精準神經外科時代
——煙霧病的診治新思路

張華楸 舒凱 雷霆

隨著微侵襲外科概念的提出和推廣,神經外科的診療領域從技術、設備和理念各方面均發生了巨大變革,神經外科疾病的診療也從單純病灶的切除發展為對病人生活質量的改善和各類神經功能(包括認知等高級功能)的保護。近年來,國內學者提出了精準神經外科的理念,其核心是以神經病理學、神經顯微解剖學、神經影像學、神經功能學等多學科知識的融合為基礎,以顯微手術技術和輔助設備為手段,對相關神經外科病人術前評估、手術診療、術后快速康復、遠期追蹤隨訪的全流程管理觀念。

煙霧病(moyamoya disease,MMD)是一種慢性進行性缺血性腦血管疾病,由于其影像學特征是呈現“煙霧狀”的異常新生血管網,被日本人最早以日語“煙霧Moyamoya”命名。由于煙霧病缺乏成熟有效的動物模型,其發病機制和致病原因的研究仍然困難重重。近十年來,隨著煙霧病相關知識的普及和發病率的顯著升高,針對其基礎和臨床研究也快速地深入和擴展,但仍存在諸多問題。例如,研究發現,東亞煙霧病病人中RNF213的突變率顯著增高,在動物模型中針對該基因的突變,雖然可以觀察到部分血管煙霧化的萌芽,仍無法完全復制煙霧病病人血管的病理改變。在臨床診斷方面,各類血管造影相關的影像學檢查仍然是煙霧病診斷的唯一方法,因此探索高效便捷的檢查手段用于早期預警、廣泛篩查和預后判斷意義重大。在治療方面,顱內外血流重建術仍舊是首選方案,但是尚缺乏大樣本、多中心的長期臨床研究用于手術療效評價和預后評估。此外受制于個體血管條件和血流動力學重建的復雜性,如何開發新的非手術輔助治療方法,促進代償血流的重塑也是研究者關注的重點。同時,提升術后病人的康復訓練和長期追蹤隨訪水平,評估煙霧病病人術后遠期療效的工作也有待加強。本文針對目前國內外在煙霧病診斷和治療領域的最新進展和觀念開展論述。

一、煙霧病臨床診斷新進展

1.影像學評估的改良和發展:盡管存在費用高、有創性等特點,傳統腦血管數字減影血管造影(DSA)仍然是評估煙霧病病人病情和病程的重要手段。它不僅可以顯示顱底動脈狹窄的程度,同時幫助醫生評估頸外系統代償情況。近年來,在大數據分析技術的支持下,針對DSA影像學的分析方法得到了快速發展。日本學者根據分析成年煙霧病病人DSA數據和預后關系發現,脈絡膜吻合和大腦后動脈受累是出血型煙霧病的重要特征[1-2]。也有學者認為,煙霧病側支循環的縱向改變與腦出血率的發生高度相關[3]。國內學者也發現,大腦中動脈供血區域的血流來源是影響煙霧病血流重建術后并發癥的重要因素[4]。

隨著影像組學概念的興起和人工智能算法的開發,為探索煙霧病病人DSA影像學特征提供了更多的方法。通過計算機系統大量學習DSA影像數據或將動態DSA數據經過卷積神經網絡的構建來實現特征與預后關聯。國內學者通過煙霧病病例數據采用2D-BiConvGRU-3D卷積神經網絡的策略來構建預測模型,能夠較高精度地診斷煙霧病(準確度0.978 8,敏感性0.978 0和特異性0.979 6)[5]。目前針對DSA來預測煙霧病病人預后特別是認知功能等遠期預后改變的深度學習模型尚在研究之中, 未來相關成果可能為指導煙霧病治療提供重要的依據。

核磁共振以及相關檢測序列的開發也為煙霧病的診斷提供了更多手段。小隊列研究發現,結構相磁共振通過評估白質等結構能夠預測煙霧病病人認知損傷。功能磁共振成像(fMRI)為了解大腦區域之間在神經、區域和網絡層面的功能連接提供了機會。血氧水平依賴(BOLD)是評估煙霧病腦血管反應性的新興技術。它是一種非常有前途的血流動力學評估工具,將來有可能成為煙霧病病人術前和術后評估的常規檢查方法。通過靜息態 fMRI 檢測到工作記憶和表現速度評分與默認模式網絡變化的破壞程度成反比,表明高級認知功能與大腦基本網絡的有序性之間可能存在關系。對靜息態網絡的分析可能為煙霧病病人的認知產生潛在的生物標志物。國內學者利用fMRI闡明了煙霧病網絡變化背后的靜態和動態組織原理,為分析煙霧病病人腦功能的病理改變和治療評估提供了新的見解。此外,不同類型的灌注序列 MRI 可提供血液動力學信息,最近已成為煙霧病的熱門研究課題。Lin等[6]通過灌注加權MRI開發了標準化的時間-峰值圖和評分系統,用于評估煙霧病的灌注變化,并證實其在煙霧病病人術前灌注狀態的預測價值。動脈自旋標記(ASL)是另一種依賴內源性水分子信號的 MR灌注方法,越來越多地被用于臨床上煙霧病腦血流定量檢測。作為一種無創監測工具,用于識別煙霧病病人血管再通后的灌注變化,包括腦血流、側支血流和吻合部位的通暢性[7]。上述神經影像學的進展為高精度評估腦灌注提供了強大的手段,為煙霧病病人遠期治療效果和預后評估帶來了廣闊的前景。

2.分子檢測手段:人類基因組中存在大量功能未知的非編碼RNA(ncRNA),他們通過細胞外囊泡釋放入血,成為多種疾病的潛在標志物。目前已有報道認為,ncRNA可能和煙霧病的發病有關。Dai等[8]發現,煙霧病病人血清中 miR-106b、miR-130a、miR-126 和 miR-125a-3p 的表達和正常人群存在顯著差異,而且轉移 RNA 衍生片段(tRFs)可能也與該疾病相關[9]。通過分析MMD 病人循環中性粒細胞的 circRNA 轉錄組發現,hsa-circRNA-100146、hsa-circRNA-102534、hsa-circRNA-036592、hsa-circRNA-405463 和 hsa-circRNA-405324 存在差異表達[8]。另一項研究調查了31例病人和31名健康對照者腦脊液樣本中的外泌體 miRNA,結果顯示,miR-3679-5p、miR-6165、miR-6760-5p 和 miR-574-5p 可能對煙霧病病人的篩查具有診斷意義[10]。近期我們研究團隊也發現,外周血中miR-Let-7C以及CircZXDC的表達水平在煙霧病病人中顯著增高,具有潛在的診斷作用[11]。當然還需要大量研究,進一步開發特異性和敏感性更高的ncRNA分子作為煙霧病篩查的標志物。隨著人工智能和機器學習(ML)的快速發展,ncRNA結合AI能為醫生做出數據驅動的醫療決策。循環 ncRNA 的水平(濃度)可能成為診斷疾病和預測結果的關鍵。目前學者們已經在嘗試使用隨機森林算法、支持向量機和 LASSO 來確定它們作為生物標志物的潛力。相信在不久的將來,在分子診斷學方面,通過檢測外周血或腦脊液標志物可能成煙霧病病人篩查的新方向。

二、煙霧病臨床治療的新進展

1.煙霧病精準手術治療:盡管尚缺乏大樣本、長期、多中心臨床數據研究,顱內外血流重建手術仍是目前煙霧病公認有效的首選治療方法。在出血型煙霧病中,國內前瞻性的隊列研究提示,顱內外血流重建手術能夠降低再出血風險。日本一項多中心前瞻性隨機對照研究表明,血流重建術能將出血型煙霧病的5年再出血發生率從31.6%降至11.9%。因此積極采取顱內外血流重建手術能更好改善病人的預后已經成為更多學者的共識。經典的血流重建術式包括以下三種:直接血流重建手術[12],間接血流重建手術,聯合血流重建手術。直接血流重建是指采取顱內外動脈直接進行吻合的術式,主要包括顳淺動脈-大腦中動脈吻合術,顳淺動脈-大腦前動脈或顳淺動脈-大腦后動脈吻合術等,此外還有枕動脈作為供體血管的枕動脈-大腦中動脈吻合術,枕動脈-大腦后動脈吻合術等。間接血流重建手術基本原理是將頸外動脈系統的動脈及其周邊組織覆蓋于缺血的大腦表面,較常用的術式包括腦-硬腦膜-動脈血管融合術、腦-肌肉血管融合術、腦-肌肉-動脈血管融合術、腦-硬腦膜-動脈-肌肉血管融合術、腦-硬膜-肌肉-血管融合術、多點鉆孔術以及大網膜移植術等。聯合血流重建手術則是將直接和間接重建手術結合于一體。目前各大中心根據病人病情特點和自身經驗,自行選用不同的手術方式,尚無統一標準。

在術中影像監測技術輔助下,如FLOW800彩色血管熒光、術中MRI/CT、神經導航、皮層電極監測等,越來越多的大型醫學中心開始融合血流灌注、神經代謝和腦電功能等監測信息,開展多模態技術下的顱內外精準血管吻合,并獲得了更好療效。例如基于術中吲哚青綠(ICG)-FLOW800彩色熒光技術可以選擇性改善缺血嚴重腦區,同時有效預測STA-MCA術后引起高灌注的風險。此外,隨著顯微鏡增強現實熒光技術的發展,通過在手術中對供體和受體血管的血流進行精準評估,可以在吻合前預測血栓形或血管狹窄可能性,并在術后評估吻合的通暢性。也有學者采用ICG-FLOW800熒光造影技術評估吻合口周圍區域微血管的血流動力學變化,評估該項技術在預測煙霧病病人搭橋術后腦過度灌注綜合征中的價值。德國研究者則利用術中熒光素鈉造影,成功的在體內展示煙霧狀病變血管內皮的完整性和血腦屏障損傷情況。他們認為,熒光素鈉外漏程度證實煙霧病病人的血腦屏障已經受到破壞,這可能是成年煙霧病病人血管搭橋術后顱內出血或高灌注的原因。在顱內外血管吻合手術方面,各類改良和創新術式也不斷涌現。例如顳淺動脈兩個分支同時搭橋的“雙支搭橋”技術、單只供體血管多次吻合的“序貫搭橋”技術、血流自主調節的“側側搭橋”技術等。針對部分病人顳淺動脈直徑較粗,血流量過大情況,我們提出了將顳淺動脈的分支一支搭橋一支敷貼的“吻合-融通聯合搭橋”技術。改良術式既減少了腦過度灌注的發生,又保證了頭皮的血液供應,還增加了一條通過血管融通重建顱內和顱外血流的通路。上述諸多手術方式的改良為煙霧病病人獲得高效、安全的手術治療提供了選擇。

2.基因治療進展:基因治療(gene therapy)定義是將外源正常基因導入靶細胞,以糾正或補償缺陷和異?；蛞鸬募膊?以達到治療目的。任何治療都無法阻止或逆轉煙霧病原發性疾病的進展。目前煙霧病的治療仍以手術為主,但由于煙霧病目前被發現與基因突變具有重要關聯,因此基因治療可能是未來具有前景的治療方式。

煙霧病的基因易感性報道較晚,基于首個關于煙霧病GWAS 發現,煙霧病與一個新的一級易感基因 RNF213(又稱Mysterin神秘蛋白)有關,該基因編碼 591 kDa蛋白“環指蛋白 213”,具有兩個AAA +模塊(與多種細胞活動相關的ATP酶)和一個環指泛素連接酶結構域[13]。RNF213(位于染色體17q25上)的突變分析表明,95%的煙霧病家族、73%的非家族性煙霧病病例和1.4%的對照組中存在一個創始變體p.R4859K(即RNF213第60外顯子中的單堿基置換c.14576G >A)。然而基于外顯子測序的病例對照研究表明,在東亞人群(251例病例和707例對照)中,p.R4810K與煙霧病密切相關,OR值高達111.8。在日本和韓國,p.R4810K變體的分布情況相似,頻率為67.4%～90%,同源攜帶者的頻率為 5.3%%～7.9%。在中國,p.R4810K變異體的分布與日本和韓國截然不同,同型和雜合子攜帶者的比例遠遠低于野生型攜帶者[14]。一項針對中國漢族病人的大規模病例對照研究顯示,22例病人22/170 (13%)存在p.R4810K 變異,其中包括21例雜合型攜帶者和一例家族性雜合型攜帶者[15]。在生理功能方面, RNF213在人和小鼠的全身都有表達,在免疫組織中的表達量最高。RNF213蛋白在細胞質中呈彌散分布,部分與未確定的細胞內結構有關。RNF213具有形成環狀寡聚體和水解 ATP的能力,但其功能及其與煙霧病的聯系仍未確定。近年的重磅研究發現,RNF213與細胞降解細菌脂多糖的功能直接相關。敲除或者突變細胞內RNF213能夠顯著抑制細胞對泛素化降解細菌表面蛋白的能力[13]。而RNF213缺陷小鼠在服用氨甲?；?MDP)-Lys(L18)后,調節性T細胞的比例顯著下降,干擾素β也會上調RNF213,這都表明RNF213進一步參與了免疫系統的調節[16]。以上這些研究結論說明,針對RNF213治療可能能為煙霧病提供一種可逆性治療方式。而基因治療目前的治療方法范式的變化趨勢:從病毒載體到非病毒載體,從基因轉移到整個機體到定向轉移到細胞和組織,從單一基因使用到基因組合;從DNA療法到RNA療法,從體內療法到體外療法。希望未來基于全新基因替換編輯方法的治療手段能夠延緩煙霧病的進展。

3.細胞移植治療:煙霧病病人顱底大動脈的進展性狹窄和閉塞是導致腦缺血癥狀的主要原因。既往研究發現,干細胞移植在治療腦缺血性疾病(包括慢性腦缺血,卒中等)中顯示出巨大的潛力,可改善神經系統疾病的后遺癥[17]。干細胞具有強大的分化潛能,在用于治療中樞神經系統疾病時,可增殖成神經元和神經膠質細胞,從而取代壞死細胞,發揮神經保護作用。間充質干細胞是一種多能成人干細胞,主要存在于包括骨髓、脂肪組織和臍帶等多種組織中。與其他干細胞療法相比,間充質干細胞具有提取和分離簡單、培養成本較低、可塑性高、成瘤性低等優勢[17]。目前有大量研究表明,間充質干細胞可通過增強血管生成和神經發生以及調控免疫功能、抑制炎癥反應來改善神經-血管的修復。此外其旁分泌作用可通過直接和間接作用加速神經功能康復。目前干細胞移植療法仍停留在臨床實驗階段,對其安全性和有效性評估尚不完善,期待在不久的將來可以投入到臨床應用中來。

綜上所述,在精準神經外科時代,煙霧病研究雖然從基礎到臨床各個方面均有飛速的發展,但是仍然迷霧重重。特別是在病理機制、臨床治療、預后評估等方面有待于進一步深入探索。希望隨著越來越多學者將研究目光聚焦于這一新興的領域,早日撥開煙霧病的神秘面紗。