创伤性脑损伤预后相关生物标志物的研究进展

董 妍综述， 聂时南审校

0 引 言

创伤性脑损伤(traumatic brain injury，TBI)是目前世界范围内各年龄段人群致残、致死的主要原因之一，成为威胁人类健康和生命的巨大公共问题[1]。据统计，全球每年有超过5000万人遭受TBI，给家庭及社会带来了沉重的负担[2]。TBI多由交通事故、坠落和暴力等原因造成，根据不同的受伤机制及受力程度，引起不同程度的颅脑结构和功能的损伤。TBI致伤机制复杂，创伤后神经递质释放、自由基产生、钙介导损伤、基因激活、线粒体功能障碍、炎症反应和凝血功能异常等病理生理过程可造成机体的二次损伤，常引发TBI不良结局[3]。近年来，相关研究表明部分生物标志物在TBI损伤严重程度判断及预后评估方面具有一定的临床价值，成为TBI相关研究的重要领域。本文就近年来TBI预后相关生物标志物的研究进展作一综述。

1 凝血相关生物标志物

由TBI导致的凝血病变与颅内进行性出血损伤密切相关。通常，合并凝血病变的TBI患者中，约有半数在伤后48 h内出现进行性出血[4]。颅内出血是导致TBI患者死亡的最大原因之一，有研究表明，合并凝血功能异常的TBI患者死亡风险比凝血功能正常的TBI患者高9倍，预后不良的风险高30倍[5-6]。

在凝血功能相关标志物中，已有研究提示D-二聚体、血小板反应蛋白-1(thrombospondin-1，TSP-1)和血浆信号肽-CUB-表皮生长因子结构域包含蛋白1(signal peptide-CUB-EGF domain-containing protein 1，SCUBE1)等与TBI患者的预后密切相关。D-二聚体是纤维蛋白原的降解产物，异常的血清D-二聚体水平可以反映机体凝血和纤溶系统的失衡。Zhang等[7]通过Meta分析得出，TBI患者入院时血清D-二聚体水平与进行性出血损伤的发生风险相关，且以5mg/L作为临界值，血清D-二聚体可预测是否发生进行性出血损伤。TSP-1是一种凝血酶敏感的抗血管生成因子，可以阻断血管内皮生长因子诱导的血管生成，其表达在脑出血后增加，在TBI患者1周死亡率、6个月死亡率和6个月不良结局等方面具有较高的预测价值[8]。SCUBE1是一种在早期胚胎发生过程中表达的分泌细胞表面蛋白，在血小板活化早期从内皮细胞和血小板α颗粒中释放，是TBI 发生后6个月不良结局的独立预测因子[9]。可见，在TBI患者中，凝血病变的发生与死亡率增加及预后不良有关，血清D-二聚体、TSP-1和SCUBE1可作为TBI的重要预后指标。

2 炎症相关生物标志物

TBI是一个复杂的病理过程，包括初次的机械冲击和二次损伤。TBI的二次损伤是指细胞因子、趋化因子、细胞毒性蛋白酶和氧自由基等炎症介质分泌后引起的继发性脑损伤、细胞死亡、组织损伤和神经变性，进而导致TBI患者不良结局的发生[10-11]。但需要指出的是，炎症是把双刃剑，虽然神经炎症介质常诱发有害的初始效应，但在后期神经修复过程中却发挥一定的积极作用[12]。

白细胞介素-6(interleukin 6，IL-6)是一种多功能细胞因子，可调节炎症、免疫和神经发育[12]。在中枢神经系统炎症的发生过程中，激活的小胶质细胞和星形胶质细胞可促进IL-6的产生。近年来，有研究认为，血清IL-6水平与患者TBI后颅内压的升高相关，可作为TBI合并颅内压升高风险预测的有效生物标志物[13-14]。

白细胞介素-10(interleukin 10，IL-10)是一种具有强大抗炎特性和免疫调节功能的细胞因子。其通过减少促炎细胞因子的合成、抑制细胞因子受体的激活和表达来限制脑内炎症的发展，具有神经保护作用[12]。有研究表明，血清IL-10水平升高不仅与TBI严重程度呈显著正相关，还与患者死亡率相关。在一个重度TBI的前瞻性研究中[15]，较高IL-10水平(>90 pg/mL)的个体死亡率比较低(<50 pg/mL)的个体高出6倍。然而，在多发伤患者中，IL-10水平也显著升高，因而IL-10不是TBI的特异性标志物，仅可作为评估TBI预后的参考指标。

此外，有研究报道IL-1β、IL-8、高迁移率族蛋白1基因、铜蓝蛋白、转位蛋白、巨噬细胞抑制因子和S100A12等因子也在TBI患者结局预测方面发挥一定作用，但其预测价值还有待进一步研究和验证。

3 神经系统损伤相关生物标志物

3.1 神经元胞体损伤标志物泛素C末端水解酶-L1(ubiquitin C terminal hydrolase-L1，UCH-L1)是一种神经元特异性酶，主要存在于神经元胞体细胞质中，通过ATP依赖性蛋白酶体途径参与蛋白质的泛素化和消除。在TBI发生后的1h内，血清及脑脊液中的UCH-L1显著升高，并可持续至少7 d[16]，对判断TBI的严重程度及预后有重要参考价值。另外，TBI后血清及脑脊液中UCH-L1浓度的升高不受药物和酒精中毒的影响[17]，具有高度的灵敏性及特异性。

αⅡ血影蛋白裂解产物(alpha-II spectrin breakdown products，SBDPs)是由钙蛋白酶和天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶-3作用于αⅡ血影蛋白分别产生的裂解产物SBDP145、SBDP150与SBDP120的总称[18]。αⅡ血影蛋白是一种广泛存在于轴突和神经元突触前末端的细胞骨架蛋白，当细胞受损或坏死时被分解为SBDPs。Mondello等[19]研究表明，脑脊液中SBDPs水平与TBI患者12周内的死亡率显著相关，严重TBI发生后3个月内死亡的患者在7 d观察期内脑脊液中SBDP145和SBDP120浓度显著升高。损伤后24 h内脑脊液中SBDP145水平预测所选截止值(6 ng/mL)生存的敏感度为0.92，阴性预测值为0.86，SBDP120水平预测所选截止值(17.55 ng/mL)生存敏感度为0.99，阴性预测值为0.94。因此，脑脊液中SBDPs水平可作为临床评估TBI发生后损伤严重程度和死亡率的重要补充。

3.2星形胶质细胞损伤生物标志物S100β是一种主要在星形胶质细胞中表达的钙结合蛋白，通过调节第二信使钙信号，参与细胞分化和运动。脑损伤可触发神经炎症，导致星形胶质细胞活化，增加S100β的产生，并将其移位到细胞外基质，刺激中枢神经系统的细胞损伤和变性[20]。TBI患者于脑损伤6 h后血清及脑脊液中S100β浓度逐渐升高，约1 h内达到峰值然后逐渐降低。Kellermann等[21]报道，TBI患者入院第一天血清中S100β水平>0.7 g/L与死亡率相关，S100β水平>0.2 g/L可提示不良预后。另外，TBI患者48 h后血清中S100β水平可再次升高，第2个S100β峰的出现可能是由于兴奋毒性或炎症对星形胶质细胞产生持续性损伤，预示着TBI患者远期预后不良[22]。

胶质纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein，GFAP)是星形胶质细胞骨架中包含的一种单体中间丝蛋白。目前发现其主要在中枢神经系统表达，可能成为预测星形胶质细胞损伤的独立标志物。Diaz-Arrastia等[23]发现TBI患者伤后1h血清GFAP即开始升高，约1 d达高峰，而急性期血清GFAP水平与患者的预后有良好的相关性。另有研究表明：伴颅内出血的TBI患者血清GFAP水平更高，提示GFAP可能是评估TBI严重程度和预后的潜在生物标志物。

3.3轴突损伤生物标志物神经丝(neurofilament，NF)是神经元轴突细胞骨架的主要成分，是由3种相对分子质量不同的亚单位组装成的多聚体。其亚单位分别为68 000的神经丝轻链(NF-L)、150 000的神经丝中间链(NF-M)和190 000～210 000的神经丝重链(NF-H)。在创伤性轴索损伤中，轴突处钙离子内流导致钙调神经磷酸酶激活，并使神经丝去磷酸化，而去磷酸化的神经丝不稳定，导致NF-L，NF-M和NF-H释放到脑脊液中[24]。有研究表明，脑脊液中的NF-L对TBI的预后有预测价值[25]，但部分颅内压升高的TBI患者不宜行腰椎穿刺，且与血清相比，脑脊液的获取相对不易。为此，Shahim等[26]利用超灵敏ELISA检测了血清中的NF-L，并发现TBI患者血清中的NF-L水平于TBI发生后持续升高，至伤后第12天达到最高水平，伤后24 h NF-L用于预测TBI患者存活率的敏感性及特异性分别为71%和88%，用于预测远期不良预后的敏感性及特异性分别为83%和56%。

Tau蛋白是一种与微管相关的轴突磷酸化蛋白，参与微管动态稳定性的调节[27-28]。TBI易引起神经元轴突损伤，而研究发现Tau病变与轴突破坏有关，因此Tau蛋白可作为中枢神经系统损伤的潜在标志物，并由此受到了研究人员的广泛关注。目前，研究发现血浆磷酸化Tau、总Tau和P-Tau/T-Tau比值在评估TBI患者预后中具有临床价值[29]。此外，TBI患者血液中P-Tau浓度和P-Tau/T-Tau比值与CT表现显著相关，有望为TBI的诊断及病情监测提供参考[30]。

3.4白质损伤生物标志物髓鞘碱性蛋白(myelin basic protein，MBP)是一种少突胶质细胞蛋白，是覆盖神经纤维多层髓鞘的关键结构成分[31]。MBP在髓鞘疾病和TBI后释放到脑脊液和外周血液中。研究发现，TBI严重程度与急性期血清MBP水平呈正相关[16]。然而，MBP并不是中枢神经系统特有的蛋白[22]，在周围神经的髓鞘也有所表达，提示血清MBP水平在TBI患者严重程度及其预后评估方面存在一定的局限性。

4 其他生物标志物

除了上述凝血、炎症、神经系统损伤相关的生物标志物，一些参与体内平衡功能的蛋白质也具有评估TBI预后的潜在能力。例如，凝溶胶蛋白可介导细胞形状变化和运动性，在创伤后损伤组织中表达减少[32]。瘦素由脂肪组织分泌，可在下丘脑中表达，并且可能在神经元和胶质细胞成熟中发挥重要作用[33]。心型脂肪酸结合蛋白参与脂肪酸和其他疏水配体的细胞内运输，主要反映心脏损伤，但在大脑和其他组织中也有较小的浓度。这些调节细胞运动、能量稳态和脂肪酸转运的标志物的变化可能反映TBI发生发展过程中机体代谢异常等系统性紊乱，可能为评估患者预后提供参考[32]。

此外，部分生物标志物也被报道可能在评估重症TBI患者预后和临床决策方面提供参考。如参与细胞外基质重塑的基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)、具有促炎性质的一种神经肽P物质(substance P，SP)、在细胞膜磷脂降解过程中形成的脂质过氧化副产物丙二醛(malondialdehyde，MDA)等[31]。上述标志物的临床应用价值还需进一步验证。

5 结 语

TBI的诊断、病情监测及预后评估需要临床评估、影像学检查、实验室检查等多种手段。近年来，各种生物标志物在TBI患者的诊疗中发挥着越来越重要的作用。部分研究提示TBI相关标志物在一定程度上与损伤发生发展过程中的复杂病理生理学变化密切相关。上述神经系统损伤相关的生物标志物涵盖的病理生理过程包括了神经元胞体损伤、星形胶质细胞损伤、轴突损伤、树突损伤、脱髓鞘、突触损伤和小胶质细胞反应[31]。此外，炎症及凝血相关生物标志物虽缺乏相应特异性，但在联合多参数评估TBI预后方面也具有重要价值。值得关注的是，在TBI发生发展的不同时间段释放的生物标志物有所不同，不同类型的标志物在何时检测对TBI患者预后评估价值最佳尚需进一步探讨。