急性一氧化碳中毒腦損傷患者血清細胞因子的表達特征研究

王亞萌,陳浪,潘涼澤,黃華

急性一氧化碳中毒(acute carbon monoxide poison, ACOP)是常見的有害氣體中毒及中毒死亡原因之一[1], 嚴重危害人類的身體健康,可引起患者機體的多系統(tǒng)功能損害,其中以大腦受累最為嚴重[2],大多數(shù)ACOP患者經(jīng)過及時的救治能基本恢復正常,而0.2%～47%的ACOP患者經(jīng)治療后則會出現(xiàn)ACOP后遲發(fā)性腦病(delayed encephalopathy after acute carbon monoxide poisoning,DEACMP)。DEACMP 是ACOP最常見和最嚴重的并發(fā)癥,可導致高殘疾率和死亡率,從而嚴重影響患者的生活質(zhì)量[3],主要表現(xiàn)為少數(shù)患者在經(jīng)過 2～60 d 的“假愈期”后,再次出現(xiàn)神經(jīng)精神功能障礙,包括急性癡呆、意識障礙、精神行為異常、錐體外系及錐體系神經(jīng)損害等[4-6]。目前DEACMP的發(fā)病機制仍不明確。本研究旨在分析ACOP患者血清中髓鞘堿性蛋白(myelin basic protein,MBP)、神經(jīng)元特異性烯醇化酶(neuron-specific enolase, NSE)、多巴胺(dopamine, DA)、中樞神經(jīng)特異蛋白β(central nervous system specific protein β, S100β)及Tau蛋白等的水平變化,探討ACOP患者的腦損傷機制,為其早期診斷及預防DEACMP提供臨床依據(jù)。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選取2021年11月至2023年2月在達州市中心醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科住院治療的61例ACOP患者作為觀察組,其中男性31例、女性30例,年齡18～80歲,平均(50.64 ± 19.8)歲;46例職業(yè)健康體檢者作為對照組,其中男性31例、女性15例,年齡18～76歲,平均(49.02±19.7)歲;

納入標準:(1)入院前均有CO中毒史,入院時均存在不同程度的意識障礙,血清CO檢測呈強陽性,中毒時間<48 h;(2)參與者或家屬知情同意,并自愿參與本研究;(3)年齡18～80歲;(4)所有患者入院后的一般信息及實驗室檢查數(shù)據(jù)等臨床資料均完整。

排除標準:(1)長期服用其他可能影響監(jiān)測結(jié)果的藥物(如抗焦慮、抑郁類藥物)的患者;(2)患有其他影響監(jiān)測結(jié)果的疾病(如癡呆、帕金森病、嚴重心腦腎疾病、近期有昏迷、中毒及其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病)的患者;(3)有精神疾病無法合作者,以及拒絕參與該項目的患者;(4)存在其他可改變血清 NSE 水平的情況,包括神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤及神經(jīng)源性腫瘤患者。

1.2 研究方法

本研究從ACOP患者與健康受試者中分別抽取清晨空腹血5 mL,在室溫放置0.5～2 h或放置4 ℃條件下,以1000 xg離心 20 min,分離上清液,立即檢測或儲存于-20 ℃冰箱待測,采用酶聯(lián)免疫法檢測受試者血清中的MBP、S100β、Tau蛋白、DA及NSE水平,所有檢測均按照試劑盒說明書進行操作。

1.3 統(tǒng)計學方法

2 結(jié)果

2.1 臨床基線資料

觀察組與對照組受試者在年齡、性別、高血壓史及糖尿病史方面比較,差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。結(jié)果詳見表1。

表1 觀察組與對照組的基線資料比較

2.2 ACOP患者的影像學及腦電圖特征

61例ACOP患者中,21例頭顱MRI未見明顯異常;18例表現(xiàn)為基底節(jié)區(qū)對稱性、片狀或結(jié)節(jié)狀雙側(cè)核團(蒼白球、尾狀核)受累,長或稍長T1、長T2信號影;9例表現(xiàn)為大腦皮層受累,分布在(雙側(cè)或單側(cè))額葉、枕葉及顳葉對稱性長T1、稍長T2信號;12例表現(xiàn)為腦白質(zhì)廣泛受累,基底節(jié)區(qū)及大腦皮層均受累,其中4例合并出現(xiàn)新近腦梗死,累及小腦半球僅1例,其中1例示雙側(cè)海馬區(qū)及基底節(jié)區(qū)異常信號影,伴近期記憶事件遺忘,遠期記憶基本正常。腦電圖是檢測腦功能活動的重要方法之一,本研究行腦電圖檢查的50例ACOP患者中,腦電圖正常27例,輕度異常12例,表現(xiàn)為基本節(jié)律以α為主,節(jié)律欠規(guī)整,調(diào)節(jié)調(diào)幅差,各導聯(lián)散在較多4 Hz～7 Hz θ波及低幅β波;中度異常7例,表現(xiàn)為基本節(jié)律以α為主,枕區(qū)優(yōu)勢不明顯,各導聯(lián)廣泛性出現(xiàn)不規(guī)則1.5 Hz～4 Hz～7 Hz的δ-θ波;重度異常4例,表現(xiàn)為α節(jié)律消失,背景活動以δ波為主,間有少量θ波, 調(diào)節(jié)調(diào)幅均差,可見尖波發(fā)放。典型病案舉例見圖1和圖2。

A為頭顱MRI示雙側(cè)半卵圓中心、胼胝體及側(cè)腦室旁見對稱性稍長T1、T2信號,伴右側(cè)側(cè)腦室后角旁梗死灶可能;B為腦電圖示調(diào)節(jié)調(diào)幅差,背景可見大量δ、θ波。

A為頭顱MRI示雙側(cè)基底節(jié)區(qū)片結(jié)狀異常信號,彌散受限;B為腦電圖示背景活動有大量中高幅慢波及低幅α波。

2.3 血清細胞因子水平

入院48 h內(nèi),觀察組患者血清中的NSE、MBP、S100β及Tau蛋白水平明顯高于對照組,差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05);觀察組患者DA水平與對照組比較,差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。結(jié)果見詳表2。

表2 觀察組與對照組血清標志物檢測結(jié)果比較

2.4 血清中細胞因子的相關(guān)性分析

觀察組患者血清中細胞因子經(jīng) Pearson 相關(guān)系數(shù)法分析結(jié)果顯示,NSE與MBP水平呈正相關(guān)(r=0.211,P<0.05);DA與Tau、MBP、S100β水平均呈正相關(guān)(r=0.542、0.563、0.508,P<0.05);S100β與Tau、MBP水平均呈正相關(guān)(r= 0.352、0.372,P<0.05)。結(jié)果詳見表3。

表3 觀察組患者的血清標志物相關(guān)性分析

3 討論

1857年,Claude Bernard發(fā)現(xiàn)CO通過競爭性結(jié)合血紅蛋白,形成碳氧血紅蛋白(carboxyhemoglobin, COHb),進而降低血紅蛋白的攜氧能力和組織氧分壓,造成組織缺氧。因此,COHb的形成和組織缺氧一直被認為是CO毒性的主要機制[1]。

有研究表明,DEACMP可能不是由于直接缺氧誘導的損傷引起,而是由繼發(fā)性的腦組織損傷引起的,主要源于 CO 介導的腦組織缺氧、氧自由基和膜過氧化,雖然DEACMP的發(fā)病機制尚未明確,但目前存在許多假說,包括免疫炎癥損傷、缺血再灌注假說、細胞凋亡及神經(jīng)元毒性假說等。有研究發(fā)現(xiàn),DEACMP的病變部位主要累及白質(zhì)、蒼白球、丘腦、紋狀體及基底節(jié)等[7-8]。因此,在CO中毒早期,通過有效診斷明確病情對于制定治療方案、評估療效及改善患者預后十分關(guān)鍵。

本研究結(jié)果顯示,與對照組比較,觀察組患者血清中的S100β、NSE、MBP及Tau蛋白等神經(jīng)因子水平均顯著升高,提示ACOP后患者普遍存在不同程度的腦損傷。MBP是中樞神經(jīng)系統(tǒng)所特有的蛋白質(zhì),能夠維持髓鞘結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定[9],當腦組織中的MBP含量發(fā)生變化時,可改變髓鞘結(jié)構(gòu)和影響髓鞘再生,若髓鞘形成過程受到缺氧及炎癥等病理因素的干擾,如出現(xiàn)ACOP時腦組織中MBP水平非常低,MBP可以釋放到腦脊液和血液中,同時細胞膜脂質(zhì)過氧化增強,導致神經(jīng)細胞脫髓鞘和繼發(fā)性神經(jīng)細胞死亡[10-11]。有研究證實DEACMP患者的血清及腦脊液中MBP明顯高于正常人群[12]。S100β蛋白主要存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)星形膠質(zhì)細胞中,是一種鈣結(jié)合蛋白,當其水平正常表達時具有神經(jīng)營養(yǎng)作用,而過度表達則可增加大腦對缺血、缺氧的易感性,產(chǎn)生神經(jīng)毒性,導致神經(jīng)元凋亡,加重腦組織損傷[13-14]。因此血清S100β水平的升高可以間接反映神經(jīng)功能的損害,當星形膠質(zhì)細胞受到損傷時,S100β蛋白可以通過血腦屏障進入血液循環(huán),其濃度變化和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的損傷程度及預后密切相關(guān)。NSE是一種在中樞神經(jīng)元細胞胞漿中特異存在的糖酵解酶,其可刺激神經(jīng)炎癥和其他神經(jīng)退行性過程,將活化的神經(jīng)膠質(zhì)細胞運送到損傷部位,刺激神經(jīng)元凋亡[15-16]。神經(jīng)元細胞因缺氧損害導致結(jié)構(gòu)破壞釋放進入血液循環(huán)中,從而使血清及腦脊液中NSE含量增加。有研究發(fā)現(xiàn)DEACMP患者血清中NSE顯著升高,并且腦損傷越重血清中的NSE含量越高[12]。故NSE能十分靈敏地反映神經(jīng)元細胞的損傷程度。Tau蛋白主要用于阿爾茨海默病的研究,但近年來的動物研究發(fā)現(xiàn),Tau蛋白還與缺血缺氧性腦損傷相關(guān)[17]。Lv等[18]研究發(fā)現(xiàn),在新生兒缺氧缺血性腦病神經(jīng)發(fā)育結(jié)局與血清Tau蛋白水平的關(guān)系中,Tau蛋白水平越高神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育越慢。Randall等[19]的研究分析了25例心臟驟?；颊叩腡au蛋白水平變化,發(fā)現(xiàn)腦組織在缺血缺氧發(fā)生后血清Tau蛋白水平快速升高,認為高靈敏度血清Tau蛋白檢測結(jié)合Tau釋放動力學可用于缺氧性腦損傷的評估和腦功能結(jié)果的預測。由于ACOP也屬于缺血缺氧性腦病范疇,Tau蛋白水平有望用于ACOP患者腦損傷程度的評估。有研究發(fā)現(xiàn),ACOP大鼠腦紋狀體MAO-B活性異常升高,可加速DA的代謝,影響DA神經(jīng)系統(tǒng)保持錐體及錐體外系運動協(xié)調(diào)的功能,同時生成的大量DA代謝產(chǎn)物具有毒性作用,進一步加重腦循環(huán)障礙和氧化應激損傷,形成惡性循環(huán)[20]。Wei等[21]研究發(fā)現(xiàn),機械通氣誘導的肺損傷通過增加ATP產(chǎn)生,激活P2Y1受體,促進海馬體中的DA釋放,加劇小鼠的腦損傷。檢測DA含量可能有助于評估CO中毒患者的腦損傷程度。本研究相關(guān)性分析結(jié)果顯示,血清中的NSE與MBP水平,DA與Tau、MBP及S100β水平,S100β與Tau及MBP水平均呈正相關(guān),即其中1個或幾個細胞因子水平升高的同時,其他血清細胞因子水平也會升高,多個相關(guān)細胞因子水平的升高提示患者腦神經(jīng)功能損傷程度也隨之加重,因此各個細胞因子水平的聯(lián)合監(jiān)測,可能對患者的病情判斷及預后有重要價值。

綜上所述,對ACOP患者早期聯(lián)合檢測血清中的NSE、MBP、Tau蛋白、DA及S100β水平,有助于早期評估患者的腦損傷程度。血清S100β、NSE、MBP及Tau蛋白水平升高是ACOP患者發(fā)生DEACMP的可能危險因素,早期聯(lián)合監(jiān)測上述血清細胞因子水平可為判斷DEACMP患者的腦損傷程度提供依據(jù)。腦電圖及頭顱影像學也為CO中毒后的腦損傷提供診斷及預后依據(jù),但本研究為單中心研究,樣本量較小,尚需進行多中心大樣本研究,進一步探討血清細胞因子在ACOP患者中的特征性表達及臨床意義。