血清血脑屏障标志物水平与创伤性脑损伤患儿病情严重程度及预后的相关性分析

王学成,张 敏,朱 磊,盛利萍,李政委,朱炳鑫

1.徐州市儿童医院重症医学科,江苏徐州 221000;2.徐州市中心医院心功能室,江苏徐州 221000

创伤性脑损伤(TBI)是指非先天性的由外力所致的头部损伤,常引起运动、言语功能障碍和肌力及肌张力改变等,是导致儿童残疾和死亡的主要原因之一[1]。目前TBI的病理机制尚未完全明确,可能与血脑屏障功能障碍有关。LINDBLAD等[2]研究证实,血脑屏障功能障碍是影响患儿病情轻重和预后的关键因素,故通过检测血脑屏障标志物有望为TBI患儿病情及预后的评估提供参考。S100钙化蛋白B(S100B)、神经元特异性烯醇化酶(NSE)、紧密连接蛋白(Occludin)、紧密连接蛋白(claudin)-5、水通道蛋白(AQP)-4、胶质纤维酸性蛋白(GFAP)、基质金属蛋白酶(MMP)-9均为反映血脑屏障损伤的标志物。已有研究证实,血清S100B、NSE、GFAP、AQP-4、MMP-9与TBI患者病情和预后密切相关[3-4]。另有研究显示,Occludin和claudin-5与神经系统疾病有一定联系[5]。但目前关于血清血脑屏障标志物水平与TBI患儿病情程度及预后关系尚未完全明确。鉴于此,本研究通过具体分析血清血脑屏障标志物与TBI患儿病情程度及预后的关系,以期为临床诊疗提供帮助。

1 资料与方法

1.1一般资料 选取2019年5月至2022年8月徐州市儿童医院(以下简称本院)收治的TBI患儿92例,根据入院时格拉斯哥昏迷指数(GCS)评分[6]将其分为轻度组(28例,13～15分)、中度组(39例,9～12分)和重度组(25例,3～8分)。另选取同期本院因诊断需要行腰椎穿刺检查而脑脊液结果正常的患儿46例作为对照组。纳入标准:所有TBI患儿均经头颅CT扫描或磁共振成像(MRI)检查证实为TBI,且有明确脑外伤病史;所有TBI患儿受伤至入院时间<24 h;对照组为入院5 d内因诊断需要行腰椎穿刺检查而脑脊液结果正常患儿。排除标准:(1)存在肾功能不全、房室传导阻滞、低血压及低血钙;(2)存在自身免疫疾病、血液疾病、内分泌疾病或恶性肿瘤等基础疾病;(3)合并中枢神经系统感染;(4)家长拒绝参加或中途退出研究;(5)合并有其他严重脏器功能障碍。本研究经本院伦理委员会审核通过。所有入组患儿家属同意参与此次研究,并签署知情同意书。

轻度组男18例、女10例,年龄5～13岁、平均(9.16±1.25)岁,创伤原因:交通事故8例,硬物击伤13例,高空跌落7例;中度组男17例、女22例,年龄5～13岁、平均(9.59±1.08)岁,创伤原因:交通事故14例,硬物击伤9例,高空跌落16例;重度组男14例、女11例,年龄5～13岁、平均(9.87±1.33)岁,创伤原因:交通事故9例,硬物击伤11例,高空跌落5例。对照组男29例、女17例,年龄5～13岁、平均(9.58±1.43)岁。各组一般资料对比差异无统计学意义(P>0.05)。

1.2方法 所有入组患儿均于入院后2 h内采集外周血3 mL,离心分离血清,采用酶联免疫吸附试验检测血清S100B、GFAP、AQP-4、MMP-9和claudin-5水平,试剂及试剂盒均来自于南京万木春生物科技有限公司,采用电化学发光法检测血清NSE和Occludin,试剂及试剂盒由武汉博欧特生物科技有限公司提供。所有检测步骤均按照说明书操作。

1.3观察指标 (1)比较不同严重程度TBI患儿血清S100B、GFAP、AQP-4、MMP-9、claudin-5、NSE和Occludin水平;(2)采用Spearman等级相关分析上述指标与GCS评分的关系;(3)随访6个月后,根据格拉斯哥预后量表(GOS)评分将92例TBI患儿分为预后良好组(GOS为4～5分)和预后不良组(GOS为1～3分),比较不同预后患儿的血清血脑屏障标志物水平;(4)采用受试者工作特征(ROC)曲线评价血脑屏障标志物水平对TBI患儿预后的预测价值。

2 结 果

2.1各组血脑屏障标志物水平比较 轻度组、中度组和重度组血清NSE、AQP-4、GFAP、MMP-9和Occludin水平均高于对照组,claudin-5低于对照组(P<0.05);重度组血清NSE、AQP-4、GFAP、MMP-9和Occludin水平高于轻、中度组,血清claudin-5水平低于轻、中度组(P<0.05);中度组和重度组血清S100B水平高于对照组和轻度组(P<0.05),且中度组血清S100B水平低于重度组(P<0.05),但轻度组和对照组比较差异无统计学意义(P>0.05)。见表1。

表1 各组血脑屏障标志物水平比较

2.2血脑屏障标志物水平与严重程度的关系 Spearman等级相关性分析显示,疾病严重程度均与血清S100B、NSE、AQP-4、GFAP、MMP-9、Occludin水平呈正相关(r=0.221、0.215、0.328、0.335、0344、0.222,均P<0.05),与claudin-5呈负相关(r=-0.371,P<0.05)。

2.3不同预后TBI患儿血清血脑屏障标志物水平比较 随访6个月后,92例TBI患儿的GOS评分为(3.68±0.41)分。根据GOS评分将其分为预后良好组(65例)和预后不良组(27例)。预后良好组血清S100B、NSE、AQP-4、GFAP、MMP-9、Occludin水平均低于预后不良组(P<0.05),claudin-5水平高于预后不良组(P<0.05)。见表2。

表2 不同预后TBI患儿血脑屏障标志物水平比较

2.4血脑屏障标志物对TBI患儿预后的预测价值 ROC曲线分析结果显示,血清S100B、NSE、AQP-4、GFAP、MMP-9、claudin-5、Occludin及7项联合检测预测TBI患儿预后的曲线下面积(AUC)分别为0.798、0.756、0.779、0.781、0.765、0.785、0.777和0.923。见表3。

表3 血脑屏障标志物对TBI患儿预后的预测价值

3 讨 论

TBI是临床常见的危急重症,其发病率逐年增加,已成为全球范围内重大的公共卫生问题,具有高致残率和高致死率的特点[7]。儿童因危险意识不足,自我保护能力欠佳,是TBI的好发人群,TBI不仅严重影响患儿生长发育,还会出现诸多并发症如健忘、失忆甚至心理问题等。故早期予以病情评估有利于指导临床治疗,起到改善患儿预后的作用。以往临床常采用GCS评分对病情严重程度进行评估,但仅根据临床特征进行评分,可能存在特异性缺乏,在一定程度上使临床应用受限[8]。脑组织与血脑屏障联系密切,当发生TBI后会造成血脑屏障破坏,从而引起脑水肿、神经炎症和神经细胞死亡等继发性病理生理反应。此外,血脑屏障破坏是TBI后重要的病理生理变化之一,其既是TBI后导致的后果,也是进一步加重TBI损伤的重要因素[9]。故血脑屏障标志物水平检测可能有助于TBI患儿病情和预后评估。

血清S100B、NSE、AQP-4、GFAP、MMP-9、claudin-5、Occludin均为反映血脑屏障功能的标志物,其中S100B是中枢神经系统特异性生物蛋白,正常生理情况下,因脑细胞和血脑屏障的完整性,血液中的S100B水平极低,而当血脑屏障受损时,S100B会从细胞液中渗出进入脑脊液,再经受损的血脑屏障释放到血液中,从而导致S100B水平显著升高。PARK等[10]研究认为,在TBI患儿血清中S100B水平早期显著升高,并与GCS评分呈负相关,可作为监测患儿病情进展和预后的敏感指标。NSE是烯醇化酶的同工酶,主要分布于神经元细胞和神经内分泌细胞内,在血清中的变化情况可反映脑部缺氧状态,当出现TBI后神经系统受损,NSE会通过破坏的血脑屏障进入到血液中,导致血清NSE水平增高[11]。相关研究证实,NSE在诊断TBI患儿预后中具有一定应用价值,且可对患儿临床转归的评估起辅助作用[12]。AQP-4是脑组织中最重要的水通道蛋白,大多存在于血脑屏障的星形胶质细胞膜表面,对维持脑内水平衡有积极意义,且参与维持TBI后血脑屏障完整[13]。既往研究显示,AQP-4水平越高,血脑通透性越好,脑水肿越明显,神经功能恢复越差[14]。GFAP是星形胶质细胞标志物,有助于促进血脑屏障功能,抑制神经元增殖和神经突触延伸,从而形成物理屏障以隔离受损组织,其血清表达水平与TBI严重程度和预后均具有相关性[15]。Occludin是血脑屏障紧密连接的重要组成部分,可维持其结构和功能的完整性。有研究表明,血清Occludin是血脑屏障损伤的重要标志物,在TBI中呈现异常高表达[16]。MMP-9可用于基底膜降解,当其水平升高后可通过降解血脑屏障基质膜内的Occludin破坏血脑屏障完整性,从而促使炎症细胞透过血脑屏障,加重神经系统疾病病情[17]。claudin-5在调节血脑屏障的完整性和通透性中起着关键作用,是构成血脑屏障的主要跨膜蛋白[18],当其水平降低时表明TBI患儿血脑屏障损伤。本研究中,轻度组、中度组和重度组血清NSE、AQP-4、GFAP、MMP-9和Occludin水平均高于对照组,claudin-5低于对照组,中度组和重度组血清S100B水平高于对照组和轻度组,且Spearman等级相关性显示,疾病严重程度均与血清S100B、NSE、AQP-4、GFAP、MMP-9、Occludin水平呈正相关,与claudin-5呈负相关,提示血清S100B、NSE、AQP-4、GFAP、MMP-9、claudin-5和Occludin参与了TBI患儿的病情进展。即随着病情的加重,血清S100B、NSE、AQP-4、GFAP、MMP-9和Occludin水平呈上升趋势,血清claudin-5水平呈下降趋势,考虑为TBI患儿因脑组织受损严重,导致血脑屏障完整性被破坏,进一步加重了神经功能缺损,最终使得患儿病情加重。

本研究中预后良好组血清S100B、NSE、AQP-4、GFAP、MMP-9、Occludin水平均低于预后不良组,claudin-5水平高于预后不良组,提示血清S100B、NSE、AQP-4、GFAP、MMP-9、Occludin水平升高及claudin-5水平降低可能导致TBI患儿预后不良,高水平的血清S100B、NSE、AQP-4、GFAP、MMP-9、Occludin和低水平的claudin-5会加速TBI患儿血脑屏障损伤,继发脑水肿,进而引发炎症级联反应,进一步加重神经功能的缺损,致使患儿预后不良。ROC曲线分析结果显示,血清S100B、NSE、AQP-4、GFAP、MMP-9、claudin-5、Occludin预测TBI患儿预后的AUC分别为0.798、0.756、0.779、0.781、0.765、0.785和0.777,提示血清S100B、NSE、AQP-4、GFAP、MMP-9、claudin-5、Occludin对TBI患儿预后的有较高的预测价值,且联合检测的AUC最高,为0.923,表明临床医师可以此为参考,通过联合检测上述指标来早期诊断TBI患儿预后,从而制订针对性治疗方案,控制疾病进展。

综上所述,TBI患儿血清S100B、NSE、AQP-4、GFAP、MMP-9、claudin-5、Occludin水平与病情严重程度有关,临床可通过检测上述指标来辅助诊断TBI患儿预后情况。