血清sST2、Caspase-3、HSP70与ACMP患者病情和迟发性脑病的关系

马 辰,韩莉娟

盘锦市中心医院急诊科,辽宁盘锦 124000

急性一氧化碳中毒(ACMP)是指患者在短时间内吸入较高浓度一氧化碳(CO),而引起的一种以脑组织损害为主的临床常见急症[1]。近年来随着工业的快速发展,ACMP已成为全球范围内中毒死亡的主要原因之一,尽管高压氧疗法极大地改善了ACMP患者预后,但仍有部分患者可在假愈期后发生ACMP迟发性脑病(DEACMP),而DEACMP是导致ACMP患者死亡的重要原因[2-3]。因此,及时、准确评估ACMP患者中毒程度和判断其DEACMP发生风险对改善ACMP患者预后至关重要。研究表明,炎症反应和细胞凋亡参与DEACMP的发生、发展[4]。可溶性致癌抑制因子2(sST2)是白细胞介素(IL)-1受体家族成员,能通过结合IL-1受体参与炎症反应等众多病理生理过程[5]。半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3(Caspase-3)是一种通过裂解细胞脱氧核糖核酸(DNA)促进细胞凋亡的蛋白酶[6]。热休克蛋白70(HSP70)是一种分子伴侣蛋白,能通过线粒体凋亡途径调控神经细胞凋亡[7]。基于此,本研究通过分析不同中毒程度ACMP患者血清sST2、Caspase-3、HSP70水平变化,探讨血清sST2、Caspase-3、HSP70与ACMP患者中毒程度的关系及对发生DEACMP的诊断价值,以期为改善ACMP患者预后提供参考。

1 资料与方法

1.1一般资料 选取2020年10月至2022年1月本院收治的110例ACMP患者为ACMP组,其中男66例、女44例,体质量指数(BMI)17.96～26.93 kg/m2、平均(22.19±1.92)kg/m2,年龄37～72岁、平均(56.36±7.48)岁。纳入标准:(1)符合《职业性急性一氧化碳中毒诊断标准:GBZ23-2002》[8]中ACMP诊断标准;(2)年龄≥18岁。排除标准:(1)临床资料不完整;(2)既往有颅脑创伤或脑卒中、痴呆、癫痫、帕金森病等脑疾病;(3)合并造血、免疫系统损害或恶性肿瘤;(4)近3个月内有急慢性感染史;(5)妊娠或哺乳期女性;(6)住院或随访期间死亡。另选取同期52例体检健康志愿者为对照组,均排除既往颅脑创伤或脑卒中、痴呆、DEACMP等脑疾病,其中男31例、女21例,年龄22～70岁、平均(55.17±5.63)岁,BMI 18.63～26.77 kg/m2、平均(22.42±1.83)kg/m2。两组性别、年龄、BMI比较,差异均无统计学意义(P>0.05),具有可比性。本研究经本院医学伦理委员会批准。所有患者均签署知情同意书。

1.2方法

1.2.1入院治疗方案及资料收集 ACMP患者入院后均接受高压氧治疗(采用三舱七门高压氧舱群进行治疗,治疗压力0.20 mPa,升压25 min,稳压吸纯氧60 min,减压30 min,1次/日)。收集ACMP患者临床资料,包括意识障碍时间、CO暴露时间、高压氧治疗时间、血碳氧血红蛋白(COHb)饱和度、饮酒史、基础疾病(高血压、糖尿病、冠心病等)、吸烟史等。

1.2.2血清sST2、Caspase-3、HSP70水平检测 ACMP患者于入院次日清晨、对照组于体检时采集空腹静脉血3 mL,以离心半径15 cm、3 000 r/min离心15 min,取上层血清,采用酶联免疫吸附试验检测血清sST2、Caspase-3、HSP70水平(试剂盒均购自上海名劲生物科技有限公司,编号:B1961、B2086、B2691),严格按照试剂盒说明书进行操作。

1.3中毒程度判定标准及分组方法 ACMP患者入院后采用分光光度法检测血COHb饱和度,参考《职业性急性一氧化碳中毒诊断标准:GBZ23-2002》[8]进行中毒程度分级。轻度:患者出现恶心、呕吐、四肢无力、头昏、头痛或轻至中度意识障碍,但未昏迷,血COHb饱和度可高于10%;中度:患者出现浅昏迷或中度昏迷,经抢救恢复后无明显并发症,血COHb饱和度可高于30%;重度:患者出现深昏迷或去皮质状态,或存在锥体系或锥体外系损害体征、上消化道出血、呼吸衰竭、肺水肿、严重心肌损害、休克、脑水肿,血COHb饱和度可高于50%。

1.4随访及DEACMP诊断标准 ACMP患者出院后,通过短信、电话、门诊复查等方式随访6个月,参考《一氧化碳中毒临床治疗指南(四)》[9]诊断DEACMP:(1)有明确ACMP病史;(2)有假愈期,且假愈期出现以震颤麻痹、肌张力增高、精神症状、痴呆为主的临床表现;(3)头颅MRI存在以侧脑室周围白质和半卵圆中心为主要部位的T2高信号;(4)排除其他原因所致脑病。随访6个月后,根据ACMP患者是否发生DEACMP分为DEACMP组和非DEACMP组。

2 结 果

2.1ACMP组与对照组血清sST2、Caspase-3、HSP70水平比较 ACMP组血清sST2、Caspase-3、HSP70水平均高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。见表1。

表1 ACMP组与对照组血清sST2、Caspase-3、HSP70水平比较

2.2不同中毒程度ACMP患者血清sST2、Caspase-3、HSP70水平比较 根据中毒程度将ACMP患者分为轻度组32例、中度组45例、重度组33例。重度组血清sST2、Caspase-3、HSP70水平高于中度组、轻度组(P<0.05),中度组血清sST2、Caspase-3、HSP70水平高于轻度组(P<0.05)。见表2。

表2 不同中毒程度ACMP患者血清sST2、Caspase-3、HSP70水平比较

2.3ACMP患者发生DEACMP的单因素分析 随访6个月后,DEACMP组41例,非DEACMP组69例。DEACMP组年龄大于非DEACMP组,有吸烟史、高血压、意识障碍时间>48 h的比例及血COHb饱和度、血清sST2、Caspase-3、HSP70水平均高于非DEACMP组,CO暴露时间长于非DEACMP组,差异均有统计学意义(P<0.05)。见表3。

表3 ACMP患者发生DEACMP的单因素分析[n/n或或n(%)或M(P25,P75)]

2.4ACMP患者发生DEACMP的影响因素分析 以吸烟史(有=1,无=0)、高血压(有=1,无=0)、意识障碍时间>48 h(是=1,否=0)、年龄、CO暴露时间、血COHb饱和度、血清sST2、Caspase-3、HSP70水平(连续性变量以原值输入)为自变量,以ACMP患者是否发生DEACMP(是=1,否=0)为因变量,进行多因素Logistic回归分析。结果显示,意识障碍时间>48 h、年龄增加、CO暴露时间延长、血COHb饱和度升高、高血压及血清sST2、Caspase-3、HSP70水平升高是ACMP患者发生DEACMP的独立危险因素(P<0.05)。见表4。

表4 ACMP患者发生DEACMP的多因素Logistic回归分析

2.5血清sST2、Caspase-3、HSP70单项及联合检测诊断ACMP患者发生DEACMP的ROC曲线分析 ROC曲线分析显示,sST2、Caspase-3、HSP70诊断ACMP患者发生DEACMP的AUC分别为0.783、0.788、0.785,血清sST2、Caspase-3、HSP70联合检测诊断ACMP患者发生DEACMP的AUC为0.913,联合检测诊断的AUC大于各指标单项检测诊断(P<0.05)。见表5和图1。

图1 血清sST2、Caspase-3、HSP70单项及联合检测诊断ACMP患者发生DEACMP的ROC曲线

表5 血清sST2、Caspase-3、HSP70单项及联合检测对ACMP患者发生DEACMP的诊断效能

3 讨 论

CO被人体吸入后能竞争性结合血红蛋白形成COHb,降低血红蛋白携氧能力和组织氧分压,引起脑组织缺氧导致ACMP[1]。DEACMP是ACMP常见并发症之一,是指ACMP患者在意识障碍恢复后,经过一定时间的假愈期后再次出现一系列精神和神经障碍,致残率可达78%,病死率可达31%,DEACMP治疗难度大、预后差,严重危害患者生命健康[3]。因此早期预测ACMP患者发生DEACMP的风险,对进行DEACMP防治和改善ACMP患者预后具有重要意义。

目前有研究认为,CO进入人体后能激活血小板导致中性粒细胞活化,诱导机体产生免疫炎症反应,随着病情进展,组成中枢神经系统髓鞘的碱性髓鞘蛋白,也能与脂质过氧化反应产物形成复合物,通过自身免疫炎症反应破坏髓鞘,引起神经损害导致DEACMP发生[3-4]。致癌抑制因子2(ST2)是一种表达于多种免疫细胞表面的糖蛋白,根据其基因编码可分为跨膜型ST2(ST2L)与sST2,当受到炎症刺激时ST2L能结合特异性配体IL-33形成复合物,通过调节核因子-κB、细胞外调节蛋白激酶/丝裂原活化蛋白激酶、Jun氨基末端激酶等信号通路抑制炎症细胞因子释放,sST2作为诱骗受体能与跨膜型ST2竞争性结合IL-33,抑制ST2L/IL-33介导的炎症抑制作用,促进炎症的发生、发展[10]。研究表明,sST2能抑制ST2L/IL-33参与慢性心力衰竭、精神分裂症等疾病的神经炎症反应[11-12]。本研究结果显示,ACMP患者血清sST2水平明显升高,分析与ACMP患者吸入CO后炎症反应激活导致sST2大量释放有关。进一步分析显示,ACMP患者血清sST2水平随着中毒程度加重而升高,且是发生DEACMP的独立危险因素,说明血清sST2水平升高与中毒程度和DEACMP发生有关。分析其原因是sST2高表达能进一步抑制ST2L/IL-33并加重神经系统炎症反应,进而增加ACMP患者发生DEACMP的风险。

神经细胞凋亡在DEACMP中发挥重要作用,ACMP患者发病后CO神经毒性、缺血缺氧、细胞内Ca2+超载等多种因素能启动细胞凋亡机制,引起额叶皮质、海马、基底节等部位神经细胞凋亡导致DEACMP发生[13]。CASP是一组以酶原形式存在于细胞质内并介导细胞凋亡的半胱氨酸蛋白酶,Caspase-3是该家族内介导细胞凋亡的关键执行分子,在细胞凋亡早期被激活,能裂解相应的细胞质细胞核底物,从而加速细胞凋亡[14]。有实验报道,缺氧后大鼠脑组织中Caspase-3高表达,与神经凋亡和认知功能降低有关[15]。本研究结果显示,ACMP患者血清Caspase-3水平明显升高,分析其与ACMP患者细胞凋亡机制被激活引起Caspase-3大量释放有关。进一步分析显示,ACMP患者血清Caspase-3水平随着中毒程度加重而升高,是发生DEACMP的独立危险因素,说明血清Caspase-3水平升高与中毒程度和DEACMP发生有关。这是因为Caspase-3水平升高表明细胞凋亡途径被激活,高水平Caspase-3能通过加重神经细胞凋亡导致ACMP患者病情加重,并增加DEACMP风险[16]。

HSP是一类热应激蛋白质,HSP70是目前该家族内被研究最深入的成员,在细胞受到外界刺激时能大量产生,并通过触发机体自身免疫以发挥应激保护作用,当细胞功能恢复时表达减少[17]。研究显示,HSP70参与抑制脑缺血后细胞凋亡,当脑细胞修复后HSP70表达减少[18]。另有实验显示,缺氧后大鼠脑组织中HSP70高表达,与脑组织损害和神经细胞凋亡程度密切相关[19]。本研究结果显示,ACMP患者血清HSP70水平显著升高,这可能与ACMP患者受缺氧应激影响后引起HSP70大量释放有关。进一步分析显示,ACMP患者血清HSP70水平随着中毒加重而升高,是发生DEACMP的独立危险因素,说明血清HSP70水平升高与ACMP患者中毒程度加重和发生DEACMP风险增加有关。这可能与HSP70水平升高是机体适应环境变化的一种防御措施有关,HSP70水平升高表明脑组织和神经细胞损伤加重,因此DEACMP风险更高[20]。

本研究结果还显示,年龄增加、高血压、意识障碍时间>48 h、CO暴露时间延长、血COHb饱和度升高也会增加ACMP患者发生DEACMP的风险。这是因为患者年龄越大,中枢神经功能减退越严重,ACMP后更易发生神经功能异常;高血压患者多存在脑动脉硬化,ACMP后会加剧脑部缺氧和神经细胞凋亡,增加DEACMP风险;意识障碍和CO暴露时间越长,表明ACMP患者受到的CO毒性影响越严重,因此发生DEACMP风险更高;血COHb饱和度越高表明ACMP患者脑组织缺氧程度和神经细胞损伤越严重,因此DEACMP风险更高。然而,目前临床尚缺乏有效的DEACMP预测指标,本研究通过绘制ROC曲线发现,血清sST2、Caspase-3、HSP70单项检测与联合检测诊断ACMP患者发生DEACMP的AUC分别为0.783、0.788、0.785、0.913,3项联合检测的AUC最大,说明血清sST2、Caspase-3、HSP70有可能成为ACMP患者发生DEACMP的辅助诊断指标,且3项指标联合能提升其对ACMP患者发生DEACMP的诊断价值。

综上所述,ACMP患者血清sST2、Caspase-3、HSP70水平升高,与中毒程度加重和DEACMP发生有关,可能成为ACMP患者发生DEACMP的辅助诊断指标,联合检测能提升其诊断价值,有助于辅助临床对DEACMP高风险患者进行早期干预,以改善患者预后。