彌漫性軸索損傷的發(fā)病機(jī)制及治療進(jìn)展

1、彌漫性軸索損傷的發(fā)病機(jī)制及治療進(jìn)展張毅飛(陜西省武功縣人民醫(yī)院外科陜西 武功)彌漫性軸索損傷(DAI) 是顱腦損傷的一種重要形式，1982年 Adams等 1研究證實彌漫性軸索損傷是在顱腦創(chuàng)傷之后即發(fā)生的一種原發(fā)性損傷，獨立于腦腫脹、顱內(nèi)高壓等因素而存在。頭部遭受剪切力或加速性外力作用后，腦內(nèi)不同密度的組織產(chǎn)生不同的位移，造成這些界面處軸索的腫脹斷裂2 ，其主要病理改變集中于神經(jīng)軸索聚集區(qū)，如灰白質(zhì)交界處、胼胝體、腦干、小腦及內(nèi)囊基底節(jié)區(qū)，軸縮球的形成是確認(rèn)彌漫性軸索損傷的主要依據(jù)。彌漫性軸索損傷最突出的臨床表現(xiàn)是在沒有明確局灶損傷的情況下出現(xiàn)快速的進(jìn)行性加嚴(yán)的意識障礙。由于缺乏特異的早期診斷

2、和治療手段，目前彌漫性軸索損傷的致殘率和致死率都很高。本文根據(jù)最新的研究進(jìn)展，綜述彌漫性軸索損傷的發(fā)病機(jī)制及特異性治療方面的新進(jìn)展。1 DAI的發(fā)病機(jī)制：(1) 軸索的機(jī)械損傷：人們對彌漫性軸索損傷機(jī)制的認(rèn)識首先來自形態(tài)學(xué)改變。早期的研究發(fā)現(xiàn)損傷后幾小時到幾天內(nèi)即可發(fā)生軸索腫脹， 這種軸索腫脹被認(rèn)為是軸漿運(yùn)輸障礙造成的；隨后更精細(xì)的超微結(jié)構(gòu)及免疫組化方面的研究發(fā)現(xiàn)損傷后軸膜的通透性改變，并導(dǎo)致繼發(fā)的亞細(xì)胞水平變化：神經(jīng)微絲致密和線粒體腫脹3 。 這些形態(tài)學(xué)改變下隱藏的生化機(jī)制正逐漸被人們所認(rèn)識。經(jīng)典的理論認(rèn)為DAI中損傷的軸索是在損傷發(fā)生的瞬間被機(jī)械張力撕裂造成的，而最近20多年的研究趨向于，

3、DAI是由損傷時的張力引發(fā)的一個進(jìn)行性病變過程，從局灶性的軸索改變逐漸發(fā)展到最終的失聯(lián)系4 。即機(jī)械性的原發(fā)損傷引起并與繼發(fā)性的蛋白水解通路激活共同參與DAI的發(fā)生。 (2) 繼發(fā)性蛋白水解通路激活：軸索斷裂涉及一系列病生理過程。目前的觀點是：Ca2+介導(dǎo)的蛋白水解通路的激活是導(dǎo)致軸索斷裂的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在有髓神經(jīng)纖維中，損傷時的剪切力可造成軸膜的多孔結(jié)構(gòu)，形成局灶性的軸膜通透性變化，導(dǎo)致原發(fā)性的Ca2+內(nèi)流，細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的升高激活鈣蛋白酶，降解微管蛋白、微管相關(guān)蛋白等細(xì)胞骨架蛋白 5 。軸膜的完整性被削弱，繼發(fā)持續(xù)的不可逆的通透性變化而引起整個損傷軸索節(jié)段的改變，形成級聯(lián)放大效應(yīng)6 。有研

4、究認(rèn)為創(chuàng)傷誘導(dǎo)的局灶性軸膜通透性改變誘發(fā)局部鈣內(nèi)流，可通過兩條途徑激活蛋白水解通路：一是內(nèi)流的ca“直接激活半胱氨酸蛋白酶、鈣蛋白酶和半胱天冬酶，水解膜收縮蛋白( 軸膜下細(xì)胞骨架的主要成分) ，造成軸索細(xì)胞骨架的崩解；二是局部鈣超載可導(dǎo)致線粒體損傷，線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔mPT打開，細(xì)胞色素PC釋放，從而激活半胱天冬酶，參與細(xì)胞骨架的降解，線粒體損傷本身還可引起氧化磷酸化障礙，導(dǎo)致不可控的電生理紊亂4 。細(xì)胞骨架崩解體現(xiàn)在形態(tài)學(xué)上即神經(jīng)微絲致密和微管丟失。而軸索腫脹的原因在很長一段時間內(nèi)都被認(rèn)為是細(xì)胞骨架崩解引起軸漿運(yùn)輸障礙造成的。最近的研究卻有不同發(fā)現(xiàn)，Stone等研究表明軸漿運(yùn)輸障礙和軸膜通透

5、性改變在彌漫性軸索損傷的早期病理過程中是相互獨立的兩個事件，即二者之間并不存在因果關(guān)聯(lián)。至少存在兩種不同的發(fā)病機(jī)制共同參與彌漫性軸索損傷的發(fā)病過程。 一種以軸膜通透性改變、線粒體腫脹和細(xì)胞骨架崩解為主要特征，在軸索失聯(lián)系前并未出現(xiàn)軸漿運(yùn)輸障礙，也無軸索的局部腫脹，原因可能是內(nèi)流的鈣離子超過閾值，將順行性的軸漿運(yùn)輸轉(zhuǎn)變?yōu)槟嫘行缘妮S漿運(yùn)輸；另一種以軸漿運(yùn)輸障礙和局部軸索腫脹為特征，而無明顯的軸膜通透性改變或神經(jīng)微絲致密7-9 。軸漿運(yùn)輸障礙的機(jī)制目前還不太清楚，鈣神經(jīng)蛋白被認(rèn)為在這一過程中起著關(guān)鍵作用。鈣神經(jīng)蛋白拮抗劑FK506的使用可以明顯減少軸漿運(yùn)輸障礙的發(fā)生10 。也有研究提出，軸膜通透性改

6、變和軸漿運(yùn)輸障礙并非完全不相關(guān)，更微小的膜通透性改變可能參與這一病理生理過程，激活微量鈣蛋白酶并導(dǎo)致鈣神經(jīng)蛋白的激活，從而改變微管結(jié)構(gòu)，擾亂局部軸漿運(yùn)輸動力學(xué)，引起軸索的腫脹。剪切力引起的局部軸膜多孔結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的原發(fā)性軸膜通透性改變可能是造成軸漿運(yùn)輸障礙的原因 5 。 DAI中無髓神經(jīng)纖維也發(fā)生類似有髓神經(jīng)纖維的病理改變。但與有髓神經(jīng)纖維不同的是，引起局部鈣超載的原因并不是軸膜通透性改變。而是軸膜Na+通道激活后去極化，激活電壓門控的鈣通道和Na+ Ca“交換體，+繼而導(dǎo)致鈣內(nèi)流，引起下游的病生理變化。(3) 炎癥反應(yīng)：最新的研究提出：炎癥反應(yīng)參與了DAI的發(fā)生發(fā)展。Kelley 等 1利用小鼠

7、的DAI模型發(fā)現(xiàn)，損傷后相應(yīng)部位出現(xiàn)小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的激活和聚集。Yang等 12研究表明，在軸索損傷部位存在炎癥因子白細(xì)胞介素(IL) 一 l 的聚集，相關(guān)性分析提示IL-1 的積聚與軸漿運(yùn)輸標(biāo)志物-APP的積累具有顯著的相關(guān)性，即 IL-1 的積累與軸漿運(yùn)輸障礙在空間上具有相關(guān)性。 有學(xué)者提出：軸索損傷時的髓鞘崩解產(chǎn)物激活炎性細(xì)胞如小膠質(zhì)細(xì)胞、巨噬細(xì)胞，上調(diào)炎癥因子如腫瘤壞死因子(TNF)- 、 IL-1 等，參與DAI的發(fā)展12。炎性介質(zhì)如何介導(dǎo)DAI的發(fā)展目前并不是很清楚。有研究發(fā)現(xiàn)給DAI的模型小鼠大腦持續(xù)灌注IL一 1受體拮抗劑IL 一 1Ra可以顯著減少caspase-3的激

8、活，提示IL-1 可能參與DAI中蛋白水解通路的激活13 。2治療策略研究進(jìn)展：彌漫性軸索損傷因其發(fā)病機(jī)制的復(fù)雜性，目前還沒有特異性的治療手段。根據(jù)前文對其發(fā)病機(jī)制的闡述，彌漫性軸索損傷是一個進(jìn)行性病變過程，最終導(dǎo)致軸索斷裂失聯(lián)系。因此， 在出現(xiàn)軸索結(jié)構(gòu)的不可逆改變之前， 有可能通過阻斷病變過程中的某些環(huán)節(jié)提早終止彌漫性軸索損傷的自然病程， 最大限度地保留神經(jīng)功能。彌漫性軸索損傷病變過程中的幾個主要環(huán)節(jié)包括：損傷后即刻發(fā)生的原發(fā)性剪切傷、繼發(fā)性蛋白水解通路的激活以及炎癥反應(yīng)。下面主要從這幾方面簡述治療策略方面的進(jìn)展。(1) 急性期干預(yù)：損傷后早期干預(yù)的重點就在于如何阻止即刻損傷后發(fā)生的下游級聯(lián)

9、的病理生理過程。針對剪切傷導(dǎo)致的軸膜多孔結(jié)構(gòu)，有研究表明損傷后盡早進(jìn)行軸膜修復(fù)是可能的治療手段之一。 聚羥體P188是一種非離子型的兩性異分子聚合物，具有修復(fù)損傷細(xì)胞膜的作用。 Kilinc 等 14研究發(fā)現(xiàn)損傷后早期應(yīng)用P188可以維持軸膜的完整性并抑制微管破壞及軸漿運(yùn)輸障礙。聚乙二醇(PEG)是一種親水性的化合物，已有研究證實其在脊髓損傷和周圍神經(jīng)損傷方面對神經(jīng)元細(xì)胞膜的修復(fù)作用。Koob等 15糾給創(chuàng)傷性軸索損傷的小鼠模型靜脈注射PEG后，可以減少 -APP的聚集，即減少軸漿運(yùn)輸障礙。Smucker等 16 叫實驗證實給重型DAI小鼠模型早期靜脈注射單劑PEG后，可顯著減少DAI后續(xù)病變

10、的發(fā)生。剪切傷后早期的局部鈣內(nèi)流是胞內(nèi)蛋白水解通路的啟動因子，有研究利用鈣螯合劑BAPTA在損傷早期螯合胞外和胞內(nèi)的Ca+，抑制胞內(nèi)Ca+濃度升高，結(jié)果發(fā)現(xiàn)下游病生理改變明顯被阻斷，鈣蛋白酶的激活被抑制。(2) 阻斷蛋白水解通路：如前文述，蛋白水解通路的激活在軸索損傷病變中起著關(guān)鍵作用。其中， 持續(xù)的鈣蛋白酶激活特異性地降解軸膜下細(xì)胞骨架蛋白如膜收縮蛋白，是蛋白水解通路中重要的一種中性半胱氨酸酶，鈣蛋白酶的激活因此成為DAI的治療靶點之一。鈣蛋白酶在腦內(nèi)的基礎(chǔ)活性比較低，短期的活性抑制相對其他治療靶點更安全。Czeiter 等 6 給損傷前的鼠模型靜脈注射鈣蛋白酶抑制劑，觀察損傷后的軸索發(fā)現(xiàn)鈣

11、蛋白酶介導(dǎo)的膜收縮蛋白降解明顯受抑制，防止了軸膜通透性改變的繼續(xù)擴(kuò)大。也有研究表明對損傷后的DAI鼠模型給予24h持續(xù)的動脈內(nèi)鈣蛋白酶抑制劑灌注，可以顯著降低神經(jīng)微絲組分和膜收縮蛋白的降解 17 。 鈣神經(jīng)蛋白也是蛋白水解通路中比較重要的治療靶點，它可能與軸漿運(yùn)輸障礙相關(guān)。前文已經(jīng)提到過鈣神經(jīng)蛋白拮抗劑FK506的使用可以明顯減少軸漿運(yùn)輸障礙的發(fā)生，但對神經(jīng)微絲致密卻沒有明顯改善。也有研究得出相反的結(jié)果，對彌漫性腦損傷的未成熟鼠模型應(yīng)用FK506，結(jié)果可以降低神經(jīng)微絲致密的發(fā)生而對軸漿運(yùn)輸障礙沒有影響18。 局部鈣超載引發(fā)的線粒體損傷也可間接激活蛋白水解通路，同時線粒體損傷可引發(fā)更惡劣的能量衰

12、竭和離子泵功能障礙，因此防治線粒體損傷理論上也是重要的治療策略之一。免疫抑制劑CsA可以阻止損傷后線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔mPT的開放，P顯著降低線粒體損傷和軸索內(nèi)細(xì)胞骨架破壞，對軸索起保護(hù)作用。CsA不僅能從分子和細(xì)胞水平保持軸索結(jié)構(gòu)的完整性，還可以通過降低神經(jīng)退行性變改善創(chuàng)傷后小鼠的運(yùn)動功能，這對彌漫性軸索損傷可能導(dǎo)致的逆行性神經(jīng)改變有遠(yuǎn)期的治療意義；同時， 通過對軸索復(fù)合動作電位的研究提示，CsA對軸索的功能也具有較好的保護(hù)作用。以上都是針對蛋白水解通路的某一環(huán)節(jié)進(jìn)行阻斷，低溫干預(yù)則是廣泛地抑制或減慢這一病變進(jìn)程。有研究證實低溫干預(yù)可以有效地限制鈣蛋白酶介導(dǎo)的膜收縮蛋白降解，進(jìn)而減少軸索失聯(lián)系

13、的發(fā)生。有學(xué)者利用鼠視神經(jīng)的創(chuàng)傷性軸索損傷模型發(fā)現(xiàn)，傷后即刻給予短期 (3 h) 的低溫(32 )處理可以明顯減少軸索變性的發(fā)生，且這一保護(hù)效應(yīng)至少可持續(xù)到傷后2周 18 。 (3) 控制炎癥反應(yīng)：最新的研究提出炎癥反應(yīng)可能參與DAI的發(fā)展。如果這一理論被證明是正確的，那么積極地控制炎癥反應(yīng)也是治療DAI的策略之一。研究發(fā)現(xiàn)白血病抑制因子LIF可以抑制TNF- 生成，并促進(jìn)巨噬細(xì)胞吞噬崩解的髓鞘，提示LIF可能對DAI具有一定的治療意義。關(guān)于炎癥反應(yīng)如何參與DAI的發(fā)展目前并不清楚，因此這方面的治療靶點的提出還有賴于對機(jī)制的進(jìn)一步研究。(4) 長期神經(jīng)營養(yǎng)及保護(hù)：彌漫性軸索損傷發(fā)生以后，可以繼

14、發(fā)一系列非特異性的改變，如缺血、水腫、高顱壓及氧自由基損傷等4 。同時，炎癥反應(yīng)的參與也將病變升級為系統(tǒng)性的病理過程。因此， 僅僅針對軸索損傷的治療是不夠的，而應(yīng)該從整體出發(fā)，進(jìn)行長期的神經(jīng)營養(yǎng)和保護(hù)。對彌漫性腦損傷的鼠模型給予生理量的孕激素干預(yù)后，明顯降低了軸索損傷發(fā)生的概率，同時改善了運(yùn)動及認(rèn)知功能。其他非特異性的神經(jīng)保護(hù)劑如EPO也在研究之中，但目前對 11 于其有效性還在爭論之中，在此不展開討論。3展望：彌漫性軸索損傷的發(fā)病機(jī)制還有待繼續(xù)探索，尤其是在軸索損傷后導(dǎo)致的逆行性神經(jīng)改變和可能存在的軸索重組與修復(fù)方面。另外， 炎癥反應(yīng)的參與使其發(fā)病過程更為復(fù)雜，這可能與彌漫性軸索損傷繼發(fā)或伴

15、發(fā)的其他病理改變?nèi)缛毖?、水腫、 高顱壓等密切相關(guān)。目前針對彌漫性軸索損傷尚無特異性的治療手段， 這與其發(fā)病機(jī)制的復(fù)雜性有關(guān)。但更重要的原因可能是目前的治療策略都僅僅是從其發(fā)病過程的某一個環(huán)節(jié)人手，而沒有綜合考慮整個病變過程。同一個病人多環(huán)節(jié)多靶點的聯(lián)合治療可能是以后的發(fā)展方向。不同病人因其個體差異及損傷時的復(fù)雜情況，可能需要考慮不同的聯(lián)合治療策略。參考文獻(xiàn) 1 Adams JH ， Graham DI ， Murray LS ， et a1 Diffuse axonal injurydue to nonmissile head injury in humans： an analysis of

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