腦出血后腦水腫的形成機制及生物標志物的研究進展*

戈啟誠，史樹海,2，張曉璐

(1.內蒙古科技大學包頭醫學院第一附屬醫院神經外科，內蒙古 包頭 014000；2.首都醫科大學附屬北京世紀壇醫院 重癥醫學科)

腦出血(intracerebral hemorrhage ，ICH)是指自發非外傷性的腦實質內血管破裂而導致的局部腦組織出血，具有起病急、進展快、病情比較嚴重、致死率和致殘率高的特點，預后不良，對患者生存質量造成嚴重影響。腦出血后必然會經歷腦水腫的過程，腦水腫的發生會進一步引發腦組織的繼發性損害。明確腦水腫的發病機制和找到有效評價指標，是有效阻止腦水腫發生、進展和精確評價腦水腫程度的基礎，這為腦水腫的評估與防治提供了重要的依據?，F通過知網、維普期刊及Pubmed等檢索工具收集了近5年的相關文獻，對腦出血后引發腦水腫的機制和生物標志物評價指標進行分析，旨在幫助臨床工作者更好的了解腦出血后腦水腫的發生機制，通過結合生物標志物和臨床癥狀、體征，為患者的病情嚴重程度進行很好的評估，以采取有效合理的治療措施緩解病情進展，提高患者的生存率。

1 腦出血的一般現狀

1.1腦出血的分類以及發病率 由于我國人口基數大，中老年占比大，發生腦出血的病人越來越多。在自發性腦出血的分類中，不管青年或是中老年多數為高血壓性腦出血，除此之外，動脈瘤破裂和動靜脈畸形腦出血也常發生，但多半為青年人群，長期飲酒和吸煙是其高危因素[1-2]。國外有研究者采用回顧性隊列研究的方法，對加拿大10年(2009-2019)間20 738例腦出血患者進行研究，期間腦出血的總發生率約為19.1 / 10萬人年，住院死亡率和1年死亡率分別為32.4 %和45.4 %，2年死亡率是49.5 %[3]。有研究認為，發病率與季節也有關系，研究者對四川部分地區1 606名腦出血患者的流行病學資料進行統計發現，冬季腦出血的發病率最高(45.3 %,95 %CI:39.1 %～51.5 %)，夏季最低(24.1 %,95 %CI:20.8 %～27.4 %)，出現這種狀況可能與溫度、大氣壓、空氣濕度等氣候因子有關[4]。另外李華國[5]通過觀察3年內240名腦出血患發病情況與季節的關系發現，冬季發病人數高于夏季發病人數。還有研究者連續收集了3年間2 352例腦出血案例分析得出，男性腦出血發生于秋季、 冬季者占全年的60.73 %， 女性占全年的62.57 %[6]。為研究性別與腦出血的關系，王平平等[7]通過全國18家三甲醫院的HIS系統收集了14 169例腦出血患者，分析性別與腦出血的關系后得出，男性患病比例高，年齡偏小，但男女患者腦出血的年齡高峰均為45～59歲。除以上發病特征以外，中青年人群患病率較前上升[8-9]。有文獻報道，在中國，中青年腦出血患者占所有腦出血病患的31 %[10]，也就是說，青年群體也加入了腦出血的“大家族”中，這打破了我們傳統思維認為的腦出血只發生于中老年的認知。

1.2腦出血的危險因素 腦出血的病因中青年和老年的共同發病病因主要是高血壓[11]。除高血壓外，高血脂也是腦出血的危險因素。張留福等[12]研究報道，腦出血組的血清總膽固醇水平明顯高于對照組。童晨[13]通過彩色多普勒超聲檢測100名腦出血患者頸總動脈，其中有97例檢出頸總動脈粥樣硬化，40名對照組中只檢出10例，所以動脈粥樣硬化也是腦出血患者的危險因素之一。腦血管畸形又是腦出血另外一個病因，但以青年為主[14]。在腦血管畸形中，動靜脈畸形(arteriovenous malformation, AVM)約占90 %以上，以腦出血為首發癥狀的AVM約35 %～70 %,青年人腦出血以AVM破裂為主[15]。不可控因素-性別對腦出血的發生也有影響，有關研究表明男性患腦出血的風險高于女性[16]，喝酒、抽煙、不良作息等生活習慣可能是腦出血的誘因，所以養成良好的生活習慣對健康非常嚴重。

2 出血后腦水腫的發生機制

腦水腫的形成是腦出血后的必然過程，在腦出血早期，病灶周圍就開始形成水腫[17]，最初水腫程度很輕微， 2小時后加重，3～4h 水腫達到頂峰，隨后慢慢消退[18]。腦水腫可分為細胞內腦水腫和細胞外腦水腫。細胞內腦水腫是指細胞膜結構被缺氧、缺血等環境破壞后導致水分不能向細胞外轉運；細胞外腦水腫的機制是血-腦屏障被破壞，液體積聚在腦組織細胞間，是最常見的類型[19]。下面從不同方面闡述腦水腫的發生機制：

2.1血腫占位效應對腦水腫的促成 腦出血后，張力不斷增大的血腫對周圍的腦組織產生壓力，由于顱腔容積有限，隨著血腫增大，顱內壓逐漸升高引起腦水腫[20]。血腫繼續增大，腦組織中的血管受壓越來越嚴重，導致局部微循環障礙，使腦組織缺血缺氧，神經細胞膜鈉鉀泵失去轉運功能，水不能正常轉運到細胞膜外，從而造成細胞內腦水腫[21]。原本存在于神經細胞內的鉀離子因失去鈉鉀泵的作用而大量往細胞膜外流動，鈉離子和氯離子往細胞內流動，造成細胞內超高離子濃度，水分進入神經細胞內導致細胞內腦水腫，與此同時，因缺氧產生的乳酸堆積在細胞內，使細胞內滲透壓升高，大量水分進入細胞，進一步加重腦水腫[22]。

2.2血—腦屏障的破壞 血-腦屏障(blood-brain barrier,BBB)是維持大腦中液體穩態的重要結構，由毛細血管內皮細胞(具有門禁作用)、細胞緊密連接、基膜、周細胞、星形膠質細胞構成[23]。BBB能阻止大分子物質和病原體進入腦脊液，也可以選擇性地通過一些小分子物質，調節腦組織內環境穩態和維持部分神經元功能[24]。血腦屏障內皮細胞間由緊密連接蛋白連接，包括claudins、occludin、zonula occluden-1、zonula occluden-2、zonula occluden-3等，它們的作用在于維持血-腦屏障結構和功能的完整性[25]。血-腦屏障受損或是局部破壞，都會引起神經功能障礙，正常情況下血液中不能外流的大分子物質通過受損處進入腦組織，腦組織不能正常的清除或轉運多余的水分和物質，從而形成腦水腫；因此，血-腦屏障的功能和結構遭到破壞是血管源性腦水腫的病理基礎[26]。

報道稱基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)的功能主要是對細胞外基質進行降解和重塑[27]?；|金屬蛋白酶-9(matrix metalloproteinases,MMP-9)就是其中之一，在正常腦組織中能檢測到，但很少表達,當腦出血24h后，MMP-9在受損組織大量表達[28]，它的表達與腦組織損傷關系緊密相關[29]。有研究報道，MMP-9通過降解微血管基底膜蛋白和緊密連接蛋白而破壞血-腦屏障[30]。在研究大鼠腦出血模型時，大鼠腦組織水腫程度和 MMP-9的表達呈線性關系[31]。為證實腦水腫的形成是否與MMP-9有關，研究人員給腦出血大鼠投飼MMPs抑制劑，3天后腦水腫較對照組減輕[32]。綜上所述，MMP-9通過破壞維持血-腦屏障正常功能的重要組成成分參與腦水腫的形成。

2.3血紅蛋白分解產物的毒性作用 腦出血后血凝塊的主要成分為紅細胞。腦組織中的血紅蛋白由損傷后的紅細胞釋放而來，大量的血紅蛋白具有化學毒性[33]。血紅素加氧酶降解血紅蛋白，產生活性較強的鐵離子，鐵離子再通過超載氧化應激反應后，氧化應激或高價鐵離子會進一步加重血-腦屏障的損傷[34]。鐵離子在腦出血1 天后便可在血腫周圍檢測到， 逐漸升高至7天達到頂峰， 并可持續存在1周， 而在這段時間內，水腫的變化恰好與鐵離子的變化相吻合，說明Fe2+參與了腦出血后腦水的形成[35]。除鐵離子外，紅細胞代謝后還可以生成膽紅素。有研究[36]表明，向大鼠腦內注射膽紅素，24小時內注射部位周圍腦組織出現大面積水腫。由此可見，破裂的紅細胞通過代謝產生膽紅素和Fe2+導致腦水腫的發生。

2.4水通道蛋白4(aquaporin-4,AQP4)的作用 機體各個組織器官中幾乎都有水通道蛋白(aquaporins，AQPs)，主要作用是調節水的跨膜轉運，維持機體水鹽平衡，AQP4 是AQPs 中的一員[37]。有文獻報道，腦組織中AQP4主要分布在微血管內皮細胞、室管膜上皮細胞基底側以及神經膠質細胞足板[38]。在調節水的跨膜運輸時，它與專門的瞬時感受器電位離子通道受體4結合，對神經細胞內的液體量進行調節[39]。在研究AQP4和腦水腫的關系時，應用免疫組化法觀察腦挫裂傷后AQP4表達的動態規律，實驗組2小時后AQP4表達開始增多，24小時達到峰值，72小時后開始降低，但仍高于對照組；傷后2小時腦組織中水的含量顯著增加，24～72小時含水量最多，隨后開始下降，AQP4表達增多與減少和腦含水量的嚴重程度密切相關，提示AQP4參與腦水腫的形成過程[40]。在減輕腦水腫的治療研究中，Zhang M等[41]通過老鼠模型研究發現,蝦青素可以通過調節AQP4的表達來減輕腦水腫。所以在腦出血后，AQP4通過上調表達量來參與腦水腫的形成。

2.5炎性因子的作用 炎性因子是一組多肽類細胞調節物，包含白細介素(interleukin,IL)、干擾素(interferon,IFN)、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)等[42]。其中IL-l可分為IL-1α、IL-lβ, IL-lβ主要存在腦組織中[43]。腦出血后，TNF-α、IL-1β參與腦組織的炎癥反應[44]。TNF-α、IL-1β在建立大鼠腦出血模型后第一天達到峰值，隨后下降[45]。TNF-α、IL-1β導致水腫的機制可能是刺激神經膠質細胞產生相關細胞因子或粘附因子破壞血-腦屏障，最終導致血-腦屏障通透性增加，加重腦水腫進程。血腫周圍白細胞浸潤增多，加重炎癥，使腦水腫持續存在[46-47]。

2.6凝血酶的作用 凝血酶由無活性的凝血酶原轉化而來，主要作用是止血。凝血酶除參與止血以外，還能破壞內皮細胞和BBB誘發腦水腫形成[48]。Liu DZ等[49]在實驗中將凝血酶注射到大鼠腦組織后，BBB結構被破壞，1天后腦組織含水量增加。蛋白酶nexin-1(PN-1)是絲氨酸蛋白酶抑制劑家族的成員，凝血酶為其主要靶標[50]。經nexin-1干預后，腦組織含水比重減輕，BBB通透性下降[51]。這間接的說明了凝血酶對腦出血后BBB的通透性增加具有促進作用，使血漿中的大分子物質流出，形成腦水腫。

3 出血后腦水腫的評價指標

3.1血清S100β蛋白 S100蛋白是一個“大家族”，一共有20多個“成員”，其中S100β蛋白是S100蛋白的主要成分，腦組織中約含96 %，是腦內的特異性蛋白[52-53]。腦組織中正常濃度的S100β蛋白對機體有利，比如當神經元或是神經膠質細胞受損時，S100β蛋白對受損部位進行營養和修復；但當腦出血時，腦組織中的S100β蛋白濃度過高，對神經細胞不僅沒有保護作用，反而具有較大的毒害作用；將神經放置于體外高濃度的S100β蛋白中，神經細胞的功能也能被損害[54-56]。在中樞神經損傷標志物中，S100β蛋白具備特異性最高、檢測操作簡單、反映及時、準確性高的特點[57]。有研究[58]認為，腦出血患者血清S100β含量與疾病嚴重程度呈正相關，與腦損傷預后呈負相關。臨床上可將血清S-100β蛋白檢測作為腦出血急性期病情變化的動態觀察指標之一,用以估計預后、指導治療[59]。

3.2神經元特異性烯醇化酶 神經元特異性烯醇化酶(NSE)主要存在腦組織中，來源于神經元細胞和神經內分泌細胞[60]，約占人腦皮層NSE的40 %～65 %[61]。NSE在神經元破壞后流入血液，使血液中NSE的含量升高。有研究報道，通過對80例腦出血患者發病早期血清NSE的研究發現，腦出血患者發病早期即有NSE的升高，且腦損傷越嚴重NSE水平越高[62]。所以檢測血清中NSE濃度，即可知曉患者病情嚴重與否，也可對治療效果作出預判。

3.3腦源性神經營養因子 腦源性神經營養因子(BDNF)是一種神經營養蛋白，其分布在中樞、周圍神經和內分泌等系統中，但中樞神經系統分泌該物質最多[63]。BDNF對神經元和突觸的分化、生長及其重要[64]。程鵬玲等[65]通過高壓氧治療腦出血的研究認為腦水腫和BDNF含量呈負相關，即腦出血患者BDNF含量越高，腦水腫程度相對越輕。同樣有研究認為，腦出血后，BDNF通過降低鈣濃度，間接增強抗氧化酶的活性來減少細胞凋亡幾率，促進受損神經元和功能恢復[66]。所以BDNF的含量可以預判病情的嚴重程度。

3.4超敏-C反應蛋白 多種炎性物質共同參與機體的炎癥反映，其中超敏-C反應蛋白(high-sensitivity C-reactive protein,Hs-CRP)是敏感度最高、最主要的一種炎性蛋白,機體存在炎癥反應時，超敏-C反應蛋白急劇升高[67]。腦出血患者可以發生比較重的炎癥反應，加快腦損傷和腦水腫進程。研究得出，在腦出血第3天時，患者血漿Hs-CRP水平與血腫周圍水腫呈正相關[68]。Hs-CRP導致腦水腫的機制大致是：(1)Hs-CRP破壞BBB，使BBB通透性增加；(2)Hs-CRP激活補體產生組胺，增加管通透性；同時激活的補體促使鈣離子轉運到細胞內，形成細胞源性腦水腫；(3)上調蛋白水解酶，過多的水通道蛋白開放，影響水正常跨膜轉運[69]。通過查閱文獻，以上幾種血清中的物質用于臨床診斷使用，可評估治療前與治療后病情的預后情況，其水平越高，提示預后不良。

4 總結與展望

腦出血是較為嚴重的一類自發非外傷性的腦實質內血管破裂而導致的局部腦組織出血性疾病，起病較急，死亡率和致殘率極高，如不及時治療，可留下不同程度的后遺癥，加重個人、家庭和社會負擔[70-72]。腦出血病因主要是高血壓、動脈瘤、腦血管畸形，少部分發病人群和季節、環境、性別有關。腦出血后必然發生腦水腫的病理生理變化，其形成主要有血腫擠壓、血-腦屏障破壞、炎癥反應、AQP4促進作用、紅細胞產物毒性以及凝血酶等參與。血腫對腦組織的壓迫使其周圍組織缺血、缺氧，細胞膜兩側的水分轉運障礙，造成細胞性腦水腫。血-腦屏障的破壞形成血管源性腦水腫，依賴于其他物質的參與，如MMP-9降解血-腦屏障的基礎結構、血腫釋的放血紅蛋白通過生化反應后生成具有毒性的鐵離子和膽紅素而改變血-腦屏障通透性以及AQP4上調表達量來參與腦水腫的形成。炎性因子中的TNF-α和IL-1β對腦水腫的促成作用最大，他們通過刺激神經膠質細胞產生某些細胞因子或粘附因子來破壞血-腦屏障。

腦出血后可通過檢測S100蛋白、神經元特異性烯醇化酶(NSE)、腦源性神經營養因子(BDNF)及超敏-C反應蛋白的濃度來預判病情的嚴重程度和預后情況。目前多數研究都基于基礎領域，希望后續的研究更多的涉及臨床方面，更加完善系統的闡明腦出血后腦水腫發生機制中的每一個細節，把握好每一個節點，能找出在破壞血-腦屏障中起到最具主導性的連接蛋白。隨著醫學技術的不斷提高以及檢測儀器的更新，相信還會發現更多更具代表性的參與腦水腫形成機制的物質和標志物，根據這些標志物更加容易地對患者病情進行診療和評估，為腦出血后腦水腫的發生機制研究、病情評估和治療提供更大的醫學價值。