急性一氧化碳中毒脑损伤患者血清细胞因子的表达特征研究

王亚萌,陈浪,潘凉泽,黄华

急性一氧化碳中毒(acute carbon monoxide poison, ACOP)是常见的有害气体中毒及中毒死亡原因之一[1], 严重危害人类的身体健康,可引起患者机体的多系统功能损害,其中以大脑受累最为严重[2],大多数ACOP患者经过及时的救治能基本恢复正常,而0.2%～47%的ACOP患者经治疗后则会出现ACOP后迟发性脑病(delayed encephalopathy after acute carbon monoxide poisoning,DEACMP)。DEACMP 是ACOP最常见和最严重的并发症,可导致高残疾率和死亡率,从而严重影响患者的生活质量[3],主要表现为少数患者在经过 2～60 d 的“假愈期”后,再次出现神经精神功能障碍,包括急性痴呆、意识障碍、精神行为异常、锥体外系及锥体系神经损害等[4-6]。目前DEACMP的发病机制仍不明确。本研究旨在分析ACOP患者血清中髓鞘碱性蛋白(myelin basic protein,MBP)、神经元特异性烯醇化酶(neuron-specific enolase, NSE)、多巴胺(dopamine, DA)、中枢神经特异蛋白β(central nervous system specific protein β, S100β)及Tau蛋白等的水平变化,探讨ACOP患者的脑损伤机制,为其早期诊断及预防DEACMP提供临床依据。

1 对象与方法

1.1 研究对象

选取2021年11月至2023年2月在达州市中心医院神经内科住院治疗的61例ACOP患者作为观察组,其中男性31例、女性30例,年龄18～80岁,平均(50.64 ± 19.8)岁;46例职业健康体检者作为对照组,其中男性31例、女性15例,年龄18～76岁,平均(49.02±19.7)岁;

纳入标准:(1)入院前均有CO中毒史,入院时均存在不同程度的意识障碍,血清CO检测呈强阳性,中毒时间<48 h;(2)参与者或家属知情同意,并自愿参与本研究;(3)年龄18～80岁;(4)所有患者入院后的一般信息及实验室检查数据等临床资料均完整。

排除标准:(1)长期服用其他可能影响监测结果的药物(如抗焦虑、抑郁类药物)的患者;(2)患有其他影响监测结果的疾病(如痴呆、帕金森病、严重心脑肾疾病、近期有昏迷、中毒及其他神经系统疾病)的患者;(3)有精神疾病无法合作者,以及拒绝参与该项目的患者;(4)存在其他可改变血清 NSE 水平的情况,包括神经内分泌肿瘤及神经源性肿瘤患者。

1.2 研究方法

本研究从ACOP患者与健康受试者中分别抽取清晨空腹血5 mL,在室温放置0.5～2 h或放置4 ℃条件下,以1000 xg离心 20 min,分离上清液,立即检测或储存于-20 ℃冰箱待测,采用酶联免疫法检测受试者血清中的MBP、S100β、Tau蛋白、DA及NSE水平,所有检测均按照试剂盒说明书进行操作。

1.3 统计学方法

2 结果

2.1 临床基线资料

观察组与对照组受试者在年龄、性别、高血压史及糖尿病史方面比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结果详见表1。

表1 观察组与对照组的基线资料比较

2.2 ACOP患者的影像学及脑电图特征

61例ACOP患者中,21例头颅MRI未见明显异常;18例表现为基底节区对称性、片状或结节状双侧核团(苍白球、尾状核)受累,长或稍长T1、长T2信号影;9例表现为大脑皮层受累,分布在(双侧或单侧)额叶、枕叶及颞叶对称性长T1、稍长T2信号;12例表现为脑白质广泛受累,基底节区及大脑皮层均受累,其中4例合并出现新近脑梗死,累及小脑半球仅1例,其中1例示双侧海马区及基底节区异常信号影,伴近期记忆事件遗忘,远期记忆基本正常。脑电图是检测脑功能活动的重要方法之一,本研究行脑电图检查的50例ACOP患者中,脑电图正常27例,轻度异常12例,表现为基本节律以α为主,节律欠规整,调节调幅差,各导联散在较多4 Hz～7 Hz θ波及低幅β波;中度异常7例,表现为基本节律以α为主,枕区优势不明显,各导联广泛性出现不规则1.5 Hz～4 Hz～7 Hz的δ-θ波;重度异常4例,表现为α节律消失,背景活动以δ波为主,间有少量θ波, 调节调幅均差,可见尖波发放。典型病案举例见图1和图2。

A为头颅MRI示双侧半卵圆中心、胼胝体及侧脑室旁见对称性稍长T1、T2信号,伴右侧侧脑室后角旁梗死灶可能;B为脑电图示调节调幅差,背景可见大量δ、θ波。

A为头颅MRI示双侧基底节区片结状异常信号,弥散受限;B为脑电图示背景活动有大量中高幅慢波及低幅α波。

2.3 血清细胞因子水平

入院48 h内,观察组患者血清中的NSE、MBP、S100β及Tau蛋白水平明显高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);观察组患者DA水平与对照组比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结果见详表2。

表2 观察组与对照组血清标志物检测结果比较

2.4 血清中细胞因子的相关性分析

观察组患者血清中细胞因子经 Pearson 相关系数法分析结果显示,NSE与MBP水平呈正相关(r=0.211,P<0.05);DA与Tau、MBP、S100β水平均呈正相关(r=0.542、0.563、0.508,P<0.05);S100β与Tau、MBP水平均呈正相关(r= 0.352、0.372,P<0.05)。结果详见表3。

表3 观察组患者的血清标志物相关性分析

3 讨论

1857年,Claude Bernard发现CO通过竞争性结合血红蛋白,形成碳氧血红蛋白(carboxyhemoglobin, COHb),进而降低血红蛋白的携氧能力和组织氧分压,造成组织缺氧。因此,COHb的形成和组织缺氧一直被认为是CO毒性的主要机制[1]。

有研究表明,DEACMP可能不是由于直接缺氧诱导的损伤引起,而是由继发性的脑组织损伤引起的,主要源于 CO 介导的脑组织缺氧、氧自由基和膜过氧化,虽然DEACMP的发病机制尚未明确,但目前存在许多假说,包括免疫炎症损伤、缺血再灌注假说、细胞凋亡及神经元毒性假说等。有研究发现,DEACMP的病变部位主要累及白质、苍白球、丘脑、纹状体及基底节等[7-8]。因此,在CO中毒早期,通过有效诊断明确病情对于制定治疗方案、评估疗效及改善患者预后十分关键。

本研究结果显示,与对照组比较,观察组患者血清中的S100β、NSE、MBP及Tau蛋白等神经因子水平均显著升高,提示ACOP后患者普遍存在不同程度的脑损伤。MBP是中枢神经系统所特有的蛋白质,能够维持髓鞘结构和功能的稳定[9],当脑组织中的MBP含量发生变化时,可改变髓鞘结构和影响髓鞘再生,若髓鞘形成过程受到缺氧及炎症等病理因素的干扰,如出现ACOP时脑组织中MBP水平非常低,MBP可以释放到脑脊液和血液中,同时细胞膜脂质过氧化增强,导致神经细胞脱髓鞘和继发性神经细胞死亡[10-11]。有研究证实DEACMP患者的血清及脑脊液中MBP明显高于正常人群[12]。S100β蛋白主要存在于中枢神经系统星形胶质细胞中,是一种钙结合蛋白,当其水平正常表达时具有神经营养作用,而过度表达则可增加大脑对缺血、缺氧的易感性,产生神经毒性,导致神经元凋亡,加重脑组织损伤[13-14]。因此血清S100β水平的升高可以间接反映神经功能的损害,当星形胶质细胞受到损伤时,S100β蛋白可以通过血脑屏障进入血液循环,其浓度变化和中枢神经系统的损伤程度及预后密切相关。NSE是一种在中枢神经元细胞胞浆中特异存在的糖酵解酶,其可刺激神经炎症和其他神经退行性过程,将活化的神经胶质细胞运送到损伤部位,刺激神经元凋亡[15-16]。神经元细胞因缺氧损害导致结构破坏释放进入血液循环中,从而使血清及脑脊液中NSE含量增加。有研究发现DEACMP患者血清中NSE显著升高,并且脑损伤越重血清中的NSE含量越高[12]。故NSE能十分灵敏地反映神经元细胞的损伤程度。Tau蛋白主要用于阿尔茨海默病的研究,但近年来的动物研究发现,Tau蛋白还与缺血缺氧性脑损伤相关[17]。Lv等[18]研究发现,在新生儿缺氧缺血性脑病神经发育结局与血清Tau蛋白水平的关系中,Tau蛋白水平越高神经系统发育越慢。Randall等[19]的研究分析了25例心脏骤停患者的Tau蛋白水平变化,发现脑组织在缺血缺氧发生后血清Tau蛋白水平快速升高,认为高灵敏度血清Tau蛋白检测结合Tau释放动力学可用于缺氧性脑损伤的评估和脑功能结果的预测。由于ACOP也属于缺血缺氧性脑病范畴,Tau蛋白水平有望用于ACOP患者脑损伤程度的评估。有研究发现,ACOP大鼠脑纹状体MAO-B活性异常升高,可加速DA的代谢,影响DA神经系统保持锥体及锥体外系运动协调的功能,同时生成的大量DA代谢产物具有毒性作用,进一步加重脑循环障碍和氧化应激损伤,形成恶性循环[20]。Wei等[21]研究发现,机械通气诱导的肺损伤通过增加ATP产生,激活P2Y1受体,促进海马体中的DA释放,加剧小鼠的脑损伤。检测DA含量可能有助于评估CO中毒患者的脑损伤程度。本研究相关性分析结果显示,血清中的NSE与MBP水平,DA与Tau、MBP及S100β水平,S100β与Tau及MBP水平均呈正相关,即其中1个或几个细胞因子水平升高的同时,其他血清细胞因子水平也会升高,多个相关细胞因子水平的升高提示患者脑神经功能损伤程度也随之加重,因此各个细胞因子水平的联合监测,可能对患者的病情判断及预后有重要价值。

综上所述,对ACOP患者早期联合检测血清中的NSE、MBP、Tau蛋白、DA及S100β水平,有助于早期评估患者的脑损伤程度。血清S100β、NSE、MBP及Tau蛋白水平升高是ACOP患者发生DEACMP的可能危险因素,早期联合监测上述血清细胞因子水平可为判断DEACMP患者的脑损伤程度提供依据。脑电图及头颅影像学也为CO中毒后的脑损伤提供诊断及预后依据,但本研究为单中心研究,样本量较小,尚需进行多中心大样本研究,进一步探讨血清细胞因子在ACOP患者中的特征性表达及临床意义。