彌漫性軸索損傷的臨床治療發展

胡棟 景英朝 荊國杰

廣東惠州市第一人民醫院神經外科 惠州市神經外科研究所 惠州516000

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

1 DAI 中軸突病理學的特點及進展

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現的單球體或膨大，最初稱為回縮球，現被稱為軸索球或反應性軸索膨大。已證明這些漸進性的結構腫脹會導致軸突斷裂;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輸只在沿軸突的長軸多位點部分中斷，產生串珠樣外觀［1］。除了急性創傷后的變化，這些與DAI 有關的腫脹可以在傷后幾個月甚至幾年內都觀察得到，但軸突腫脹的數目隨著時間的推移明顯減少。這些觀察結果表明，腦外傷可引起長期的隱匿性白質軸突變性。因此，治療DAI 的時機可能相對廣泛。

2 DAI 的生物力學

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

3 DAI 和TAI 的實驗模型

在嚴格意義上，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，常用創傷性軸索損傷(TAI)予以表述，以區別于人類的DAI。按照這個定義，DAI 只能在多腦回動物模型中復制。但目前尚缺乏TBI 的大動物模型，因為很難復制發生在人類的TBI的生物力學，如在汽車墜毀或在頭部撞擊的那一刻，大腦中產生的慣性負荷條件［3］。因此，權宜之計是開發各種形式的TAI 小動物及體外模型，它們更易于使用且能夠量產。這種應用廣泛的模型在研究軸索損傷的生物力學、病理生理學方面，甚至在TBI 后軸突病變治療的發展中都產生重要作用。

3.1 DAI 的多腦回動物模型 遭受TBI 時，體積龐大的人腦間產生的推拉力會造成更大的質量效應，導致腦組織在高應變速率下損傷，其解剖學特點則導致白質軸突的局灶性病變。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。結果發現，相對于頭部旋轉加速的程度，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域軸索病變的密度和/或分布有關(如腦干)，與大腦半球的軸突病變總體程度無關;另外，在意識沒有顯著下降的情況下，廣泛的DAI 也可能發生。但因為受固定的作用機制、功能分析機制和每個實驗組受試者數量的限制，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 模型重新激發人們的興趣并對其進行改良。

3.2 TAI 的無腦回動物模型 在所有無腦回嚙齒動物TAI 模型的皮層下結構中(如胼胝體、丘腦以及腦干等)都可發現軸突病變。但哪一種模型與臨床最相關仍有爭論;例如，腦撞擊模型(重物墜擊，中央和橫向液壓沖擊，受控皮質沖擊模型等)，雖然可以造成腦組織的拉伸和壓縮變形導致軸突損傷，但與人類TBI中發現的DAI 的特點并不類似［5］。且這些模型常造成沖擊點下方組織的挫傷出血。重點是這種損傷通常包括白質軸突的初級斷裂甚至消融，與DAI 的機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，一些模型產生選擇性的軸突病變，與在人類TBI 后發現的特征類似。確定TAI 的最佳小動物模型，顯然對治療DAI 的發展很重要。

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，來設置應變和應變速率的精確級別［6］。這些模型在評估傷后軸突超微結構的改變以及識別治療靶點非常有用。

4 DAI 的無創檢測

近年來應用先進的成像技術、神經電生理檢查、血液生物標志物分析等可以對TBI 后DAI 進行檢測，尤其是輕度TBI。如擴散張量成像(DTI)技術，大大提高了對DAI 軸突損傷整體大小和分布的識別;神經電生理檢測提供了一種無創的直接評估大腦活動和功能的手段。誘發電位一直以來用于分析TBI 的嚴重程度，如，TBI 后腦干小波和中潛伏期聽覺誘發電位逐級的損失或延遲可以識別亞臨床功能障礙;另外，由鈣蛋白酶裂解產生的αⅡ－膜收縮蛋白分解產物SBDP150 和145，與急性神經元壞死相關，而通過半胱天冬氨酸蛋白水解酶3 產生的SBDP120，與凋亡細胞死亡級聯反應相關［7］;已發現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，與神經元細胞死亡相關。通過多種生物標志物可進一步了解TBI后軸突病變的演變;TBI 的生物標志物將在評估DAI 的程度及其未來治療方案發揮重要的作用［8］。

5 軸突損傷病理生理學、治療靶點

5.1 細胞骨架的穩定 在TAI 終末期，微管的原發性機械損傷形成的微管碎片阻斷軸突運輸，使得運輸物快速成團聚集，導致軸突呈串珠樣外觀，進而引起軸突局部腫脹、分葉、斷裂。在體外用紫杉醇穩定損傷軸突的微管能抑制微管的二次化學解聚，從而大大減少腫脹及變性。雖沒有在動物實驗中測試，但在治療阿爾茨海默氏病和其他神經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 創傷后增加的軸突內鈣離子濃度，可觸發一系列有害的級聯反應。軸突內鈣離子濃度的增加有幾個來源。研究發現創傷后鈣離子內流的間接證據為通過視神經牽拉損傷后軸突鈣ATP 酶活性的變化。在軸突拉伸損傷的體外模型中，發現對電壓敏感的鈉通道的機械失調可通過逆轉鈉鈣交換和開放電壓門控鈣通道誘導鈣逐漸內流。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，可導致軸突內鈣持續增加［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。

也有人認為，TAI 后軸突內鈣濃度的增加可通過單純改變軸突的通透性來實現，包括軸膜穿孔。穿孔是由初級機械作用引起還是由膜化學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。

5.3 蛋白酶抑制 TBI 后，在軸突中有超過數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，與軸突細胞骨架的解體進程一致。活性鈣蛋白酶及其對軸膜下的水解產生的分解產物在受損軸突和腦脊液中被發現。目前尚未明確鈣蛋白酶對膜收縮蛋白的蛋白水解作用機制，可能是通過擾亂郎飛節的鈉通道排列，導致軸膜不穩定。

針對鈣介導反應，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 后表現出對軸突顯著的保護作用。但現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疑。

5.4 線粒體保護 研究表明，軸突內鈣離子引發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。軸突內部鈣負荷，可能激活半胱氨酸蛋白酶，可導致線粒體鈣超載，進而導致線粒體的消亡，同時其提供高能量磷酸鹽來保持局部軸突的結構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，免疫親和素配體的環孢菌素A(CsA)可通過抑制鈣調神經磷酸酶和防止線粒體通透性轉換孔開放來保護受傷軸突的線粒體。在TBI 的嚙齒動物模型中，發現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一步觀測到CSA 也可減少鈣離子介導的細胞骨架的破壞。隨后對FK506(另一個親免素配體，可抑制鈣調神經磷酸酶但不影響線粒體通透性轉換)也進行了研究［12］。TAI 后，FK506 提供顯著的軸突保護，可減少軸突病變及保護電生理功能。最近的研究表明，FK506 抑制鈣調神經磷酸酶影響線粒體中BAD 向BCL－X 轉位可能影響線粒體通透性轉換孔的開放。因此，免疫親配體的CsA 和FK506 是對TAI 后軸索保護有前景的藥物。

5.5 低溫 創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。早期低溫干預可發揮的最大效果，這有助于延長治療的時間間隔，在低溫間隔內緩慢復溫，其保護作用是最佳的，而快速復溫則明顯加重軸索病變。考慮到組合治療，在復溫階段皆可使用FK506 或CSA 給予進一步的保護。低溫干預和免疫親和素配體都可改善腦微循環，這可能有助于保護軸突［13］。

但是，在臨床前期觀察到的低溫相對強勁的保護作用，在TBI 患者的兩個大型臨床研究中并沒有觀察到。低溫臨床試驗失敗的原因可能是因為在傷后幾個小時開始低溫治療，遠遠遲于動物實驗，因而錯過最佳時機。事實上，在臨床前的測試中，大多數藥物只在傷后第一個小時顯示最大效能，因而降低臨床應用的可行性。

目前可看到的前景是，低溫干預結合親免配體的延遲給藥組合的方法可能協同作用并延長治療時機。低溫可阻礙TAI 進展，在延緩的治療時間內輔以藥物治療，以起到疊加保護作用。綜上所述，低溫組合療法值得繼續研究。

5.6 其他治療方法 有新興的證據表明，其他藥物也可以為TBI 后提供軸突保護。如氧自由基清除劑、類固醇、神經營養因子、促紅細胞生成素、促生長素抑制素或膳食補充，雖然這類藥物已顯示出對軸索不同程度的保護作用，但仍需得到進一步的發展。

6 研究空白和未來的發展方向

綜上所述，過去的幾十年見證了我們在DAI 病理生理學上的重大進展。我們對由DAI 誘發的多種類型纖維束的解剖和生理上的各種變化的認識都有所提高，允許我們把定位轉向更積極的更好的更適于干預治療的亞細胞機制。雖然我們已經確定了一些能治療DAI 后的病變的候選目標，但需更多的臨床試驗并經過嚴格的臨床前評價，以便在人體臨床試驗中得到更好的定位。

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