先天性心臟病術(shù)后腦損傷生物標(biāo)志物的研究進(jìn)展

夏良鋒，安永

（重慶醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院胸心外科/兒童發(fā)育疾病研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/國家兒童健康與疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心/兒童發(fā)育重大疾病國家國際科技合作基地/兒科學(xué)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400014）

0 引言

與心臟手術(shù)（CS）相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥（NC）很常見（6.1%），在成人和兒科人群中都會導(dǎo)致發(fā)病率和死亡率的大幅增加[1,2]。盡管外科技術(shù)、體外循環(huán)（CPB）系統(tǒng)和心臟手術(shù)（CS）患者的臨床管理有所進(jìn)步，圍手術(shù)期并發(fā)癥仍然影響中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)。一項(xiàng)國外研究指出，在過去十年中，心臟手術(shù)術(shù)后發(fā)生腦血管意外的總風(fēng)險已從3.3%降至1.3%。然而，在心臟手術(shù)術(shù)后數(shù)月內(nèi)，40%的患者仍出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥[1]。術(shù)后神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥的發(fā)生是由于手術(shù)相關(guān)因素（栓塞或低灌注）對易受損傷的神經(jīng)組織造成的繼發(fā)性神經(jīng)元損傷所致。圍手術(shù)期的高熱、高血糖和全身炎癥反應(yīng)等可促使發(fā)生腦損傷。實(shí)施的心臟手術(shù)類型（冠狀動脈、瓣膜或聯(lián)合）、更復(fù)雜的升主動脈和主動脈弓手術(shù)和/或應(yīng)用的手術(shù)技術(shù)（是否使用CPB、主動脈阻斷時間、搭橋等）對術(shù)后發(fā)生腦損傷有直接影響[3]。例如，是否使用體外循環(huán)及其使用時間、體循下的血流動力穩(wěn)態(tài)對術(shù)后神經(jīng)功能結(jié)果至關(guān)重要。

大多數(shù)作者認(rèn)同術(shù)后發(fā)生腦損傷是多因素導(dǎo)致的這一觀點(diǎn)[4]。臨床神經(jīng)學(xué)表現(xiàn)取決于受損區(qū)域的范圍，范圍從智力和認(rèn)知功能的細(xì)微變化（記憶和行為障礙），到術(shù)后的遲醒、精神運(yùn)動興奮、昏迷、抽搐、運(yùn)動性輕癱甚至持續(xù)昏迷。Basel RamLawi等[5]的研究將其分為兩類：第一類包括主要的局灶性神經(jīng)事件、意識障礙和昏迷，通常由術(shù)中低灌注或栓塞現(xiàn)象引起的可識別的腦缺氧引起；2型表現(xiàn)為無局灶性損傷的證據(jù)下出現(xiàn)整體認(rèn)知缺陷，如智力減退、記憶力下降和精神錯亂，且2型的病因尚不清楚，可能是多因素的；如缺氧、體外循環(huán)時間、年齡、手術(shù)類型、術(shù)前肌酐水平，圍手術(shù)期炎癥反應(yīng)與其病理生理有關(guān)。最后，CS后的這些并發(fā)癥導(dǎo)致醫(yī)療支出增加，包括住院時間增加和進(jìn)一步的康復(fù)計劃[6]。

1 S100B蛋白

S100B蛋白是一種具有同源二聚體結(jié)構(gòu)蛋白（21 kDa），屬于鈣介導(dǎo)蛋白（S100蛋白）的多基因家族成員。S100B二聚體對中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有特異性，S100a存在于心臟和主動脈中[7]。S100B具有細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外靶點(diǎn)，對膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)元和小膠質(zhì)細(xì)胞具有自分泌和旁分泌作用。這種蛋白在中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后由星形膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)并分泌到腦脊液（CSF）中，目前被作為全身血腦屏障（BBB）功能障礙的標(biāo)志物[8]。然而，其確切功能仍然是未知的。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)梗死、創(chuàng)傷或中毒性損傷后，可觀察到血清和腦脊液中S100B水平升高[9,10]。值得注意的是，血清S100B濃度似乎受到年齡、性別、慢性高血壓、心臟切開抽吸或血液回收機(jī)的使用、體循或非體循手術(shù)以及檢測方法的影響[11-13]。體外循環(huán)期間和之后S100B蛋白的釋放與年齡和灌注時間呈正相關(guān)[12]。

2 神經(jīng)元特異性烯醇化酶

神經(jīng)元特異性烯醇化酶（neuron specific enolase,NSE）是一種參與糖酵解過程的二聚體酶，分布于神經(jīng)元和神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞中[7]。血清和腦脊液中均可檢測出NSE。動物實(shí)驗(yàn)表明，腦皮質(zhì)損傷后NSE升高[14]。NSE可有效預(yù)測心臟驟停后的神經(jīng)功能結(jié)局和存活率[15,16]。在反復(fù)嚴(yán)重頭部創(chuàng)傷和顳葉癲癇患者中NSE也會增加[17-19]。在缺血性中風(fēng)患者中，NSE的釋放與神經(jīng)功能結(jié)果和梗死體積相關(guān)[20]。體外循環(huán)心臟手術(shù)期間血清和腦脊液NSE濃度升高，術(shù)后24h恢復(fù)到基線值[21]。NSE存在于紅細(xì)胞和血小板中；因此，CPB期間的溶血和心臟切開抽吸可能導(dǎo)致NSE釋放[22]。較低的溫度可能會加重這種影響，因?yàn)樵谳p度或深低溫體外循環(huán)的心臟手術(shù)中，NSE濃度比常溫體外循環(huán)更容易增加[7]。NSE的起源一直受到質(zhì)疑；然而，一項(xiàng)早期研究表明，CPB期間腦脊液中NSE的濃度增加[23]。術(shù)后神經(jīng)認(rèn)知功能障礙與血清NSE水平之間存在顯著相關(guān)性[11]。但在主動脈瓣置換術(shù)患者中，NSE、磁共振成像病變與預(yù)后之間沒有相關(guān)性[24]。

3 Tau蛋白

Tau蛋白是一種穩(wěn)定軸突微管的微管相關(guān)蛋白，存在于大腦和脊髓中。Tau的磷酸化與神經(jīng)死亡相關(guān)，并且在阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）等神經(jīng)退行性疾病中觀察到[7]。AD患者的腦脊液中磷酸化Tau增加，可能有作為術(shù)后神經(jīng)功能結(jié)果的標(biāo)志物的潛能[25]。心臟手術(shù)圍手術(shù)期Tau蛋白升高，但其濃度可能不受心臟切開抽吸和使用血液回收機(jī)影響。一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，Tau蛋白水平在術(shù)后6h達(dá)到峰值，并在術(shù)后第4天恢復(fù)到基線水平[26]。重要的是，術(shù)后認(rèn)知障礙的患者的血清Tau水平較高[27]。

4 金屬蛋白酶

金屬蛋白酶（Met alloproteases，MMPs）是一種鋅依賴性內(nèi)肽酶，能降解所有細(xì)胞外基質(zhì)蛋白。MMPs可分為多個亞型，其中MMP-9被認(rèn)為是血腦屏障功能障礙的標(biāo)志物，因?yàn)榘准?xì)胞釋放這種肽后導(dǎo)致血管水腫[7]。重要的是，在滲漏的血管周圍MMP-9的表達(dá)是增加的[28]。腦卒中患者早期MMP-9濃度達(dá)到峰值[29]。此外，術(shù)后MMP-9的增加代表全身炎癥反應(yīng)、動脈粥樣硬化斑塊操縱引起的局部蛋白釋放、微栓塞或短暫缺血導(dǎo)致血腦屏障損傷[30]。在發(fā)生術(shù)后認(rèn)知障礙的患者中發(fā)現(xiàn)術(shù)前該指標(biāo)更高可能提示代表存在更高基線水平的炎癥狀態(tài)或與亞臨床血腦屏障功能障礙相關(guān)的無癥狀缺血區(qū)域，說明術(shù)前MMP-9更高水平的無癥狀患者比無高水平MMP-9的患者更多出現(xiàn)神經(jīng)影像學(xué)上的腦損害[31]。

5 泛素C末端羥化酶-L1

泛素C末端羥化酶-L1（Ubiquitin C terminal hydroxylase-L1，UCH-L1）是一種高度特異性的神經(jīng)元蛋白，主要分布在灰質(zhì)的胞體周圍，其分子量約為24kda，其催化功能與中樞神經(jīng)系統(tǒng)中移除錯誤折疊和氧化的蛋白有關(guān)[32]。與NSE和S100B相比，UCH-L1只有少量來自其他組織，如睪丸，這使其成為中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷的特異生物標(biāo)志物[33]。在蛛網(wǎng)膜下腔出血（SAH）患者的腦脊液中也檢測到UCH-L1。在蛛網(wǎng)膜下腔出血后的第二周內(nèi)，其濃度一直升高，且超過該濃度后，與S100B峰值相關(guān)[34]。一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，在深低溫停循環(huán)組患兒的UCHL1水平迅速升高，表明其有可能作為神經(jīng)損傷的標(biāo)志物[35]。

6 神經(jīng)膠質(zhì)纖維酸性蛋白

神經(jīng)膠質(zhì)纖維酸性蛋白（Glial fibrillary acidic protein，GFAP）是星形膠質(zhì)細(xì)胞中來自中間絲細(xì)胞骨架的單體蛋白（40-53kDa），參與星形膠質(zhì)細(xì)胞增殖、突觸可塑性、谷氨酸穩(wěn)態(tài)、神經(jīng)突起生長、髓鞘形成等過程[36]，其存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)、周圍神經(jīng)系統(tǒng)及在非神經(jīng)細(xì)胞、肌上皮細(xì)胞、軟骨細(xì)胞和成纖維細(xì)胞、心臟瓣膜和淋巴細(xì)胞中[37,38]。對血清GFAP的研究應(yīng)考慮先前或心臟手術(shù)導(dǎo)致肝損傷的影響，因?yàn)楦涡菭罴?xì)胞與星形膠質(zhì)細(xì)胞具有共同的特征，可能是污染源[39]。嚙齒類動物腦缺血和神經(jīng)毒性損傷的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵呀?jīng)證明膠質(zhì)纖維酸性蛋白在星形膠質(zhì)細(xì)胞增生中增加，這一事實(shí)支持膠質(zhì)纖維酸性蛋白濃度作為腦損傷的敏感標(biāo)志物的使用[40]。GFAP已在其他急性腦損傷疾病（中風(fēng)、TBI、蛛網(wǎng)膜下腔出血）中進(jìn)行了研究，觀察到所有病例中的生物標(biāo)志物水平均增加[41]。一項(xiàng)先天性心臟手術(shù)領(lǐng)域的前瞻性觀察研究[42]發(fā)現(xiàn)在接受體外循環(huán)修復(fù)先天性心臟異常的兒童中觀察到GFAP顯著增加，且觀察到GFAP濃度與旁路時間、主動脈阻斷時間和心臟手術(shù)中使用的低溫呈正相關(guān)，可推測GFAP可能是心臟手術(shù)后急性腦損傷的特異性生物標(biāo)志物。

7 神經(jīng)絲

神經(jīng)絲（Neurofilaments，NF）參與構(gòu)成最豐富的神經(jīng)細(xì)胞骨架蛋白，由整合在神經(jīng)元和軸突細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)中的不同亞單位組成，廣泛參與同其他細(xì)胞骨架成分相互作用[43]。Nf容易在許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病中積聚[44]。高分子量神經(jīng)絲亞單位（pNfH）的次磷酸化形式增加其對蛋白酶分解的抵抗力，使其容易被檢測到并可用作生物標(biāo)志物[45]。Siman等[46]的初步研究將pNFH作為急性腦損傷的一種新標(biāo)志物。與UCH-L1一樣，pNFH水平在建立循環(huán)或主動脈阻斷后12～36h內(nèi)均勻升高。

此外，在神經(jīng)危重癥患者的研究中，髓鞘堿性蛋白[47]、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子、腎上腺髓質(zhì)素、激活素A等生物標(biāo)志物也反應(yīng)腦損傷的情況,但目前尚缺乏足夠的證據(jù)說明其與心臟術(shù)后相關(guān)[48]。

8 結(jié)語

目前有關(guān)圍手術(shù)期神經(jīng)相關(guān)生物標(biāo)志物的研究已取得一定進(jìn)展。遺憾的是，尚未出現(xiàn)可以用于推薦的完全適用于心臟術(shù)后腦損傷的生物標(biāo)志物的統(tǒng)一意見。有的腦損傷發(fā)生后其癥狀可能是多變或不典型的，不同研究之間在診斷時缺乏共識，即使都實(shí)施類似的心臟手術(shù)，但個體差異也可能是其變化的原因。腦損傷生物標(biāo)志物可為醫(yī)師提供體術(shù)后發(fā)生腦損傷的客觀數(shù)據(jù)，為是否采取相關(guān)腦保護(hù)措施提供依據(jù)；其次，也可以作為了解發(fā)生腦損傷嚴(yán)重程度等相關(guān)研究提供新的方向。