心肺复苏后脑损伤生化标志物研究进展

DOI：10.3760/cma.j.issn.1671-0282.2013.08.036

作者单位：200003，上海，第二军医大学第二附属医院急救科

通信作者：林兆奋， Email：随着心肺复苏（cardiopulmonary resuscitation，CPR）技术的不断提高，在南美和欧洲每年大约都有500000人接受心肺复苏，这其中有20%～50%的患者血流动力学能够获得稳定，但出院存活率仅为2%～15%，而40%～50%存活患者遭受永久的认知功能损害，例如记忆、注意力和执行功能[1]。造成这种现象的主要原因之一是心肺复苏后持续的脑损伤。在心脏骤停（cardiac arrest，CA）和心肺复苏过程中，机体经历严重缺血缺氧、酸中毒、电解质紊乱、缺血-再灌注和应激等一系列病理过程，大量神经内分泌因子参与这一过程，使得脑细胞形态、功能发生变化[1-2]。因此人们开始认识到心肺复苏后脑的复苏是关键，这也成为临床治疗亟待解决的问题。

然而，目前临床上缺乏简便、可靠的客观评价方法，给心肺复苏后脑损伤的有效救治及评估造成了一定的困难。近年来，越来越多的研究表明，应用特异性的生化标志物对脑损伤的评估是可行的。目前用于检测心肺复苏后脑损伤的指标众多，而且各有其自身特点。如何从众多的指标中筛选出特异性高，敏感性强的指标是目前急需解决的关键问题。本文就目前心肺复苏后脑损伤特异性生化标志物的研究进展综述如下。

1S-100β蛋白（S-100β protein）

S-100蛋白最早是由Moore[3]于1965年在牛脑中发现的一种酸性钙偶联蛋白，因能在pH为7.0的中性饱和硫酸铵溶液中完全溶解而得名[4]，其相对分子质量为21 000，主要通过肾脏代谢和排泄，生物半衰期为2 h。在中枢神经系统主要影响神经胶质细胞的生长繁殖、分化，维持钙稳态，并对学习记忆等发挥一定作用。

S-100β蛋白是由两个β亚单位组成的二聚体（ββ），特异性地存在于中枢神经系统的神经胶质细胞、星形细胞、少突胶质细胞、小胶质细胞以及前部垂体细胞和郎罕细胞，脑干的大部分感觉神经和小脑核也有明显分布。S-100β蛋白相对分子质量大，正常情况下不能通过血脑屏障。颅脑损伤可导致脑细胞和血脑屏障的广泛破坏，从而使脑脊液及血中S-100β蛋白迅速升高。因此，脑脊液和血中S100β蛋白水平升高是中枢神经系统（CNS）损伤的特异性灵敏指标[5]。

大量的研究表明血清中的S100β蛋白水平在心搏骤停后明显升高，而且其水平高低和脑损伤严重程度之间存在明显的正相关[6-8]。Pfeifer等[9]发现血清S-100β的浓度超过1.5 μg/L，心搏骤停患者预后不良（死亡/持续的植物状态）的危险性增加12.6倍。

Mi研究表明当血清S-100β蛋白的质量浓度达到0.65 μg/L的时候，其预测心搏骤停后意识障碍的敏感度为94.4%，特异度为100%。通过监测S-100β蛋白的浓度有助于判断脑损伤的程度和心肺复苏后患者能否恢复意识。Grubb等[10]检测心搏骤停后患者12 h，24～48 h，72～96 h血清S-100β蛋白的水平，发现在这3个时间段内，死亡患者血清S-100蛋白的质量浓度较存活患者明显升高，在心搏骤停后24～48 h内，血清S-100β蛋白的质量浓度达到1.20 μg/L的时候，其预测院内死亡的特异度为100%，敏感度为44.8%。

2神经元特异性烯醇化酶（neuron specificenolase，NSE）

烯醇化酶是糖酵解途径中的关键酶，普遍存在于生物体内的糖代谢中，它催化中间产物磷酸烯醇化丙酮酸的生成。NSE 是两个γγ亚基组成的烯醇化酶同工酶，它只特异地存在于神经元和神经内分泌细胞的细胞质中，所以称其为神经元特异性烯醇化酶，其相对分子质量为78 000，生物半衰期为24 h。近十几年来的研究进一步表明，NSE除具烯醇化酶共有的催化活性外，它与神经及神经内分泌细胞的分化、成熟也密切相关。

NSE占脑全部可溶性蛋白的1.5%，比例很高，其含量由高到低依次为脑、脊髓、周围神经节，具有一定的脑特异性。正常情况下体液中的NSE水平极低。当神经元损伤时，细胞膜完整性被破坏，由于NSE不与细胞内肌动蛋白结合，故易从细胞内释放出来，并迅速进入细胞间隙，进而释放脑脊液，或通过血脑屏障进入外周血。这就为脑组织损伤后检测脑脊液和血清中NSE的变化，从而判断神经元和神经胶质细胞受损情况提供了理论依据[11]。

Grubb等[10]检测心搏骤停后12 h，24～48 h，72～96 h患者血清中NSE蛋白的水平，发现在这三个时间段内，死亡患者血清NSE蛋白的质量浓度均较幸存患者明显升高。Reisinger等[12]发现当NSE蛋白的峰值质量浓度达到80 ng/ml时，其预测心肺复苏后持续昏迷状态的特异度为100%、敏感度为63%、阳性预测值为100%、阴性预测值为84%、准确性88%。当NSE蛋白的峰值质量浓度达到80 ng/ml时，可作为心肺复苏后神经系统预后不良的一个特异性较高但中度敏感的指标。Rech等[13]研究指出当NSE蛋白的峰值质量浓度达到60 ng/ml时，其预测院内心搏骤停预后不良的特异度为100%、敏感度为35%、阳性预测值为100%、阴性预测值为29%。早期检测血清NSE蛋白水平是一种评估院内心搏骤停患者预后的有效的辅助手段。最近研究发现心肺复苏后患者血清神经元特异性烯醇化酶含量和格拉斯昏迷评分（Glasgow Comma Scale，GCS）具有明显相关性[14]。

3髓鞘质碱性蛋白（myelin base protein，MBP）

MBP是脊椎动物中枢神经系统少突胶质细胞和周围神经系统雪旺细胞合成的一种强碱性膜蛋白，含有多种碱性氨基酸。MBP是CNS髓鞘中主要的蛋白质，是不含糖和脂质的单纯蛋白质，约占髓鞘蛋白质总量的30%。MBP位于髓鞘脂浆膜面，与髓鞘脂质紧密结合，可维持CNS髓鞘结构和功能的稳定，在神经纤维中起绝缘和快速传导作用，其水平变化可反映脑白质少突胶质细胞髓鞘损伤的严重程度，是CNS损害和急性脱髓鞘的客观生化指标，对判断病情严重程度和预后有重要意义[15]。

Takahashi[16]研究结果显示心搏骤停患者在心肺复苏后7 dMBP质量浓度明显增加。这表明，神经元和/或轴突的损伤是一个逐渐加重的过程，在缺氧性脑损伤后几天才达到高峰，而且脑死亡组患者较持续植物状态组患者有较高的MBP质量浓度，因此脑脊液中MBP的水平可作为判断心肺复苏后脑功能预后的指标。

Sharma等[17]通过MBP免疫组织化学染色，研究心搏骤停后猪大脑髓鞘蛋白质的变化情况，结果发现心搏骤停30 min和60 min后猪大脑中MBP明显增多，有髓鞘神经纤维明显退化，提示心搏骤停后存在神经细胞损伤。此外，此研究还表明MBP与有髓鞘神经纤维的多少、范围和和生存时间之间存在相关性。尽管最早在心搏骤停后5 min就可以发现轻微但独特的髓鞘损伤，并在30 min后变得越来越明显，但是广泛的、严重的髓鞘损伤在心搏骤停后60 min和180 min才可以发现。

4胶原纤维酸性蛋白

（Glial fibriliary acidic protein GFAP）

GFAP富含谷氨酸和天冬氨酸，是一种相对分子质量为50 000Da～52 000Da的酸性蛋白，属细胞骨骼蛋白，是星形胶质细胞的主要成分之一，也是星形胶质细胞的标志蛋白。GFAP主要用于标记损伤后胶质细胞活动。星形胶质细胞损伤后反应的标志是细胞数增加，细胞体肥大，星形胶质细胞分支增多，并且GFAP的表达增强。

Sharma等[17]通过GFAP免疫组织化学染色，研究心搏骤停后猪大脑皮质和丘脑中星形胶质细胞的变化情况，结果发现心搏骤停30 min和60 min后猪大脑皮质和丘脑中GFAP阳性细胞明显增多，而对照组中未发现GFAP阳性细胞，提示心搏骤停后存在神经细胞损伤。此外，此研究还表明GFAP阳性细胞的多少、范围和神经细胞损伤的严重程度之间存在相关性。

5tau蛋白

tau蛋白是一种微管相关蛋白质，相对相对分子质量从50 000～68 000 不等。tau蛋白是脑内神经元细胞支架蛋白之一，其正常功能是促进微管蛋白相互交织组成微管，并维持所形成微管的稳定性。另外，其也是轴突生长发育和神经元形成不可缺少的物质基础。tau蛋白作为神经支架蛋白，在神经元破坏时会降解，缺血性损伤时神经微丝和微管破裂，引起细胞骨架崩解。它主要来源于神经元和轴索，在神经元变性疾病的脑脊液中含量增多，也可作为一种神经元和轴索损伤的潜在标志物。

tau蛋白在急性脑缺血症状出现后6 h可以在血清中检测出，3～5 d后质量浓度达到高峰，并和脑梗死面积和功能障碍有关，提示血清tau蛋白质量浓度是轴突损伤的早期预警指标[18]。Mailliot等[19]研究发现在脑缺血时期，主要表现为tau蛋白的去磷酸化；自主循环恢复后24 h可以发现tau蛋白明显的磷酸化。提示缺血-再灌注后tau蛋白磷酸化的恢复是检测脑缺血后神经元完整性比较好的预警指标。也有研究表明短暂性脑缺血引起的tau蛋白高度磷酸化可能导致脑损害[20]。

6兴奋性氨基酸（excitatory amino acids，EAA）

EAA是广泛存在于哺乳类动物CNS的兴奋性神经递质，与多种神经变性疾病有关。缺血、缺氧、创伤、中毒等因素均能触发CNS的EAA过度表达，当能量代谢失衡时，EAA异常堆积，产生神经毒性作用。EAA包括谷氨酸（Glu）、天冬氨酸（Asp）、N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）和亮氨酸等。其中Glu是CNS内含量最高的一种氨基酸。Castillo等[21]研究表明在急性缺血性脑损伤患者中，血清及脑脊液中EAA含量明显升高，并与脑梗死体积和脑损伤程度呈正相关。利用微透析技术对脑缺血-再灌注大鼠模型进行连续检测，发现大鼠海马区EAAs质量浓度在短暂缺血期间显著升高，并可引起脑损伤，而恢复血流后则迅速下降至正常水平。认为缺血时EAA的过度释放参与了缺血脑组织的损伤病理生理过程。

7β淀粉样前体蛋白（beta-amyloid precusor protein，β-APP） 及β淀粉样蛋白（amyloid β，Aβ）

β-APP是一种具有受体样结构的大分子膜整合蛋白，是一种急性反应性蛋白，相对分子质量约为110 000～130 000， Aβ由β-APP经α、γ分泌酶在不同的位点剪切而产生的。β-APP普遍存在于血液和脑脊液中，正常情况下广泛表达于大多数细胞，以神经元和星形胶质细胞中含量较丰富，主要经非淀粉样蛋白生成途径水解，促进神经细胞生长分化、增加神经突触的可塑性、参与信号转导、促进细胞黏附并具有神经保护作用[22]。目前β-APP是用于早期诊断脑弥漫性轴索损伤的蛋白指标。

在双侧脑缺血损伤的动物试验中，与对照组相比，脑缺血组β-APP阳性细胞数明显增加，提示缺血性脑白质损伤可导致星形胶质细胞表达β-APP，而β-APP表达增加可能与脑损伤有关。Lee等[23]研究发现神经元受到缺血性损伤，可以使γ分泌酶活性增强，进而影响β-APP的代谢，使Aβ产生增多。

8其他生化标志物

Bcl-2与bax是bcl-2基因家族中功能相反的两个重要成员，分别具有抑制和促进细胞凋亡的作用而组成一个平衡体系来共同调节细胞凋亡。正常大鼠脑组织中bcl-2和bax的表达量极少，研究表明脑缺血可以诱导bcl-2和bax的表达，但以bax的表达占优势地位，导致bcl-2/bax的比例失平衡而促进细胞凋亡[24]。何婧瑜等[25]的研究发现了心肺复苏后大鼠海马CA1区神经元Bcl-2和Bax mRNA的表达量均明显增加，Bcl-2 mRNA的表达在复苏后24h达到高峰。

一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）一氧化氮合酶是内源性合成一氧化氮的关键酶，主要包括神经型一氧化氮合酶（1lervotls nitric oxide synthase，nNOS）、诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）、内皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）[26]。商秀丽等[27]研究表明血管内皮细胞内eNOS表达在缺血1 h内升高，到再灌注2 h内持续降低；而nNOS的表达在缺血到再灌注2 h内持续上升。王超等[28]研究发现在脑缺血-再灌注损伤后，eNOS的高表达出现早，持续时间短，而nNOS和iNOS的发生较晚，持续时间长。

活性氧（reactive oxygen species，ROS）主要包括氧自由基和非氧自由基，在生理情况下机体可以维持其平衡，而在疾病或某些因素刺激下，ROS出现产生和代谢失衡。张雷等[29]的研究均表明：心搏骤停后开始心肺复苏的动物模型，在心肺复苏后，实验组血清中丙二醛（MDA）含量较对照组显著升高，超氧化物歧化酶（SOD）活力显著降低。

9结语

综上所述，在脑脊液和血液中检测单一神经系统相关蛋白质的含量变化对于判断心肺复苏后脑损伤具有一定局限性。最主要的原因是各种标志物诊断脑损伤的阈浓度还未确定，其次是病例选择、样本大小、标本采集和测定方法等也存在一定的差异。另外，关于脑损伤后神经系统相关蛋白质时间-浓度曲线，以及其与年龄的相关性方面均未得出一致性的结论。

然而结合现有技术，综合分析多种标志物动态变化，对于判断脑损伤程度、评估预后、调整治疗方案等却有着重要意义。在临床上，利用这些标志物可以确定患者的脑损伤程度，如果综合判断为低风险，可避免一些不必要的检查。另一方面，如患者的脑损伤为高风险，也可以避免使用毫无意义的治疗。因此进一步探索这些标志物在脑脊液和血液中的时间-浓度变化规律及其诊断脑损伤阈浓度的大小，将使其在临床的应用前景更加广阔。

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（收稿日期：2013-04-01）