顱腦創傷生物標記物的研究進展

王萍 梁肖肖 涂悅

【摘要】顱腦創傷（Traumatic Brain Injury，TBI）是目前世界范圍內發生率高、死亡率高、致殘率高的常見疾病，嚴重威脅著人類的健康和生命，給家庭和社會帶來了沉重的負擔，對TBI的嚴重程度及預后的評估早已成為國內外醫學界的研究熱點。通常僅能依靠神經系統檢查和計算機斷層掃描（CT），來進行簡單的病情評估，評估方法是非常有限的。但最新的研究表明，TBI生物標志物檢驗有潛力評估TBI的嚴重程度并預測其可能的預后結果。

【關鍵詞】TBI；預后評估；生物標記物

【中圖分類號】R153 【文獻標識碼】A 【文章編號】ISSN.2095-6681.2019.6..02

TBI簡述：TBI是目前世界范圍內導致患者死亡和殘疾的最常見病因，發生率高達56/10萬～836/10萬[1]，是由一系列物理力量，包括墜落傷、車禍、暴力等造成。它不是一個單一的疾病，是由這些物理力量的不同機制和強度，引起廣泛的大腦功能、細胞和分子的變化，而二次損傷是由一系列的炎癥反應、生化和細胞變化引起的神經細胞凋亡和死亡，破壞血腦屏障等[2]。長期的研究結果顯示，對于許多患者而言，創傷性腦損傷的概念是可以轉化為慢性健康狀況，代表了多種神經系統疾病的風險因素，包括癲癇、中風、和神經退行性疾病[3]，許多幸存者，甚至是一些看似輕微的損傷，可能會造成永久性殘疾且需要長期的康復。因此對創傷性腦損傷預后的評估就顯得尤為重要。

1 目前研究最多、最有應用價值的顱腦創傷生物標記物有以下幾種

1.1 S100β蛋白

S100β是一種胞內11KDa的鈣結合蛋白，主要存在于中樞神經系統的星形膠質細胞和雪旺細胞的細胞質中，因為它的分子大，不能通過完整的血腦屏障。他不是腦內特有的蛋白，也存在于其他非神經組織中，主要在黑素細胞、脂肪組織、軟骨、骨、肝臟、和肌細胞中，若中樞神經系統和循環系統的S100β在同一基線測量時，他們的濃度變化可以用來評估中樞神經系統的損傷程度，在早期能很好的預測顱腦創傷的嚴重程度[4]。研究發現顱腦創傷患者的血清中S100β的測量值與格拉斯昏迷評分、格拉斯哥預后評分呈負相關，在顱腦創傷急性期獲得的測量值，能預測顱腦創傷患者長期的認知功能。腦損傷后的生化反應引起神經膠質激活，增加了血液和腦脊液中S100β的水平，這種濃度和細胞變化是兩個主要變量，確定細胞外S100β發揮營養或毒性作用，過多的S100β會增加小膠質和星形膠質細胞的激活，以及神經細胞的死亡，釋放S100β可以刺激產生與氧化應激相關的酶和炎性實體，S100β不僅可以作為顱腦創傷的生物標志，降低S100β也可以作為一個潛在的治療目標。

1.2 神經元特異性烯醇化酶（neuron-specific enolase，NSE）

烯醇化酶是一種糖酵解酶，催化2-磷酸甘油酯轉化為磷酸烯醇丙酮酸，烯醇化酶有三種同工酶：烯醇化酶α普遍存在，烯醇化酶β是肌肉特異性酶，烯醇化酶γ具有神經元特異性，是一種多功能蛋白，在神經元胞漿中特別豐富，特異性的位于神經元、神經內分泌組織，研究發現，NSE幾乎存在于所有類型的神經元中，但他也可以存在于紅細胞和血小板中，因此其測量值也受溶血過程的影響。NSE的表達和活性在神經元和膠質細胞的激活和損傷時升高，這是顱腦創傷后造成神經退行性疾病的主要因素。血清NSE是一種有效的、簡單的生物標記物檢測，可以在無創途徑下判斷神經元的損傷程度。顱腦創傷發生后，神經細胞中NSE的表達和活性明顯上調，表明它在損傷后的炎癥反應中發揮一定的作用，然而NSE也具有廣泛的神經營養特性，是神經細胞存活所必需的，對神經元存活有調節作用，NSE是多種中樞神經系統疾病神經變性和再生的有價值的生物標志物。

1.3 神經膠質原纖維酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）

GFAP是一種單體50KDa的中間絲蛋白，由星形膠質細胞完全表達的，和星形膠質細胞的細胞骨架有著至關重要的關系，是許多中樞神經系統細胞類型結構的中間絲蛋白，是TBI的重要生物標志物，與TBI的嚴重程度程正相關。研究表明測定GFAP和泛素C末端水解酶L1對TBI具有較高的靈敏度和預測價值，對于輕型顱腦創傷患者減少CT掃描有潛在的臨床作用。與健康人的CT相比，輕型顱腦創傷患者中CT異常的患者血清中GFAP升高，在顱腦創傷后檢測GFAP較S100B明顯，特別是在顱骨骨折的患者中。膠質細胞在神經元損傷時被激活和增殖（膠質增生），在星形膠質細胞骨架損傷后激活釋放GFAP，在體內和體外很容易受到鈣蛋白酶修飾，并可能存在42或38 kDa的GFAP分解產物GFAP-BDP，中重度TBI患者腦脊液和血清中GFAP和GFAP-BDP均升高，顱腦損傷后免疫反應的自身抗體能夠識別GFAP和GFAP-BDP，抗GFAP抗體陽性可能作為一種新穎的亞急性和慢性人類的創傷性腦損傷的生物標志物。

1.4 半胱氨酸蛋白酶抑制劑（Cystatin，CST）

顱腦創傷后缺血缺氧導致線粒體功能障礙積累乳酸、鈣離子和使ATP減少，導致ATP依賴性離子泵和谷氨酸攝取障礙，TBI后細胞死亡的主要原因是在原發性損傷后，突觸中興奮性氨基酸谷氨酸的過度堆積，谷氨酸通過超載鈣離子激活突觸后離子型谷氨酸受體，而細胞內Ca2+增加的直接效應之一是半胱氨酸蛋白酶的激活，它能破壞細胞骨架蛋白，如神經絲蛋白和微管相關蛋白和膠質纖維酸性蛋白（GFAP），而TBI后的細胞死亡，正是激活了半胱氨酸蛋白酶，從而導致神經元和少突膠質細胞死亡，而CST可以抑制溶酶體分泌半胱氨酸蛋白酶，顱腦創傷后CST在非常早的時間點表達，可以在早期評估TBI的嚴重程度，被認為是一種潛在的生物標志。

2 展 望

我們在臨床上對于患者嚴重程度的判斷最常用的就是CT，而CT 對患者的輻射傷害也是不容忽視的，尤其是在兒童中，生物標記物的出現與檢測可以在一定程度上減少這種傷害，尤其是對輕型顱腦創傷患者。迄今為止利用外周血，對于顱腦創傷的生物檢測并沒有一個確切的標準，但將TBI的生物標志物作為評估TBI嚴重程度和預后的工具是很有前途的，單一的生物標記物可能缺乏準確性和特異性，聯合每種生物標記物變化的特征可能用于指導臨床的治療。TBI生物標記物也可以為臨床研究者提供顱腦創傷后的損傷機制和藥物靶點識別。隨著科技的迅猛發展，基于生物流體的蛋白質生物標志物檢測技術也在快速發展，在TBI預后評估和治療方面提供新的依據，是未來發展的新趨勢，將會有非常可觀的研究前景。

參考文獻

[1] Lawrence F.Marshall.Head Injury： Recent Past，Present， and Future[J].Neurosurgery，2000，47（3）.

[2] Amorini AM，Lazzarino G，Di Pietro V，Signoretti S，Lazzarino G，Belli A，et al.Metabolic，enzymatic and gene involvement in cerebral glucose dysmetabolism after traumatic brain injury[J].Biochim Biophys Acta，2016，1862：679-87.

[3] Wilson Lindsay，Stewart William，Dams-O'Connor Kristen et al.The chronic and evolving neurological consequences of traumatic brain injury[J].Lancet Neurol，2017，16（10）：813-825.

[4] Thelin Eric Peter，Jeppsson Emma，Frostell Arvid，et al.Utility of neuron-specific enolase in traumatic brain injury；relations to S100B levels，outcome，and extracranial injury severity[J].Crit Care，2016，20：285.

本文編輯：劉欣悅