β -APP是神经元跨膜糖蛋白, 胞质内合成后通过轴浆运输至突触。正常情况下检不出β -APP, DAI后免疫组化技术也只发现30 %~50 %的损伤轴索, 但神经元受损后, β -APP mRNA升高, β -APP 695亚型作为快速反应蛋白在损伤处聚集表达。排除缺氧、低血糖等影响代谢的疾病, 可将其作为诊断DAI的指标。FE65蛋白高度保守, 可调控β -APP易位至神经胞膜并诱导其聚集。大鼠FE65 mRNA表达的规律与轴索断裂过程相一致, 实验结果有望适用于人。中枢性髓鞘碱性蛋白(MBP)由少突胶质细胞合成、分泌, 参与维持CNS髓鞘结构和功能稳定。DAI后, 轴索肿胀、断裂, 髓鞘崩解, CSF中MBP显著升高, 可准确地反映神经细胞、轴索及髓鞘的损害程度。血清MBP水平不仅能反映神经组织的受损情况, 还能评估血脑屏障的完整性, 但受其影响难以及时反映病情变化。

Defazio MV等研究发现, S100B由活化的胶质细胞分泌, 为钙离子结合蛋白。DAI患者脑损伤越严重, S100B进入血液的量越高, 预后往往越差。由于脂肪、肌肉、骨骼等组织损伤在短时内也能引起S100B血清浓度升高, 因而用其评价DAI预后时, 要考虑存在CNS外严重损伤的情形, 避免判断预后失误^[2]。早在2008年, Anderson KJ等提出了神经微丝（NF）主要参与轴索细胞骨架组成和轴突运输的观点。随DAI加重, NF由局部排列紊乱发展到致密区出现、稳定性降低。在酶清除或去磷酸化作用下, 神经丝蛋白亚单位水解, NF塌陷造成轴索骨架破坏^[3]。Melissa等^[4]研究发现, 用SMI-32抗体能检测到早期磷酸化反应, 认为可用于诊断DAI。张鹏等研究认为, 微管相关蛋白tau (MAP-tau) 在轴索内含量较高, 能促进微管合成, 稳定结构并维持神经功能。DAI导致大量神经细胞坏死, tau蛋白大量释入CSF。DAI后, 由MAP-tau裂解成的多肽分子C-tau迅速释入CSF和血清。但受清除率和半衰期影响, 血清C-tau水平较低, 只能反映急性期的轴索损伤程度。另外, 脑组织中MAP1B 表达水平也增高, 但尚未明确其表达水平是否与致伤程度相关^[5]。

此外, 还有载脂蛋白E（apo E）、血影蛋白α -Ⅱ 亚基（spectrin α -Ⅱ ）等其他一些标志物也具有组织特异性, 这些标志物要么在损伤之前就存在于神经结构中, 要么在损伤后呈规律性生成, 检测其含量有助于诊断DAI, 定位分析则可以判断损伤的范围。据现有研究数据, DAI常见生物学标志的特点和意义如表1所示。其中, β -APP、apo E、FE65 mRNA、NF68的灵敏度相对最高, 均在伤后0.5 h即表达; β -APP、FE65、MBP、NF、MAP、NSE等因与神经元组分相关, 都有较高的特异性。尽管目前有多种生物标志或替代标志从各个方面反映DAI, 却没有一种标志物既具有高度特异性和高度敏感性, 又能独立反映其严重程度, 还能反映根本的病理机制及评估患者的预后。因此, 我们认为, 对法医实务工作, 应建立一组有效的生物学标志, 有效应用这些标志物以提供更好的损伤评估信息。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 DAI常见生物学标志的特点和意义 Table 1 Characteristics and significance of the common biomarkers related to DAI 生物学标志 DAI后出现规律 主要意义 β -APP、β 淀粉样蛋白(Aβ ) β -APP 0.5h开始表达, 24h达高峰, 呈波动性增加[6]; 1d可检出Aβ , 3d后显著, 6~14d更高[7] 对于诊断DAI具有良好的辅助价值[8] FE65、FE65 mRNA FE65缺少确切数据。FE65 mRNA 于30min显著表达, 1h达高峰, 12h后渐减至正常, 24h再升, 48h再降 可早期诊断DAI, 具高度敏感性、特异性[9] MBP 血清和CSF中MBP均明显升高, 3~5d达最高峰 与损伤程度、近期预后密切相关; 脑组织MBP降解物对于诊断DAI具有良好的敏感性和特异性[10] S100B 最多3d明显升高, 浓度变化具时间规律性 反映CNS损害程度, 是评判预后的特异性指标[11] NF NF68 30min~72h降低, 24h最明显。NF-H 6h明显升高, 12h、48h分别达高峰, 第2峰更高, 7d后降至正常[12] NF-L、NF-H均为特异性、敏感性较高的DAI诊断标志 NSE 24h内开始增高, 2~3d达高峰, 7~14d逐渐下降 直接反映脑损害进展程度, 敏感性、特异性高[13] MAP-tau、MAP1B CSF中, tau蛋白显著增高, 1h C-tau可升高500~1000倍, 24h升至40000倍 量化损伤, 评估疗效, 是诊断DAI理想标志物, 判断预后的敏感性、特异性较高[14] apo E 0.5h即表达, 存在一定时序规律性; 对照组皮质神经元和海马无apo E相应表达 早期诊断脑损伤的敏感指标, 可用于鉴别生前和死后脑损伤及推断损伤时间[15] spectrin α -Ⅱ 6h可检出SBDP-145, 24h SBDP水平达高峰, 3d后降低 SBDP的类型和水平可量化轴索损伤程度、判断功能缺陷类型及病理机制[16]

表1 DAI常见生物学标志的特点和意义 Table 1 Characteristics and significance of the common biomarkers related to DAI

刘霖等研究认为, DAI后发生炎症级联反应, 多种生化标志参与继发损伤过程^{[17, 18, 19]}。胶质细胞释放的IL-1β 、IL-2、IL-6、TNF-α 、IFN-γ 等表达增加具时间规律性, TNFa、IL-1的表达与β -APP聚集相关。损伤部位小胶质细胞大量表达iNOS、COX-2, 反映了DAI后的继发性损伤、炎症反应。COX-2、水通道蛋白4等均与DAI后脑水肿的形成及变化相关。赵永林等通过动物实验研究发现, 大鼠DAI后, 海马区星形胶质细胞内caveolin-1表达减少, 引起胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein, GFAP）表达升高, 星形胶质细胞活化^{[20, 21]}。急性脑干损伤部位的GFAP、IP3R1可能产生继发性损伤作用。丘脑中, 硫氧还蛋白、脑红蛋白表达增高, 微管蛋白β 5、泛素羧基末端水解酶同工酶L1、谷氨酸脱氢酶前体表达均降低。大鼠弥漫性脑损伤早期, 尤其伤后6 h内, 脑内α -syn阳性细胞数和平均光密度呈双峰状规律性改变^[22]。Tate CM等认为, 上述蛋白均可辅助诊断DAI^{[23, 24]}。

陈仁辉、张磊、刘伟等研究发现, 嗜银染色法可于DAI病变前就能检测到C-Fos基因片段的表达。DAI后0.5 h, Fos蛋白表达开始增加, 1 d达到高峰, 遂逐渐下降而于12d后基本消失。结合整体及病史, C-Fos可用于早期诊断DAI^[25]。DAI后, Homer1蛋白的表达具时序性规律, 亚型即早基因（IEG）Homer1a在损伤急性期即在皮层、海马、脑干等组织表达, 有助于早期诊断DAI及推断损伤时间^{[26, 27]}, 且对照组未见该蛋白阳性表达^[28]。

核蛋白PARP-1是一段蛋白编码基因, 参与调控基因表达。郗磊、Alano等研究发现, DAI后PARP-1在皮质、脑干呈显著规律性表达, 与结构变化呈同步性动态改变^[29], 其过度激活可以消耗细胞内NAD+和ATP, 诱导神经元凋亡并导致继发性CNS功能障碍^{[30, 31]}。单华等研究认为, DAI后在大鼠新皮层、海马及脑干组织中miRNA表达谱发生广泛改变, 有的可能通过靶基因影响继发性轴突断裂^[32]。汪枫等曾报道过, 热休克蛋白HSP70 mRNA、bFGF mRNA在临近24 h的表达量也都有显著升高^[33]。李丹东等学者认为, 大鼠DAI后, bax、bcl-2等凋亡基因表达而参与伤后神经细胞凋亡, 这可能与JAK、Mapk信号通路启动激活Statl有关。DAI后RhoA和Nogo-A的表达量均随时间延长、损伤加重而增加, 与在脑内的表达趋势呈高度相关。抑制相关信号通路可改善神经功能, 减弱轴突损伤^[34]。