陳芳蓮，葛歆瞳，王棟，雷平

創(chuàng)傷性顱腦損傷（traumatic brain injury，TBI）是由外力引起的創(chuàng)傷性顱腦結(jié)構(gòu)損傷和（或）腦功能障礙［1］。根據(jù)格拉斯哥昏迷評分（GCS評分），TBI可分為輕（GCS 13～15）、中（GCS 9～12）、重（GCS<9）型。在全部TBI患者中，中、重型TBI患者約占25%，在進(jìn)行頭CT或MRI等影像學(xué)檢查時，有腦挫裂傷、腦出血、硬膜下/外血腫、蛛網(wǎng)膜下腔出血等腦組織損傷的表現(xiàn)［2］。而占TBI大多數(shù)的輕型TBI（mild TBI，mTBI）患者，在傷后僅有頭暈、頭痛等癥狀，無急性神經(jīng)功能損傷表現(xiàn)，亦無腦組織損傷的典型影像學(xué)表現(xiàn)。大部分mTBI患者的癥狀會在傷后10 d內(nèi)好轉(zhuǎn)，但約15%的患者會出現(xiàn)3個月以上的頭暈、頭痛、疲倦、易怒、注意力集中困難、認(rèn)知功能障礙等后遺癥［3］，這其中約22%的患者會在傷后12個月仍有神經(jīng)功能障礙表現(xiàn)，即創(chuàng)傷后綜合征（postconcussion syndrome，PCS）。反復(fù)輕型TBI（repetitive mild TBI，rmTBI）會導(dǎo)致更為典型的PCS，即以神經(jīng)退行性變?yōu)橹饕±砀淖?，以認(rèn)知及神經(jīng)功能障礙為主要表現(xiàn)的慢性創(chuàng)傷性腦病（chronic traumatic encephalopathy，CTE）［4］。盡管mTBI并不少見，但相較于中、重型TBI，其發(fā)病率仍被低估，且患者的遠(yuǎn)期神經(jīng)功能障礙癥狀易被忽視，這導(dǎo)致了mTBI顱內(nèi)病變的不斷進(jìn)展和患者生活質(zhì)量的降低［5］。因此，研究mTBI，尤其是rmTBI的病理進(jìn)展機(jī)制和治療策略具有重要的臨床意義。

1 rmTBI的顱內(nèi)病理改變進(jìn)程及機(jī)制

TBI的顱內(nèi)病理改變進(jìn)程分為原發(fā)性腦損傷和繼發(fā)性腦損傷。原發(fā)性腦損傷包括腦實質(zhì)挫傷、腦血管破壞（腦出血）及軸索剪切損傷等。繼發(fā)性腦損傷是由原發(fā)性腦損傷引起的一系列相互作用的病理生理變化的總稱，涉及的病理變化主要有谷氨酸興奮性毒性、細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)、腦代謝紊亂、氧化應(yīng)激（脂質(zhì)過氧化）、線粒體功能障礙、細(xì)胞死亡、神經(jīng)炎癥反應(yīng)、血腦屏障功能障礙、彌漫性軸索損傷及髓鞘形成障礙等，最終導(dǎo)致腦白質(zhì)退行性變［5］。

原發(fā)性腦損傷治療干預(yù)困難，而繼發(fā)性腦損傷進(jìn)展過程相對較長，其病理變化的進(jìn)程與TBI預(yù)后密切相關(guān)，是TBI治療的重要環(huán)節(jié)。本文主要關(guān)注傷后遠(yuǎn)期神經(jīng)功能障礙表現(xiàn)最典型的rmTBI。對比論述其相關(guān)病變進(jìn)展機(jī)制，為rmTBI的治療提供幫助。

1.1 谷氨酸興奮性毒性、細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)及腦代謝紊亂 在中、重型TBI中，原發(fā)性腦損傷破壞蛋白通道，引起胞膜的去極化和離子穩(wěn)態(tài)的失調(diào)，從而導(dǎo)致谷氨酸的非選擇性釋放和依賴性鉀離子（K+）外流，谷氨酸受體的過度激活能夠引起谷氨酸興奮性毒性，電壓門控鈣離子（Ca2+）通道的過度激活能夠促進(jìn)Ca2+內(nèi)流，引起細(xì)胞質(zhì)Ca2+的異常升高（鈣超載），伴隨鈣超載發(fā)生的線粒體膜去極化，會引起胞膜上的電子“泄漏”到電子傳遞鏈中與氧分子結(jié)合，誘發(fā)氧化磷酸化解偶聯(lián)，從而抑制腦細(xì)胞中腺苷三磷酸（ATP）的合成，導(dǎo)致腦代謝紊亂［6］。

對反復(fù)中型TBI的研究發(fā)現(xiàn)，間隔1～3 d的外傷打擊能夠造成明顯的腦代謝紊亂，mTBI后損傷腦組織出現(xiàn)離子通道失衡和能量代謝紊亂的時間窗與中型TBI一致；對rmTBI小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，首次外傷造成的急性腦代謝紊亂、線粒體功能障礙及認(rèn)知功能缺陷會在傷后1周內(nèi)得到改善；但如果在傷后3 d進(jìn)行二次打擊，則會引起“累積損傷效應(yīng)”，加重腦代謝紊亂及認(rèn)知功能障礙［7］。盡管以上病理進(jìn)程對mTBI遠(yuǎn)期神經(jīng)功能預(yù)后的影響尚未得到充分闡明，但mTBI早期發(fā)生的這些病理改變很可能誘導(dǎo)了遠(yuǎn)期腦組織代謝級聯(lián)反應(yīng)的發(fā)生和進(jìn)展。

1.2 氧化應(yīng)激（脂質(zhì)過氧化）TBI后，由于損傷腦細(xì)胞中Ca2+蓄積，且酶/非酶氧化物減少，活性氧（ROS）及活性氮（如一氧化氮）的產(chǎn)生會顯著增加［6］。ROS介導(dǎo)的腦組織損傷與TBI嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，其作用與谷氨酸興奮性毒性、細(xì)胞內(nèi)Ca2+蓄積及腦代謝紊亂間存在高度聯(lián)系，能夠誘發(fā)神經(jīng)損傷引起的繼發(fā)性變性［8］。

TBI后，氧化應(yīng)激能夠反饋并促進(jìn)Ca2+蓄積引起的谷氨酸興奮性毒性和線粒體功能障礙［6］，并誘導(dǎo)脂質(zhì)、蛋白質(zhì)及DNA氧化為有毒性的代謝產(chǎn)物，導(dǎo)致細(xì)胞功能障礙［8］。由于大腦中含有大量的多不飽和脂肪酸，腦組織的氧化應(yīng)激主要表現(xiàn)為脂質(zhì)過氧化，在大鼠局灶性腦挫傷和中型TBI模型中，損傷腦組織的脂質(zhì)過氧化會在傷后進(jìn)行性增強(qiáng)［9］。

氧化應(yīng)激也是驅(qū)動rmTBI后神經(jīng)退行性變發(fā)生和持續(xù)進(jìn)展的關(guān)鍵因素，異前列腺素是多不飽和脂肪酸自由基的過氧化產(chǎn)物；對rmTBI小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，腦組織中異前列腺素含量在首次打擊后隨即增加，24 h后的第2次打擊可以進(jìn)一步加重脂質(zhì)過氧化，并使其持續(xù)至傷后4個月，從而導(dǎo)致rmTBI后腦組織淀粉樣蛋白β（Aβ）的沉積及認(rèn)知功能障礙［10］。

1.3 星形膠質(zhì)細(xì)胞激活 星形膠質(zhì)細(xì)胞是TBI后腦組織的關(guān)鍵應(yīng)答細(xì)胞，被激活后具有神經(jīng)保護(hù)和神經(jīng)毒性雙向作用，兩者的平衡主要取決于損傷的性質(zhì)和嚴(yán)重程度。一方面，星形膠質(zhì)細(xì)胞通過調(diào)節(jié)神經(jīng)炎癥反應(yīng)，抑制TBI后腦損傷的進(jìn)展；另一方面，星形膠質(zhì)細(xì)胞能夠促進(jìn)ATP、自由基及促炎細(xì)胞因子的釋放，并引起小膠質(zhì)細(xì)胞的激活和Ca2+波的傳播，從而加重腦損傷［11］。

在rmTBI時，星形膠質(zhì)細(xì)胞的激活與打擊嚴(yán)重程度、次數(shù)和間隔時間密切相關(guān)，單次mTBI能夠引起快速消退的或輕度進(jìn)行性的星形膠質(zhì)細(xì)胞增生［4］。當(dāng)以24 h間隔予以4次打擊時，星形膠質(zhì)細(xì)胞激活的高峰出現(xiàn)在傷后1、7、14 d，并能夠持續(xù)至傷后6個月，同時伴有認(rèn)知功能缺陷［12］。當(dāng)以48 h為打擊間隔時，也可以引起星形膠質(zhì)細(xì)胞在傷后慢性期（1、6、12個月）的持續(xù)激活，但將打擊間隔延長至1周時，無法觀察到損傷腦組織中星形膠質(zhì)細(xì)胞的激活，這表明較長的打擊間隔可能使腦組織得到了自身修復(fù)；在不同rmTBI條件下，星形膠質(zhì)細(xì)胞反應(yīng)性增生由皮質(zhì)到海馬區(qū)，再到白質(zhì)結(jié)構(gòu)的漸進(jìn)性發(fā)展過程具有相對一致性［13］。

1.4 小膠質(zhì)細(xì)胞激活 小膠質(zhì)細(xì)胞在其靜息狀態(tài)下遍布腦實質(zhì)。TBI后，小膠質(zhì)細(xì)胞在星形膠質(zhì)細(xì)胞釋放的ATP誘導(dǎo)下發(fā)生聚集、增殖，并向損傷腦組織滲透，同時吞噬壞死組織、細(xì)胞碎片及毒性物質(zhì)，與星形膠質(zhì)細(xì)胞相似，小膠質(zhì)細(xì)胞在TBI后具有促炎（M1型）和抑炎（M2型）的雙向作用［14］。一方面，M1型小膠質(zhì)細(xì)胞能夠通過增加促炎細(xì)胞因子、氧化代謝產(chǎn)物及蛋白酶的釋放，加重?fù)p傷腦組織的氧化應(yīng)激、神經(jīng)炎癥及軸突病理性改變；另一方面，M2型小膠質(zhì)細(xì)胞能夠通過釋放抑炎細(xì)胞因子，促進(jìn)傷后神經(jīng)修復(fù)［15］。

在mTBI小鼠模型中，可在傷后2周的大腦皮質(zhì)中觀察到小膠質(zhì)細(xì)胞反應(yīng)性增生，其持續(xù)時間與腦損傷嚴(yán)重程度相關(guān)［4］。當(dāng)以24 h間隔進(jìn)行2次mTBI打擊時，腦白質(zhì)中的小膠質(zhì)細(xì)胞激活可持續(xù)至傷后7周，當(dāng)打擊次數(shù)增加至4～5次時，在rmTBI的急性期（2 d）、亞急性期（2周）及慢性期（5周）均可觀察到小膠質(zhì)細(xì)胞的激活及其引起的免疫炎癥反應(yīng)［16-17］。

1.5 血腦屏障（BBB）功能障礙 BBB主要由無窗孔內(nèi)皮細(xì)胞和緊密連接結(jié)構(gòu)構(gòu)成，同時被星形膠質(zhì)細(xì)胞終足及周細(xì)胞包圍，能夠分隔外周循環(huán)及中樞神經(jīng)系統(tǒng)成分的功能性結(jié)構(gòu)；在生理條件下，BBB可以保護(hù)腦組織免受外周循環(huán)中有害物質(zhì)的刺激，并同時保障腦組織的營養(yǎng)供應(yīng)；在TBI后，BBB的破壞會導(dǎo)致外周循環(huán)中的白細(xì)胞浸潤到腦實質(zhì)，加重顱內(nèi)炎癥反應(yīng)，并進(jìn)一步形成炎癥的正反饋循環(huán)，引起持續(xù)的神經(jīng)炎癥狀態(tài)，最終造成神經(jīng)變性和認(rèn)知功能障礙［18］。BBB內(nèi)皮細(xì)胞的損傷還會引起白蛋白由毛細(xì)血管的滲漏及小血管通透性的增加，從而加劇白細(xì)胞由外周循環(huán)向損傷腦組織的浸潤；此外，TBI后損傷腦組織中過量的興奮性氨基酸、氧自由基、一氧化氮及促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生和釋放，都會加重BBB功能障礙，進(jìn)而導(dǎo)致繼發(fā)性腦損傷的進(jìn)展；在彌漫性TBI慢性期，損傷腦組織會發(fā)生以輕度白細(xì)胞募集及持續(xù)的小膠質(zhì)細(xì)胞增生為特征的慢性神經(jīng)炎癥反應(yīng)，這提示BBB功能障礙在傷后遠(yuǎn)期持續(xù)存在［19-20］。

rmTBI后BBB功能障礙的相關(guān)研究報道尚少，一項以IgG滲漏評估BBB通透性的rmTBI研究發(fā)現(xiàn)，首次打擊后48 h，rmTBI小鼠腦實質(zhì)會出現(xiàn)小的局灶性BBB損傷；在24 h后予以第2次打擊，則能夠?qū)е缕雍桶踪|(zhì)BBB的進(jìn)一步破壞［21］。該研究證實了rmTBI后BBB功能障礙的存在。

1.6 彌漫性軸索損傷（diffuse axonal injury，DAI）DAI是嚴(yán)重TBI的病理特征，主要表現(xiàn)為軸突拉伸、線粒體腫脹及運輸功能障礙，其損傷程度取決于TBI的嚴(yán)重程度，并與加速或減速期間外力作用到的腦平面密切相關(guān)［20］。在中、重型TBI中，機(jī)械負(fù)荷可以通過破壞其電壓門控Na+通道，開放電壓門控Ca2+通道，逆轉(zhuǎn)Na+/Ca2+交換，引起過量的Ca2+內(nèi)流，從而誘發(fā)微管解體；同時，第二信使級聯(lián)激活蛋白激酶，引起鈣蛋白酶介導(dǎo)的側(cè)臂蛋白水解，導(dǎo)致神經(jīng)絲塌陷及進(jìn)一步持續(xù)的細(xì)胞骨架破壞［22］。

DAI是mTBI后常見的重要病理改變，可因反復(fù)外傷而加重，在rmTBI小鼠模型中，當(dāng)打擊間隔為幾小時至5 d時，可以觀察到明顯的DAI及神經(jīng)功能障礙；而當(dāng)打擊間隔為7 d時卻無法觀察到該病理表現(xiàn)；在2次打擊、24 h打擊間隔的rmTBI小鼠模型中，腦組織淀粉樣前體蛋白（APP）的表達(dá)量在傷后亞急性期開始增加，并在傷后8周回落；在5次打擊、48 h打擊間隔的rmTBI小鼠模型中也可以觀察到胼胝體中APP的長期持續(xù)性表達(dá)［16-17］。

1.7 髓鞘形成障礙 在中型TBI的損傷腦組織中，可以觀察到髓鞘軸突的亞急性丟失及髓鞘松散的病理改變。少突膠質(zhì)細(xì)胞是構(gòu)成髓鞘的主要細(xì)胞，其與少突膠質(zhì)細(xì)胞祖細(xì)胞（oligodendrocyte progenitor cells，OPCs）對TBI后腦組織的谷氨酸興奮性毒性、Ca2+蓄積、氧化應(yīng)激及代謝紊亂特別敏感。在中型TBI后，損傷腦組織中存在廣泛且持續(xù)的髓鞘堿性蛋白降解，髓鞘堿性蛋白降解后形成的髓鞘碎片可以刺激炎性細(xì)胞，激活小膠質(zhì)細(xì)胞及星形膠質(zhì)細(xì)胞，進(jìn)而通過釋放ROS及募集OPCs促進(jìn)髓鞘的吞噬作用。OPCs能夠?qū)Π踪|(zhì)損傷進(jìn)行快速應(yīng)答，并通過產(chǎn)生和釋放基質(zhì)金屬蛋白酶-9，打開BBB，引起繼發(fā)性腦血管損傷及脫髓鞘病變［23］。

rmTBI后髓鞘形成障礙的相關(guān)研究報道尚少。一項對mTBI及rmTBI的體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，實驗小鼠在傷后1年會出現(xiàn)胼胝體體積變?。ò踪|(zhì)損傷），同時伴隨神經(jīng)功能缺陷［24］。在今后的動物實驗中，有必要進(jìn)一步探明rmTBI打擊嚴(yán)重程度、次數(shù)及間隔時間對傷后慢性髓鞘病變及神經(jīng)功能障礙的影響。

1.8 神經(jīng)退行性變 引起TBI急性期及rmTBI后神經(jīng)退行性變發(fā)生和進(jìn)展的機(jī)制尚未充分闡明。目前已報道的理論假說主要包括認(rèn)知儲備假說、病理性蛋白降解異常、慢性神經(jīng)炎癥等。

認(rèn)知儲備假說認(rèn)為，TBI能夠影響個體的老化進(jìn)程，即由腦損傷引起的負(fù)面協(xié)同作用具有誘導(dǎo)、加快老年性癡呆發(fā)生的風(fēng)險［25-26］。病理性蛋白Aβ和Tau在腦組織中的降解減少是TBI后發(fā)生神經(jīng)退行性變的重要機(jī)制。研究表明，腦組織在生理狀態(tài)下具有降解和清除病理性蛋白質(zhì)的功能，而TBI導(dǎo)致的慢性神經(jīng)炎癥可以引起該功能受損，造成腦組織無法有效清除Aβ和Tau蛋白，引起病理性蛋白沉積［27］。

CTE是與rmTBI病史最相關(guān)的原發(fā)性神經(jīng)退行性Tau蛋白病，其特征性病理標(biāo)志為p-Tau蛋白在腦溝深處神經(jīng)元、小膠質(zhì)細(xì)胞及小血管周圍細(xì)胞突起中的簇狀沉積，大腦皮質(zhì)中連續(xù)的Tau蛋白沉積是CTE區(qū)分于阿爾茨海默病（AD）的重要病理特征，但同時多達(dá)37%的CTE患者也有其他神經(jīng)退行性疾病（如AD、路易體癡呆及額顳葉癡呆）的病理改變［4］。

2 rmTBI治療策略研究新進(jìn)展

TBI的臨床治療策略主要針對繼發(fā)性腦損傷。對于rmTBI而言，首次mTBI會使腦組織處于脆弱的代謝狀態(tài)。因此，在首次mTBI后立即予以治療，可以促進(jìn)腦組織在損傷急性期病理生理狀態(tài)的恢復(fù)，從而減輕再次打擊所造成的累積損傷效應(yīng)。此外，在急性期后給予的治療可以通過靶向作用于繼發(fā)性腦損傷特定的病理進(jìn)程，抑制繼發(fā)性腦損傷的進(jìn)展，從而改善遠(yuǎn)期神經(jīng)功能預(yù)后。

在目前已報道的rmTBI臨床前研究中，大部分治療策略均旨在減輕神經(jīng)炎癥、氧化應(yīng)激、軸突損傷或神經(jīng)退行性變。Shultz等［28］發(fā)現(xiàn)，CD11d抗體可以通過減輕損傷腦組織中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的浸潤，抑制脂質(zhì)過氧化、星形膠質(zhì)細(xì)胞激活、Aβ沉積及神經(jīng)元丟失，改善rmTBI的認(rèn)知、感覺及運動功能預(yù)后。研究還發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用孕酮治療也可有效減輕rmTBI后損傷腦組織的膠質(zhì)細(xì)胞激活及脂質(zhì)過氧化，改善遠(yuǎn)期神經(jīng)功能預(yù)后［29］。

在2次打擊、24 h打擊間隔的rmTBI小鼠模型中，肝X受體激動劑GW3965能夠通過載脂蛋白E依賴性途徑保護(hù)軸突完整性并促進(jìn)Aβ的清除，從而促進(jìn)認(rèn)知功能的恢復(fù)［30］。免疫抑制劑FK506（他克莫司）及亞低溫治療（32～33℃，1 h）也被證實能夠通過抑制鈣調(diào)磷酸酶、自由基及代謝紊亂介導(dǎo)的級聯(lián)反應(yīng)，減輕rmTBI導(dǎo)致的軸突和腦微血管損傷［31］。

研究表明，對rmTBI大鼠在傷前4周和傷后2周提供富含ω-3脂肪酸的飼料，可以有效提高大鼠傷后的體質(zhì)量，增加海馬區(qū)神經(jīng)元的數(shù)量，從而改善認(rèn)知功能預(yù)后［32-33］。

Tau蛋白病在發(fā)生神經(jīng)退行性變的腦組織中普遍存在，應(yīng)用順式磷酸化Tau蛋白抗體干預(yù)TBI小鼠，可以有效減輕損傷腦組織中軸突微管和線粒體的破壞，抑制Tau蛋白病的進(jìn)展和認(rèn)知功能的減退［34］。目前國際上已研發(fā)出多種藥物可以通過靶向干預(yù)rmTBI后的Tau蛋白病，從而降低傷后遠(yuǎn)期神經(jīng)退行性病變的風(fēng)險［35］。內(nèi)源性大麻素2-花生四烯酰甘油代謝酶能夠減輕rmTBI小鼠的CTE樣病理學(xué)改變，同時抑制促炎細(xì)胞因子的表達(dá)及星形膠質(zhì)細(xì)胞的激活，改善認(rèn)知功能預(yù)后［35］。

值得注意的是，目前rmTBI的體內(nèi)研究成果在向臨床進(jìn)行轉(zhuǎn)化時仍存在一定的困難，絕大多數(shù)rmTBI研究的實驗對象是嚙齒類動物，而嚙齒類動物與人類在生理結(jié)構(gòu)（打擊輸入）和認(rèn)知模式（行為輸出）上存在著固有的差異，這導(dǎo)致了部分體內(nèi)實驗中發(fā)現(xiàn)的病理機(jī)制或治療策略在臨床前及臨床研究中無法得到證實［36］。

3 總結(jié)

TBI導(dǎo)致的神經(jīng)功能障礙已被證實與星形膠質(zhì)細(xì)胞及小膠質(zhì)細(xì)胞進(jìn)行性、持續(xù)性激活造成的神經(jīng)炎癥反應(yīng)密切相關(guān)。此外，大量研究表明，mTBI及rmTBI通過引起腦外傷后急、慢性期的谷氨酸興奮性毒性、腦代謝紊亂、氧化應(yīng)激（脂質(zhì)過氧化）、BBB障礙、彌漫性軸索損傷及髓鞘形成障礙等病理變化，導(dǎo)致傷后遠(yuǎn)期神經(jīng)退行性變及認(rèn)知功能障礙。針對上述病理進(jìn)程設(shè)計的旨在改善神經(jīng)功能預(yù)后的治療策略主要包括：（1）通過穩(wěn)定和改善傷后急性期的腦組織代謝狀態(tài)，保護(hù)神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。（2）設(shè)計靶向腦血管內(nèi)皮的藥物，促進(jìn)BBB損傷后修復(fù)。（3）應(yīng)用先進(jìn)的影像學(xué)和超微結(jié)構(gòu)分析方法，研究彌漫性軸索損傷和白質(zhì)損傷等髓鞘病變的進(jìn)展機(jī)制，探索相關(guān)治療策略。（4）通過增強(qiáng)神經(jīng)再生和突觸可塑性，促進(jìn)海馬區(qū)學(xué)習(xí)及記憶功能的恢復(fù)。因此，探索rmTBI的病變進(jìn)展機(jī)制及治療新策略，有望成為今后TBI領(lǐng)域的研究熱點。