李季林,盛羅平，陳仁輝,陸林其,陳 華,丁 建,肖 建

·論 著·

顱腦損傷后血清中MMP-9、S-100B蛋白的表達(dá)與顱腦損傷嚴(yán)重程度及腦水腫相關(guān)性的研究

李季林,盛羅平，陳仁輝,陸林其,陳 華,丁 建,肖 建

目的 探討顱腦損傷(TBI)患者血清中S-100B和MMP-9蛋白水平的變化，并分析其與TBI嚴(yán)重程度及腦水腫的關(guān)聯(lián)性。方法 選擇2012年7月～2014年6月復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院青浦分院收治的120例TBI患者，其中男性74例，女性46例；年齡18～ 80歲，平均40.2歲。格拉斯哥昏迷評分(GCS評分):重度顱腦損傷患者(GCS 3～8分)60例，9～15分60例，同時選擇60例健康體檢者作為正常對照。采用酶聯(lián)免疫吸附法(ELSA)測定傷后1、3、5、7d血中S-100B和MMP-9蛋白濃度的變化情況，分析血清S-100B和MMP-9蛋白濃度水平與TBI入院時GCS評分、患者傷后3個月時GOS評分及頭顱CT提示腦水腫變化的相關(guān)性。結(jié)果 TBI組血清中S-100B和MMP-9蛋白濃度較對照組明顯升高(P<0.05)。血清中S-100B和MMP-9蛋白含量與TBI患者嚴(yán)重程度和腦水腫體積成正相關(guān)，與GCS和GOS評分成負(fù)相關(guān)。TBI組患者恢復(fù)不良組24例,恢復(fù)良好組96例，恢復(fù)不良組與恢復(fù)良好組血清S-100B和 MMP-9蛋白濃度水平具有顯著差異(P<0.05)。血清S-100B和MMP-9蛋白含量越高，TBI越嚴(yán)重，腦水腫越嚴(yán)重，預(yù)后越差。結(jié)論 血清中S-100B和MMP-9蛋白測定可作為判斷TBI患者嚴(yán)重程度及腦水腫的重要指標(biāo)，為TBI救治提供指導(dǎo)。

顱腦損傷； 血清； 蛋白； 腦水腫

創(chuàng)傷性顱腦損傷(traumatic brain injury，TBI)病死率及致殘率居各類創(chuàng)傷之首。目前臨床只有通過格拉斯哥昏迷評分(glasgow coma scale，GCS)評分及影像學(xué)表現(xiàn)對TBI進(jìn)行傷情判斷及預(yù)后預(yù)測，臨床上有一定的局限性。筆者通過檢測TBI患者血清中MMP-9和S100B蛋白水平變化，探討其與TBI嚴(yán)重程度及腦水腫關(guān)系。

資料與方法

1 一般資料

隨機(jī)選擇2012年7月～2014年6月復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院青浦分院收治的120例TBI患者，均于傷后24 h內(nèi)入院，并經(jīng)顱腦CT及MRI檢查明確診斷為硬膜外血腫、腦挫裂傷、蛛網(wǎng)膜下腔出血、硬膜下血腫及顱骨骨折等。本組男性74例，女性46例；年齡18～ 80歲，平均40.2歲。其中輕度顱腦損傷患者(GCS 9～15分)60例，重度顱腦損傷患者(GCS 3～8分)60例。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)有肝臟、脾臟破裂及四肢多發(fā)骨折；(2)有惡性腫瘤及其它神經(jīng)系統(tǒng)及免疫性疾病史；(3)有明確的細(xì)菌、病毒感染；(4)1個月內(nèi)有手術(shù)及嚴(yán)重外傷史；(5)有嚴(yán)重貧血、出血性疾病等。有手術(shù)指征者先予手術(shù)治療。手術(shù)方式、手術(shù)適應(yīng)證及術(shù)后治療均按照《中國顱腦損傷救治指南》執(zhí)行，術(shù)后必要時給予氣管切開及呼吸機(jī)的應(yīng)用、積極預(yù)防和治療各種并發(fā)癥、營養(yǎng)支持及精心的觀察和護(hù)理。本組同時收集60例健康體檢者作為正常對照組。兩組患者年齡、性別等差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，具有可比性。本課題研究已經(jīng)通過醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理會審核批準(zhǔn)，所有入選患者均簽訂知情同意書。

2 方法

顱腦損傷患者于傷后1、3、5、7d分別抽取靜脈血5mL，對照組于清晨空腹抽取靜脈血5mL，于4℃、3 000r/min離心10min，取上清液-80℃冰箱保存待測。S-100B和MMP-9的測定采用酶聯(lián)免疫吸附法(ELISA)，試劑盒購自北京東亞免疫技術(shù)研究所，操作步驟嚴(yán)格按試劑盒說明書進(jìn)行?；颊邆?個月按格拉斯哥預(yù)后評分(GOS評分)進(jìn)行評價：1分，死亡；2分，植物狀態(tài)；3分，嚴(yán)重殘疾；4分，中度殘疾；5分，恢復(fù)良好。GOS評分1～3分者為恢復(fù)不良組，4～5分者為恢復(fù)良好組。分別與傷后1、3、5、7d給予頭顱CT檢查，由2名高年資主治醫(yī)生或者以上的醫(yī)師共同讀片，腦水腫體積=(頭顱CT所示腦水腫最大層面的長×寬×層/2)-(該層面血腫的長×寬×層/2)。

3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

結(jié) 果

1 顱腦損傷患者傷后不同時間點(diǎn)S-100B和MMP-9蛋白水平和腦水腫體積變化

TBI組S100B和MMP-9蛋白濃度較對照組明顯升高(P<0.05)，于傷后1d達(dá)到高峰，3d時下降到最低，后開始升高，5d時達(dá)到高峰，7d時再次下降；腦水腫體積從傷后1d持續(xù)升高，到5d時達(dá)到最大值，7d時下降。S-100B和MMP-9蛋白表達(dá)水平越高，腦水腫程度越嚴(yán)重，見表1。

表1 顱腦損傷患者傷后不同時間點(diǎn)S-100B和MMP-9蛋白濃度和腦水腫體積

與對照組比較：*⊿▲P<0.05，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義

2 TBI患者血清S100B和MMP-9與GCS、GOS、顱腦損傷嚴(yán)重程度及腦水腫體積的相關(guān)性分析

TBI患者的血清S100B和MMP-9蛋白含量分別與GCS和GOS評分呈負(fù)相關(guān)(P<0.05)，與腦水腫體積和顱腦損傷嚴(yán)重程度成正相關(guān)(P<0.05)，見表2。

表2 顱腦損傷患者血清S100B和MMP-9蛋白水平與腦水腫體積、GCS和GOS評分的相關(guān)性

3 TBI患者血清中S100B和MMP-9蛋白濃度與預(yù)后的關(guān)系

恢復(fù)不良組(GOS 1～3分)24例,恢復(fù)良好組(GOS 4～5分)96例，兩組血清S-100B和MMP-9蛋白濃度具有顯著差異(P<0.05)，見表3。

表3 顱腦損傷患者血清S100B和MMP-9蛋白濃度與預(yù)后的關(guān)系

兩組間比較有顯著性差異t=2.753,*P=0.034<0.05；兩組間比較有顯著性差異t=4.241,⊿P=0.028<0.05

討 論

創(chuàng)傷性顱腦損傷(traumatic brain injury，TBI)是神經(jīng)外科常見疾病。格拉斯哥昏迷評分(glasgow coma scale，GCS)及影像學(xué)表現(xiàn)對嚴(yán)重TBI進(jìn)行傷情判斷及預(yù)后預(yù)測有一定的局限性，如鎮(zhèn)靜劑、肌松劑的應(yīng)用影響判斷GCS評分，患者生命體征不穩(wěn)定難以進(jìn)行影像學(xué)檢查等。目前GCS評分采用的參數(shù)為等級數(shù)據(jù)而非計(jì)量數(shù)據(jù)，在臨床工作中還缺乏能通過定量數(shù)據(jù)測定腦細(xì)胞損傷程度的直接方法。研究表明基質(zhì)金屬蛋白酶9 (matrix metalloproteinase-9，MMP-9)激活后可通過降解細(xì)胞外基質(zhì)成分,破壞血腦屏障完整性導(dǎo)致腦水腫。另外TBI后S-100B蛋白從損傷的細(xì)胞中溢出進(jìn)入腦脊液和血液，通過受損血腦屏障進(jìn)入血漿中，從而使血漿S-100B 蛋白水平顯著升高 。TBI后對腦功能的監(jiān)護(hù)及損傷程度的判斷尤為重要[1-2]。

S-100B蛋白主要由神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞合成和分泌，雖然具有神經(jīng)營養(yǎng)作用，但是高濃度的S-100B蛋白卻有神經(jīng)毒性作用，并能通過一氧化氮依賴途徑誘導(dǎo)神經(jīng)元細(xì)胞死亡。當(dāng)發(fā)生創(chuàng)傷性TBI時，S-100B蛋白可通過損傷的血腦屏障進(jìn)入血液，測定血清S-100B蛋白含量可間接地反映TBI的嚴(yán)重程度[3]。本研究結(jié)果顯示TBI后，S-100B蛋白水平較正常對照組明顯升高(P<0.05)，TBI嚴(yán)重程度與S-100B蛋白上升水平呈正相關(guān)(r=0.674，P<0.05)；與GCS評分呈負(fù)相關(guān)(r=-0.725，P<0.05)。TBI后血清中S-100B蛋白水平升高,其機(jī)制可能是小膠質(zhì)細(xì)胞分泌的白細(xì)胞介素-1(IL-1)強(qiáng)烈刺激星形細(xì)胞活化和增殖,產(chǎn)生大量的S-100B蛋白。而S-100B 蛋白自身也促進(jìn)星形細(xì)胞的肥大和增殖，產(chǎn)生更多的S-100B蛋白,從而形成正反饋調(diào)節(jié)。另外筆者在前期的研究中發(fā)現(xiàn)，S-100B蛋白的測定對TBI嚴(yán)重程度分型及預(yù)后都有重要指導(dǎo)價值[4]。Lee等[5]研究發(fā)現(xiàn)在TBI血清中S-100B、神經(jīng)膠質(zhì)纖維酸性蛋白(GFAP)和泛素羧基末端水解酶-L1(UCH-L1)蛋白水平明顯升高，對判斷TBI損傷嚴(yán)重程度及預(yù)后有重要價值。

MMP-9是一種促炎蛋白酶，參與TBI后的繼發(fā)性損傷，在腦水腫形成早期通過破壞血腦屏障，導(dǎo)致了血管源性腦水腫；在腦水腫形成后期，進(jìn)一步損傷腦組織，導(dǎo)致了細(xì)胞毒性腦水腫。本研究結(jié)果顯示，發(fā)生TBI后，MMP-9蛋白水平較正常對照組明顯升高(P<0.05)，與TBI嚴(yán)重程度呈正相關(guān)(r=0.703，P<0.05)，與GCS評分呈負(fù)相關(guān)(r=-0.683，P<0.05)。本組實(shí)驗(yàn)證實(shí)TBI急性期7d內(nèi)MMP-9和S-100B有一個動態(tài)變化的過程，呈現(xiàn)一定的時程變化規(guī)律，推測TBI患者第1天時S-100B、 MMP-9濃度升高可能與腦損傷后短暫的血腦屏障損傷和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞損傷有關(guān)，第3天濃度下降與血腦屏障完整性和細(xì)胞的短暫恢復(fù)相關(guān)；其二次升高表現(xiàn)在第5天，提示可能與繼發(fā)性腦損傷有關(guān)，反過來促進(jìn)繼發(fā)性腦水腫、腦梗死等。黃志純等[6]研究發(fā)現(xiàn)血清NSE、MMP-2、MMP-9蛋白參與了急性顱腦損傷的病理生理過程，并可能在繼發(fā)腦損傷中起重要作用,其測定對于早期評估重型顱腦損傷的嚴(yán)重程度和預(yù)后有重要意義。Egashira等[7]研究發(fā)現(xiàn)MMP-9在蛛網(wǎng)膜下腔出血后導(dǎo)致的血腦屏障和腦白質(zhì)損傷中占了很大作用，可能也是一個治療靶點(diǎn)對蛛網(wǎng)膜下腔出血導(dǎo)致的腦白質(zhì)損傷。Guilfoyle等[8]研究發(fā)現(xiàn)MMP-9濃度在繼發(fā)性腦損傷早期升高，可以作為一個治療靶點(diǎn)降低血腫進(jìn)展和減輕血管源性水腫。

本研究提示恢復(fù)不良組(GOS 1～3分)24例,恢復(fù)良好組(GOS 4～5分)96例，兩組之間血清S-100B和MMP-9蛋白濃度具有顯著差異(P<0.05)。另外發(fā)現(xiàn)S-100B和MMP-9水平與GOS評分呈負(fù)相關(guān)(r=-0.813，P<0.05；r=-0.724，P<0.05)，提示其濃度越高預(yù)后越差。Thelin等[9]通過多元回歸分析研究發(fā)現(xiàn)影響TBI預(yù)后的幾個主要因素是：年齡、瞳孔反應(yīng)和S-100B蛋白水平，而S-100B水平預(yù)測預(yù)后的價值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于以上幾個因素，傷后12h內(nèi)水平預(yù)測預(yù)后價值不大，12～36h對預(yù)后價值最大。Wei等[10]研究在流體沖擊損傷的大鼠模型上，用免疫印跡和免疫組織化學(xué)檢測受傷區(qū)域周圍的腦組織，發(fā)現(xiàn)傷后6～48h，細(xì)胞外基質(zhì)金屬蛋白酶誘導(dǎo)物(EMMPRIN)表達(dá)顯著上調(diào)，與增加MMP-9水平有關(guān)，表明EMMPRIN和MMP-9可能在TBI后的血管損傷中發(fā)揮著積極作用。

研究發(fā)現(xiàn)血清中S-100B和MMP-9蛋白含量與TBI患者腦水腫體積成正相關(guān)(r=0.636，P<0.05；r=0.741，P<0.05)，表明血清中MMP-9和S100B蛋白含量越高，損傷程度越重，腦水腫越嚴(yán)重，患者預(yù)后就越差。Higashida等[11]用蛋白免疫印跡方法檢測結(jié)果顯示在腦組織損傷24h后 MMP-9蛋白水平表達(dá)明顯增加，當(dāng)使用 MMP-9抑制劑之后發(fā)現(xiàn)MMP-9蛋白的表達(dá)明顯減少，腦水腫程度也明顯降低。Wang等[12]研究發(fā)現(xiàn)在大鼠TBI模型中通過抑制TLR4/NF-κB信號通路，可降低MMP-9表達(dá)，緩解早期腦損傷，改善預(yù)后。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明使用MMP-9抑制劑能夠減輕血腦屏障破壞，降低腦水腫程度，具體相關(guān)機(jī)制不是很明確。

綜上所述，TBI后血清S-100B和MMP-9蛋白濃度可作為早期評估腦損傷程度、病情進(jìn)展和臨床預(yù)后判斷的指標(biāo)，與傷后GCS評分相結(jié)合可為臨床早期評估重型TBI的預(yù)后提供更為可靠的依據(jù)。

[1] Czeiter E，Mondello S，Kovacs N，et al．Brain injury biomarkers may improve the predictive power of the IMPACT outcome calculator[J].J Neurotrauma,2012,29(9):1770-1778．

[2] 鄭克彬,劉艷峰,劉海鵬,等.基質(zhì)金屬蛋白酶家族在顱腦損傷患者中表達(dá)水平的變化[J].中華實(shí)驗(yàn)外科雜志，2015,32(1):178-179.

[3] Lo TY,Jones PA,Minns RA.Pediatric brain trauma outcome prediction using paired serum levels of inflammatory mediators and brain-specific proteins[J].J Neurotrauma.2009,26(9):1479-1487.

[4] 李季林,盛羅平,陳仁輝,等.S100B蛋白的測定對顱腦損傷分型與判斷預(yù)后的意義[J].中華全科醫(yī)學(xué)雜志,2013,11(10):1509-1510.

[5] Lee JY,Lee CY,Kim HR ,et al. A role of serum-based neuronal and glial markers as potential predictors for distinguishing severity and related outcomes in traumatic brain injury[J]. J Korean Neurosurg Soc,2015,58(2):93-100.

[6] 黃志純,田新華,豐偉,等.重型顱腦損傷患者血清NSE和MMPs的動態(tài)變化及臨床意義[J].中華神經(jīng)外科雜志,2014,30(1):67-70.

[7] Egashira Y,Zhao H,Hua Y，et al.White matter injury after subarachnoid hemorrhage:role of blood-brain barrier disruption and matrix metalloproteinase-9[J]. Stroke,2015,46(10):2909-2915.

[8] Guilfoyle MR,Carpenter KL,Helmy A,et al.Matrix metalloproteinase expression in contusional traumatic brain injury: a paired microdialysis study[J]. J Neurotrauma,2015,32(20):1553-1559.

[9] Thelin EP,Johannesson L,Nelson D,et al.S100B is an important outcome predictor in traumatic brain injury[J].J Neurotrauma,2013,30(7):519-528.

[10] Wei M,Li H,Shang Y,et al.Increased CD147 (EMMPRIN) expression in the rat brain following traumatic brain injury[J].Brain Res,2014,17(1585):150-158.

[11] Higashida T,Kreipke CW,Rafols JA,et al.The role of hypoxia-inducible factor-1α,aquaporin-4,and matrix metalloproteinase-9 in blood-brain barrier disruption and brain edema after traumatic brain injury[J].J Neurosurg,2011,114(1):92-101.

[12] Wang CX,Xie GB,Zhou CH,et al.Baincalein alleviates early brain injury after experimental subarachnoid hemorrhage in rats: possible involvement of TLR4/NF-κB-mediated inflammatory pathway[J]. Brain Res,2015,12(1594):245-255.

(本文編輯： 郭 衛(wèi))

The relation for serum MMP-9,S-100B protein expression in traumatic brain injury with the severity and brain edema

LI Ji-lin,SHENG Luo-ping,CHEN Ren-hui,LU Lin-qi,CHEN Hua,DING Jian,XIAO Jian

(Department of Neurosurgery,Qingpu Branch of Zhongshan Hospital,Fudan University,Shanghai 201700,China)

Objective To explore the relevance of severity and cerebral edema with serum S-100B and MMP-9 protein levels in traumatic brain injury (TBI) patients. Methods A total of 120 patients with traumatic brain injury were enrolled,with 74 males and 46 females and the average age was 40.2 (18-80) years. GSC score was 3-8 in 60 severe cases and 6-15 in the other 60 cases. Another 60 cases of healthy persons were selected as normal control group. The S-100B and MMP-9 protein concentration 1d,3d,5d,7d after injury was measured by enzyme-linked immunosorbent assay (ELSA) to investigate the correlation of serum S-100B and MMP-9 protein levels with the GCS score at admission,GOS score 3months after injury and brain edema with cranial CT. Results The serum S-100B and MMP-9 protein concentration for TBI group was significantly higher than that of the control group (P<0.05). The concentration of serum S-100B and MMP-9 protein was positively correlated with the severity of TBI patients and cerebral edema,while was negatively correlated with GCS and GOS score. Recovery state was poor in 24 cases and good in 96 cases. The levels of S-100B and MMP-9 protein in patients with good recovery had a significant difference (P<0.05) compared with those with poor recovery. Higher serum S-100B and MMP-9 protein content implied more severe TBI,more severe brain edema,and worse prognosis. Conclusion The serum S-100B and MMP-9 protein levels of TBI patients could be used as an important index to judge the severity and cerebral edema,providing a way for the TBI treatment.

traumatic brain injury; serum; protein; cerebral edema

1009-4237(2017)03-0185-04

上海市青浦區(qū)科委自然基金資助(青科發(fā)2010-36)； 復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院青浦分院基金資助(QY2010-14)

201700 上海，復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院青浦分院神經(jīng)外科

盛羅平，E-mail：slp1963@sina.com

R 651.15

A 【DOI】 10.3969/j.issn.1009-4237.2017.03.007

2016-01-08；

2016-01-25)