彌漫性軸索損傷的發(fā)病機制及治療進展

1、彌漫性軸索損傷的發(fā)病機制及治療進展張毅飛（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，腦內不同密度的組織產生不同的位移，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軸索聚集區(qū)，如灰白質交界處、胼胝體、腦干、小腦及內囊基底節(jié)區(qū)，軸縮球的形成是確認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)快速的進行性加嚴的意識障礙。由于缺乏特異的早期診斷和治療

2、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)最新的研究進展，綜述彌漫性軸索損傷的發(fā)病機制及特異性治療方面的新進展。1DAI的發(fā)病機制：(1)軸索的機械損傷：人們對彌漫性軸索損傷機制的認識首先來自形態(tài)學改變。早期的研究發(fā)現(xiàn)損傷后幾小時到幾天內即可發(fā)生軸索腫脹，這種軸索腫脹被認為是軸漿運輸障礙造成的；隨后更精細的超微結構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，并導致繼發(fā)的亞細胞水平變化：神經微絲致密和線粒體腫脹3。這些形態(tài)學改變下隱藏的生化機制正逐漸被人們所認識。經典的理論認為DAI中損傷的軸索是在損傷發(fā)生的瞬間被機械張力撕裂造成的，而最近20多年的研究趨向于，DAI是由損傷時

3、的張力引發(fā)的一個進行性病變過程，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+介導的蛋白水解通路的激活是導致軸索斷裂的關鍵環(huán)節(jié)。在有髓神經纖維中，損傷時的剪切力可造成軸膜的多孔結構，形成局灶性的軸膜通透性變化，導致原發(fā)性的Ca2+內流，細胞內Ca2+濃度的升高激活鈣蛋白酶，降解微管蛋白、微管相關蛋白等細胞骨架蛋白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6。有研究認為創(chuàng)傷誘導的局灶性軸膜通

4、透性改變誘發(fā)局部鈣內流，可通過兩條途徑激活蛋白水解通路：一是內流的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(軸膜下細胞骨架的主要成分)，造成軸索細胞骨架的崩解；二是局部鈣超載可導致線粒體損傷，線粒體通透性轉換孔mPTP打開，細胞色素C釋放，從而激活半胱天冬酶，參與細胞骨架的降解，線粒體損傷本身還可引起氧化磷酸化障礙，導致不可控的電生理紊亂4。細胞骨架崩解體現(xiàn)在形態(tài)學上即神經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都被認為是細胞骨架崩解引起軸漿運輸障礙造成的。最近的研究卻有不同發(fā)現(xiàn)，Stone等研究表明軸漿運輸障礙和軸膜通透性改變在彌漫性軸索損傷的早期病理過

5、程中是相互獨立的兩個事件，即二者之間并不存在因果關聯(lián)。至少存在兩種不同的發(fā)病機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)軸漿運輸障礙，也無軸索的局部腫脹，原因可能是內流的鈣離子超過閾值，將順行性的軸漿運輸轉變?yōu)槟嫘行缘妮S漿運輸；另一種以軸漿運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微絲致密7-9。軸漿運輸障礙的機制目前還不太清楚，鈣神經蛋白被認為在這一過程中起著關鍵作用。鈣神經蛋白拮抗劑FK506的使用可以明顯減少軸漿運輸障礙的發(fā)生10。也有研究提出，軸膜通透性改變和軸漿運輸障礙并非完全不相關，更微小的

6、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致鈣神經蛋白的激活，從而改變微管結構，擾亂局部軸漿運輸動力學，引起軸索的腫脹。剪切力引起的局部軸膜多孔結構導致的原發(fā)性軸膜通透性改變可能是造成軸漿運輸障礙的原因5。DAI中無髓神經纖維也發(fā)生類似有髓神經纖維的病理改變。但與有髓神經纖維不同的是，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，繼而導致鈣內流，引起下游的病生理變化。(3)炎癥反應：最新的研究提出：炎癥反應參與了DAI的發(fā)生發(fā)展。Kelley等1利用小鼠的DAI模型發(fā)現(xiàn)，損傷后相應部位出現(xiàn)小膠質細胞和巨噬細

7、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胞介素(IL)一l的聚集，相關性分析提示IL-1的積聚與軸漿運輸標志物-APP的積累具有顯著的相關性，即IL-1的積累與軸漿運輸障礙在空間上具有相關性。有學者提出：軸索損傷時的髓鞘崩解產物激活炎性細胞如小膠質細胞、巨噬細胞，上調炎癥因子如腫瘤壞死因子(TNF)-、IL-1等，參與DAI的發(fā)展12。炎性介質如何介導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治療策略研究進展：彌漫性

8、軸索損傷因其發(fā)病機制的復雜性，目前還沒有特異性的治療手段。根據(jù)前文對其發(fā)病機制的闡述，彌漫性軸索損傷是一個進行性病變過程，最終導致軸索斷裂失聯(lián)系。因此，在出現(xiàn)軸索結構的不可逆改變之前，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。下面主要從這幾方面簡述治療策略方面的進展。(1)急性期干預：損傷后早期干預的重點就在于如何阻止即刻損傷后發(fā)生的下游級聯(lián)的病理生理過程。針對剪切傷導致的軸膜多孔結構，有研究表明損傷后盡早進行軸膜修復是可能的治療手段

9、之一。聚羥體P188是一種非離子型的兩性異分子聚合物，具有修復損傷細胞膜的作用。Kilinc等14研究發(fā)現(xiàn)損傷后早期應用P188可以維持軸膜的完整性并抑制微管破壞及軸漿運輸障礙。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損傷方面對神經元細胞膜的修復作用。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)病變的發(fā)生。剪切傷后早期的局部鈣內流是胞內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

10、胞內的Ca+，抑制胞內Ca+濃度升高，結果發(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。鈣蛋白酶在腦內的基礎活性比較低，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)鈣蛋白酶介導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)擴大。也有研究表明對損傷后的DAI鼠模型給予24 h持續(xù)

11、的動脈內鈣蛋白酶抑制劑灌注，可以顯著降低神經微絲組分和膜收縮蛋白的降解17。鈣神經蛋白也是蛋白水解通路中比較重要的治療靶點，它可能與軸漿運輸障礙相關。前文已經提到過鈣神經蛋白拮抗劑FK506的使用可以明顯減少軸漿運輸障礙的發(fā)生，但對神經微絲致密卻沒有明顯改善。也有研究得出相反的結果，對彌漫性腦損傷的未成熟鼠模型應用FK506，結果可以降低神經微絲致密的發(fā)生而對軸漿運輸障礙沒有影響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換孔mPTP的

12、開放，顯著降低線粒體損傷和軸索內細胞骨架破壞，對軸索起保護作用。CsA不僅能從分子和細胞水平保持軸索結構的完整性，還可以通過降低神經退行性變改善創(chuàng)傷后小鼠的運動功能，這對彌漫性軸索損傷可能導致的逆行性神經改變有遠期的治療意義；同時，通過對軸索復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作用。以上都是針對蛋白水解通路的某一環(huán)節(jié)進行阻斷，低溫干預則是廣泛地抑制或減慢這一病變進程。有研究證實低溫干預可以有效地限制鈣蛋白酶介導的膜收縮蛋白降解，進而減少軸索失聯(lián)系的發(fā)生。有學者利用鼠視神經的創(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

13、一保護效應至少可持續(xù)到傷后2周18。(3)控制炎癥反應：最新的研究提出炎癥反應可能參與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，并促進巨噬細胞吞噬崩解的髓鞘，提示LIF可能對DAI具有一定的治療意義。關于炎癥反應如何參與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制的進一步研究。(4)長期神經營養(yǎng)及保護：彌漫性軸索損傷發(fā)生以后，可以繼發(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

14、不夠的，而應該從整體出發(fā)，進行長期的神經營養(yǎng)和保護。對彌漫性腦損傷的鼠模型給予生理量的孕激素干預后，明顯降低了軸索損傷發(fā)生的概率，同時改善了運動及認知功能。其他非特異性的神經保護劑如EPO也在研究之中，但目前對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)病機制還有待繼續(xù)探索，尤其是在軸索損傷后導致的逆行性神經改變和可能存在的軸索重組與修復方面。另外，炎癥反應的參與使其發(fā)病過程更為復雜，這可能與彌漫性軸索損傷繼發(fā)或伴發(fā)的其他病理改變如缺血、水腫、高顱壓等密切相關。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)病機制的復雜性有關。但更重要的原因可能是目前的治療策略都僅僅

15、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雜情況，可能需要考慮不同的聯(lián)合治療策略。參考文獻1 Adams JH，Graham DI，Murray LS，et a1Diffuse axonal injurydue to nonmissile head injury in humans：an analysis of 45 casesAnn Neurol，1982，12：557-5632 Li xY，F(xiàn)eng DFDiffuse axonal injury：Novel insights intod

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