神经重症监护病房的分子生物标记:是否有作用?

关键点

1. 提供预后、预测和药效学信息的分子生物标志物与神经危重病护理特别相关。

2. 生物标志物如GFAP和UCH-L1可用于轻度TBI的评估。

3. 在一系列神经疾病中，包括轴突变性，NfL似乎均是一个有用的生物标记。

4. 可能需要组合型脑损伤生物标志物来提供可操作的信息，而不是使用单一的生物标记

5. mi-RNAs非常适合评估复杂和异质的临床情况，并已显示出作为OHCA预后生物标志物的前景。

在过去的两年里，神经纤维轻链(NfL)作为一种广泛的神经疾病的生物标志物引起了人们极大的兴趣。NfL是一种在长有髓鞘的皮层下轴突中大量表达的中间丝蛋白。它是三种主要神经丝亚基(nf -轻链、nf -中链和nf -重链)中最小和最丰富的，因此在神经损伤后最可能在循环中发现。大多数引起轴突损伤的病理过程都会将神经纤维释放到细胞外液、脑脊液和血液中。高水平的神经纤维是许多神经疾病轴突损伤的一般指标，包括多发性硬化、HIV相关脑病、神经退行性疾病、衰老、中风和TBI。血液中神经纤维水平虽然不能用于诊断，但对于监测和预测急性和慢性神经系统疾病的疾病进展，以及评估治疗效果具有潜在的价值。NfL作为轴突损伤的生物标志物，在过去的三十年中被广泛研究，有大量的文献支持测量NfL在人类疾病中CSF中的价值。然而，只有第四代单分子阵列(SiMoA)技术的出现，才有可能在疾病和生理条件下的浓度范围内，对血液中的NfL进行可靠的定量。SiMoA的分析灵敏度比酶联免疫吸附法高100 - 1000倍。此外，对年轻健康个体血液样本中NfL浓度低的可靠测量，甚至可以监测神经损伤时该蛋白水平的微小变化。脑脊液与NfL的血清或血浆水平有很强的相关性，这已在许多研究和各种神经系统疾病中得到证实。这些发现为NfL测量外周血密切监测中枢神经系统的神经退行性过程提供了依据。血清NfL在多发性硬化症的研究的进展是特别相关的，因为它指出了这种分子作为治疗效果的药效学生物标志物的用途。多发性硬化是一种推测自身免疫性的慢性疾病，其特征是至少在发病初期是通过大脑和脊髓的炎症影响白质。MRI可以观察到新病变的形成，这是常规临床实践中唯一确定的疾病活动的生物标志物。然而，MRI不能选择性检测轴突变性，这似乎是长期残疾的最重要的决定因素。脑脊液NfL作为多发性硬化的生物标志物已被广泛研究，但对侵入性脑脊液取样的要求限制了其在多发性硬化研究和临床实践中的广泛应用。最近的研究，使用高灵敏度的SiMoA分析表明，血清NfL不仅可以区分多发性硬化患者和健康对照组，还可以区分MRI强化病变患者和未强化病变患者。多发性硬化症患者血清NfL水平与残疾和复发状态独立相关，血清神经丝轻链(NF-L)水平高的患者未来复发的风险更高。.在一项纵向观察研究中，在基线时血清NfL水平较高的患者，与其他临床和MRI变量无关，在两年和五年的随访中，他们的大脑和脊髓体积损失明显更多。最后，血清NfL显示有希望作为一个药效学的生物标志物在多发性硬化症，因为开始的疾病修饰治疗导致减少血清NfL。

高度敏感和特异的预后生物标志物可以指导院外心脏骤停(OHCA)的临床实践管理。神经蛋白如S100β和神经元特异性烯醇化酶(NSE)已研究多年。然而，由于高假阳性率，2015年美国心脏协会指南不建议单独使用这两种方法。最近发表的一项来自心脏骤停后目标温度管理(TTM)试验的研究表明，血清NfL在预测OHCA不良预后方面显著优于S100b、NSE和Tau。本研究包括717名TTM试验参与者，其中360人(50%)在OHCA后6个月神经系统恢复不良。NfL水平在24 - 48小时内升高，但在72小时内保持稳定。预后较差的患者NfL水平在所有三个时间点高于预后良好的患者。该研究中只有29例患者神经系统预后较差，且NfL水平较低或仅中等水平升高(<100 pg/ml，与预后良好的患者的上四分位范围相对应)。与NSE、S100β和tau在0.75和0.81范围内的AUCs相比，NfL中用于预测不良预后的AUC为0.94。NfL的临界值为478 pg/ml，对应的特异性为98%，敏感性为69%，假阳性率低于1%。与脑电图、体感诱发电位、头部计算机断层扫描、瞳孔和角膜反射相比，NfL对不良预后的敏感性更高，特异性为98%。

轴突损伤是创伤性脑损伤的一个突出发现，几十年来人们都知道，在严重的创伤性脑损伤后，甚至在参与接触性运动(如拳击)中轻微的脑损伤后，NfL的脑脊液含量也会升高。高灵敏度的SiMoA检测技术的出现使对于一些脑脊液取样困难病人的Nfl分析成为可能。脑脊液和血清NF-L水平高度相关(r0.88)，血清NfL水平可以反映脑内NfL释放。与大多数其他结构蛋白成分不同的是，在受伤后的生物液体中发现它们的浓度最高，并被迅速清除。CSF和血清NfL虽然在受伤后几小时内升高，但在受伤后的前两周内继续升高。受伤一年后，血清水平显著下降，但仍高于未受伤对照组。延迟释放的NfL进入循环表明，它可能是继发性神经损伤的一个标志，而不是最初的损伤的标志，潜在地使它成为神经保护治疗有用的药效学生物标志物。前24小时内高水平的NfL与12个月后较差的神经系统预后关系不大，将NfL纳入预测模型与仅基于临床变量的模型相比，仅略微提高了预测能力(AUC仅从0.65增加到0.7)。因此，在常规的临床设置中，NfL作为TBI的一个单独的生物标志物可能并不常用。

蛋白分子组合

由于作为脑损伤潜在生物标志物的神经蛋白是由不同的细胞类型产生的，并可能反映损伤的不同特征，因此，在预后、预测或药效学方面，测量多个生物标志物的组合可能优于单个生物标志物。这一假设最近得到了直接验证。Thelin等人对入住神经ICU的严重TBI患者连续两周测量S100b、NSE、胶质纤维酸性蛋白(GFAP)、泛素羧基末端水解酶L1 (UCH-L1)， tau，和NfL，并在入院时进行颅脑CT扫描。所有的生物标志物都与损伤严重程度相关。在单变量分析中，所有的生物标志物在预测不良预后方面都优于其他已知的预后预测因子，其中UCH-L1表现出最佳的鉴别能力。相关矩阵显示所有标志物之间存在显著的协方差，其中UCH-L1、GFAP和tau之间的相关性最强(r=0.83-0.88)。NfL与其他标志物的相关性较弱(r=0.27- 0.44)，主成分分析显示NfL与其他标志物是正交的，这表明NfL提供了关于损伤过程的独特信息。在对已知的TBI结果预测因子(如影响模型中使用的预测因子)进行调整后，GFAP和NfL最具有不良预测价值，可将多元模型pseudo-R²从0.38改进为0.51。这项创新性的研究提供了令人信服的原则证明，在复杂的情况下，如TBI，可能需要一组脑损伤生物标记物来指导临床实践。

miRNAs

miRNAs是由较长的初级RNA前体合成的，经过处理后，被整合到RNA诱导的沉默复合物中，从而引导miRNA靶向miRNAs。miRNAs也由细胞分泌，并在附近细胞和远处组织中发挥信号作用。在循环中，miRNAs与外泌体、脂蛋白和其他大分子复合物有关。单个miRNA可以靶向并阻断多种mRNA，其中许多可能编码复杂信号级联和细胞内网络的多种成分。通过这种方式，miRNA可以调节基因表达，在网络水平上改变细胞功能，并作为细胞生物学的有效调控因子。因此，miRNAs也是很有吸引力的疾病生物标志物，因为它们可以在可获得的生物液体中找到，对RNAase活性有抗性，在人血浆中稳定，并且很容易使用稳健且高度敏感的分析技术进行测量。通过RNA测序方法或Nanostring测量血浆中所有miRNAs的能力使miRNAs非常适合评估复杂和异质的临床情况。到目前为止，这些研究都集中在候选miRNAs上，这些miRNAs是基于先前心血管代谢和缺血性心脏病的关联而选择的。此外，这些miRNA的分析使用了相对简单的统计模型，如多变量logistic回归和Cox比例风险模型，因此只触及了这项技术潜在价值的表面。Deveaux等人测量了590名参与TTM试验的患者复苏48小时后血液样本中的miR-122-5p和miR-124-3p的循环水平。预后不佳的患者，其miR-122-5p水平较低，与指定的靶温度无关，且对预后不良的预测能力较弱(AUC 0.62)。同一组研究人员最近发表了对同一队列中miR-574-5p的分析(n=590)。这一miRNA在预后不良的患者中升高，并独立预测了女性而非男性的神经系统预后。

结论

30多年来，识别并证实能指导危重脑损伤患者管理的生物标志物一直是该领域的重要方面。虽然还需要进一步研究，但过去几年已经取得了有意义的进展，很可能在未来几年内，至少一些目前正在研究的生物标记将被应用到日常的临床实践中。特别是GFAP和UCH-L1，它们最近被食品和药物管理局批准，可作为轻度创伤性脑损伤评估的辅助评估指标，并且，在严重创伤性脑损伤和其他急性神经系统疾病中也显示出作为预后生物标志物的潜力。此外，NfL似乎是一个有用的生物标志物，其在一系列神经疾病，包括轴突变性中，有潜力作为预后和药效学的生物标志物。在未来，生物标记联合应用有望为患者提供更多的信息，而不仅仅是单一分子的测量。最后，旨在开发miRNAs作为神经危重症生物标志物的潜在应用价值的研究已经成功地建立了验证原则。进一步的进展将取决于能否从特征明确的神经危重症患者中获得大量样本。