1、彌漫性軸索損傷的發病機制及治療進展彌漫性軸索損傷（DAI）是顱腦損傷的一種重要形式，1982年Adam等研究證 實彌漫性軸索損傷是在顱腦創傷之后即發生的一種原發性損傷，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，如灰白質交界處、胼胝體、腦干、小腦及內囊基底節區，軸 縮球的形成是確認彌漫性軸索損傷的主要依據。 彌漫性軸索損傷最突出的臨床表 現是在沒有明確局灶損傷的情況下出現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手段， 目前彌漫性軸索損

2、傷的致殘率和致死率都很高。 本 文根據最新的研究進展， 綜述彌漫性軸索損傷的發病機制及特異性治療方面的新 進展。1. DAI的發病機制：（1）軸索的機械損傷：人們對彌漫性軸索損傷機制的認 識首先來自形態學改變。 早期的研究發現損傷后幾小時到幾天內即可發生軸索腫 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 組化方面的研究發現損傷后軸膜的通透性改變，并導致繼發的亞細胞水平變化： 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

3、由損傷時的張力引發的一個進行性 病變過程，從局灶性的軸索改變逐漸發展到最終的失聯系 4 。即機械性的原發損 傷引起并與繼發性的蛋白水解通路激活共同參與 DAI的發生。（2）繼發性蛋白水解 通路激活：軸索斷裂涉及一系列病生理過程。目前的觀點是：CeT介導的蛋白水解通路的激活是導致軸索斷裂的關鍵環節。 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，導致原發性的CeT內流， 細胞內Cf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，繼發持續的不可逆的通透性變化而引起整個損傷 軸索節段的改變，形成級聯放大效應 6 。有

4、研究認為創傷誘導的局灶性軸膜通透 性改變誘發局部鈣內流，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mPT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 。細胞骨架崩解體現在形態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現，Sto ne等研

5、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。至少存在兩種不同的發病機制共同參與彌漫性軸索損傷的發病過 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 聯系前并未出現軸漿運輸障礙， 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為逆行性的軸漿運輸； 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

6、明顯減少軸漿運輸障礙的發生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性軸膜通透性改變可能是造成軸漿運輸障礙的原 因。DAI中無髓神經纖維也發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，弓I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， 弓起下游的病生理變化。 (3) 炎

7、癥反應：最新的研究提出：炎癥反應參與了 DAI 的發生發展。Kelley等利用小鼠的DAI模型發現，損傷后相應部位出現小膠質 細胞和巨噬細胞的激活和聚集。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I的聚集，相關性分析提示IL-1的積聚與軸漿運輸標志物B -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)- a、IL-1等，參與DAI的發展®。炎 性介質如何介導DAI的發展目前并不是很清楚。有研究發現給DAI

8、的模型小鼠大腦 持續灌注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：彌漫性軸索損傷因其發病機制的復雜性，目前還沒 有特異性的治療手段。 根據前文對其發病機制的闡述， 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系。 因此， 在出現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節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節包括： 損傷后即刻發生的原發性剪切傷、 繼發性蛋白水解通路的激活以及炎癥反應。 下 面

9、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生的下游級聯的病理生理過程。 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研究發現損傷后早期應用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糾給創傷性軸索損傷的小鼠模型靜脈注射PEGI，可以減少B -APP的聚

10、集，即減少軸漿運 輸障礙。Smucke等16叫實驗證實給重型DAI小鼠模型早期靜脈注射單劑PEGI， 可顯著減少DAI后續病變的發生。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BAPT在損傷早期螯合胞外和胞內的Ca抑 制胞內。才濃度升高，結果發現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

11、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現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擴大。也有研究表明對損傷后的DAI鼠模型給予24h持續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,

12、結果可以降低神經微絲致密的 發生而對軸漿運輸障礙沒有影響 18。局部鈣超載引發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Cs/可以阻止損傷后線粒體通透性轉換孔mPT的開放，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，Cs/對軸索的功能也具有較好的保護作用。

13、以上都是針對蛋白水解 通路的某一環節進行阻斷， 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 失聯系的發生。 有學者利用鼠視神經的創傷性軸索損傷模型發現， 傷后即刻給予 短期(3 h)的低溫(32 C)處理可以明顯減少軸索變性的發生，且這一保護效應至 少可持續到傷后 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 D/I 的發展。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 D/I 的策略之一。研究發現白血病抑制因子 LIF可以抑制TNF-a生成，并促進巨噬細 胞吞噬崩解的髓鞘，提示LI

14、F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) 長期神經營養及保護：彌漫性軸索損傷發生以后，可以繼發一 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， 而應該從整體出發， 進行長期的神經營養和保護。 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EPGfc在研究之中，但目前對于其有效性還在爭論

15、之中，在此不展開討論。3展望：彌漫性軸索損傷的發病機制還有待繼續探索，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 參與使其發病過程更為復雜， 這可能與彌漫性軸索損傷繼發或伴發的其他病理改 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 都僅僅是從其發病過程的某一個環節人手， 而沒有綜合考慮整個病變過程。 同一 個病人多環節多靶點的聯合治療可能是以后的發展方向。 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合治療策略。參考文獻1

16、Adams JH ，Graham DI ， Murray LS ，et a1 Diffuse axonal injurydue to nonmissile headinjury in humans ：an analysis of 45 cases Ann Neurol ， 1982 ， 12： 557-563 2 Li xY ，Feng DF Diffuse axonal injury ：Novel insights intodetection and treatment J Clin Neumsci，2009，16：614-6193 Stone JR， Okonkwo DO ， Dialo

17、AO ，et a1 Impaired axonaltransport and ahered axolenmlalpermeability occur in distinctpopulations of damaged axons following traumatic brain injury Exp Neurol ，2004 190： 59-69 4 Btiki A ， Povlishock JT All roads lead to disconnection 一 '?Traumatic xonal injuryrevisited Acta Neurochir ， 2006 ，148

18、： 181 1935 Kiline D Gallo G ，Barbee KA ，et a1Mechanical membraneinjury induces axonal beadingthrough localized activation ofcalpain Exp Neur01 2009， 219： 553-561 6 Czeiter E，Btiki A ， Bukofias P ，et a1Calpain inhibition reducesaxolemmal leakage in traumatic axonal injury Molecules ，2009，14：5115_5123

19、7 Marmarou CR ，Walker SA ，Davis CL，et a1Quantitative analysisof the relationship betweenintra axonal neurofilament compactionand impaired axonal transport following diffuse traumatic braininjury . J Neumtrauma. 2005。22： 1066 1080.8 DiLeonardi AM ，Huh JW，Raghupathi R，et a1Impaired axonaltransport and

20、 neurofilament compaction Occur in separatepopulations of injured axons following diffuse brain injury in theimmature rat. Brain Res，2009. 1263： 174一182.9 Andriessen TM ，Jacobs B， Vos PE，et a1 . Clinical characteristicsand pathophysiologlcal mechanisms of focal and diffuse traumatic brain injury. J

21、Cell M01 Med，2010，14： 2381-2392.10 Mal'inarou CR . Povlishock JT.Administration of the immunophilin ligand FK506 differentially attenuates neurofilament compaction and impaired axonal transport in injured axons following diffuse traumatic brain injury . Exp Neural，2006，197： 353-362.11 Kelley BJ

22、， Lifshitz J，Povlishock. IT ，et a1. Neuminflammatory responses after experimental diffuse traumatic brain injury . JNeuropathol Exp Neurol ，2007，66： 989. 1001 .12 Yang XF，Wang H，Wen L，et a1.From myelin debris to inflammatory responses ：a viciouscircle in diffuse axonal injury . Med Hypotheses，201 1 ， 77： 60-62.13 Kadhim HJ ，Duchateau J，Sebire G. Cytokines and brain injury ： invited review . J IntensiveCare Med ，2008， 23： 236-24914 Kilinc D ，Gallo G ，Barbee KA ，et a1Mechanically induced membrane poration causes axonal beading and localized cytoskel