脑震荡相关生物标志物的研究进展

冯 铃，曹冠柏，黎勇夫 综述，夏祖伟 审校

重庆市九龙坡区人民医院，重庆 400051

脑震荡属于轻型脑损伤的一种，在美国每年由于运动和娱乐活动导致脑震荡的患者有1 600万～3 800万[1]。脑震荡的定义：由于非穿透性生物力学导致，影像学无异常表现，但病理生理过程影响大脑并导致脑功能改变[2]。目前脑震荡出现临床表现的原因尚未明确，以及没有任何血清学或者体液指标可用于诊断脑震荡。本文就脑震荡相关的神经元、轴突、少突细胞、星形细胞、血脑屏障损伤、神经组织炎症和能量危机的生物标志物的研究进展综述如下。

1 脑震荡

1.1脑震荡的诊断 脑震荡是指头部外伤导致短暂意识丧失和(或)精神状态改变，诊断的主要依据是患者本身的伤后症状，神经系统检查无明显阳性体征，神经影像学检查大多显示脑结构正常，检查缺乏明确、有效的诊断方法；7%～20%受伤后疑似脑震荡的急诊患者，CT扫描可显示脑挫伤或颅内出血。因此，脑震荡的诊断给临床医师带来了巨大挑战。

1.2脑震荡的损伤机制 脑震荡通常无可见的病理学改变，如出血等，是一种突然发生的神经元功能障碍，通常会在几天到几周的时间内恢复。近年来的研究发现，受撞击后的脑组织神经元的线粒体、轴突肿胀，间质水肿，脑脊液中乙酰胆碱和钾离子水平升高，影响轴突传导或脑组织代谢的酶系统出现紊乱[3]，也可能涉及神经组织炎症和(或)小胶质细胞活化[4]。新型核磁共振技术，如弥散张量成像，可用于监测轴突完整性，但对脑震荡轴突损伤诊断的灵敏度不高[5]。

1.3脑震荡相关生物标志物 脑震荡相关的神经元、轴突、少突细胞、星形细胞与血脑屏障损伤和神经组织炎症相关，可在许多生物标志物中体现。脑震荡有明确的受伤时间，不同阶段的病理生理反应存在差异，生物标志物取样的时机至关重要。如果候选的生物标志物用于量化初始损伤，这样的生物标志物应该尽可能早地检测。如果检测延迟反应，如神经组织炎症或Wallerian 变性，生物标志物早期可能呈阴性，达到最高水平常在伤后数天、数周甚至数个月。

1.3.1神经元损伤相关标志物

1.3.1.1神经元特异性烯醇化酶(NSE) NSE在神经元细胞中含量丰富，但也存在于神经内分泌细胞、少突胶质细胞、血小板和红细胞中。

NSE可考虑作为创伤性脑损伤(TBI)严重程度和预后的检测指标，有研究发现，血清和脑脊液NSE水平与TBI严重程度间具有相关性[6]。但一项与体育运动相关脑震荡的研究得出的结论相反，与赛季前水平相比，血清NSE水平在数小时至数天内没有增加[7]。总之，作为脑震荡的血液生物标志物，血清NSE的灵敏度值得更为深入的研究。

1.3.1.2泛素C末端水解酶-L1(UCH-L1) UCHL1存在神经元细胞内，除了中枢神经系统，也存在于周围神经系统的神经元、神经内分泌细胞、平滑肌细胞和一些肿瘤中。有关于97例TBI患者与50例健康体检者血清UCH-L1水平分析的结果显示，血清UCH-L1预测TBI严重程度与预后的灵敏度、特异度均较高[8]。另一项研究结果显示，根据伤后24 h内血清UCH-L1水平可区分患者无脑损伤或出现脑震荡[9]。有许多研究将血清UCH-L1作为脑震荡的生物标志物，但结果并不一致[8-10]。

1.3.2轴突损伤相关标志物

1.3.2.1Tau蛋白和神经丝蛋白 Tau蛋白是一种微管相关蛋白，可在肝脏、肾脏和睾丸中出现。神经丝蛋白是构成神经元轴突中间纤维的特异性分子蛋白，分为神经丝轻链蛋白(NF-L)和神经丝重链蛋白(NF-H)，Tau蛋白和神经丝蛋白是研究较成熟的轴突损伤生物标志物[11-12]。

Tau蛋白的磷酸化是神经元的正常现象，但过度磷酸化和神经纤维聚集缠结是Alzheimer病和慢性创伤性脑病的特征，可以测量脑脊液中总Tau蛋白和磷酸化Tau蛋白。脑脊液中总Tau蛋白水平与重度TBI的病变程度和预后相关，水平升高表明脑损伤严重。

对脑震荡的研究表明，脑脊液中总Tau蛋白和NF-L水平均增加，NF-L增加幅度大于总Tau蛋白，这表明头部打击对皮质下有髓鞘轴突较皮质无髓鞘轴突有更大的影响，脑脊液 NF-H检测结果也可得出类似的结论[13]。

在对专业冰球运动员的脑震荡研究中，伤后1 h，血浆总Tau蛋白水平与赛前相比明显增加，根据血浆总Tau蛋白水平预计的返回赛场时间(即运动员没有症状的时刻，以此为适合复赛的临床依据)准确度高[7]。在另一项对34例不同程度TBI患者的研究中，伤后24 h内采集的标本显示,血浆Tau蛋白水平能高度区分脑震荡患者与对照组患者[14]。有TBI病史的军人与没有TBI病史的对照组相比，平均血浆Tau蛋白水平增加，脑震荡后症状与血浆Tau蛋白水平相关，提示这可能与脑震荡的病理生理过程有关[15]。

血清NF-L水平与脑脊液NF-L高度相关，有研究发现，在美国足球的一个赛季中，运动员NF-L水平增高[16]，说明运动员可能为头部遭受撞击。在另一项研究中，在脑震荡后第1天和第3天2个时间点，脑震荡患者与对照组比较，血清NF-H水平均有所增加[17]。

1.3.2.2αⅡ血影蛋白裂解产物 αⅡ血影蛋白(SBDPs)是一种位于轴突和突触前膜、含量丰富的蛋白质，SBDPs已被认为是TBI的潜在生物学标志物，TBI患者血清SBDPs水平与TBI严重程度和预后相关[18]。一些由体育运动导致的脑震荡在受到撞击之后的1 h至6 d内，均可观察到血清SBDPs水平增加[19]。

1.3.3少突细胞损伤相关标志物 髓鞘碱性蛋白(MBP)是中枢神经系统少突细胞和周围神经系统的雪旺细胞髓鞘的主要成分，在弥漫性轴索损伤中，有髓鞘轴突是主要靶点，因此MBP也被认为是TBI的潜在生物标志物。

在TBI中，血清MBP升高与脑损伤程度有关[6]。成人TBI伴继发性脑缺氧患者，可见血清MBP水平升高。一项研究数据提示，血清MBP水平在伤后48～72 h达到高峰，晚于EF手型钙结合蛋白(S100-B)和NSE[6]。MBP的水平变化可提示脑震荡后少突细胞的损伤情况。

1.3.4星形细胞损伤相关标志物 S100-B作为一种TBI的生物标志物被广泛研究。有研究显示，业余拳击手在比赛后脑脊液S100-B水平略有升高，但这一变化不如轴突损伤标记物Tau和NF-L变化明显[20]。胶质纤维酸性蛋白(GFAP)也被报道与TBI相关。有研究通过计算机检索PubMed、EBSCO、Web of Science、Springer、Science Director、ACS、ProQuest、Taylor&Francis、中国学术期刊全文数据库、中文科技期刊全文数据库、万方数据知识服务平台，评价血清GFAP水平与TBI伤情及预后的关系，Meta分析结果显示，GFAP水平与Marshall CT分级、TBI的伤情严重程度和预后均具有相关性[21]。据报道，根据血清S100-B和GFAP水平的变化可预测放射影像学上明显的颅内损伤[22]。根据新的颅脑损伤处理临床指南，影像学检查前进行S100-B测定，可根据检查结果一定程度上减少脑CT扫描数量[23]。对34例不同程度的TBI研究显示，伤后第1天测定血浆GFAP水平，对鉴别脑震荡患者与对照组准确性很高[14]。

1.3.5血脑屏障功能障碍相关标志物 血脑屏障破坏在TBI中很常见，可以瞬间发生，会导致脑脊液中中枢神经系统的物质水平在血液中增加和血液中物质水平在脑脊液中增加。

1.3.5.1脑脊液/清蛋白比值 有研究将脑脊液/清蛋白比值作为血脑屏障完整性测试，发现脑脊液/清蛋白比值增高见于重度TBI，反之，如果脑震荡后未出现这种变化，表明血脑屏障基本上是完整的[24]。

1.3.5.2闭锁蛋白 紧密连接的蛋白成分被假设为TBI血脑屏障损伤的血浆标志物，闭锁蛋白有助于血脑屏障处的紧密连接更为稳定。然而，这种蛋白并不是大脑特有的，在睾丸、肾脏、肝脏和肺中也存在高表达，这也说明了血浆闭锁蛋白水平增加不仅出现在脑震荡患者，也出现在无脑震荡的骨科损伤患者中[25]。

1.3.6神经组织炎症相关标志物 大量的研究报告，重度TBI后鞘内发生急性炎性反应，脑脊液中的促炎因子，白细胞介素(IL)-6、IL-8和IL-10水平增加[26]，反映了中枢神经系统内细胞因子和IL对创伤的反应，可能通过被破坏的血脑屏障向外渗漏。

有学者对60例脑震荡患者与60例同期健康体检者进行研究，根据血浆基质金属蛋白酶9(MMP9)水平，对脑震荡与非脑震荡进行鉴别，其灵敏度和特异度分别为68.3%和87.9%[27]，然而，参与研究的例数相对较少，结果可能存在偏倚。有报道称血液中炎性因子如物质P、可溶性CD40配体和MMP9与TBI患者预后相关[28]。

1.3.7能量危机相关标志物 在TBI患者中，可通过检测线粒体功能、氧化应激和代谢变化的标志物来评价脑能量变化。重度TBI的特征是脑细胞外乳酸水平和乳酸/丙酮酸比值升高，并与不良预后相关。有研究通过中、重度TBI血清氨基酸与其他小分子的比较研究，确定了9种代谢产物水平的变化模式，可依据其改变程度对TBI后认知障碍的患者与无认知障碍的患者进行区分[29]。另一项对飞行员的研究表明，与健康、无脑震荡的对照组比较，轻度至重度TBI后6 h至数天内，血浆过氧化物还原酶水平增加2～7倍，但这是否与TBI后中枢神经系统的变化有关，目前尚不清楚[25]。

2 脑震荡后综合征(PCS)

大多数脑震荡患者恢复很快，通常数天到数周症状即可消失，但15%的患者可出现数月甚至更长时间的神经病学症状，称为PCS。相关症状必须在伤后4周之内发生，持续1个月以上[2]才可称之为PCS。PCS症状不是大脑特有的，也发现于没有经历过TBI的个体，关于PCS一直存在争议，因为PCS诊断与广泛的非特异性症状有关，如头痛和认知障碍，注意力不集中，情绪和(或)行为异常，易怒等。此外，PCS不仅受受伤机制的影响，还受心理和社会经济因素的影响。关于脑震荡患者是否出现PCS，其机制目前尚不清楚[23]。血液生物标志物S100-B在PCS患者中未显示异常，这可能与灵敏度较低有关[30]。一项针对16例PCS患者和15例健康飞行员对照者的研究显示，对于8例症状持续1年以上的患者，其脑脊液中NF-L水平增加，这表明轴突持续损伤，并发现脑脊液中Aβ1-42淀粉水平降低，提示脑实质中有Aβ淀粉沉积[31]。

3 慢性创伤性脑病(CTE)

重复性脑震荡是CTE的危险因素。CTE是神经病理学诊断，只能在法医尸检后进行。最早发现于拳击运动员，之后也在其他运动员和退伍军人中被观察到[32],其临床特点是慢性和进行性神经和(或)精神症状，病理学特征是特异的神经变性病变(Tau变性)，以及神经元纤维缠结和淀粉样血管病变伴脑内出血危险，可以出现在大脑的任何区域[33]。CTE中神经元纤维缠结最常形成在大脑皮质浅层，而Alzheimer病更常出现在大脑皮质深层；另一个特点是血管周围Tau沉积，反映Tau沉积与脑血管内皮细胞损伤相关，但其机制仍不清楚。少部分研究表明，如果患者发病年龄不同，他们的行为、情绪、死亡时表现出的认知障碍均不相同[33]。部分PCS最终被诊断为CTE，但PCS与之后发生CTE的关系尚不清楚。

有报道将5名美式足球退役球员和5名无脑震荡史普通人进行比较，PET扫描时使用FDDNP显像剂，退役球员皮质下区域和杏仁核可见较高的FDDNP信号，有别于Alzheimer病[32]。对于Alzheimer病，可通过脑脊液Tau蛋白和β-淀粉样蛋白测定进行辅助诊断，但对于CTE，这2项指标的诊断价值尚未被认可。因此，有必要了解更多CTE发病机制、危险因素、临床过程和随访研究TBI后有慢性或进展性症状患者的临床资料。

4 小 结

脑震荡、PCS和CTE的生物标志物的研究仍处于初级阶段，需要大量工作来优化采样(包括采样时间点)，以识别和减轻分析前和分析中的误差，并优化分析，最大限度地提高分析灵敏度和特异度。

脑震荡生物标志物研究存在的另一个问题是目前没有神经病理学验证的诊断标准，神经影像学的灵敏度不足以诊断脑震荡。因此，脑震荡诊断只能依赖TBI临床资料，其中包括各种生物标志物不同程度的水平改变，深入研究生物标志物的改变，可阐明这些变化与PCS或CTE发生风险的相关性，但生物标志物的预测临界值必须经过验证。

因此，临床需要对脑震荡的生物标志物和相关情况进行深入研究，以便为反复脑震荡、慢性神经症状特别是PCS患者明确长期风险，预防CTE的发生提供依据。