弥漫性轴索损伤的临床治疗发展

胡栋 景英朝 荆国杰

广东惠州市第一人民医院神经外科 惠州市神经外科研究所 惠州516000

近来，临床上对弥漫性轴索损伤(DAI)的发病率和病死率及其对创伤性脑损伤(TBI)的总体影响出现了新的兴趣，这主要得益于临床成像工具的发展与进步。这些进步使得对由脑外伤引起轴突变化的识别及对DAI 重要性的认识日益增加。尽管如此，我们对于外伤所诱发的轴突损伤的基本病理生物学及其对临床和实验室环境的整体影响的认知仍有许多不足。因此本综述概括了创伤应答下轴突的病理生理学。在可能出现的DAI 新治疗方法的背景下，着重讨论DAI 的发病机制。此外，本次综述讨论这种严重类型的TBI 未来可能的治疗发展方向及所需填补的空白。

1 DAI 中轴突病理学的特点及进展

脑损伤后，轴突病变一般有两种形式。其一为离断的轴突末端发现的单球体或膨大，最初称为回缩球，现被称为轴索球或反应性轴索膨大。已证明这些渐进性的结构肿胀会导致轴突断裂;另一种则为沿着完整轴突的肿胀，称为“轴突膨体”，急性TBI中，“轴突膨体”的病理特征反映轴浆运输只在沿轴突的长轴多位点部分中断，产生串珠样外观［1］。除了急性创伤后的变化，这些与DAI 有关的肿胀可以在伤后几个月甚至几年内都观察得到，但轴突肿胀的数目随着时间的推移明显减少。这些观察结果表明，脑外伤可引起长期的隐匿性白质轴突变性。因此，治疗DAI 的时机可能相对广泛。

2 DAI 的生物力学

诱导DAI 的主要机械力是头部转动加速度，从而导致脑组织的动态剪切、拉伸和压缩变形［1］。虽然这些组织变形很少会导致轴突直接断裂，但它们会造成轴突一连串的的局灶性病变，导致二次延迟断裂或持续的功能障碍［1］。DAI 的轴突局灶性病变与它们的粘弹性有关。轴突内微管和神经微丝与垂直的蛋白突起物以线性方式和交叉连接排列。在准静态负荷条件下，轴突能轻易被拉伸超过其原长度的一倍再回弹，其结构和功能仍然完整［2］。但是，在非常快速的机械负荷条件下轴突会变脆，当大脑处于高应变率条件下时，轴突因迅速发生变形而造成损害［3］。

3 DAI 和TAI 的实验模型

在严格意义上，DAI 仅适用于人类和大型动物模型，而在各种TBI 啮齿类动物模型中，虽存在类似的轴索损伤，但轴索病变更加局限，常用创伤性轴索损伤(TAI)予以表述，以区别于人类的DAI。按照这个定义，DAI 只能在多脑回动物模型中复制。但目前尚缺乏TBI 的大动物模型，因为很难复制发生在人类的TBI的生物力学，如在汽车坠毁或在头部撞击的那一刻，大脑中产生的惯性负荷条件［3］。因此，权宜之计是开发各种形式的TAI 小动物及体外模型，它们更易于使用且能够量产。这种应用广泛的模型在研究轴索损伤的生物力学、病理生理学方面，甚至在TBI 后轴突病变治疗的发展中都产生重要作用。

3.1 DAI 的多脑回动物模型 遭受TBI 时，体积庞大的人脑间产生的推拉力会造成更大的质量效应，导致脑组织在高应变速率下损伤，其解剖学特点则导致白质轴突的局灶性病变。因此，具有相对大的多脑回大脑及充足的脑白质的非人类灵长类动物成为DAI 的第一个模型。在随后研究中，使用相同的损伤装置开发出一种小型猪的DAI 模型，这种小型猪拥有与非人类灵长类动物类似尺寸的多脑回脑。结果发现，相对于头部旋转加速的程度，轴索病变的分布在中－重度TBI 的昏迷以及轻度TBI 的短暂意识丧失中起更为重要的作用［4］。且意识的丧失与特定区域轴索病变的密度和/或分布有关(如脑干)，与大脑半球的轴突病变总体程度无关;另外，在意识没有显著下降的情况下，广泛的DAI 也可能发生。但因为受固定的作用机制、功能分析机制和每个实验组受试者数量的限制，很少有利用大型动物DAI 模型的研究来评价疗效。因此，小动物和体外TAI 模型重新激发人们的兴趣并对其进行改良。

3.2 TAI 的无脑回动物模型 在所有无脑回啮齿动物TAI 模型的皮层下结构中(如胼胝体、丘脑以及脑干等)都可发现轴突病变。但哪一种模型与临床最相关仍有争论;例如，脑撞击模型(重物坠击，中央和横向液压冲击，受控皮质冲击模型等)，虽然可以造成脑组织的拉伸和压缩变形导致轴突损伤，但与人类TBI中发现的DAI 的特点并不类似［5］。且这些模型常造成冲击点下方组织的挫伤出血。重点是这种损伤通常包括白质轴突的初级断裂甚至消融，与DAI 的机制和临床病理特征并不一致。因此，最近有针对小动物模型做出改良，一些模型产生选择性的轴突病变，与在人类TBI 后发现的特征类似。确定TAI 的最佳小动物模型，显然对治疗DAI 的发展很重要。

3.3 TAI 的体外模型 研究证明，直接评估外伤后轴索的病变过程，体外模型是非常有用的。如视神经牵拉损伤模型等，通过附在弹性基板上轴突的纵向拉伸或使用加压流体射流引起单向(一个方向)轴突的拉伸，来设置应变和应变速率的精确级别［6］。这些模型在评估伤后轴突超微结构的改变以及识别治疗靶点非常有用。

4 DAI 的无创检测

近年来应用先进的成像技术、神经电生理检查、血液生物标志物分析等可以对TBI 后DAI 进行检测，尤其是轻度TBI。如扩散张量成像(DTI)技术，大大提高了对DAI 轴突损伤整体大小和分布的识别;神经电生理检测提供了一种无创的直接评估大脑活动和功能的手段。诱发电位一直以来用于分析TBI 的严重程度，如，TBI 后脑干小波和中潜伏期听觉诱发电位逐级的损失或延迟可以识别亚临床功能障碍;另外，由钙蛋白酶裂解产生的αⅡ－膜收缩蛋白分解产物SBDP150 和145，与急性神经元坏死相关，而通过半胱天冬氨酸蛋白水解酶3 产生的SBDP120，与凋亡细胞死亡级联反应相关［7］;已发现泛素羧基末端水解酶L1(UCH－L1)在动物和人类脑外伤后脑脊液和血清中都存在，与神经元细胞死亡相关。通过多种生物标志物可进一步了解TBI后轴突病变的演变;TBI 的生物标志物将在评估DAI 的程度及其未来治疗方案发挥重要的作用［8］。

5 轴突损伤病理生理学、治疗靶点

5.1 细胞骨架的稳定 在TAI 终末期，微管的原发性机械损伤形成的微管碎片阻断轴突运输，使得运输物快速成团聚集，导致轴突呈串珠样外观，进而引起轴突局部肿胀、分叶、断裂。在体外用紫杉醇稳定损伤轴突的微管能抑制微管的二次化学解聚，从而大大减少肿胀及变性。虽没有在动物实验中测试，但在治疗阿尔茨海默氏病和其他神经退行性疾病的类紫杉醇疗法(紫衫烷)可能能为治疗DAI 铺平道路［9］。

5.2 离子平衡 创伤后增加的轴突内钙离子浓度，可触发一系列有害的级联反应。轴突内钙离子浓度的增加有几个来源。研究发现创伤后钙离子内流的间接证据为通过视神经牵拉损伤后轴突钙ATP 酶活性的变化。在轴突拉伸损伤的体外模型中，发现对电压敏感的钠通道的机械失调可通过逆转钠钙交换和开放电压门控钙通道诱导钙逐渐内流。此外，通过钙激活蛋白酶、蛋白酶的蛋白水解作用，使钠通道失活，可导致轴突内钙持续增加［10］。可通过使用药物或钙蛋白酶抑制剂来阻断钠通道、钙通道、钠钙交换。

也有人认为，TAI 后轴突内钙浓度的增加可通过单纯改变轴突的通透性来实现，包括轴膜穿孔。穿孔是由初级机械作用引起还是由膜化学溶解的次级作用引起，目前还有争议。通过对膜的流动性的修复治疗，如聚乙二醇和表面活性剂－聚羟亚烃，可能有利于轴突保护。

5.3 蛋白酶抑制 TBI 后，在轴突中有超过数小时的半胱氨酸蛋白酶、钙蛋白酶和半胱天冬氨酸蛋白水解酶3 的局部活性增加，与轴突细胞骨架的解体进程一致。活性钙蛋白酶及其对轴膜下的水解产生的分解产物在受损轴突和脑脊液中被发现。目前尚未明确钙蛋白酶对膜收缩蛋白的蛋白水解作用机制，可能是通过扰乱郎飞节的钠通道排列，导致轴膜不稳定。

针对钙介导反应，钙蛋白酶抑制剂如MDL28170，5B，AK295，和SJA－6017 已被用于多个研究［11］，均在TBI 后表现出对轴突显著的保护作用。但现有的钙蛋白酶抑制剂缺乏特异性，可作用多个部位，且其在脑的生物利用度受到质疑。

5.4 线粒体保护 研究表明，轴突内钙离子引发的离子失衡伴随邻近线粒体的剧烈肿胀，嵴断裂，线粒体破碎。轴突内部钙负荷，可能激活半胱氨酸蛋白酶，可导致线粒体钙超载，进而导致线粒体的消亡，同时其提供高能量磷酸盐来保持局部轴突的结构和功能的作用也随之消亡。

对于TBI 后的线粒体损害及功能失调，免疫亲和素配体的环孢菌素A(CsA)可通过抑制钙调神经磷酸酶和防止线粒体通透性转换孔开放来保护受伤轴突的线粒体。在TBI 的啮齿动物模型中，发现CsA 治疗可减少轴突线粒体肿胀、断裂，从而减轻轴索损伤程度并进一步观测到CSA 也可减少钙离子介导的细胞骨架的破坏。随后对FK506(另一个亲免素配体，可抑制钙调神经磷酸酶但不影响线粒体通透性转换)也进行了研究［12］。TAI 后，FK506 提供显著的轴突保护，可减少轴突病变及保护电生理功能。最近的研究表明，FK506 抑制钙调神经磷酸酶影响线粒体中BAD 向BCL－X 转位可能影响线粒体通透性转换孔的开放。因此，免疫亲配体的CsA 和FK506 是对TAI 后轴索保护有前景的药物。

5.5 低温 创伤后低温治疗有抑制代谢作用，能减轻TBI 啮齿动物模型中轴突损伤。早期低温干预可发挥的最大效果，这有助于延长治疗的时间间隔，在低温间隔内缓慢复温，其保护作用是最佳的，而快速复温则明显加重轴索病变。考虑到组合治疗，在复温阶段皆可使用FK506 或CSA 给予进一步的保护。低温干预和免疫亲和素配体都可改善脑微循环，这可能有助于保护轴突［13］。

但是，在临床前期观察到的低温相对强劲的保护作用，在TBI 患者的两个大型临床研究中并没有观察到。低温临床试验失败的原因可能是因为在伤后几个小时开始低温治疗，远远迟于动物实验，因而错过最佳时机。事实上，在临床前的测试中，大多数药物只在伤后第一个小时显示最大效能，因而降低临床应用的可行性。

目前可看到的前景是，低温干预结合亲免配体的延迟给药组合的方法可能协同作用并延长治疗时机。低温可阻碍TAI 进展，在延缓的治疗时间内辅以药物治疗，以起到叠加保护作用。综上所述，低温组合疗法值得继续研究。

5.6 其他治疗方法 有新兴的证据表明，其他药物也可以为TBI 后提供轴突保护。如氧自由基清除剂、类固醇、神经营养因子、促红细胞生成素、促生长素抑制素或膳食补充，虽然这类药物已显示出对轴索不同程度的保护作用，但仍需得到进一步的发展。

6 研究空白和未来的发展方向

综上所述，过去的几十年见证了我们在DAI 病理生理学上的重大进展。我们对由DAI 诱发的多种类型纤维束的解剖和生理上的各种变化的认识都有所提高，允许我们把定位转向更积极的更好的更适于干预治疗的亚细胞机制。虽然我们已经确定了一些能治疗DAI 后的病变的候选目标，但需更多的临床试验并经过严格的临床前评价，以便在人体临床试验中得到更好的定位。

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