弥漫性轴索损伤后继发性脑损伤与神经保护治疗的研究进展

宋锦宁，李 宇

(西安交通大学医学院第一附属医院神经外科，陕西西安 710061)

◇专家述评◇

弥漫性轴索损伤后继发性脑损伤与神经保护治疗的研究进展

宋锦宁，李 宇

(西安交通大学医学院第一附属医院神经外科，陕西西安 710061)

弥漫性轴索损伤(diffuse axonal injury, DAI)是一个进行性的病理生理变化，主要的脑损伤发生于继发性损伤(secondary injury, SI)阶段。因此，SI是影响患者病情及预后的重要因素。目前，有关SI病理机制的研究表明，DAI后神经元的SI涉及神经元及轴膜的离子平衡紊乱、沃勒变性、轴膜通透性改变、线粒体损伤及能量代谢障碍、免疫炎症反应以及氧化应激损伤等多种损伤机制。这些SI机制相互作用相互影响，是最终导致DAI后神经元变性、甚至坏死和凋亡以及轴突继发性断裂的关键原因。虽然临床上对DAI患者的治疗目前无突破性进展，仍采用一般性治疗、亚低温以及神经营养等手段。但新近研究显示，有一些动物的体内或体外实验为DAI后的SI提供了潜在的治疗靶点，如钙离子拮抗剂、轴膜保护及修复药物、钙依赖的蛋白水解酶抑制剂、氧化应激抑制剂以及免疫抑制剂等。进一步阐明DAI后钙离子平衡紊乱、轴浆运输中断、线粒体损伤及能量代谢障碍、免疫炎症反应等SI的相关分子机制，以及这些多因素导致的DAI病理机制相互间的关系，将对减轻或阻断DAI后发生SI，加强神经保护与修复，以及为未来突破DAI的治疗瓶颈均具有重要意义。

脑外伤；弥漫性轴索损伤；继发性损伤；神经保护；治疗

弥漫性轴索损伤(diffuse axonal injury, DAI)是脑外伤(traumatic brain injury, TBI)中一种常见且十分危重的类型。该疾病自1956年由STRICH等[1]首次报道至今，人类虽然对DAI发生机制的研究已取得了许多成果，同时临床上随着影像技术的提高及对该疾病的进一步认识，对DAI的诊断已有了明显进步，然而对该疾病的治疗仍未取得较好的突破，DAI患者的死亡率与重残率仍然偏高，预后极差。因此，进一步揭示DAI发生、发展的病理机制与变化规律，将对DAI后神经保护及指导治疗具有重要意义。近10多年来围绕DAI的损伤机制的研究已逐渐从结构病理观察转向功能性研究。随着体外模型的建立，能更加直接地观察机械外力作用神经元轴突后的损伤过程，并更加便利地去研究相关的分子机制。目前的大量研究显示，造成DAI不良预后的主要原因是继发性损伤(secondary injury, SI)阶段轴突的广泛的变性以及断裂过程，这其中包括了各种原因导致的钙浓度平衡紊乱而引起的细胞骨架水解，以及轴浆运输中断导致的沃勒变性(Wallerian degeneration, WD)。另一方面，近来学者研究发现DAI后的线粒体损伤及谷氨酸介导的损伤，同样将造成神经元的坏死及凋亡[2-3]。因此，DAI虽然是轴突在机械应力作用下产生的损伤，但实际上该损伤不仅仅局限于轴突，同样可导致神经元的死亡。针对DAI后SI的病理生理变化与分子机制的深入研究，并进一步探索及完善SI的治疗策略，将为攻克DAI治疗这一难题提供重要方向。

1 SI及其病理特点

DAI按时间可划分为两部分，即原发性损伤和SI阶段[4-5]。原发性脑损伤是指损伤当时由机械力直接作用所导致的脑组织损伤，仅仅发生于机械外力作用的即刻时间段中。SI是在原发性脑损伤的基础上，由多种因素所引起的逐渐出现的脑组织损伤，包含了大量的细胞及组织层面的事件，最终导致轴突进行性变性及断裂[6-7]、神经元的坏死及凋亡[8]、炎症反应[9]、缺血缺氧损伤[10-11]、脑血流改变等[11-12]。其中DAI后SI阶段中最具特异性和重要的病理生理改变是轴突广泛进行性变性及断裂，实验研究发现DAI损伤后立即作病理学检查，在显微镜下未发现轴索断裂，也未能检出DAI特征的典型病理变化即轴索回缩球(retraction balls, RBs)的形成，这说明轴索的变性及断裂过程并非发生于原发性损伤阶段。DAI的损伤是一个进行性的病理生理变化，主要的损伤发生于SI阶段[13-14]。由于SI是影响患者病情及预后的重要因素，因此如何预防SI的发生、并降低SI的程度是整个DAI治疗过程中十分关键的步骤。

对于DAI后SI的病理特点，在轴突部位主要表现为髓鞘结构的破坏及脱失、轴突的肿胀或断裂，RBs形成。而对于神经元或胶质细胞，并不具有特异性的形态学变化，主要表现为神经元细胞死亡的形态学改变，炎症反应导致的胶质细胞聚集。因此，在损伤后，HE染色无法观察到特异性的形态学改变；采用特殊染色法如镀银染色，可见损伤后的轴索神经纤维髓鞘脱失，轴索屈曲呈波浪状或串珠样改变[15-16]，但镀银染色仅可观察到伤后5 h以后的病理改变。对于更早期的病理改变需要在电子显微镜下观察，电镜观察结果显示DAI并非损伤即刻由剪应力直接造成轴索的牵拉变性或撕裂，而是一个逐渐发展的病理过程，大约在伤后3～24 h之间发生，因此称为迟发性轴索断裂[17]。对DAI后的脑组织进行电镜观察，发现轴突的主要变化为：轴膜的局部损伤造成轴膜通透性改变，轴突内线粒体肿胀聚集形成RBs和(或)RBs之间轴突内径的局限性变细，轴索内微管的消失和神经丝由早期的聚集到侧臂的丢失，结节间轴膜降解，轴膜从髓鞘内面开始分离，进而产生轴突间的空隙，轴索肿胀出现髓鞘突起直至最后轴索断裂，形成轴索RBs[18]。

β-淀粉样前体蛋白(β-amyloid precursor protein, β-APP)免疫组化技术为早期检测DAI的SI提供了可能[19]。β-APP是目前诊断DAI敏感的指标，β-APP为跨膜糖蛋白，在哺乳动物的正常神经元中广泛表达，胞体合成后通过轴浆快速转运机制运输至轴索[20]。目前发现β-APP有4种亚型，根据相对分子质量分为：β-APP563、β-APP695、β-APP751和β-APP770，其中β-APP695在正常状态下的神经元轴索中表达水平较低，一旦外界损伤因素(机械性损伤、缺血缺氧损伤、神经兴奋性毒损伤等)作用后，β-APP695可作为一种快速反应性蛋白，其表达水平明显升高。同时，因轴索损伤引起轴索的轴浆运输障碍，使得β-APP在损伤部位聚集，因而在DAI后β-APP可以作为一个早期诊断指标[21]。

2 DAI后SI的发生机制

2.1 钙离子平衡紊乱 对于DAI来说，出现神经元内及轴突的钙离子平衡稳态破坏是较为公认的SI重要机制之一[22-23]。对于DAI后钙离子浓度升高的发生已在细胞、动物模型上得到证实[24-25]。一旦神经元内或神经元轴突内钙离子产生聚集，升高的细胞内钙离子浓度可以通过以下几个方面参与SI：①直接通过激活钙依赖的蛋白水解酶(Calpain)，从而损伤细胞骨架[26]。神经元内的细胞骨架主要由位于细胞质的微管、微丝及贴附于细胞膜内侧由血影蛋白、肌动蛋白、锚蛋白组成的膜网状结构构成，Calpain被激活后可以直接使得以上细胞骨架蛋白水解，从而破坏细胞骨架，产生轴突继发性断裂[27]；②通过激活Calpain继而活化Caspase-3，上调促凋亡蛋白的表达，同时下调凋亡抑制蛋白Bcl-2的表达，导致神经元凋亡[28]；③神经元或轴浆内Ca2+升高后，线粒体将增强对Ca2+的摄入，导致线粒体管腔内Ca2+浓度升高，当细胞内Ca2+浓度上升在阈值以下时，该过程可以在某种程度上调节细胞内Ca2+浓度趋于稳态。一旦细胞内Ca2+升高超过阈值，线粒体管腔内Ca2+浓度升高剧烈，将导致线粒体跨膜电位下降，诱导位于线粒体内膜上的线粒体通透性转换孔(mitochondrial permeability transition pore, mPTP)开放，继而使得Ca2+反过来向胞质释放，进一步加剧钙离子超载程度。同时，线粒体内的H+可由开放的mPTP漏出，从而导致活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)损伤[29]。

有关DAI后钙离子是如何在神经元内聚集，目前已被揭示的有以下几方面机制：①Na+通道开放导致的钙离子浓度升高。在机械应力作用于轴突后损伤电压依赖钠通道，导致持续的Na+进入细胞内，从而去极化产生动作电位激活电压门控的钙离子通道，细胞外Ca2+进入细胞内[30]；②应力导致的细胞膜损伤。KILINC等[31-32]在使用液压损伤建立的DAI细胞模型上，发现机械性外力作用于神经元可直接导致细胞膜损伤，从而使得细胞膜通透性升高，导致细胞外Ca2+进入细胞内；③谷氨酸受体介导的Ca2+内流。DAI后细胞外液中谷氨酸含量明显升高，谷氨酸通过作用于相应的离子型受体如N-甲基-D-天冬氨酸受体(NMDAR)[33]、α-氨基-3羟基-5甲基-4异恶唑受体(AMPAR)[34]及海人藻酸受体(KAR)[35]并激活这些受体，细胞外Ca2+继而通过上述受体进入细胞内；④神经元内钙库Ca2+释放。神经元及其轴突经机械牵拉损伤后，细胞内钙库的Ca2+释放。WEBER等[36]率先报道，牵拉损伤后的神经元通过PLC-IP3信号通路激活内质网(endoplasmic reticulum, ER)上的IP3受体，从而将ER内Ca2+释放至细胞质。STAAL等[37]的研究也发现轴突损伤可激活Ca2+浓度快速升高，并且进一步实验发现这种升高的Ca2+浓度来源于细胞内Ca2+，而非由细胞外流入。

2.2 轴浆运输障碍及WD 1850年，WD由神经科学家WALLER发现，当时他在观察青蛙的视神经横断后实验时，发现断裂后的远侧神经显示了一系列形态结构变化，并将这种过程定义为WD。目前，已发现其在中枢或外周的多种轴突变性性疾病中均发挥着重要作用。其概念是指当轴突由各种因素所致的损伤导致轴突的轴浆运输障碍，其远端的(远离神经元胞体)轴突逐步变性、分解，最终被巨噬/小胶质细胞及Schwann清除[38]，这一损伤后的变性机制被很多学者认为是由轴突自身特性决定[39-40]。对于DAI来说，其损伤即刻虽无明显轴突断裂的发生，但是轴突细胞骨架损伤已经发生[41]。TANG-SCHOMER等[42]利用对体外培养神经元轴突行牵拉致伤，牵拉损伤后即刻(小于2 min)进行细胞固定后电镜观察，发现轴突部位中部分微管已发生断裂，从而直接影响轴浆运输过程，轴突中微管损伤部位的轴浆运输物质开始堆积，并在相应部位形成球状膨大，随着逐渐胀大的球状结构继续发展，最终导致了轴突的继发性断裂。

目前，WD的分子机制并不十分明确，但慢沃勒变性(slow Wallerian degeneration, Wlds)基因突变还是为WD的研究提供了一些基础。所谓Wlds是利用基因突变技术，将Wlds基因嵌入4号常染色体尾端的DNA中，形成一个稳定的串联三倍体基因片段。该突变自身并不对动物产生明显损伤，也不对轴突的生存产生影响，但该突变明显减慢了WD的进展速度[38]。Wlds突变体可编码由70个氨基酸组成的UBE4b蛋白的羧基尾端，并与NAD蛋白融合，从而产生NMDAT-1。NMDAT-1的表达可导致NAD+合成增多，增加了轴突线粒体内的能量代谢，虽然该变化被认为是Wlds提供轴突保护的主要机制，但是有实验证明外源性地加入NAD+并未保护轴突损伤后的变性[43]。因此，Wlds影响WD的分子机制仍有待进一步阐明。

2.3 轴膜通透性改变 轴膜通透性改变在先前的研究中就已经被发现，并被认为是轴突机械性损伤后应力作用的直接结果。在90年代中期，有研究已表明轴突机械损伤后轴膜出现“机械膜孔”(mechanoporation)[44-45]。利用外源性加入辣根过氧化物酶(HRP)研究轴突损伤的通透性改变，实验结果发现机械损伤后几分钟HRP开始逐渐进入轴膜内并聚集，直到损伤后的6 h，损伤位点的轴突都有HRP的聚集现象[45]。这种损伤后的“机械膜孔”形成被认为具有十分重要的意义。因为轴膜通透性的升高将直接导致钙内流介导的一系列损伤过程，同时由于细胞内维持着相对较低的Na+浓度，细胞外Na+同样可以进入轴浆，继而细胞外液可以进入而引起轴突肿胀[46]。随后研究发现这种“机械膜孔”的形成直接与Calpain的活化相关，并且进一步的研究证实，采用一些改善轴膜通透性的药物可抑制Ca2+浓度的升高及Calpain的活化，对轴突变性具有保护作用[31-32]。

2.4 线粒体损伤及能量代谢障碍 线粒体的形态学改变及功能异常是DAI后神经元及轴突SI机制之一。形态学上的研究发现，轴突牵拉损伤后，线粒体在轴突上的分布将发生改变，这种变化表现为线粒体由较为均匀的分布改变为在变性损伤处明显密集的一种分布形式[40]。目前，仍不清楚这种线粒体的聚集现象的发生机制。推测可能有以下两点原因：首先，轴突损伤后的水肿部位具有较正常形态更大的体积，这可能是镜下观察线粒体局部增多的部分原因；其次，更为重要的是损伤后的轴突由于轴浆运输的障碍，线粒体可能无法正常运输到轴突远端，从而在变性肿胀的部分堆积。对以上推测仍需实验的验证。损伤后线粒体的另外一个形态变化表现为线粒体水肿，这是由mPTP的开放造成，从而可使小于1.5 ku的蛋白或游离的电解质及水分子进入线粒体管腔。

在功能上，损伤后线粒体内的膜电位下降将导致线粒体内的能量代谢下降。对于牵拉损伤的神经元及胶质细胞，线粒体的膜电位下降改变均存在，从而造成了神经元及胶质细胞的能量代谢紊乱[47]。ATP的供给不足将在两个方面对损伤的神经元轴突的SI产生影响：首先，ATP下降可导致轴膜上、ER及线粒体上维持Ca2+稳态的离子泵功能障碍，从而进一步加重Ca2+平衡的紊乱，Ca2+平衡紊乱造成的Calpain活化继而可以进一步开放mPTP，从而形成一个正反馈过程[48-49]；其次，mPTP的开放可导致ROS以及促凋亡因子物质(包括细胞色素C及促凋亡因子Caspase3、Caspase9)的释放，并通过启动凋亡机制参与SI[50]。

2.5 谷氨酸介导的损伤 在中枢神经系统中，谷氨酸是一种主要的兴奋性神经递质，参与细胞多种功能过程。谷氨酸受体分为两类，一类为离子型受体(iGIuRs)包括NMDA受体、AMPA受体及KA受体，它们与离子通道藕联，形成受体通道复合物；另一类属于代谢型受体(mGluRs)，它们与膜内G蛋白藕联，共分为3组。

谷氨酸的兴奋性毒作用在灰质损伤中的研究已相对较为广泛。近来发现谷氨酸同样参与了白质的变性损伤过程。已有很多报道阐明AMPA/KA及NMDA等离子型谷氨酸受体拮抗剂对损伤后轴突的保护作用。同时如果使用AMPA/KA或NMDA的激动剂，会加重轴突的损伤。进一步研究发现，AMPA/KA及NMDA受体激活后均对Ca2+具有通透性，从而使得细胞内Ca2+浓度升高，导致DNA、蛋白质、磷脂降解，氧自由基形成，线粒体功能障碍[51]。特别值得一提的是，近来的研究发现谷氨酸受体介导的Ca2+超载中，有部分受体是通过ER内Ca2+释放来完成的：mGluR1及GluR5(KAR的一种亚型)可通过G蛋白-PLC-IP3通路，活化ER上的IP3R，从而使得ER释放Ca2+；GluR4(AMPA的一种亚型)可通过RyR2(位于ER上的钙通道释放受体)使得ER内Ca2+释放；GluR6(KAR的另一种亚型)可通过活性氮(NOS)进而激活RyR1受体使得ER内Ca2+释放[52]。

2.6 免疫炎症反应 目前对于DAI后的炎症反应的研究数量并不多，但仍有不少学者认为，同其他类型脑外伤一样，DAI后的炎症反应同样是SI中的一环。炎症反应是中枢神经系统对脑外伤的神经毒性和神经保护性反应，是活体对刺激的正常反应，包括星形胶质细胞、小胶质细胞等炎症细胞的浸润和炎症因子的产生和释放。但是过度的炎症反应也同样会产生加重损伤的作用，并导致血脑屏障的破坏和脑水肿的形成，在脑组织炎症反应中最基本的标志是小胶质细胞的活化及白细胞浸润[53]。VENKATESAN等[54]利用小鼠颅骨中线冲击致伤建立DAI模型，利用Galectin-3/Mac-2作为活化的小胶质细胞标志物，发现损伤后24 h活化的小胶质细胞升高程度最为明显，并且这种升高趋势一直持续到损伤后的28 d。CSUKA等[55-56]利用Marmarou的落体垂直打击建立DAI模型，发现损伤后星形胶质细胞数量明显上升，以48 h最为明显，持续至2周左右。在损伤反应中，细胞因子是重要的细胞与细胞信息交流的调节剂，IL-1、COX-2及TNF-α等是参与脑损伤后SI的主要炎症因子。MINGHETTI等[53]证明在促炎性刺激物的作用下，小胶质细胞发生应答反应，释放COX-2等炎症介质，促进前列腺素类物质的生成。近来的研究发现活化的小胶质细胞还可以引起IL-1β mRNA水平上调，释放大量促炎性因子IL-1β，而IL-1β通过IL-1RI的介导引起TNF-α水平升高，从而加重轴索损伤[57]。

关于DAI后SI机制的研究，虽然目前主要在上述这6个方面取得了可喜的进展，而实际上这些SI机制各自间有着密切联系，形成一个错综复杂的机制网，诸多因素共同作用，最终导致SI的发生与发展。DAI后轴突继发性断裂及神经元坏死、凋亡机制示意图见图1。

图1 DAI后轴突继发性断裂及神经元坏死、凋亡机制示意图

Fig.1 The pathophysiological mechanisms of secondary axonal degeneration/disruption and neuronal necrosis/apoptosis

3 SI治疗的研究进展

3.1 抑制Ca2+浓度升高及其介导的Calpain激活 目前，对于DAI治疗的研究，大部分都围绕Ca2+及Ca2+激活的蛋白水解酶Calpain展开。在体外实验的研究中，发现Ca2+内流抑制剂，如L-型Ca2+通道阻滞剂尼莫地平[58]及硝苯地平[59]，对轴突的损伤具有很好的保护作用。金属离子替代物，如钴离子、镁离子等同样经研究表明对轴突的变性具有缓解作用[60]。在视神经的牵拉损伤模型中，发现利用苯磺酸氨氯地平、阿米洛利和喹喔啉(NBQX)的联合治疗，可缓解损伤后轴突内Ca2+浓度升高，并对轴突的继发性断裂有保护作用。反之，使用Ca2+载体A23187(可将Ca2+转运至细胞内)加重了轴突结构的瓦解[61-62]。对于在DAI后进行Calpain抑制剂的干预，在体外及体内实验中都被证明具有明显治疗效果。如Calpain抑制剂MDL28180、5b、AK295和SJA-6017等已被多个实验证明对脑外伤后的轴突具有保护作用[63-66]。

3.2 轴膜完整性 由于DAI后的原发性损伤过程中的机械性应力可直接作用轴膜，导致膜损伤形成“机械膜孔”，从而引起Ca2+内流。因此，在损伤后早期改善轴膜的完整性将对轴突的继发性变性具有保护作用。KILINC等[67]使用名为泊洛沙姆188(P188)的一种可对轴突损伤后的膜孔进行修补的化合物，发现在皮层神经元轴突牵拉损伤后，P188改善了轴膜通透性，同时缓解了轴浆内Ca2+浓度的升高，并减轻了轴突的继发性变性损伤。另外，聚乙二醇(PEG)也被证实具有类似的治疗效果[68]。使用PEG修饰的硅胶颗粒物，发现可明显改善损伤后脑组织的电传导功能[69]。但是，该治疗手段存在一些问题。比如是否可以在损伤发生的早期使用?因为这些治疗手段只有在早期使用才具有明显治疗效果。另外，这些化学物质的副作用及如何应用到损伤病灶发生的位置也值得进一步研究。

3.3 线粒体保护 如前所述，线粒体在DAI后的作用机制与mPTP的开放密切相关，不论是参与Ca2+超载，还是介导ROS及凋亡过程。环孢霉素A(CsA)是一种熟知的免疫抑制剂，同时CsA也可以对线粒体的mPTP的开放有抑制作用。CsA对损伤的轴突具有保护作用是由OKONKWO等[70]率先发现，然后在多种脑外伤模型中进行了验证，发现CsA通过抑制mPTP的开放，进而明显减轻了线粒体的水肿及崩解[71]；同时CsA对轴突Ca2+浓度升高的抑制作用也被验证，并证实CsA可以减轻轴突的细胞骨架进一步水解；在对具有髓鞘包被的神经纤维的研究中，发现CsA还可以保持损伤后神经纤维的动作电位[72]，但是在不含髓鞘包被的神经纤维中未发现该现象。随后，发现另一种免疫抑制剂FK506具有类似的轴突保护作用，但是FK506的保护机制并非通过影响线粒体的mPTP，而是通过影响线粒体的磷酸酶而发挥作用[72]；另外，FK506对无髓神经纤维具有保护电生理功能的作用。

3.4 亚低温治疗 亚低温是一种对代谢功能发挥明显抑制作用的治疗手段。外伤后的亚低温治疗效果被很多动物实验证明具有明显保护作用[73-74]。研究结果显示亚低温治疗后通过缓慢复温的治疗效果较快速复温更加稳定明显，如果于复温阶段加入FK506或CsA，能明显提高DAI的治疗效果[74]。值得一提的是，不论是亚低温治疗，还是FK506或CsA治疗，都改善了脑组织的微循环[75]，这可能也是这些治疗手段具有疗效的一个重要原因之一。但不幸的是，亚低温治疗对临床上DAI的患者并未产生明显治疗效果，仅对合并脑出血须行引流治疗的患者有保护作用。这可能是因为大多数动物实验都是在损伤后立刻(不超过1 h)进行了亚低温干预，而对于现实生活中的患者，他们很难在外伤后立刻接受治疗。但尽管如此，亚低温治疗仍具有意义，因为亚低温治疗可以放缓DAI后的SI进程，这为其他药物的使用提供了时间窗。

其他治疗如氧自由基清除剂、甾体类化合物、神经营养药物、促红素、生长激素抑制素等也不同程度对DAI具有治疗效果[76-79]。然而，由于仍缺乏足够数量的深入研究，目前尚未得到广泛的学术认可。

4 存在的主要问题与展望

目前，对于DAI的研究受限于模型的建立。与其他疾病不同，DAI模型的建立需要专门的装置，这导致了对DAI研究的门槛限制。另外，由于世界上不同研究团队大多采用不同的模型制作方法，虽然根本的损伤机制类似，但模型建立产生的损伤程度各异，这或许将导致对DAI的研究结果产生不兼容性或偏倚。因此，统一DAI模型的制备方法，用一个比较完整的、科学的手段来评价模型迫在眉睫。

虽然近10多年来的研究已经证明，DAI后导致SI的多种机制中，大部分都是与Ca2+介导的损伤相关联的，是否可通过药物干预阻断或缓解早期的Ca2+浓度升高，进而避免后续的SI过程发展?这还有待于更进一步的实验与临床研究。另外，有一种学说认为其实并非所有的能导致细胞内Ca2+升高的过程都将引发损伤过程，只有Ca2+通过某些特定通道或机制介导，才会导致损伤及细胞坏死及凋亡的发生[80]。因此，未来研究的热点问题之一仍然是更进一步揭示早期Ca2+浓度升高的确切机制。

对于轴浆运输障碍是如何一步步引起轴突的变性及断裂的机制，现阶段并不明确。目前只是将轴浆运输障碍单纯与WD相联系，但是WD发生的分子机制至今仍未被阐明。比如，轴浆运输障碍是否与Ca2+平衡障碍或线粒体功能损伤有关联？或者中断的轴浆运输是否会引起轴突肿胀进而改变轴膜通透性？或者轴浆运输障碍能否通过某些信号通路进而引起神经元的坏死及凋亡？阐明上述问题将有助于完善轴浆运输障碍导致的SI机制。

目前，对于在DAI后的线粒体损伤主要认为是其参与了钙平衡紊乱及通过ROS及Caspase途径引起神经元凋亡。而对于线粒体损伤的能量代谢研究并不完善，能量代谢障碍到底在DAI后的SI过程中起多大作用仍未阐明，对于改善能量代谢是否可以缓解SI仍不清楚。虽然亚低温治疗被认为是通过改善能量代谢而产生脑保护作用的，但是仍需更加直接地通过DAI细胞模型，给予外源性ATP从而评估是否对SI有治疗作用。而对于谷氨酸介导的损伤机制的研究，目前主要围绕着离子型谷氨酸受体进行，对于代谢性谷氨酸受体作用的了解仍十分有限。关于炎症反应方面在DAI或者其他类型脑、脊髓损伤中均存在争议。近来，学者倾向认为炎症反应是一把“双刃剑”，而决定产生损伤或保护作用取决于炎症反应的程度[81]。因此，界定DAI后何种炎症反应程度会产生损伤以及何种炎症反应会产生神经保护作用十分重要。

上述诸多科学问题需要大量的基础及临床实验进行探索，在未来的研究方向上，应尽量将多方向进行结合，才能更加深入认识DAI后SI发生发展的机制，从而找到相应更加确切的治疗途径。

5 结 语

目前，对于DAI的研究已从起初的形态学观察，转向更为深入的功能研究、分子机制及信号通路的研究。对于DAI的损伤机制已从早先的揭示原发性损伤结构变化，转为研究DAI后SI的病理生理机制。大量研究已表明DAI后SI是影响该疾病发展的关键环节，而SI是由多种机制共同导致的结果。在SI中各种机制之间相互影响、相互渗透，形成一个复杂网络，共同促进了疾病的发展，其中主要包括：Ca2+平衡的紊乱及Calpain介导的细胞骨架损伤、轴膜通透性改变、线粒体损伤及其引发的凋亡和氧自由基损伤、谷氨酸的兴奋性毒作用及炎症反应过程，而Ca2+浓度的升高被认为是构成轴突继发性损伤的基础，DAI后Ca2+浓度升高是一个正反馈过程，一旦早期Ca2+浓度升高，将进一步持续地导致源源不断的Ca2+在损伤后的轴突及神经元胞体聚集，介导SI过程。针对这些已被揭示的主要损伤机制，进一步阐明各个机制间的相互关系，有助于更加透彻及清楚地找到新的研究思路，进而为未来突破DAI的病理机制与治疗瓶颈带来希望，DAI后的SI有望成为治疗该疾病的关键靶点。

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(编辑 国 荣)

Research advances of secondary brain injury caused by diffuseaxonal injury and its therapeutic strategies

SONG Jin-ning, LI Yu

(Department of Neurosurgery, the First Affiliated Hospital, Medical School ofXi’an Jiaotong University, Xi’an 710061, China)

Diffuse axonal injury (DAI) involves many progressive pathophysiological changes of brain tissue, which mainly occur in the secondary injury (SI) period. So, in this way, SI can be seen as the crucial step determining the outcomes of DAI patients. Accumulated research results show that the mechanisms of DAI-induced SI are associated with the disruption of irons homeostasis, Wallerian degeneration, increased axilemma permeability, mitochondrial injury, energy shortage, inflammation, and reactive oxygen species (ROS) injury. Nevertheless, so far no breakthrough has been made in the therapeutic strategy. In clinic to date, there are only some general treatments such as mild hypothermia and neuronal nutrition used to cure DAI. But in research area, several more specific treatment methods have been developed. These research progresses may provide therapeutic targets, such as calcium channel inhibitors, protective agents for axilemma permeability, Calpain inhibitors, and agents reducing ROS and inflammation-induced injury. These advances may improve the situation of DAI treatment in the future. In this paper, we will review the important progress in SI pathogenic mechanisms and treatment methods in both basic research and clinical research. More importantly, we will discuss and summarize the complicated relations among each single mechanism. This may provide a more comprehensive understanding for the DAI induced-SI and potential therapeutic targets in the future.

traumatic brain injury; diffuse axonal injury; secondary injury; neuronal protection; therapeutic strategy

宋锦宁，西安交通大学医学院第一附属医院神经外科教授，主任医师，博士生导师。教育部新世纪优秀人才。擅长于脑出血、颅内动脉瘤、颅脑损伤、垂体瘤、听神经瘤、脑膜瘤、胶质瘤等疾病的微创手术与规范化治疗。是西安交通大学医学学科神经介入放射学的奠基人。承担国家“863计划”1项，国家自然科学基金3项，教育部博士点基金1项，陕西省“13115”重大科技专项基金1项，其他省部级课题4项。培养硕士与博士生53名。在国内外期刊发表学术论文161篇，参编著书4部。以第一完成人获陕西省科学技术奖2项、陕西省高等学校科学技术奖2项及医院新医疗、新技术奖多项。兼任中国医师协会中国神经介入专家委员会委员、陕西省医学会神经外科专业学会副主委等学术职务。担任全国多种专业杂志编委及审稿专家。

2014-04-21

2014-07-18

国家自然科学基金资助项目(No.30471774)；教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目(No.NCET-05-0831)；陕西省自然科学基金资助项目(No.2003C1-16) Supported by the National Natural Science Foundation of China (No.30471774), the New-Century Excellent Talents Program of Ministry of Education (No.NCET-05-0831), and the Natural Science Foundation of Shaanxi Province (No.2003C1-16)

宋锦宁(1962-)，男(汉族)，博士，教授，主任医师，博士生导师. 研究方向：脑血管病、颅脑损伤、脑肿瘤的临床与基础. E-mail: jinnings@126.com

时间：2014-09-16 11∶29 网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1399.R.20140916.1129.003.html

R651.1

A

10.7652/jdyxb201406001

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