这种机械力敏感性，其中两个转录因子，特异性蛋白1（Sp1）和核因子-jb（NF-jB），它们都是机械力敏感的[18]，两者都在磺酰脲类受体1（Sur1）的转录调控中发挥关键作用[17，19]。Sur1组成了NCCa-ATP通道的调节亚基，它与微血管功能障碍有关，包括水肿形成和颅脑损伤后的迟发性出血。直接与Sur1转录相关的Sp1和NF-jB（p65）在受到颅脑损伤的瞬间后被激活并发生核易位。伤后几个小时，同一区域的微血管开始显示新表达的Sur1（该通道的成孔亚基尚未被研究）。转录上调后，Sur1调控通道的打开与血管内皮细胞肿胀和神经元、星形胶质细胞和内皮细胞的死亡有关[19]，内皮细胞的死亡导致毛细血管破裂。半暗带脑组织免疫标记显示出血发生的半暗带区域毛细血管节段缩短、断裂[17]。毛细血管破裂导致血液外溢，形成瘀点出血。损伤后12 h内，瘀点出血继续形成、增多并合并，导致渗出血（HPC）逐渐积累。

在创伤性脑损伤动物模型中，通过对表达Sur1的基因Abcc8的反义寡脱氧核苷酸阻断，以及通过使用有效的Sur1抑制剂格列本脲阻断Sur1受体，结果是出血体积仅比原发性出血体积略有增加，且出血坏死病灶的体积仅局限于原发性损伤，而没有半暗带的迟发性出血[17]。然而，机械敏感的Sp1上调了神经元中Sur1和另一种细胞死亡蛋白caspase-3的转录，而不是在微血管中，从而在准半暗带中表现出神经细胞凋亡或变性[17]。TBI后，由于微血管功能衰竭（内皮肿胀、血管收缩和血管痉挛）或微血管闭塞（血小板、白细胞聚集、黏附）引起的缺血对整体损伤有显著影响。值得注意的是，脑挫伤周围的缺血环境可能会导致迟发性出血的扩大。脑组织缺血后也会出现Sur1表达上调，再通过Sur1调控的NCCa-ATP通道。在Sur1转录过程中，涉及缺氧诱导因子-1（Hif-1）通过Sp1发挥作用[19-20]。因此，低氧环境增强了对Sur1机械力敏感的转录。因缺氧/缺血是脑挫伤周围区域的常见现象，从而进一步强调Sur1在脑挫伤中的重要作用。关于NCCa-ATP通道下游的机制，Gerzanich等[21]最新研究表明，Sur1本身不发挥作用，必须与KIR6.2或瞬时受体电位阳离子通道亚家族M成员4（TRPM4）共同组装，形成KATP（SUR1-KIR6.2）或SUR1-TRPM4通道发挥作用，然而二者对膜电位的作用相反。该研究证实NCCa-ATP通道下游的机制通过其SUR1-TRPM4在TBI后上调，确认SUR1-TRPM4是HPC的主要分子机制，表明SUR1-TRPM4是格列苯脲作用的关键靶点[21-22]。

3 展望

本文详细阐述了脑损伤后凝血相关的分子机制以及微血管衰竭的相关分子机制的最新研究，为脑挫伤出血性进展的药物靶点治疗提供了新的思路。胃饥饿素是一种胃肠道激素，已经被发现对大脑有保护作用，但是胃饥饿素神经保护作用的分子机制尚不清楚。Shao等[23]采用电子皮质挫伤冲击器建立大鼠TBI模型，通过神经严重程度评分和组织学检查，证实胃饥饿素竞争性抑制bFGF/FGF-BP诱导的新生血管形成而发挥神经保护作用。但胃饥饿素与bFGF/FGF-BP联合应用是否能增强或减弱TBI的治疗效果还有待进一步研究。抗肿瘤药物红霉素A（MA）可以通过降低脊髓损伤后SUR1/TRPM4和MMP-9的表达来减轻血脊髓屏障的破坏和出血，从而改善功能恢复[24]。toll样受体4（Toll-like receptor4，TLR4）在动物模型中被认为在神经元死亡中发挥重要作用，可能是创伤性脑损伤（TBI）后的重要治疗靶点。瑞沙托维（Resatorvid）是一种小分子，常用來抑制toll样受体4介导通路。Zhang等[25]研究表明，resatorvid对TLR4的抑制减弱了小鼠模型中TBI的发展。Park等[26]研究表明，天然酚类化合物原儿茶酚酸（PCA）通过下调磺胺类受体1/瞬时受体电位melastatin 4和基质金属蛋白酶-9，抑制BSCB的破坏和出血，在一定程度上改善了SCI后的功能恢复。脑挫伤后出血进展的发生是延迟的，通常在患者接受治疗的数小时后，这意味着应该有时间采取行动，防止这种可怕的现象发生。只有在更好地了解潜在分子机制的情况下才能有效的防治迟发性出血进展的发生，上述在动物模型中揭开由撞击损伤引起的进展性微血管衰竭的分子事件只是一个开端。

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（收稿日期：2019-04-08） （本文編辑：周亚杰）