先天性心臟病術后腦損傷生物標志物的研究進展

夏良鋒，安永

（重慶醫科大學附屬兒童醫院胸心外科/兒童發育疾病研究教育部重點實驗室/國家兒童健康與疾病臨床醫學研究中心/兒童發育重大疾病國家國際科技合作基地/兒科學重慶市重點實驗室，重慶 400014）

0 引言

與心臟手術（CS）相關的神經系統并發癥（NC）很常見（6.1%），在成人和兒科人群中都會導致發病率和死亡率的大幅增加[1,2]。盡管外科技術、體外循環（CPB）系統和心臟手術（CS）患者的臨床管理有所進步，圍手術期并發癥仍然影響中樞和外周神經系統。一項國外研究指出，在過去十年中，心臟手術術后發生腦血管意外的總風險已從3.3%降至1.3%。然而，在心臟手術術后數月內，40%的患者仍出現神經系統并發癥[1]。術后神經系統并發癥的發生是由于手術相關因素（栓塞或低灌注）對易受損傷的神經組織造成的繼發性神經元損傷所致。圍手術期的高熱、高血糖和全身炎癥反應等可促使發生腦損傷。實施的心臟手術類型（冠狀動脈、瓣膜或聯合）、更復雜的升主動脈和主動脈弓手術和/或應用的手術技術（是否使用CPB、主動脈阻斷時間、搭橋等）對術后發生腦損傷有直接影響[3]。例如，是否使用體外循環及其使用時間、體循下的血流動力穩態對術后神經功能結果至關重要。

大多數作者認同術后發生腦損傷是多因素導致的這一觀點[4]。臨床神經學表現取決于受損區域的范圍，范圍從智力和認知功能的細微變化（記憶和行為障礙），到術后的遲醒、精神運動興奮、昏迷、抽搐、運動性輕癱甚至持續昏迷。Basel RamLawi等[5]的研究將其分為兩類：第一類包括主要的局灶性神經事件、意識障礙和昏迷，通常由術中低灌注或栓塞現象引起的可識別的腦缺氧引起；2型表現為無局灶性損傷的證據下出現整體認知缺陷，如智力減退、記憶力下降和精神錯亂，且2型的病因尚不清楚，可能是多因素的；如缺氧、體外循環時間、年齡、手術類型、術前肌酐水平，圍手術期炎癥反應與其病理生理有關。最后，CS后的這些并發癥導致醫療支出增加，包括住院時間增加和進一步的康復計劃[6]。

1 S100B蛋白

S100B蛋白是一種具有同源二聚體結構蛋白（21 kDa），屬于鈣介導蛋白（S100蛋白）的多基因家族成員。S100B二聚體對中樞神經系統具有特異性，S100a存在于心臟和主動脈中[7]。S100B具有細胞內和細胞外靶點，對膠質細胞、神經元和小膠質細胞具有自分泌和旁分泌作用。這種蛋白在中樞神經系統損傷后由星形膠質細胞表達并分泌到腦脊液（CSF）中，目前被作為全身血腦屏障（BBB）功能障礙的標志物[8]。然而，其確切功能仍然是未知的。在中樞神經系統梗死、創傷或中毒性損傷后，可觀察到血清和腦脊液中S100B水平升高[9,10]。值得注意的是，血清S100B濃度似乎受到年齡、性別、慢性高血壓、心臟切開抽吸或血液回收機的使用、體循或非體循手術以及檢測方法的影響[11-13]。體外循環期間和之后S100B蛋白的釋放與年齡和灌注時間呈正相關[12]。

2 神經元特異性烯醇化酶

神經元特異性烯醇化酶（neuron specific enolase,NSE）是一種參與糖酵解過程的二聚體酶，分布于神經元和神經內分泌細胞中[7]。血清和腦脊液中均可檢測出NSE。動物實驗表明，腦皮質損傷后NSE升高[14]。NSE可有效預測心臟驟停后的神經功能結局和存活率[15,16]。在反復嚴重頭部創傷和顳葉癲癇患者中NSE也會增加[17-19]。在缺血性中風患者中，NSE的釋放與神經功能結果和梗死體積相關[20]。體外循環心臟手術期間血清和腦脊液NSE濃度升高，術后24h恢復到基線值[21]。NSE存在于紅細胞和血小板中；因此，CPB期間的溶血和心臟切開抽吸可能導致NSE釋放[22]。較低的溫度可能會加重這種影響，因為在輕度或深低溫體外循環的心臟手術中，NSE濃度比常溫體外循環更容易增加[7]。NSE的起源一直受到質疑；然而，一項早期研究表明，CPB期間腦脊液中NSE的濃度增加[23]。術后神經認知功能障礙與血清NSE水平之間存在顯著相關性[11]。但在主動脈瓣置換術患者中，NSE、磁共振成像病變與預后之間沒有相關性[24]。

3 Tau蛋白

Tau蛋白是一種穩定軸突微管的微管相關蛋白，存在于大腦和脊髓中。Tau的磷酸化與神經死亡相關，并且在阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）等神經退行性疾病中觀察到[7]。AD患者的腦脊液中磷酸化Tau增加，可能有作為術后神經功能結果的標志物的潛能[25]。心臟手術圍手術期Tau蛋白升高，但其濃度可能不受心臟切開抽吸和使用血液回收機影響。一項研究發現，Tau蛋白水平在術后6h達到峰值，并在術后第4天恢復到基線水平[26]。重要的是，術后認知障礙的患者的血清Tau水平較高[27]。

4 金屬蛋白酶

金屬蛋白酶（Met alloproteases，MMPs）是一種鋅依賴性內肽酶，能降解所有細胞外基質蛋白。MMPs可分為多個亞型，其中MMP-9被認為是血腦屏障功能障礙的標志物，因為白細胞釋放這種肽后導致血管水腫[7]。重要的是，在滲漏的血管周圍MMP-9的表達是增加的[28]。腦卒中患者早期MMP-9濃度達到峰值[29]。此外，術后MMP-9的增加代表全身炎癥反應、動脈粥樣硬化斑塊操縱引起的局部蛋白釋放、微栓塞或短暫缺血導致血腦屏障損傷[30]。在發生術后認知障礙的患者中發現術前該指標更高可能提示代表存在更高基線水平的炎癥狀態或與亞臨床血腦屏障功能障礙相關的無癥狀缺血區域，說明術前MMP-9更高水平的無癥狀患者比無高水平MMP-9的患者更多出現神經影像學上的腦損害[31]。

5 泛素C末端羥化酶-L1

泛素C末端羥化酶-L1（Ubiquitin C terminal hydroxylase-L1，UCH-L1）是一種高度特異性的神經元蛋白，主要分布在灰質的胞體周圍，其分子量約為24kda，其催化功能與中樞神經系統中移除錯誤折疊和氧化的蛋白有關[32]。與NSE和S100B相比，UCH-L1只有少量來自其他組織，如睪丸，這使其成為中樞神經系統損傷的特異生物標志物[33]。在蛛網膜下腔出血（SAH）患者的腦脊液中也檢測到UCH-L1。在蛛網膜下腔出血后的第二周內，其濃度一直升高，且超過該濃度后，與S100B峰值相關[34]。一項研究發現，在深低溫停循環組患兒的UCHL1水平迅速升高，表明其有可能作為神經損傷的標志物[35]。

6 神經膠質纖維酸性蛋白

神經膠質纖維酸性蛋白（Glial fibrillary acidic protein，GFAP）是星形膠質細胞中來自中間絲細胞骨架的單體蛋白（40-53kDa），參與星形膠質細胞增殖、突觸可塑性、谷氨酸穩態、神經突起生長、髓鞘形成等過程[36]，其存在于中樞神經系統、周圍神經系統及在非神經細胞、肌上皮細胞、軟骨細胞和成纖維細胞、心臟瓣膜和淋巴細胞中[37,38]。對血清GFAP的研究應考慮先前或心臟手術導致肝損傷的影響，因為肝星狀細胞與星形膠質細胞具有共同的特征，可能是污染源[39]。嚙齒類動物腦缺血和神經毒性損傷的實驗模型已經證明膠質纖維酸性蛋白在星形膠質細胞增生中增加，這一事實支持膠質纖維酸性蛋白濃度作為腦損傷的敏感標志物的使用[40]。GFAP已在其他急性腦損傷疾病（中風、TBI、蛛網膜下腔出血）中進行了研究，觀察到所有病例中的生物標志物水平均增加[41]。一項先天性心臟手術領域的前瞻性觀察研究[42]發現在接受體外循環修復先天性心臟異常的兒童中觀察到GFAP顯著增加，且觀察到GFAP濃度與旁路時間、主動脈阻斷時間和心臟手術中使用的低溫呈正相關，可推測GFAP可能是心臟手術后急性腦損傷的特異性生物標志物。

7 神經絲

神經絲（Neurofilaments，NF）參與構成最豐富的神經細胞骨架蛋白，由整合在神經元和軸突細胞骨架結構中的不同亞單位組成，廣泛參與同其他細胞骨架成分相互作用[43]。Nf容易在許多神經系統疾病中積聚[44]。高分子量神經絲亞單位（pNfH）的次磷酸化形式增加其對蛋白酶分解的抵抗力，使其容易被檢測到并可用作生物標志物[45]。Siman等[46]的初步研究將pNFH作為急性腦損傷的一種新標志物。與UCH-L1一樣，pNFH水平在建立循環或主動脈阻斷后12～36h內均勻升高。

此外，在神經危重癥患者的研究中，髓鞘堿性蛋白[47]、腦源性神經營養因子、腎上腺髓質素、激活素A等生物標志物也反應腦損傷的情況,但目前尚缺乏足夠的證據說明其與心臟術后相關[48]。

8 結語

目前有關圍手術期神經相關生物標志物的研究已取得一定進展。遺憾的是，尚未出現可以用于推薦的完全適用于心臟術后腦損傷的生物標志物的統一意見。有的腦損傷發生后其癥狀可能是多變或不典型的，不同研究之間在診斷時缺乏共識，即使都實施類似的心臟手術，但個體差異也可能是其變化的原因。腦損傷生物標志物可為醫師提供體術后發生腦損傷的客觀數據，為是否采取相關腦保護措施提供依據；其次，也可以作為了解發生腦損傷嚴重程度等相關研究提供新的方向。