胡棟 景英朝 荊國杰

廣東惠州市第一人民醫(yī)院神經(jīng)外科 惠州市神經(jīng)外科研究所 惠州516000

近來，臨床上對彌漫性軸索損傷(DAI)的發(fā)病率和病死率及其對創(chuàng)傷性腦損傷(TBI)的總體影響出現(xiàn)了新的興趣，這主要得益于臨床成像工具的發(fā)展與進(jìn)步。這些進(jìn)步使得對由腦外傷引起軸突變化的識別及對DAI 重要性的認(rèn)識日益增加。盡管如此，我們對于外傷所誘發(fā)的軸突損傷的基本病理生物學(xué)及其對臨床和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的整體影響的認(rèn)知仍有許多不足。因此本綜述概括了創(chuàng)傷應(yīng)答下軸突的病理生理學(xué)。在可能出現(xiàn)的DAI 新治療方法的背景下，著重討論DAI 的發(fā)病機(jī)制。此外，本次綜述討論這種嚴(yán)重類型的TBI 未來可能的治療發(fā)展方向及所需填補(bǔ)的空白。

1 DAI 中軸突病理學(xué)的特點(diǎn)及進(jìn)展

腦損傷后，軸突病變一般有兩種形式。其一為離斷的軸突末端發(fā)現(xiàn)的單球體或膨大，最初稱為回縮球，現(xiàn)被稱為軸索球或反應(yīng)性軸索膨大。已證明這些漸進(jìn)性的結(jié)構(gòu)腫脹會導(dǎo)致軸突斷裂;另一種則為沿著完整軸突的腫脹，稱為“軸突膨體”，急性TBI中，“軸突膨體”的病理特征反映軸漿運(yùn)輸只在沿軸突的長軸多位點(diǎn)部分中斷，產(chǎn)生串珠樣外觀［1］。除了急性創(chuàng)傷后的變化，這些與DAI 有關(guān)的腫脹可以在傷后幾個月甚至幾年內(nèi)都觀察得到，但軸突腫脹的數(shù)目隨著時間的推移明顯減少。這些觀察結(jié)果表明，腦外傷可引起長期的隱匿性白質(zhì)軸突變性。因此，治療DAI 的時機(jī)可能相對廣泛。

2 DAI 的生物力學(xué)

誘導(dǎo)DAI 的主要機(jī)械力是頭部轉(zhuǎn)動加速度，從而導(dǎo)致腦組織的動態(tài)剪切、拉伸和壓縮變形［1］。雖然這些組織變形很少會導(dǎo)致軸突直接斷裂，但它們會造成軸突一連串的的局灶性病變，導(dǎo)致二次延遲斷裂或持續(xù)的功能障礙［1］。DAI 的軸突局灶性病變與它們的粘彈性有關(guān)。軸突內(nèi)微管和神經(jīng)微絲與垂直的蛋白突起物以線性方式和交叉連接排列。在準(zhǔn)靜態(tài)負(fù)荷條件下，軸突能輕易被拉伸超過其原長度的一倍再回彈，其結(jié)構(gòu)和功能仍然完整［2］。但是，在非?？焖俚臋C(jī)械負(fù)荷條件下軸突會變脆，當(dāng)大腦處于高應(yīng)變率條件下時，軸突因迅速發(fā)生變形而造成損害［3］。

3 DAI 和TAI 的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h2>

在嚴(yán)格意義上，DAI 僅適用于人類和大型動物模型，而在各種TBI 嚙齒類動物模型中，雖存在類似的軸索損傷，但軸索病變更加局限，常用創(chuàng)傷性軸索損傷(TAI)予以表述，以區(qū)別于人類的DAI。按照這個定義，DAI 只能在多腦回動物模型中復(fù)制。但目前尚缺乏TBI 的大動物模型，因?yàn)楹茈y復(fù)制發(fā)生在人類的TBI的生物力學(xué)，如在汽車墜毀或在頭部撞擊的那一刻，大腦中產(chǎn)生的慣性負(fù)荷條件［3］。因此，權(quán)宜之計是開發(fā)各種形式的TAI 小動物及體外模型，它們更易于使用且能夠量產(chǎn)。這種應(yīng)用廣泛的模型在研究軸索損傷的生物力學(xué)、病理生理學(xué)方面，甚至在TBI 后軸突病變治療的發(fā)展中都產(chǎn)生重要作用。

3.1 DAI 的多腦回動物模型 遭受TBI 時，體積龐大的人腦間產(chǎn)生的推拉力會造成更大的質(zhì)量效應(yīng)，導(dǎo)致腦組織在高應(yīng)變速率下?lián)p傷，其解剖學(xué)特點(diǎn)則導(dǎo)致白質(zhì)軸突的局灶性病變。因此，具有相對大的多腦回大腦及充足的腦白質(zhì)的非人類靈長類動物成為DAI 的第一個模型。在隨后研究中，使用相同的損傷裝置開發(fā)出一種小型豬的DAI 模型，這種小型豬擁有與非人類靈長類動物類似尺寸的多腦回腦。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相對于頭部旋轉(zhuǎn)加速的程度，軸索病變的分布在中－重度TBI 的昏迷以及輕度TBI 的短暫意識喪失中起更為重要的作用［4］。且意識的喪失與特定區(qū)域軸索病變的密度和/或分布有關(guān)(如腦干)，與大腦半球的軸突病變總體程度無關(guān);另外，在意識沒有顯著下降的情況下，廣泛的DAI 也可能發(fā)生。但因?yàn)槭芄潭ǖ淖饔脵C(jī)制、功能分析機(jī)制和每個實(shí)驗(yàn)組受試者數(shù)量的限制，很少有利用大型動物DAI 模型的研究來評價療效。因此，小動物和體外TAI 模型重新激發(fā)人們的興趣并對其進(jìn)行改良。

3.2 TAI 的無腦回動物模型 在所有無腦回嚙齒動物TAI 模型的皮層下結(jié)構(gòu)中(如胼胝體、丘腦以及腦干等)都可發(fā)現(xiàn)軸突病變。但哪一種模型與臨床最相關(guān)仍有爭論;例如，腦撞擊模型(重物墜擊，中央和橫向液壓沖擊，受控皮質(zhì)沖擊模型等)，雖然可以造成腦組織的拉伸和壓縮變形導(dǎo)致軸突損傷，但與人類TBI中發(fā)現(xiàn)的DAI 的特點(diǎn)并不類似［5］。且這些模型常造成沖擊點(diǎn)下方組織的挫傷出血。重點(diǎn)是這種損傷通常包括白質(zhì)軸突的初級斷裂甚至消融，與DAI 的機(jī)制和臨床病理特征并不一致。因此，最近有針對小動物模型做出改良，一些模型產(chǎn)生選擇性的軸突病變，與在人類TBI 后發(fā)現(xiàn)的特征類似。確定TAI 的最佳小動物模型，顯然對治療DAI 的發(fā)展很重要。

3.3 TAI 的體外模型 研究證明，直接評估外傷后軸索的病變過程，體外模型是非常有用的。如視神經(jīng)牽拉損傷模型等，通過附在彈性基板上軸突的縱向拉伸或使用加壓流體射流引起單向(一個方向)軸突的拉伸，來設(shè)置應(yīng)變和應(yīng)變速率的精確級別［6］。這些模型在評估傷后軸突超微結(jié)構(gòu)的改變以及識別治療靶點(diǎn)非常有用。

4 DAI 的無創(chuàng)檢測

近年來應(yīng)用先進(jìn)的成像技術(shù)、神經(jīng)電生理檢查、血液生物標(biāo)志物分析等可以對TBI 后DAI 進(jìn)行檢測，尤其是輕度TBI。如擴(kuò)散張量成像(DTI)技術(shù)，大大提高了對DAI 軸突損傷整體大小和分布的識別;神經(jīng)電生理檢測提供了一種無創(chuàng)的直接評估大腦活動和功能的手段。誘發(fā)電位一直以來用于分析TBI 的嚴(yán)重程度，如，TBI 后腦干小波和中潛伏期聽覺誘發(fā)電位逐級的損失或延遲可以識別亞臨床功能障礙;另外，由鈣蛋白酶裂解產(chǎn)生的αⅡ－膜收縮蛋白分解產(chǎn)物SBDP150 和145，與急性神經(jīng)元壞死相關(guān)，而通過半胱天冬氨酸蛋白水解酶3 產(chǎn)生的SBDP120，與凋亡細(xì)胞死亡級聯(lián)反應(yīng)相關(guān)［7］;已發(fā)現(xiàn)泛素羧基末端水解酶L1(UCH－L1)在動物和人類腦外傷后腦脊液和血清中都存在，與神經(jīng)元細(xì)胞死亡相關(guān)。通過多種生物標(biāo)志物可進(jìn)一步了解TBI后軸突病變的演變;TBI 的生物標(biāo)志物將在評估DAI 的程度及其未來治療方案發(fā)揮重要的作用［8］。

5 軸突損傷病理生理學(xué)、治療靶點(diǎn)

5.1 細(xì)胞骨架的穩(wěn)定 在TAI 終末期，微管的原發(fā)性機(jī)械損傷形成的微管碎片阻斷軸突運(yùn)輸，使得運(yùn)輸物快速成團(tuán)聚集，導(dǎo)致軸突呈串珠樣外觀，進(jìn)而引起軸突局部腫脹、分葉、斷裂。在體外用紫杉醇穩(wěn)定損傷軸突的微管能抑制微管的二次化學(xué)解聚，從而大大減少腫脹及變性。雖沒有在動物實(shí)驗(yàn)中測試，但在治療阿爾茨海默氏病和其他神經(jīng)退行性疾病的類紫杉醇療法(紫衫烷)可能能為治療DAI 鋪平道路［9］。

5.2 離子平衡 創(chuàng)傷后增加的軸突內(nèi)鈣離子濃度，可觸發(fā)一系列有害的級聯(lián)反應(yīng)。軸突內(nèi)鈣離子濃度的增加有幾個來源。研究發(fā)現(xiàn)創(chuàng)傷后鈣離子內(nèi)流的間接證據(jù)為通過視神經(jīng)牽拉損傷后軸突鈣ATP 酶活性的變化。在軸突拉伸損傷的體外模型中，發(fā)現(xiàn)對電壓敏感的鈉通道的機(jī)械失調(diào)可通過逆轉(zhuǎn)鈉鈣交換和開放電壓門控鈣通道誘導(dǎo)鈣逐漸內(nèi)流。此外，通過鈣激活蛋白酶、蛋白酶的蛋白水解作用，使鈉通道失活，可導(dǎo)致軸突內(nèi)鈣持續(xù)增加［10］?？赏ㄟ^使用藥物或鈣蛋白酶抑制劑來阻斷鈉通道、鈣通道、鈉鈣交換。

也有人認(rèn)為，TAI 后軸突內(nèi)鈣濃度的增加可通過單純改變軸突的通透性來實(shí)現(xiàn)，包括軸膜穿孔。穿孔是由初級機(jī)械作用引起還是由膜化學(xué)溶解的次級作用引起，目前還有爭議。通過對膜的流動性的修復(fù)治療，如聚乙二醇和表面活性劑－聚羥亞烴，可能有利于軸突保護(hù)。

5.3 蛋白酶抑制 TBI 后，在軸突中有超過數(shù)小時的半胱氨酸蛋白酶、鈣蛋白酶和半胱天冬氨酸蛋白水解酶3 的局部活性增加，與軸突細(xì)胞骨架的解體進(jìn)程一致?；钚遭}蛋白酶及其對軸膜下的水解產(chǎn)生的分解產(chǎn)物在受損軸突和腦脊液中被發(fā)現(xiàn)。目前尚未明確鈣蛋白酶對膜收縮蛋白的蛋白水解作用機(jī)制，可能是通過擾亂郎飛節(jié)的鈉通道排列，導(dǎo)致軸膜不穩(wěn)定。

針對鈣介導(dǎo)反應(yīng)，鈣蛋白酶抑制劑如MDL28170，5B，AK295，和SJA－6017 已被用于多個研究［11］，均在TBI 后表現(xiàn)出對軸突顯著的保護(hù)作用。但現(xiàn)有的鈣蛋白酶抑制劑缺乏特異性，可作用多個部位，且其在腦的生物利用度受到質(zhì)疑。

5.4 線粒體保護(hù) 研究表明，軸突內(nèi)鈣離子引發(fā)的離子失衡伴隨鄰近線粒體的劇烈腫脹，嵴斷裂，線粒體破碎。軸突內(nèi)部鈣負(fù)荷，可能激活半胱氨酸蛋白酶，可導(dǎo)致線粒體鈣超載，進(jìn)而導(dǎo)致線粒體的消亡，同時其提供高能量磷酸鹽來保持局部軸突的結(jié)構(gòu)和功能的作用也隨之消亡。

對于TBI 后的線粒體損害及功能失調(diào)，免疫親和素配體的環(huán)孢菌素A(CsA)可通過抑制鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶和防止線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔開放來保護(hù)受傷軸突的線粒體。在TBI 的嚙齒動物模型中，發(fā)現(xiàn)CsA 治療可減少軸突線粒體腫脹、斷裂，從而減輕軸索損傷程度并進(jìn)一步觀測到CSA 也可減少鈣離子介導(dǎo)的細(xì)胞骨架的破壞。隨后對FK506(另一個親免素配體，可抑制鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶但不影響線粒體通透性轉(zhuǎn)換)也進(jìn)行了研究［12］。TAI 后，F(xiàn)K506 提供顯著的軸突保護(hù)，可減少軸突病變及保護(hù)電生理功能。最近的研究表明，F(xiàn)K506 抑制鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶影響線粒體中BAD 向BCL－X 轉(zhuǎn)位可能影響線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔的開放。因此，免疫親配體的CsA 和FK506 是對TAI 后軸索保護(hù)有前景的藥物。

5.5 低溫 創(chuàng)傷后低溫治療有抑制代謝作用，能減輕TBI 嚙齒動物模型中軸突損傷。早期低溫干預(yù)可發(fā)揮的最大效果，這有助于延長治療的時間間隔，在低溫間隔內(nèi)緩慢復(fù)溫，其保護(hù)作用是最佳的，而快速復(fù)溫則明顯加重軸索病變。考慮到組合治療，在復(fù)溫階段皆可使用FK506 或CSA 給予進(jìn)一步的保護(hù)。低溫干預(yù)和免疫親和素配體都可改善腦微循環(huán)，這可能有助于保護(hù)軸突［13］。

但是，在臨床前期觀察到的低溫相對強(qiáng)勁的保護(hù)作用，在TBI 患者的兩個大型臨床研究中并沒有觀察到。低溫臨床試驗(yàn)失敗的原因可能是因?yàn)樵趥髱讉€小時開始低溫治療，遠(yuǎn)遠(yuǎn)遲于動物實(shí)驗(yàn)，因而錯過最佳時機(jī)。事實(shí)上，在臨床前的測試中，大多數(shù)藥物只在傷后第一個小時顯示最大效能，因而降低臨床應(yīng)用的可行性。

目前可看到的前景是，低溫干預(yù)結(jié)合親免配體的延遲給藥組合的方法可能協(xié)同作用并延長治療時機(jī)。低溫可阻礙TAI 進(jìn)展，在延緩的治療時間內(nèi)輔以藥物治療，以起到疊加保護(hù)作用。綜上所述，低溫組合療法值得繼續(xù)研究。

5.6 其他治療方法 有新興的證據(jù)表明，其他藥物也可以為TBI 后提供軸突保護(hù)。如氧自由基清除劑、類固醇、神經(jīng)營養(yǎng)因子、促紅細(xì)胞生成素、促生長素抑制素或膳食補(bǔ)充，雖然這類藥物已顯示出對軸索不同程度的保護(hù)作用，但仍需得到進(jìn)一步的發(fā)展。

6 研究空白和未來的發(fā)展方向

綜上所述，過去的幾十年見證了我們在DAI 病理生理學(xué)上的重大進(jìn)展。我們對由DAI 誘發(fā)的多種類型纖維束的解剖和生理上的各種變化的認(rèn)識都有所提高，允許我們把定位轉(zhuǎn)向更積極的更好的更適于干預(yù)治療的亞細(xì)胞機(jī)制。雖然我們已經(jīng)確定了一些能治療DAI 后的病變的候選目標(biāo)，但需更多的臨床試驗(yàn)并經(jīng)過嚴(yán)格的臨床前評價，以便在人體臨床試驗(yàn)中得到更好的定位。

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