創傷性腦損傷進展性出血分子機制研究進展

何吉洪 任民 彭偉 謝洪偉

【摘要】 創傷性腦損傷（Traumatic brain injury，TBI）是最嚴重的致殘創傷，往往導致終身的身體傷害，伴或不伴認知、行為和情感上的損傷。創傷性腦損傷可對大腦的造成多種損傷，其中最嚴重的一種是出血性腦挫傷。目前關于TBI后腦挫傷出血進展的觀點主要有兩方面：早期研究認為凝血功能障礙是進展性腦內出血的重要原因，最近一種新的機制被假設可以解釋腦挫傷出血進展，包括延遲的、進行性微血管衰竭所引發的一系列分子事件。本文通過回顧相關文獻及最新研究，討論腦挫傷后進展性出血的相關分子機制，同時展望腦挫傷進展性出血的藥物治療前景。

【關鍵詞】 腦挫傷 進展性出血 分子機制 凝血功能

[Abstract] Traumatic brain injury （TBI） is the most serious disabling trauma， which not only can lead to lifelong physical injury with cognitive， behavioral and emotional damage or not. Traumatic brain injury could cause a variety of damage to the brain， the most serious of which was hemorrhagic brain contusion. At present， there were two main points on the progression of cerebral contusion bleeding after TBI： early studies suggested that coagulopathy was an important cause of progressive intracerebral hemorrhage. Recently， a new mechanism has been hypothesized to explain the progression of cerebral contusion bleeding， which including a series of molecular events triggered by delayed and progressive microvascular failure. This study will review the latest researches to discuss the molecular mechanisms of progressive hemorrhage after cerebral contusion， and prospects for the future of drug therapy for progressive contusion of brain contusion.

[Key words] Brain contusion Progressive hemorrhage Molecular mechanism Coagulation function

First-authors address： Pidu District Peoples Hospital， Chengdu 611730， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2019.31.042

頭部外傷后腦組織損傷的嚴重程度是由原發性損傷決定的，由撞擊時所傳遞的動能引起，再加上大量的繼發性損傷反應，加重了原發性損傷[1-3]。原發性腦損傷導致神經細胞、星型膠質細胞、少突膠質細胞壞死。壞死細胞釋放內源性細胞物質（興奮性氨基酸、熱休克蛋白），刺激繼發性損傷反應導致微血管破壞，血管內皮腫脹、血管收縮、痙攣、血小板及白細胞聚集、黏附，導致血液外滲、血管功能喪失和缺血。繼發性腦損傷的反應是多種多樣的，這些都可進一步導致腦組織損傷，使原發性損傷惡化。許多繼發性損傷反應僅僅是原發性組織損傷的自然結果，如興奮性毒性物質的釋放、血液分解產物的自由基損傷以及微血管閉塞引起的缺血。炎癥反應也參與腦組織繼發性損害，包括內源性（小膠質細胞）和外源性（中性粒細胞和巨噬細胞）細胞。中性粒細胞吞噬細胞碎片以清除炎癥反應。但在這個過程中釋放的自由基，會損傷附近的正常細胞，導致周圍腦組織損傷的副損傷[4-5]。當頭部外傷導致腦挫傷時，出血性病變通常在撞擊后的最初幾個小時內進展，擴大或發展為新的、非連續的出血性病變，這種現象稱為腦挫傷出血性進展（HPC）[1]。原發性腦損傷時，腦微血管破裂導致持續出血是HPC的重要原因，但HPC的具體機制目前還存在爭議。有人認為，持續出血可能是由于顯性或隱性凝血功能障礙導致的，這一觀點促使人們嘗試用重組因子Ⅶa等使凝血功能正常化[6-7]。同時也有研究表明嚴重創傷性腦損傷早期預防性肝素的啟動與腦挫傷神經影像層面的加速改善有關[8]。最近，一種新的機制被假設可以解釋HPC，包括延遲的、進行性微血管衰竭所引發的影響[4]。

1 凝血功能障礙導致延遲性出血觀點

早期研究表明，原發性腦損傷時腦組織微血管破裂導致出血是遲發性出血的原因，因此有研究者認為腦挫傷后進展性出血可能是由于明顯或潛在的凝血功能障礙[9]。凝血障礙是指血液凝固過程相關參數異常，包括延長凝血酶原時間（PT）、國際標準化比率（INR）、部分活化凝血酶原時間（APTT）、血小板（PLT）計數減少[6]。顱腦損傷后往往伴隨著凝血功能、血小板的數量及功能的異常。有研究人員將顱腦損傷患者根據格拉斯哥昏迷評分（GCS）分為預后良好組和預后不良組，對患者入院后24 h的凝血功能指標進行檢測，然后比較兩組凝血功能指標。此外還對不同分級的患者進行凝血功能指標的檢測，觀察不同分級患者的凝血功能指標。結果發現預后良好組PT、APTT、纖維蛋白降解產物、凝血酶時間以及D-二聚體水平均高于預后不良組，血小板水平低于預后不良組。另外，不同分級患者的凝血功能指標又有所差異，總體來說隨著患者傷情的加重，患者的PT、APTT、纖維蛋白降解產物、凝血酶時間以及D-二聚體水平均升高，血小板水平降低[10-11]。同時崔晟華等[12]通過探討分析圍手術期凝血功能障礙對創傷性顱腦損傷患者預后的影響，結果顯示顱腦損傷越重，凝血功能越差，創傷性腦損傷（TBI）患者的預后與凝血功能密切相關。錢水清等[13]通過動態觀察顱腦損傷患者中血液凝固參數指標的變化，同樣發現病情越重，血液凝固參數異常越明顯。凝血功能可作為急性顱腦損傷病情及預后的判斷指標。早期輸注新鮮血漿、冷沉淀及血小板治療凝血功能障礙效果良好。Kerr等[14]通過探討急性外傷性顱內出血（tICH）后啟動抗血小板治療（APT）引起出血并發癥的風險及血栓性并發癥的發生率，結果提示出血并發癥并不常見，說明血小板在腦挫傷后進展性出血并未發揮明顯作用。Lustenberger等[7]對獨立的重度TBI的研究發現，這些患者中多達45%的人發生凝血功能改變，凝血功能障礙可在損傷后5 d內發生，其發生率與損傷的嚴重程度呈線性相關。

關于凝血功能異常與進展性腦挫傷出血的分子機制，有學者認為外源性凝血通路的彌漫性激活可能導致彌漫性血管內凝血（DIC），隨后的凝血因子消耗可能是出血傾向的基礎。也有其他的解釋，當組織損傷和灌注不足同時存在時，凝血功能障礙更容易發生，其中血管內皮細胞蛋白C受體（EPCR）通路可能起重要作用。在EPCR下游通路中，FⅦa通過TF-FⅦa-FXa復合物在內皮細胞上裂解內源性蛋白酶活化受體-2（PAR-2），激活p44/42絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號級聯，抑制p65核因子-kappab（NF-kappaB）信號保護微血管內皮細胞，從而阻止腦挫傷的進行性出血[15]。一些研究報告了PT的測量值和HPC的發病率沒有明顯的關系，Tian等[16]觀察到，在CT顯示進行性損傷的患者中，只有7.4%的患者PT升高。

2 分子事件導致遲發性出血觀點

最近一種新的觀點認為受傷時動能不足以使微血管破壞，但足以誘導一系列不適應的分子事件，最終導致微血管破壞，從而導致延遲性斑點狀出血。凝血過程本身不會導致腦出血，微血管必須破裂或打開，才能允許血液外溢。沒有腦外傷的患者因各種原因常規抗凝，一般不會引起腦出血（年風險0.31%）。顱腦損傷患者往往在創傷后數小時，在首次CT掃描中，無血的區域出現新的出血病變。新出血的原因：對于遲發性出血的發生，即使最初沒有出血的跡象，有可能微血管在撞擊時已經破裂;也有可能微血管在撞擊時沒有破裂，最終在撞擊數小時后打開，導致血液外溢。最近的研究結果表明，后一種情況普遍存在[17]。

重要的是，這些早期細胞和分子事件的研究，在腦挫傷動物模型中進行，并且準確地復制了HPC。在顱腦損傷過程中，當震源沖擊產生的動能傳遞到大腦表面時，能量在黏彈性組織內呈三維正態分布，震中接收峰值能量，而周圍區域接收的能量隨著距離的增加而逐漸減少，包括橫向和深層的能量。從震中向外的三維連續體分成三個不同的區域：（1）原始挫傷體積;（2）原始挫傷周圍的一層半暗帶;（3）環繞半暗帶的準半暗帶。在這三個區域，都受動能的影響，足以產生重要的生物效應。在半暗帶之外，能量擾動是最小的，生物學上的影響也很小。這種對能量分布的理想化描述適用于受到實驗室控制的焦點沖擊的前腦皮層。在遭受典型頭部損傷的腦回中，理想體積和腦組織的三維形狀會出現復雜變形。在典型挫傷的情況下，足夠的能量沉積在震中附近的剪切組織和斷裂微血管中，導致傷后立即出血損傷在原始挫傷體積中。半暗帶的周圍腦組織挫傷沉積的能量不足以剪切腦組織導致微血管破裂或打開，但它足以激活剪切力敏感的分子過程，從而在微血管中引發一系列分子事件導致延遲災難性的微血管結構的破壞，形成遲發性出血[17]。在準半暗帶組織中蓄積的能量不足以導致遲發性出血進展，但足以引發其他更微妙的機械力敏感分子事件，最終導致神經細胞凋亡（但不出血）。

在腦組織的血管系統中，大血管和微血管的血管平滑肌細胞和內皮細胞對機械力非常敏感。許多涉及整合素、離子通道和轉錄因子的信號通路組成了這種機械力敏感性，其中兩個轉錄因子，特異性蛋白1（Sp1）和核因子-jb（NF-jB），它們都是機械力敏感的[18]，兩者都在磺酰脲類受體1（Sur1）的轉錄調控中發揮關鍵作用[17，19]。Sur1組成了NCCa-ATP通道的調節亞基，它與微血管功能障礙有關，包括水腫形成和顱腦損傷后的遲發性出血。直接與Sur1轉錄相關的Sp1和NF-jB（p65）在受到顱腦損傷的瞬間后被激活并發生核易位。傷后幾個小時，同一區域的微血管開始顯示新表達的Sur1（該通道的成孔亞基尚未被研究）。轉錄上調后，Sur1調控通道的打開與血管內皮細胞腫脹和神經元、星形膠質細胞和內皮細胞的死亡有關[19]，內皮細胞的死亡導致毛細血管破裂。半暗帶腦組織免疫標記顯示出血發生的半暗帶區域毛細血管節段縮短、斷裂[17]。毛細血管破裂導致血液外溢，形成瘀點出血。損傷后12 h內，瘀點出血繼續形成、增多并合并，導致滲出血（HPC）逐漸積累。

在創傷性腦損傷動物模型中，通過對表達Sur1的基因Abcc8的反義寡脫氧核苷酸阻斷，以及通過使用有效的Sur1抑制劑格列本脲阻斷Sur1受體，結果是出血體積僅比原發性出血體積略有增加，且出血壞死病灶的體積僅局限于原發性損傷，而沒有半暗帶的遲發性出血[17]。然而，機械敏感的Sp1上調了神經元中Sur1和另一種細胞死亡蛋白caspase-3的轉錄，而不是在微血管中，從而在準半暗帶中表現出神經細胞凋亡或變性[17]。TBI后，由于微血管功能衰竭（內皮腫脹、血管收縮和血管痙攣）或微血管閉塞（血小板、白細胞聚集、黏附）引起的缺血對整體損傷有顯著影響。值得注意的是，腦挫傷周圍的缺血環境可能會導致遲發性出血的擴大。腦組織缺血后也會出現Sur1表達上調，再通過Sur1調控的NCCa-ATP通道。在Sur1轉錄過程中，涉及缺氧誘導因子-1（Hif-1）通過Sp1發揮作用[19-20]。因此，低氧環境增強了對Sur1機械力敏感的轉錄。因缺氧/缺血是腦挫傷周圍區域的常見現象，從而進一步強調Sur1在腦挫傷中的重要作用。關于NCCa-ATP通道下游的機制，Gerzanich等[21]最新研究表明，Sur1本身不發揮作用，必須與KIR6.2或瞬時受體電位陽離子通道亞家族M成員4（TRPM4）共同組裝，形成KATP（SUR1-KIR6.2）或SUR1-TRPM4通道發揮作用，然而二者對膜電位的作用相反。該研究證實NCCa-ATP通道下游的機制通過其SUR1-TRPM4在TBI后上調，確認SUR1-TRPM4是HPC的主要分子機制，表明SUR1-TRPM4是格列苯脲作用的關鍵靶點[21-22]。

3 展望

本文詳細闡述了腦損傷后凝血相關的分子機制以及微血管衰竭的相關分子機制的最新研究，為腦挫傷出血性進展的藥物靶點治療提供了新的思路。胃饑餓素是一種胃腸道激素，已經被發現對大腦有保護作用，但是胃饑餓素神經保護作用的分子機制尚不清楚。Shao等[23]采用電子皮質挫傷沖擊器建立大鼠TBI模型，通過神經嚴重程度評分和組織學檢查，證實胃饑餓素競爭性抑制bFGF/FGF-BP誘導的新生血管形成而發揮神經保護作用。但胃饑餓素與bFGF/FGF-BP聯合應用是否能增強或減弱TBI的治療效果還有待進一步研究。抗腫瘤藥物紅霉素A（MA）可以通過降低脊髓損傷后SUR1/TRPM4和MMP-9的表達來減輕血脊髓屏障的破壞和出血，從而改善功能恢復[24]。toll樣受體4（Toll-like receptor4，TLR4）在動物模型中被認為在神經元死亡中發揮重要作用，可能是創傷性腦損傷（TBI）后的重要治療靶點。瑞沙托維（Resatorvid）是一種小分子，常用來抑制toll樣受體4介導通路。Zhang等[25]研究表明，resatorvid對TLR4的抑制減弱了小鼠模型中TBI的發展。Park等[26]研究表明，天然酚類化合物原兒茶酚酸（PCA）通過下調磺胺類受體1/瞬時受體電位melastatin 4和基質金屬蛋白酶-9，抑制BSCB的破壞和出血，在一定程度上改善了SCI后的功能恢復。腦挫傷后出血進展的發生是延遲的，通常在患者接受治療的數小時后，這意味著應該有時間采取行動，防止這種可怕的現象發生。只有在更好地了解潛在分子機制的情況下才能有效的防治遲發性出血進展的發生，上述在動物模型中揭開由撞擊損傷引起的進展性微血管衰竭的分子事件只是一個開端。

參考文獻

[1] Alahmadi H，Vachhrajani S，Cusimano M D.The natural history of brain contusion：an analysis of radiological and clinical progression[J].J Neurosurg，2010，112（5）：1139-1145.

[2] Wang K，Zhao D Q，Zhang J J，et al.Risk factors of progressive brain contusion and relationship with outcome[J].Zhejiang Da Xue Xue Bao Yi Xue Ban，2015，44（4）：410-416.

[3] Cepeda S，Gómez P A，Casta?o-Leon A M，et al.Traumatic Intracerebral Hemorrhage： Risk Factors Associated with Progression[J].J Neurotrauma，2015，32（16）：1246-1253.

[4] Yokota H.Cerebral endothelial damage after severe head injury[J].J Nippon Med Sch，2007，74（5）：332-337.

[5] Aarabi B，Hesdorffer D C，Simard J M，et al.Comparative study of decompressive craniectomy after mass lesion evacuation in severe head injury[J].Neurosurgery，2009，64（5）：927-940.

[6] Wafaisade A，Lefering R，Tjardes T，et al.Acute coagulopathy in isolated blunt traumatic brain injury[J].Neurocritical Care，2010，12（2）：211-219.

[7] Lustenberger T，Talving P，Kobayashi L，et al.Early coagulopathy after isolated severe traumatic brain injury：relationship with hypoperfusion[J].J Trauma，2010，69（6）：1410-1414.

[8] Kim L，Schuster J，Holena D N，et al.Early initiation of prophylactic heparin in severe traumatic brain injury is associated with accelerated improvement on brain imaging[J].J Emerg Trauma Shock，2014，7（3）：141-148.

[9] Van Beek J G，Mushkudiani N. A，Steyerberg E W，et al.Prognostic value of admission laboratory parameters in traumatic brain injury：results from the IMPACT study[J].J Neurotrauma，2007，24（2）：315-328.

[10]謝輝龍.凝血障礙對顱腦創傷患者預后的影響[J].現代診斷與治療，2015，26（6）：1382-1383.

[11]葉永造，王占祥.顱腦損傷后凝血障礙研究進展[J].中華神經外科疾病研究雜志，2012，11（1）：85-87.

[12]崔晟華，周敏，梁日初，等.圍手術期凝血障礙與創傷性顱腦損傷患者預后的相關性[J].西南軍醫，2017，19（4）：333-335.

[13]錢水清，陳小鑫，吳松，等.急性顱腦損傷凝血功能異常286例臨床分析[J].福建醫藥雜志，2014，36（6）：64-67.

[14] Kerr K，Wilkerson C，Shepard S，et al.Use of anti-platelet agents after traumatic intracranial hemorrhage[J].Clin Neurol Neurosurg，2016，140：85-90.

[15] Yuan Q，Zhang D，Wu S，et al.FⅦa prevents the progressive hemorrhaging of a brain contusion by protecting microvessels via formation of the TF-FⅦa-FXa complex[J].Neuroscience，2017，348：114-125.

[16] Tian H L，Chen H，Wu B S，et al.D-dimer as a predictor of progressive hemorrhagic injury in patients with traumatic brain injury： analysis of 194 cases[J].Neurosurg Rev，2010，33（3）：359-366.

[17] Simard J M，Geng Z，Woo S K，et al.Glibenclamide reduces inflammation，vasogenic edema，and caspase-3 activation after subarachnoid hemorrhage[J].J Cereb Blood Flow Metab，2009，29（2）：317-330.

[18] Verstraeten S V，Mackenzie G G，Oteiza P I.The plasma membrane plays a central role in cells response to mechanical stress[J].Biochim Biophys Acta，2010，1798（9）：1739-1749.

[19] Simard J M，Chen M，Tarasov K V，et al.Newly expressed SUR1-regulated NC（Ca-ATP） channel mediates cerebral edema after ischemic stroke[J].Nat Med，2006，12（4）：433-440.

[20] Martínez-Valverde T，Vidal-Jorge M，Martínez-Saez E，et al.Sulfonylurea Receptor 1 in Humans with Post-Traumatic Brain Contusions[J].J Neurotrauma，2015，32（19）：1478.

[21] Gerzanich V，Stokum J A，Ivanova S，et al.Sulfonylurea Receptor 1， Transient Receptor Potential Cation Channel Subfamily M Member 4， and KIR6.2：Role in Hemorrhagic Progression of Contusion[J].J Neurotrauma，2019，36（7）：1060-1079.

[22] Lee J Y，Choi H Y，Na W H，et al.17β-estradiol inhibits MMP-9 and SUR1/TrpM4 expression and activation and thereby attenuates BSCB disruption/hemorrhage after spinal cord injury in male rats[J].Endocrinology，2015，156（5）：1838-1850.

[23] Shao X，Hu Q，Chen S，et al.Ghrelin Ameliorates Traumatic Brain Injury by Down-Regulating bFGF and FGF-BP[J].Front Neurosci，2018，12：445.

[24] Lee J Y，Choi H Y，Park C S，et al.Mithramycin A improves functional recovery by inhibiting BSCB disruption and hemorrhage after spinal cord injury[J].J Neurotrauma，2018，35（3）：508-520.

[25] Zhang D，Li H，Li T，et al.TLR4 inhibitor resatorvid provides neuroprotection in experimental traumatic brain injury：implication in the treatment of human brain injury[J].Neurochem Int，2014，75：11-18..

[26] Park C S，Lee J Y，Choi H Y，et al.Protocatechuic acid improves functional recovery after spinal cord injury by attenuating blood-spinal cord barrier disruption and hemorrhage in rats[J].Neurochem Int，2019，124：181-192.

（收稿日期：2019-04-08） （本文編輯：周亞杰）