創(chuàng)傷后癲癇生物標(biāo)志物研究進(jìn)展

【摘要】 生物標(biāo)志物是指可以作為正常生理過程、病理過程或?qū)Ψ磻?yīng)指標(biāo)進(jìn)行客觀測(cè)量的指標(biāo)，具有非常廣泛的用途，如疾病診斷、判斷疾病分期、評(píng)價(jià)新藥或新療法的安全性與有效性等。創(chuàng)傷后癲癇（PTE）作為創(chuàng)傷性顱腦損傷（TBI）后最為嚴(yán)重的并發(fā)癥已經(jīng)嚴(yán)重影響到國(guó)民健康，理應(yīng)得到所有人的重視。本文總結(jié)的PTE生物標(biāo)志物包括血漿/血清和腦脊液分子生物標(biāo)志物、影像學(xué)生物標(biāo)志物和電生理生物標(biāo)志物，以期更加完善關(guān)于PTE的科學(xué)研究，并為其客觀評(píng)定提供思路。

【關(guān)鍵詞】 癲癇發(fā)生；外泌體；生物標(biāo)記物；microRNA；創(chuàng)傷性腦損傷

【中圖分類號(hào)】 R651 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】 A 【文章編號(hào)】 1672-7770（2024）05-0584-04

Research progress on biomarkers for post-traumatic epilepsy WANG Yong， XIE Yabin， ZHANG Chunyang， SHAO Guo， LI Ye， TONG Linghong， DONG Yanfang. Baotou Medical College， Inner Mongolia University of Science and Technology， Baotou 014010， China

Corresponding authors： DONG Yanfang， XIE Yabin

Abstract： Biomarkers are indicators that can be used as objective measures of normal physiological processes， pathological processes， or indicators of response， and have a very wide range of uses， such as diagnosis， disease staging， evaluation of the safety and efficacy of new drugs or treatments and so on. Post-traumatic epilepsy（PTE）， as the most serious complication after traumatic brain injury（TBI）， has seriously affected human health and deserves everyone’s attention. The PTE biomarkers summarized in this paper include plasma/serum and cerebrospinal fluid molecular biomarkers， imaging biomarkers and electrophysiological biomarkers， in order to improve the scientific research on PTE and provide ideas for its objective evaluation.

Key words： seizures; exosome; biomarker; microRNA; traumatic brain injury

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（81960238，82160250）

作者單位：014010 包頭，內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭醫(yī)學(xué)院（王勇）；內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院神經(jīng)外科（王勇，張春陽，李燁，佟凌虹，董艷芳）；內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭醫(yī)學(xué)院（謝雅彬）；深圳市龍崗區(qū)第三人民醫(yī)院（邵國(guó)）

通信作者：董艷芳，謝雅彬

近幾十年來，中國(guó)國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，交通、建筑等行業(yè)蓬勃發(fā)展。伴隨著這一發(fā)展，創(chuàng)傷性顱腦損傷（traumatic brain injury，TBI）的發(fā)病率也隨之增加，進(jìn)而導(dǎo)致了創(chuàng)傷后癇性發(fā)作（posttraumatic seizures，PTS）的增加。PTS已成為全球神經(jīng)科醫(yī)生面臨的新挑戰(zhàn)，一旦任由PTS進(jìn)展，患者便會(huì)從偶發(fā)驚厥發(fā)展到頑固的創(chuàng)傷后癲癇（posttraumatic epilepsy，PTE）^［1］。全球的研究人員正在積極尋找新的方法來探索導(dǎo)致驚厥事件的高危因素。為了有效地規(guī)避導(dǎo)致PTE的危險(xiǎn)因素，降低其發(fā)病率，首先要對(duì)PTE的臨床特征進(jìn)行研究。PTE根據(jù)受傷后發(fā)作的時(shí)間可分為3類^［2］：24 h內(nèi)發(fā)生的稱為即刻發(fā)作；早期發(fā)作出現(xiàn)在24 h到一周之間；而1周后為遲發(fā)性發(fā)作；如果反復(fù)發(fā)作則可確診為PTE。需要明確的是，將創(chuàng)傷后的單次癇性發(fā)作定義為PTE是不恰當(dāng)?shù)?，因?yàn)槟軌蛞l(fā)癇性發(fā)作的因素很多。PTS與PTE之間的這種差異對(duì)癲癇的診斷、預(yù)后及治療產(chǎn)生直接影響^［3］。PTE目前已成為TBI后患者致殘及死亡的主要原因^［4］。在司法及保險(xiǎn)理賠領(lǐng)域，PTE致傷致殘的評(píng)定等級(jí)很高^［5］，一般可達(dá)四級(jí)傷殘。但是目前尚無臨床治療方法可用于阻止或緩解高?；颊叩陌d癇發(fā)生或緩解診斷后的癲癇病程。因此，能夠發(fā)現(xiàn)有利于預(yù)測(cè)、診斷及評(píng)估PTE預(yù)后的生物標(biāo)記物就顯得尤為必要。基于PTE的臨床及病理機(jī)制特點(diǎn)，其生物標(biāo)志物大致可分為以下三類：（1）血液及腦脊液中生物標(biāo)記物；（2）神經(jīng)電生理生物標(biāo)記物；（3）磁共振影像生物標(biāo)記物?，F(xiàn)根據(jù)上述類別對(duì)PTE的生物標(biāo)記物研究進(jìn)展綜述如下。

1 血液及腦脊液中生物標(biāo)記物

相較于其他的生物標(biāo)記物，血液和腦脊液易于獲得，可檢測(cè)的項(xiàng)目也比較豐富，在血細(xì)胞或細(xì)胞外囊泡中存在著多種循環(huán)和腦脊液來源的生物標(biāo)記物，它們存在于不同的體液成分中，有些可以與蛋白質(zhì)相結(jié)合。這些體液成分還可以攜帶有關(guān)生物標(biāo)志物的來源和功能的信息。因此，可以根據(jù)定位區(qū)間劃分TBI、癲癇和PTE生物標(biāo)志物的數(shù)據(jù)。

1.1 外泌體中miRNA 目前已經(jīng)有研究在輕度、中度和重度TBI中循環(huán)或腦脊液miRNA/（noncoding RNA，ncRNA）作為其生物標(biāo)志物的潛力，而循環(huán)和腦脊液miRNA/ncRNA作為癲癇生物標(biāo)志物的潛力也得到了獨(dú)立研究。這些數(shù)據(jù)可以用來評(píng)估TBI和癲癇之間是否存在共同的循環(huán)或腦脊液miRNA和ncRNA特征，其中miRNA是最具有研究前景的外泌體組分之一。miRNA是長(zhǎng)度約為22個(gè)核苷酸（nt）的非編碼RNA^［6］。miRNA分布廣泛，不僅能在組織中檢測(cè)到，而且在體液中也檢測(cè)到，如血漿和血清、腦脊液（CSF）、尿液、唾液、母乳、精液和眼淚^［7］，這些miRNA統(tǒng)稱為循環(huán)miRNA（circulating miRNA，cimiRNA）。所有已知的miRNA中，有70%在大腦中表達(dá)，有些是大腦特異性的^［8］。有研究發(fā)現(xiàn)^［9］，在癲癇患者切除的海馬體中，miRNA-134上調(diào)，其耗竭具有抗癲癇作用。由于miRNA表達(dá)與癲癇之間存在雙向因果關(guān)系，并且存在cimiRNA，因此可以合理地假設(shè)miRNA可以作為生物標(biāo)志物，有助于確定癲癇的診斷或預(yù)測(cè)治療結(jié)果^［10］。與其他RNA不同的是，cimiRNA具有顯著的抗降解性，它們可以主動(dòng)釋放，也可以作為細(xì)胞死亡的結(jié)果釋放。但是這些不同的釋放形式對(duì)分析前樣品制備和分析過程本身提出了挑戰(zhàn)，因?yàn)榉治鼋Y(jié)果在很大程度上取決于輸入樣品的類型、RNA提取技術(shù)和檢測(cè)方法^［7］。除了已經(jīng)有大量不同的miRNA之外，異構(gòu)體的存在也增加了另一個(gè)層次的復(fù)雜性。異構(gòu)粒是miRNA的變體，其序列和/或長(zhǎng)度不同，通過替代切割、RNA編輯或非模板化核苷酸加成產(chǎn)生^［11］。在癲癇中，迄今為止還沒有關(guān)于異構(gòu)粒的研究。

1.2 血腦屏障損傷后因子 出血和血腫是PTE發(fā)生損傷的基礎(chǔ)^［12］。從一過性的血腦屏障（blood-brain barrier，BBB）通透性增加和腦內(nèi)微血管破裂到硬膜下和腦實(shí)質(zhì)出血，上述均為TBI后會(huì)出現(xiàn)的各種不同程度的顱腦出血性損傷，尤其是BBB的破壞。BBB是由腦的毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞/周細(xì)胞和神經(jīng)膠質(zhì)末梢組成，它們共同組成分離血液和腦組織的功能單元^［13］。BBB可以保護(hù)神經(jīng)元免受血液中毒素的侵害，并調(diào)節(jié)血液成分進(jìn)出大腦細(xì)胞外空間的通道。腦水腫和血管痙攣是重型TBI的標(biāo)志，而應(yīng)激或損傷的內(nèi)皮細(xì)胞會(huì)增加血管內(nèi)皮特異性糖蛋白血管性血友病因子（ von Willebrand factor，vWF ）的表達(dá)。有研究發(fā)現(xiàn)，小鼠實(shí)驗(yàn)性腦出血后，上調(diào)vWF的處理導(dǎo)致周細(xì)胞丟失，BBB完整性受損，血腫周圍水腫更嚴(yán)重^［14］。Suidan等^［15］的研究發(fā)現(xiàn)，vWF可以通過缺氧和毛果蕓香堿誘導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)性癲癇發(fā)作釋放到血漿中。然而，vWF作為BBB損傷和/或伴隨缺氧的診斷生物標(biāo)志物的統(tǒng)計(jì)學(xué)性能尚未得到檢驗(yàn)。在一些實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃腿祟怭TE中^［16-18］，BBB受損會(huì)增加癲癇發(fā)作易感性。這些數(shù)據(jù)產(chǎn)生了一個(gè)假設(shè)，即PTE的分子標(biāo)志物可能起源于BBB本身，而不僅僅是腦組織衍生的物質(zhì)。

1.3 蛋白質(zhì)生物標(biāo)記物 在癲癇研究領(lǐng)域，蛋白質(zhì)生物標(biāo)志物已被用于區(qū)分癲癇患者與對(duì)照組的患者。大多數(shù)研究集中于不同的腦源性蛋白，研究較多的是補(bǔ)體。6種補(bǔ)體分析物（ C3、C4、蛋白多糖、H因子、C1抑制劑、聚集素）被證明有助于區(qū)分癲癇患者和對(duì)照^［19］。顱腦穿透性傷更易出現(xiàn)PTE^［20］，其可能機(jī)制在于硬腦膜的破損會(huì)損傷、破壞成纖維細(xì)胞，然后釋放結(jié)構(gòu)蛋白、膠原蛋白、網(wǎng)狀纖維和糖胺聚糖進(jìn)入腦脊液和體循環(huán)。此外，腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子也可用于區(qū)分癲癇發(fā)作次數(shù)較多的患者^［21］。因此蛋白質(zhì)生物標(biāo)志物為識(shí)別繼發(fā)性損傷過程中的特殊病理改變及其時(shí)間特征提供了可靠和客觀的手段，進(jìn)而為治療干預(yù)提供了機(jī)會(huì)，可以限制損傷，改善功能恢復(fù)，并防止損傷引起的慢性疾病。

1.4 炎癥因子 炎癥是損傷后的基本防御機(jī)制，也是中、重度TBI潛在的致病機(jī)制^［22］。事實(shí)上，神經(jīng)炎癥也是PTE發(fā)生發(fā)展的主要病理機(jī)制之一^［23］。神經(jīng)炎癥可能在維持PTE方面發(fā)揮重要作用，因?yàn)榘d癇發(fā)作可以增加BBB通透性，允許外周免疫細(xì)胞進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)并釋放炎癥分子，從而導(dǎo)致惡性循環(huán)。此外，自身免疫對(duì)PTE的影響也不容忽視。重型TBI會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的腦組織損傷，將腦細(xì)胞內(nèi)外的蛋白質(zhì)釋放到間質(zhì)、腦脊液和體循環(huán)中，而這些蛋白質(zhì)及其降解產(chǎn)物可以引發(fā)免疫反應(yīng)^［24］。有研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)合自身免疫反應(yīng)，神經(jīng)炎癥可能是癲癇發(fā)生和維持PTE的最重要病理機(jī)制^［25］。

1.5 遺傳因素 目前只有少數(shù)研究報(bào)告了遺傳因素對(duì)人類PTE和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的影響。Kumar等^［26］的研究報(bào)道了谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因SLC1A1和SLC1A3突變與TBI后癲癇風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)，星形膠質(zhì)谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的遺傳變異可以使重度顱腦損傷后癲癇發(fā)作和PTS風(fēng)險(xiǎn)增高。Diamond等^［27］發(fā)現(xiàn)腺苷調(diào)控周期的遺傳變異與PTE發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)，同時(shí)編碼腺苷激酶（一種將腺苷磷酸化為單磷酸腺苷的酶）的ADK基因的特異性變異和編碼5′-核苷酸酶的NT5E基因也會(huì)影響TBI后癲癇發(fā)生的快速進(jìn)展。目前，遺傳因素可被評(píng)估為TBI后癲癇發(fā)生的預(yù)后生物標(biāo)志物，可被用于指導(dǎo)臨床醫(yī)生更密切地監(jiān)測(cè)TBI后有癲癇發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的個(gè)體，豐富抗癲癇發(fā)生試驗(yàn)的患者群體，并觀察預(yù)測(cè)/藥效學(xué)/反應(yīng)生物標(biāo)志物的性能，以預(yù)測(cè)攜帶不同遺傳變異的患者亞群對(duì)治療的反應(yīng)。

2 神經(jīng)電生理生物標(biāo)記物

自19世紀(jì)初以來，科學(xué)家們已經(jīng)應(yīng)用神經(jīng)生理學(xué)平臺(tái)來監(jiān)測(cè)正常和患病的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的活動(dòng)，Berger在1924年首次記錄了人類腦電圖（electroencephalogram，EEG）^［28］。此后，EEG通常用于確診癲癇^［29］，然而其敏感性有限；約1/3癲癇患者總是顯示發(fā)作間期癲癇樣放電（interictal epileptiform discharges，IED），約60%偶爾會(huì)顯示IED，8%在30 min常規(guī)EEG掃描中從未顯示IED^［30］。因此，即便使用激發(fā)方法（如睡眠剝奪、過度換氣和光刺激等）重復(fù)進(jìn)行EEG掃描，也會(huì)在相當(dāng)一部分患者群體中錯(cuò)過IED；而在神經(jīng)系統(tǒng)患者中，EEG的特異性也限制在88%^［31］。美國(guó)加州大學(xué)的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，可將高頻振蕩（80～500 Hz）作為癲癇動(dòng)物模型中（包括側(cè)向液壓沖擊傷）致癇性和癲癇發(fā)生的生物標(biāo)志物^［32］。但是，使用大型動(dòng)物的PTE研究仍然有限，在理想情況下，針對(duì)PTE的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的大腦應(yīng)盡量類似人類大腦。有研究團(tuán)隊(duì)使用豬作為PTE的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型^［33］，對(duì)其進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)13個(gè)月的長(zhǎng)程視頻EEG檢測(cè)并描述了檢測(cè)方法。盡管EEG中的癲癇樣活性幾十年來一直被用作癲癇的診斷生物標(biāo)志物，但EEG在癲癇發(fā)生的生物標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)中的應(yīng)用卻一直很少，這可能與使用成本、對(duì)患者進(jìn)行長(zhǎng)期記錄的實(shí)用性以及需要分析大量數(shù)據(jù)相關(guān)的挑戰(zhàn)有關(guān)。

3 磁共振影像生物標(biāo)記物

核磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）作為一項(xiàng)無創(chuàng)并安全的臨床檢查方法，易于轉(zhuǎn)化為臨床癲癇發(fā)病研究，其作為生物標(biāo)志物分析平臺(tái)的價(jià)值可謂巨大。然而，目前只有少數(shù)PTE的實(shí)驗(yàn)和臨床研究將磁共振影像應(yīng)用于生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)。Huttunen等^［34］假設(shè)功能性MRI（functional MRI，fMRI）可用于識(shí)別損傷后癲癇發(fā)生過程中具有過度興奮性的大腦區(qū)域，他們將大鼠隨機(jī)分為假手術(shù)對(duì)照組和TBI組。在假手術(shù)組作為的實(shí)驗(yàn)對(duì)照中，戊四氮（pentylenetetrazole，PTZ）誘導(dǎo)的血氧水平依賴性信號(hào)（blood oxygenation level-dependent，BOLD）的激活首先出現(xiàn)在雙側(cè)皮層中。相比之下，在56%的TBI大鼠中，PTZ誘導(dǎo)的BOLD信號(hào)始于同側(cè)病灶周圍區(qū)域，隨后是對(duì)側(cè)皮層的激活。在其余44%的TBI大鼠中，BOLD信號(hào)則類似于假手術(shù)對(duì)照組，開始于雙側(cè)。這些發(fā)現(xiàn)表明，病灶周圍皮層對(duì)TBI后PTZ誘導(dǎo)的過度興奮敏感，提示腦創(chuàng)傷病灶周圍致癇區(qū)的演變。而TBI后BBB破壞的嚴(yán)重程度（即其滲透性）也被認(rèn)為是 PTE發(fā)生后有希望的預(yù)后生物標(biāo)志物。有研究小組證明^［35］，利用動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)核磁共振成像（synamic contrast enhanced MRI，DCE-MRI）的參數(shù)體積轉(zhuǎn)移系數(shù)（Ktrans）值可以定量測(cè)量BBB破壞后的滲透性，評(píng)估BBB的功能障礙。可以合理推測(cè)損傷部位BBB功能障礙可能是TBI后癲癇發(fā)生的預(yù)后生物標(biāo)志物。

4 總 結(jié)

有價(jià)值的生物標(biāo)志物可以在多數(shù)情況下將健康受試者與患者區(qū)分開來。鑒于PTE的發(fā)病機(jī)制多與TBI重疊，導(dǎo)致二者之間患者體內(nèi)細(xì)胞微環(huán)境改變較難區(qū)分，一方面由于腦損傷的原因多且復(fù)雜，導(dǎo)致單一指標(biāo)特異性不高；另一方面由于臨床檢測(cè)手段局限等原因，使得各種體液來源的生物標(biāo)志物應(yīng)用于臨床尚需時(shí)日。由此可見，比較已發(fā)表的TBI和癲癇研究之間的miRNA等體液來源的生物標(biāo)志物特征是復(fù)雜而艱難的。為了克服這些挑戰(zhàn)，美國(guó)國(guó)家神經(jīng)疾病和中風(fēng)研究所（National Institute of Neurological Disorders and Stroke，NINDS）資助的抗癲癇治療癲癇生物信息學(xué)研究（EpiBioS4Rx）聯(lián)盟首次嘗試協(xié)調(diào)臨床前程序，以發(fā)現(xiàn)PTE的分子、電生理和MRI生物標(biāo)志物^［36］。例如，聯(lián)盟已經(jīng)應(yīng)用了關(guān)于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)化血液采樣^［37］和MRI^［38］協(xié)議。MRI可以確認(rèn)或排除潛在致癇性病變的存在^［39］。然而，所有大腦皮層病變均可（并非一定）引起癲癇，因此影像學(xué)檢查結(jié)果不具有特異性，相當(dāng)大比例的癲癇患者最終的MRI結(jié)果尚無定論^［40］?，F(xiàn)階段，不論是何種類型的癲癇發(fā)作，還是需要使用傳統(tǒng)診斷方式EEG、神經(jīng)影像學(xué)檢查及臨床病史來明確?？傮w而言，對(duì)PTE的生物標(biāo)志物研究發(fā)現(xiàn)還處于早期階段，但隨著對(duì)疾病及生物標(biāo)志物的深入認(rèn)識(shí)、大樣本的實(shí)驗(yàn)及各種精密檢驗(yàn)儀器不斷涌現(xiàn)，相信在不久的將來可以找到更加便捷、客觀的生物標(biāo)志物指標(biāo)。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：王勇、李燁、佟凌虹負(fù)責(zé)起草、修改論文；謝雅彬、邵國(guó)負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)論文框架、指導(dǎo)撰寫論文；張春陽、董艷芳負(fù)責(zé)擬定寫作思路、指導(dǎo)撰寫論文。

［參 考 文 獻(xiàn)］

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（收稿2023-06-01 修回2023-07-20）