創(chuàng)傷性腦損傷生物學(xué)標(biāo)志物研究進(jìn)展

吳文天，肖國民

(杭州師范大學(xué)附屬醫(yī)院 神經(jīng)外科，浙江 杭州 310015)

創(chuàng)傷性腦損傷(traumatic brain injury，TBI)是青壯年人群中死亡率和致殘率較高的全球公共衛(wèi)生問題。2013年美國共有250萬人次因TBI到急診科就診，56 000人死于TBI[1]；2012年歐洲約82 000人因TBI而死亡[2]； 2006年—2013年，中國每十萬人中平均有12.99～17.06人因TBI而死亡[3]。由于急性神經(jīng)元、軸索、膠質(zhì)細(xì)胞損傷以及傷后炎癥反應(yīng)，TBI可在患者血液和腦脊液中產(chǎn)生生物學(xué)標(biāo)志物。不同的創(chuàng)傷性腦損傷生物學(xué)標(biāo)志物(traumatic brain injury biomarkers, TBI-BMs)產(chǎn)生的機(jī)制、部位、生理作用以及在血清或腦脊液中的含量不同，本文對幾種TBI-BMs在創(chuàng)傷性腦損傷病情評估及預(yù)后判斷等方面進(jìn)行綜述。

1 概述

目前研究較多的TBI-BMs包括S100B蛋白(S100 calcium binding protein beta subunit, S100B)、神經(jīng)元特異性烯醇化酶(neuron-specific enolase, NSE)、膠質(zhì)纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein, GFAP)、泛素碳末端水解酶L1(ubiquitin carboxy-terminal hydrolase-L1, UCH-L1)及神經(jīng)微絲蛋白輕鏈(neurofilament light chain, NF-L)等。

部分TBI-BMs可以定性定量評估TBI的損傷程度、預(yù)測病人轉(zhuǎn)歸，但大多數(shù)TBI-BMs由于其特異性或敏感性不足，尚不能有效地用于臨床實踐。目前認(rèn)為理想的TBI-BMs應(yīng)該具備以下幾點特征：①對腦組織具有高度特異性；②敏感性高，且僅在腦組織受損后釋放；③受傷后立即釋放到血液和腦脊液，且能反映損傷的時程；④標(biāo)志物水平與損傷的嚴(yán)重程度和臨床預(yù)后密切相關(guān)[4]。

TBI-BMs絕大多數(shù)來自腦脊液和血漿，腦脊液標(biāo)本的優(yōu)點在于：①受損腦組織分泌或釋放的相關(guān)蛋白可直接進(jìn)入腦脊液，不受血腦屏障(blood-brain barrier，BBB)的制約；②腦脊液總量少，且相應(yīng)的蛋白酶較少，故而釋入腦脊液的蛋白更易被檢出；③由于血腦屏障的緣故，腦脊液標(biāo)本受外界其他因素干擾較小。缺點是腰穿操作相對復(fù)雜且存在頭痛等并發(fā)癥。血漿標(biāo)本的優(yōu)點在于采樣方便，更適合作為常規(guī)檢查手段，因此目前TBI生物標(biāo)志物的研究較多是以血漿為樣本。

2 TBI-BMs

2.1 S100B蛋白 S100B蛋白是一種小分子鈣結(jié)合蛋白，分子量為9～14 kD，主要存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的星形膠質(zhì)細(xì)胞。S100B蛋白是目前唯一被認(rèn)可并寫入指南的TBI-BMs[5-6]，也是檢測其他TBI-BMs臨床應(yīng)用價值的參照物。S100B蛋白已成功地應(yīng)用于臨床：①篩查輕度TBI患者有無頭顱CT檢查需求。美國急診醫(yī)師學(xué)會的指南推薦，創(chuàng)傷后4 h內(nèi)血漿S100B含量≥0.1 μg/L為行頭顱CT的最佳適應(yīng)證[5]。斯堪的納維亞指南推薦[6]，低風(fēng)險的輕型腦外傷(mild traumatic brain injury, mTBI)患者(有可疑或確定的意識喪失病史，或頻繁嘔吐≥2次)受傷6 h內(nèi)，如血漿S100B含量<0.1 μg/L，可先臨床觀察。有薈萃分析[7]指出，取0.1 μg/L作為篩查CT需求的正常上限時，S100B蛋白作為標(biāo)志物的陰性預(yù)測值大于99%，敏感度高達(dá)97%。②預(yù)測中重度TBI患者的預(yù)后。研究發(fā)現(xiàn)[8]，在發(fā)生TBI后30 h時，格拉斯哥預(yù)后評分(Glasgow outcome scale, GOS)1分(死亡)的TBI患者平均S100B蛋白水平約為1 μg/L，GOS 3分(重度殘疾)的TBI患者平均S100B水平約為0.5 μg/L，GOS 4分(輕度殘疾)的TBI患者平均S100B水平約為0.3 μg/L，GOS 5分(預(yù)后良好)的TBI患者平均S100B水平約為0.25 μg/L。③檢測腦損傷患者的繼發(fā)性損傷發(fā)展。S100B蛋白在腦損傷后迅速釋放入血且半衰期短，適合創(chuàng)傷早期病情的監(jiān)測。研究顯示[9]，S100B蛋白的二次升高(>0.5 μg/L)與腦梗塞或腦血腫進(jìn)展等繼發(fā)性腦損傷密切相關(guān)。④評估治療效果。研究發(fā)現(xiàn)[10]，S100B蛋白與顱內(nèi)壓(intracranial pressure, ICP)緊密相關(guān)，S100B可能可與ICP一樣作為TBI治療過程中療效的替代指標(biāo)使用。S100B蛋白作為TBI的標(biāo)志物的缺點：①特異性欠理想。朗罕氏巨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、上皮細(xì)胞、心肌和骨骼肌細(xì)胞和軟骨細(xì)胞等顱外細(xì)胞均可分泌S100B蛋白，可能會干擾腦外傷后血漿S100B水平的測量。②受制于BBB。S100B不能穿過正常的BBB，因而無法判斷外周血中檢測到的S100B蛋白水平改變究竟是與腦組織受損的程度有關(guān)，抑或僅僅反映了BBB的破壞。③不能應(yīng)用于兒童。低水平的S100B蛋白有助于減免不必要的CT檢查，但斯堪的那維亞指南指出，目前還難以設(shè)立一個明確的S100B標(biāo)準(zhǔn)來作為兒童行頭顱CT的適應(yīng)證[11]。④存在人種差異。研究指出[12]，深膚色人群血清S100B平均水平較淺色皮膚人群高，這可能導(dǎo)致深膚色人群被誤評為血清S100B升高而導(dǎo)致過度的CT檢查。

2.2 NSE 血漿NSE的正常范圍為<10 ng/mL。有研究表明[13]，NSE>50 ng/mL預(yù)測重型彌漫性軸索損傷患者死亡的特異性和敏感性均達(dá)到100%。Mercier等[14]的納入30項研究(l321例中重度TBI患者)的薈萃分析結(jié)果表明，血漿NSE水平和TBI患者死亡率呈顯著的正相關(guān)(共計10項研究，474例患者；MD=18.46 μg/L，95%CI為10.81～26.11 μg/L；I2= 83%)；血漿NSE水平與預(yù)后不良(GOS評分≤3分)亦呈顯著的正相關(guān)(共計14項，研究603例患者；MD=17.25 μg/L，95%CI為11.42～23.07 μg/L；I2= 82%)。作為TBI生物標(biāo)志物，NSE目前還未應(yīng)用于臨床的原因：①缺乏特異性。由于NSE同時表達(dá)于神經(jīng)元細(xì)胞和紅細(xì)胞中，血漿NSE水平易受顱外損傷干擾，如創(chuàng)傷相關(guān)血腫等；②不能準(zhǔn)確反映TBI的時程。NSE的半衰期較長，血漿NSE水平反映的是患者72 h內(nèi)的病情演變[15]；③對mTBI患者的敏感度低，可能是因為mTBI患者血漿NSE水平升高不明顯。

2.3 GFAP GFAP是一種表達(dá)于星形膠質(zhì)細(xì)胞的中間絲蛋白，目前發(fā)現(xiàn)僅存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)[16]。Papa等[17]研究發(fā)現(xiàn)，血漿GFAP水平在外傷發(fā)生后20 h達(dá)到高峰，在72 h后逐漸下降。在外傷后1周內(nèi)，血漿GFAP水平可以準(zhǔn)確區(qū)分出需手術(shù)干預(yù)的患者，受試者工作曲線(receiver operating characteristic, ROC)下面積為0.91(95%CI為0.79～1.00)～1.00(95%CI為1.00～1.00)。Papa等[18]發(fā)現(xiàn)，在敏感性均為100%的情況下，相比S100B蛋白5%的特異性，GFAP的特異性為55%，更易分辨出成年TBI患者。對兒童TBI患者的研究結(jié)果表明[19]，GFAP較S100B更易診斷可能的顱內(nèi)病變。Welch等[20]通過研究血漿生物標(biāo)志物的動力學(xué)模型發(fā)現(xiàn)，CT陽性患者的血漿GFAP水平每小時升高約3.7%，但S100B與UCH-L1水平未見顯著升高，認(rèn)為GFAP較S100B及UCH-L1具有更好的應(yīng)用價值。但也有研究發(fā)現(xiàn)[21]，血漿GFAP水平的改變無法將創(chuàng)傷骨科患者與CT陰性的mTBI患者區(qū)分開來。

2.4 UCH-L1 UCH-L1是一種在大腦中極為豐富的蛋白質(zhì)，估計占總神經(jīng)元蛋白的1%～5%。Papa等[17]研究發(fā)現(xiàn)，血漿UCH-L1水平在腦外傷后迅速升高，8 h左右達(dá)到高峰，并在48 h內(nèi)快速下降。研究顯示[22]，TBI患者的平均血漿UCH-L1水平(2.568 ng/mL)較非TBI外傷患者(0.627 ng/mL)顯著增高，可用于鑒別TBI患者與非TBI患者。另有研究顯示[23]，篩選CT陽性的mTBI患者時，在保留100%靈敏度的條件下，UCH-L1的特異度(39%)高于GFAP(0%)及S100B(2%)。也有研究認(rèn)為[8]，在篩查CT陽性的mTBI患者方面，UCH-L1的特異度不如S100B；在評估腦損傷時，UCH-L1的準(zhǔn)確度不如GFAP。

2.5 NF-L NF-L分子量約68 kD，與中鏈(neurofilament medium chain, NF-M)及重鏈(neurofilament heavy chain, NF-H)一起組成神經(jīng)微絲蛋白，是軸突細(xì)胞骨架的主要成分。Shahim等[24]研究表明，重型顱腦損傷(severe traumatic brain injury, sTBI)患者的血漿NF-L水平顯著升高，入院時血漿NF-L水平用于診斷sTBI患者時ROC曲線下面積為0.99(S100B為0.96)，在外傷后第12天增加到1.00(S100B為0.65)；血漿NF-L水平與血漿S100B水平之間無顯著關(guān)聯(lián)，血漿NF-L可作為一個獨立的評估預(yù)后的指標(biāo)。研究資料[25]指出，在TBI早期，血漿NF-L水平缺乏動態(tài)變化，難以滿足監(jiān)測TBI患者傷情變化和指導(dǎo)治療的需求。

3 展望

NSE、GFAP等作為TBI-BMs都已展現(xiàn)出較好的臨床應(yīng)用前景，但目前仍沒有統(tǒng)一的臨床應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。S100B蛋白作為已部分用于臨床的TBI-BMs，其特異性的缺陷等也影響臨床實際的應(yīng)用。研究表明[26]，S100-β、NSE、IL-6、IL-8、IL-10、可溶性細(xì)胞間黏附分子、L-選擇蛋白和內(nèi)皮素8種標(biāo)志物聯(lián)合用于抑郁癥患者預(yù)后評估，這些生物標(biāo)志物聯(lián)合預(yù)測患者轉(zhuǎn)歸的特異性和敏感性分別是96%和100%。聯(lián)合應(yīng)用多個TBI-BMs可產(chǎn)生更多信息，進(jìn)而增強(qiáng)診斷評估效果，或許是解決單一生物標(biāo)志物特異性、敏感性不足的方法。隨著TBI-BMs研究的不斷深入和臨床實踐，TBI-BMs對TBI患者的臨床治療和判斷預(yù)后會發(fā)揮更大的作用。