创伤性脊髓损伤机制研究及治疗进展

创伤性脊髓损伤机制研究及治疗进展钟涛2005.4.20BACKGROUND创伤性脊髓损伤（traumaticspinalcordinjury）原因：（Americansyearly）1.枪伤等暴力事件-26%2.交通事故-38%3.体育事故-7%4.高空坠落-22%5.其它脊髓损伤分型美国脊髓损伤协会（AmericanSpinalCordInjuryAssociationASIA）根据神经功能丧失程度分为4型：A型：损伤节段以下感觉和运动功能完全丧失B型：有感觉但无运动功能C型：有运动但肌力3级D型：肌力≥3级统计50%的颈段脊髓损伤和75%的胸段脊髓损伤为A型32%的颈段脊髓损伤和65%的L1-L5腰段脊髓损伤为D型8%的脊髓损伤（各节段）为B型创伤性脊髓损伤机制的研究（动物实验）机械损伤，主要为剪切力和扭力作用造成轴索离断。供血血管断裂及周围血管自动调节功能的丧失，导致脊髓缺血、缺氧，及再灌注损伤。谷氨酸盐等神经毒性物质胞膜破裂后产生的自由基细胞延迟性死亡（促凋亡）损伤早期及随后的炎性反应急性脊髓损伤与基因表达随着分子生物学特别是基因学技术的不断发展,许多实验室利用免疫组化法、原位杂交技术、PCR技术和基因芯片等技术方法已经证实,在急性脊髓损伤后,有多个基因家族的近200个基因的表达和调控发生变化。相关基因细胞凋亡相关基因1bcl-2(B-celllymphoma/leukemia-2,B细胞淋巴瘤/白血病基因家族-2,也称bcl-2基因家族,细胞凋亡相关基因族)，bcl-2是通过阻断细胞凋亡信号传递系统的最后通路抑制细胞凋亡。2Bax表达上调启动细胞凋亡程序，文献报道,在急性脊髓损伤后,脊髓损伤区内bcl-2及bcl-XI表达明显地下调,且bcl-2/Bax及bcl-XI/Bax蛋白比值降低。3p53基因,中枢神经系统损伤后，p53-mRNA及p53蛋白主要存在于损伤区域灰质前角的神经元和神经胶质内以及白质外侧索的神经胶质内。p53蛋白的堆积,促进神经细胞的凋亡4Caspases(半胱氨酸蛋白酶基因家族),脊髓损伤后Caspases-1、3的表达迅速上调数倍,且上调的时相与细胞发生凋亡的时间一致。5Calpain(钙激活中性蛋白酶),在脊髓损伤后1～4h开始其表达上调,24～48h达高峰。其表达主要位于损伤灶及其邻区脊髓的星形胶质细胞中。6与神经元凋亡有关的其他基因：①Fas和FasL:Fas是TNF的受体,而FasL是该受体的配体,是TNF家族的细胞表面分子。在伤害性刺激作用下,Fas和FasL表达上调，触发细胞凋亡。②c-myc和B-myc:是原癌基因myc家族的成员,其表达产物myc蛋白可以调节细胞的生长、分化和增殖。③c-jun和c-fos:是即早基因,也属于原癌基因,是调节细胞增殖、生长、发育和分化的基因。研究表明,脊髓损伤和/或神经元凋亡时,常常伴有此二基因表达的上调。④CD95-L(CD95编码基因标记物):在兴奋性神经毒性急性损伤后2周,CD95-L的表达上调约3倍,但是从第3周开始则下调。⑤NAIP和IAP:NAIP和IAP为凋亡抑制基因,抑制由Caspases引起的细胞凋亡。在脊髓损伤后IAP家庭成员XIAP,cIAP-1,和cIAP-2表达上调,其中XIAP表达上调出现在Caspases表达下降的阶段,而cIAP-1和cIAP-2在脊髓损伤早期阶段呈持续的高表达。转录因子和即早基因1NF-kB和AP-1NF-kB即胞核因子kB,也称转录因子kB，AP-1即激活物蛋白1，在脊髓损伤后,NF-kB和AP-1的表达上调。2c-fos、Fra-1和P-jun-B在脊髓损伤后,c-fos、Fra-1和P-jun-B的表达上调,也可以激活炎症前反应因子和/或炎症前反应基因的表达。3NGFI-A(nervegrowthfactor2inducedgeneA)即神经生长因子诱导性基因A。脊髓损伤后,它们的表达上调。4NGFI-B即神经生长因子诱导性基因B。在脊髓损伤后,NGFI-B表达的上调可以使酪氨酸羟化酶的表达上调,这在一定的程度上,有助于神经元的保护作用。5Silencerfactor-B(沉默子因子B)属于转录因子。在脊髓损伤后Silencerfactor-B表达上调可以导致谷胱甘肽的降解。6IRF-1(干扰素调节因子1)它通过调节炎性过程和凋亡,影响缺血引起的神经元损伤。脊髓损伤后,该基因表达上调可能对受损神经元具有保护作用。7即早基因c-jun和c-fosc-jun和c-fos基因表达物可以形成二聚体复合物，这种复合物就是转录因子AP-1(activa-torprotein1)，脊髓损伤的早期c-jun表达的上调,几乎与神经组织早期的溃变同步，脊髓损伤15d后,是c-jun基因表达的第二个高峰,这可能提示该基因与神经元的修复再生有一定的关系。HSP基因(hotshockprotein,热休克蛋白)该基因家族包括HSP70、HSP60、HSP90和低分子量HSP4个亚族。HSP70和HSP32在脊髓损伤后表达上调，它们充当了分子伴侣的角色,提高了细胞存活的能力。与炎症有关的基因1白细胞介素(IL)是一个庞大的细胞因子家族,其中IL-1、6是炎症相关的细胞因子,IL-1包括IL-1α和IL-1β。IL-1α和IL-1β及其表达产物在脊髓损伤后增高,损伤后24h高峰。2腱生蛋白(tenascins,肌腱蛋白)，在脊髓损伤后tenascin-C、X、R和/J1的表达均上调,并以其特殊的表达方式参与创伤性炎性过程,可能与神经组织的再生和修复有关。3趋化因子家族(chemokinefamily)，趋化因子家族(细胞活素)成员有选择性表达,在一定的程度上反映出,脊髓损伤后白细胞重复循环的一种炎症过程。4氮氧化物合酶(Nitricoxidesynthas,NOS,一氧化氮合酶)，NOS主要有三型:nNOS、iNOS和eNOS，。脊髓损伤后早期,iNOS及表达产物增加,由iNOS诱导产生的NO通过细胞凋亡的方式,在消除脊髓损伤灶内的损伤细胞过程中,担任一个重要的角色,同时在继发性脊髓损害过程中,也起着重要的作用。5细胞色素c氧化酶基因族(Cox)和OX-42和OX-6等这些基因在脊髓损伤后均上调。有关治疗的一些实验研究（动物实验）目前的实验研究主要集中在干预损伤发生后几小时或几天内的病生理级联反应，缺血、缺氧、基因表达改变、炎性反应、细胞坏死及凋亡等过程。目前的实验研究结果大多是在啮齿类动物身上进行的，有实验证实大鼠的脊髓在损伤后有相当的自我恢复功能，这一点已引起很多研究者的重视。1某些影响离子通道的药物。主要为钙离子通道阻滞剂2谷氨酸受体拮抗剂和NMDA（N-甲基-D-天冬氨酸）受体抑制剂（美沙酮、氯胺酮、MK-801等)，AMPA（α-氨基羟甲基恶唑丙酸）受体拮抗剂3抗氧化剂和膜稳定剂，褪黑激素(melatonin)、慢心律(mexiletine)、4CASPASE(半胱氨酸蛋白酶)抑制剂影响凋亡5神经营养因子，诸如脑源性神经因子（brain-derivedneurotrophicfactorBDNF）促再生6一氧化氮合酶抑制剂-亚硝基左旋精氨酸甲酯(L-NAME)减少细胞死亡7一些影响炎症进程的细胞因子和影响血脑屏障功能的蛋白水解酶的抑制剂，例如基质金属蛋白9（matrixmetalloproteinase-9）和美满霉素（minocycline）8对小胶质细胞和巨噬细胞活化的调节剂，影响神经脱髓鞘作用和相关炎性机制临床治疗手术治疗复位和减压脊柱内固定手术移植-促进损伤脊髓再生修复，包括神经细胞移植、周围神经组织移植和胚胎中枢神经组织移植。移植方法多数沿用脑内移植的技术,即采用细胞混悬液立体定向注射法,或胚胎组织块直接埋入法，研究中。高压氧(HBO)治疗许多实验研究表明,ASCI的特征性病理变化为脊髓缺血、缺氧。应用HBO治疗可阻止或减轻脊髓损伤的病理变化,有利于脊髓功能恢复。国内学者总结以上基础实验及临床治疗经验后提出了HBO对外伤性SCI治疗的原则:①治疗时机愈早愈好,以伤后6h内为治疗黄金时机;②压强一般限于2ATA;③一般以每次2h为安全有效时限;④疗程一般以每日2次或3次为宜。实际操作中的问题：1SCI的治疗窗较短，许多治疗措施均须尽早进行，HBO将影响其它治疗。2HBO治疗的转运过程中可能出现二次脊髓损伤。药物治疗1激素的应用甲基强的松龙(methyprednisolone,MP)是一种合成的中效糖皮质激素。唯一被美国联邦食品药品管理局(FoodDrugAdministration,FDA)批准的治疗SCI药物。美国1979、1985年二次全国急性脊髓损伤研究(Natonalacutespinalcordinjurystudy,NASCIS)表明,在SCI早期(伤后8h内)给予大剂量MP(30mg/kg,iv,之后5.4mg/kg/h,iv,23h)能明显改善SCI患者的运动、感觉功能。第三次NASCIS(1997)研究则证明SCI后3h内用MP者宜使用24h,3-8h内给MP者宜持续使用48h，现在美国已将MP做为急性脊髓损伤的常规治疗,患者至急诊室即开始用药。但国内的情况与国外有所不同，一方面,伤者入院大多在8h以后,失去用MP的机会;另一方面,伤者的经济情况等限制了MP的应用。在者,激素冲击治疗的副作用不容忽视。MP血浆半衰期为2.5h,生物半衰期为12-36h,经肝脏代谢,其产物以葡萄糖醛酸盐、硫酸盐、非结合型化合物形式自尿中排出。经肝脏代谢后的游离类固醇可通过血脑屏障。作用机制①抑制炎症反应②减轻水肿③抑制血管活性、前列腺素活性,增加脊髓血流量④抑制氧自由基及脂质过氧化反应,稳定细胞膜和溶酶体膜⑤逆转细胞内Ca2+聚集⑥增加Na+-K+依赖式ATP酶的活性,增大静息电位和脊髓运动纤维的兴奋性,促进脊髓冲动的产生和传导2神经节苷酯神经节苷酯(gan-glioside,Gg)是广泛存在于哺乳类动物细胞膜上含糖酯的唾液酸,在中枢神经系统内含量特别高。目前从哺乳类动物细胞膜上提取的Gg有70余种,主要用于脊髓损伤治疗的大多是GM1。1996年我国引进了GM1，广泛应用于治疗中枢神经病变。当时的GM1是由巴西TrbPharma药厂生产、从牛脑提取。为了杜绝疯牛症的潜在危险，1999年重新申请并获准进口阿根廷TrbPharma药厂生产、从猪脑提取GM1，商品名为施捷因。推荐剂量：急性期每日100mg，2-3周后改为每日20-40mg，维持6周。病情严重者可适当增加剂量及延长疗程。可能作用机制：①稳定细胞膜结构和功能②降低兴奋性氨基酸的神经毒性③抑制一氧化氮合成酶,减少过量一氧化氮的生成④调节神经生长因子(NGF），为其发挥作用提供良好的环境,并可能与NGF结合或直接作用于细胞膜,使其发挥更强的作用,促进神经再生和恢复3细胞生长因子NGF是神经营养因子(neurotrophicfactor,NTF)家庭中成员之一。其通过与高亲和力受体trkA结合而被启动。碱性成纤维细胞生长因子(basicfibroblastgrowthfactor,bFGF):bFGF在机体胚胎发育,血管形成,创伤愈合及神经系统生长发育中具有重要作用,可促进SCI后脊髓再生。可能作用机制：①促进轴突生长②保护断端神经细胞和后根节细胞③抑制脂质过氧化反应保护伤髓④减轻伤髓水肿,抑制钙离子水平上升及镁离子下降,减轻出血、坏死商品“金路捷”—注射用鼠神经生长因子“恩经复”—注射用神经生长因子冻干粉针剂4钙离子通道阻滞剂急性SCI后受损部位脊髓组织内Ca2+含量明显增加,而细胞外Ca2+在伤后2～5min呈现明显而持续的降低。钙通道阻断剂作用于微循环血管系统,减轻损伤介导的血管痉挛,改善损伤后脊髓血流。有人使用尼莫地平0.05mg/Kg,为减少其对循环的影响，联用血管收缩药物，使血压维持在13-16kPa左右。5抗氧化剂维生素C:VitC兼有抗炎及抗氧化作用,其分子量较小能直接进入细胞内