创伤性脑损伤生物学标志物研究进展

吴文天，肖国民

(杭州师范大学附属医院 神经外科，浙江 杭州 310015)

创伤性脑损伤(traumatic brain injury，TBI)是青壮年人群中死亡率和致残率较高的全球公共卫生问题。2013年美国共有250万人次因TBI到急诊科就诊，56 000人死于TBI[1]；2012年欧洲约82 000人因TBI而死亡[2]； 2006年—2013年，中国每十万人中平均有12.99～17.06人因TBI而死亡[3]。由于急性神经元、轴索、胶质细胞损伤以及伤后炎症反应，TBI可在患者血液和脑脊液中产生生物学标志物。不同的创伤性脑损伤生物学标志物(traumatic brain injury biomarkers, TBI-BMs)产生的机制、部位、生理作用以及在血清或脑脊液中的含量不同，本文对几种TBI-BMs在创伤性脑损伤病情评估及预后判断等方面进行综述。

1 概述

目前研究较多的TBI-BMs包括S100B蛋白(S100 calcium binding protein beta subunit, S100B)、神经元特异性烯醇化酶(neuron-specific enolase, NSE)、胶质纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein, GFAP)、泛素碳末端水解酶L1(ubiquitin carboxy-terminal hydrolase-L1, UCH-L1)及神经微丝蛋白轻链(neurofilament light chain, NF-L)等。

部分TBI-BMs可以定性定量评估TBI的损伤程度、预测病人转归，但大多数TBI-BMs由于其特异性或敏感性不足，尚不能有效地用于临床实践。目前认为理想的TBI-BMs应该具备以下几点特征：①对脑组织具有高度特异性；②敏感性高，且仅在脑组织受损后释放；③受伤后立即释放到血液和脑脊液，且能反映损伤的时程；④标志物水平与损伤的严重程度和临床预后密切相关[4]。

TBI-BMs绝大多数来自脑脊液和血浆，脑脊液标本的优点在于：①受损脑组织分泌或释放的相关蛋白可直接进入脑脊液，不受血脑屏障(blood-brain barrier，BBB)的制约；②脑脊液总量少，且相应的蛋白酶较少，故而释入脑脊液的蛋白更易被检出；③由于血脑屏障的缘故，脑脊液标本受外界其他因素干扰较小。缺点是腰穿操作相对复杂且存在头痛等并发症。血浆标本的优点在于采样方便，更适合作为常规检查手段，因此目前TBI生物标志物的研究较多是以血浆为样本。

2 TBI-BMs

2.1 S100B蛋白 S100B蛋白是一种小分子钙结合蛋白，分子量为9～14 kD，主要存在于中枢神经系统的星形胶质细胞。S100B蛋白是目前唯一被认可并写入指南的TBI-BMs[5-6]，也是检测其他TBI-BMs临床应用价值的参照物。S100B蛋白已成功地应用于临床：①筛查轻度TBI患者有无头颅CT检查需求。美国急诊医师学会的指南推荐，创伤后4 h内血浆S100B含量≥0.1 μg/L为行头颅CT的最佳适应证[5]。斯堪的纳维亚指南推荐[6]，低风险的轻型脑外伤(mild traumatic brain injury, mTBI)患者(有可疑或确定的意识丧失病史，或频繁呕吐≥2次)受伤6 h内，如血浆S100B含量<0.1 μg/L，可先临床观察。有荟萃分析[7]指出，取0.1 μg/L作为筛查CT需求的正常上限时，S100B蛋白作为标志物的阴性预测值大于99%，敏感度高达97%。②预测中重度TBI患者的预后。研究发现[8]，在发生TBI后30 h时，格拉斯哥预后评分(Glasgow outcome scale, GOS)1分(死亡)的TBI患者平均S100B蛋白水平约为1 μg/L，GOS 3分(重度残疾)的TBI患者平均S100B水平约为0.5 μg/L，GOS 4分(轻度残疾)的TBI患者平均S100B水平约为0.3 μg/L，GOS 5分(预后良好)的TBI患者平均S100B水平约为0.25 μg/L。③检测脑损伤患者的继发性损伤发展。S100B蛋白在脑损伤后迅速释放入血且半衰期短，适合创伤早期病情的监测。研究显示[9]，S100B蛋白的二次升高(>0.5 μg/L)与脑梗塞或脑血肿进展等继发性脑损伤密切相关。④评估治疗效果。研究发现[10]，S100B蛋白与颅内压(intracranial pressure, ICP)紧密相关，S100B可能可与ICP一样作为TBI治疗过程中疗效的替代指标使用。S100B蛋白作为TBI的标志物的缺点：①特异性欠理想。朗罕氏巨细胞、脂肪细胞、上皮细胞、心肌和骨骼肌细胞和软骨细胞等颅外细胞均可分泌S100B蛋白，可能会干扰脑外伤后血浆S100B水平的测量。②受制于BBB。S100B不能穿过正常的BBB，因而无法判断外周血中检测到的S100B蛋白水平改变究竟是与脑组织受损的程度有关，抑或仅仅反映了BBB的破坏。③不能应用于儿童。低水平的S100B蛋白有助于减免不必要的CT检查，但斯堪的那维亚指南指出，目前还难以设立一个明确的S100B标准来作为儿童行头颅CT的适应证[11]。④存在人种差异。研究指出[12]，深肤色人群血清S100B平均水平较浅色皮肤人群高，这可能导致深肤色人群被误评为血清S100B升高而导致过度的CT检查。

2.2 NSE 血浆NSE的正常范围为<10 ng/mL。有研究表明[13]，NSE>50 ng/mL预测重型弥漫性轴索损伤患者死亡的特异性和敏感性均达到100%。Mercier等[14]的纳入30项研究(l321例中重度TBI患者)的荟萃分析结果表明，血浆NSE水平和TBI患者死亡率呈显著的正相关(共计10项研究，474例患者；MD=18.46 μg/L，95%CI为10.81～26.11 μg/L；I2= 83%)；血浆NSE水平与预后不良(GOS评分≤3分)亦呈显著的正相关(共计14项，研究603例患者；MD=17.25 μg/L，95%CI为11.42～23.07 μg/L；I2= 82%)。作为TBI生物标志物，NSE目前还未应用于临床的原因：①缺乏特异性。由于NSE同时表达于神经元细胞和红细胞中，血浆NSE水平易受颅外损伤干扰，如创伤相关血肿等；②不能准确反映TBI的时程。NSE的半衰期较长，血浆NSE水平反映的是患者72 h内的病情演变[15]；③对mTBI患者的敏感度低，可能是因为mTBI患者血浆NSE水平升高不明显。

2.3 GFAP GFAP是一种表达于星形胶质细胞的中间丝蛋白，目前发现仅存在于中枢神经系统[16]。Papa等[17]研究发现，血浆GFAP水平在外伤发生后20 h达到高峰，在72 h后逐渐下降。在外伤后1周内，血浆GFAP水平可以准确区分出需手术干预的患者，受试者工作曲线(receiver operating characteristic, ROC)下面积为0.91(95%CI为0.79～1.00)～1.00(95%CI为1.00～1.00)。Papa等[18]发现，在敏感性均为100%的情况下，相比S100B蛋白5%的特异性，GFAP的特异性为55%，更易分辨出成年TBI患者。对儿童TBI患者的研究结果表明[19]，GFAP较S100B更易诊断可能的颅内病变。Welch等[20]通过研究血浆生物标志物的动力学模型发现，CT阳性患者的血浆GFAP水平每小时升高约3.7%，但S100B与UCH-L1水平未见显著升高，认为GFAP较S100B及UCH-L1具有更好的应用价值。但也有研究发现[21]，血浆GFAP水平的改变无法将创伤骨科患者与CT阴性的mTBI患者区分开来。

2.4 UCH-L1 UCH-L1是一种在大脑中极为丰富的蛋白质，估计占总神经元蛋白的1%～5%。Papa等[17]研究发现，血浆UCH-L1水平在脑外伤后迅速升高，8 h左右达到高峰，并在48 h内快速下降。研究显示[22]，TBI患者的平均血浆UCH-L1水平(2.568 ng/mL)较非TBI外伤患者(0.627 ng/mL)显著增高，可用于鉴别TBI患者与非TBI患者。另有研究显示[23]，筛选CT阳性的mTBI患者时，在保留100%灵敏度的条件下，UCH-L1的特异度(39%)高于GFAP(0%)及S100B(2%)。也有研究认为[8]，在筛查CT阳性的mTBI患者方面，UCH-L1的特异度不如S100B；在评估脑损伤时，UCH-L1的准确度不如GFAP。

2.5 NF-L NF-L分子量约68 kD，与中链(neurofilament medium chain, NF-M)及重链(neurofilament heavy chain, NF-H)一起组成神经微丝蛋白，是轴突细胞骨架的主要成分。Shahim等[24]研究表明，重型颅脑损伤(severe traumatic brain injury, sTBI)患者的血浆NF-L水平显著升高，入院时血浆NF-L水平用于诊断sTBI患者时ROC曲线下面积为0.99(S100B为0.96)，在外伤后第12天增加到1.00(S100B为0.65)；血浆NF-L水平与血浆S100B水平之间无显著关联，血浆NF-L可作为一个独立的评估预后的指标。研究资料[25]指出，在TBI早期，血浆NF-L水平缺乏动态变化，难以满足监测TBI患者伤情变化和指导治疗的需求。

3 展望

NSE、GFAP等作为TBI-BMs都已展现出较好的临床应用前景，但目前仍没有统一的临床应用标准。S100B蛋白作为已部分用于临床的TBI-BMs，其特异性的缺陷等也影响临床实际的应用。研究表明[26]，S100-β、NSE、IL-6、IL-8、IL-10、可溶性细胞间黏附分子、L-选择蛋白和内皮素8种标志物联合用于抑郁症患者预后评估，这些生物标志物联合预测患者转归的特异性和敏感性分别是96%和100%。联合应用多个TBI-BMs可产生更多信息，进而增强诊断评估效果，或许是解决单一生物标志物特异性、敏感性不足的方法。随着TBI-BMs研究的不断深入和临床实践，TBI-BMs对TBI患者的临床治疗和判断预后会发挥更大的作用。