神經外科

        腦創傷(traumaticbraininjury，TBI)是指因各種外來因素直接或間接作用於頭部,如交通事故、高處墜落、跌倒等，從而引起的一係列症狀，包括腦震蕩、腦出血、腦挫裂傷甚至腦疝形成。TBI不僅在創傷外科中很常見，而且具有起病急，致殘率、致死率高和預後不良等特點。

        格拉斯哥昏迷評分(Glasgowcomascale，GCS)、臨床症狀及影像學表現和格拉斯哥預後評分(Glasgowoutcomescale，GOS)是TBI患者損傷嚴重程度和預後的評估指標。雖部分輕度TBI患者在沒有任何醫療幹預的情況下可以在損傷後的幾周至幾個月內康複，但仍有30%～53%個體會受到創傷的影響，甚至可能在損傷後至少1年仍出現情緒、精神等症狀，目前這種現象被稱之為“腦震蕩後綜合征”。因輕度TBI患者的臨床表現及影像學表現不典型，易出現誤診、漏診等現象，雖是非致命性的，但會出現認知行為的改變進而影響患者日常生活及工作。

        美國路易斯安那州立大學DiGiorgio等在回顧性研究中，指出酒精和藥物會幹擾對於TBI患者的GCS評分結果，從而影響臨床決策、療效評估及預後分析。為提高對TBI患者的即時診斷、精準預測預後、改善疾病轉歸，近年來出現了新的研究思路，即通過測定血清中外泌體(exosome，EXO)微小RNA(miRNA)的含量，來診斷評估疾病的嚴重程度、預測轉歸、監測疾病進展。

1.TBI的流行病學特點及目前現狀

        TBI是全球性的公共衛生問題，是死亡率和殘疾率高的主要原因之一。Prins等調查研究顯示，在美國TBI的發病率為(200～558)/10萬。TBI資料庫的統計結果顯示，47所醫院中約有13000多例TBI住院患者，其中重度TBI患者死亡率>20%、嚴重致殘率>50%。TBI治療的關鍵是防治繼發性的級聯損傷，以重度與極重度TBI患者為主。在腦疝發生以前行有效的手術治療，可有效降低病死率、緩減致殘率。

        近年來，隨著各項科研成果的臨床應用及相關共識、指南等頒布實施，診治療效逐步提高，但是對於重型TBI患者的及時診斷仍存在差異，尋找明確的生物標誌物定量預測腦組織的損傷程度及監測病情，已成為神經外科醫師進一步研究的方向。

2.TBI後的病理生理變化

        TBI患者早期以急性損傷為主，後期表現為慢性退行性症狀，如認知功能、運動功能障礙，伴隨抑鬱、焦慮等情緒變化。腦損傷後局部腦組織和神經元細胞經曆缺血缺氧、氧化應激反應、炎症反應、細胞凋亡和組織壞死等多種病理變化過程，這些因素及其潛在的分子機製形成了一個複雜而有序的網絡，貫穿於TBI的整個過程。炎症反應和血管新生是造成TBI患者繼發性級聯損傷的關鍵，神經膠質細胞是神經炎症和神經元損傷的核心細胞。

        神經炎症反應包括神經膠質細胞的啟動，外周免疫細胞的募集和炎症介質的釋放，這些反應不僅誘發繼發性腦損傷，而且影響組織修複。局部腦組織損傷後，不僅釋放大量炎症介質，導致血管通透性增加，破壞血腦屏障，還引起彌漫性腦損傷，腦水腫，神經元凋亡、壞死，導致神經功能減退。

3.EXO的生理學特點及其形成

        EXO是由肥大細胞、神經細胞、B細胞等多種細胞分泌釋放的直徑為30～150nm的納米級磷脂雙層膜包裹的囊泡。外泌體通過在原細胞和靶細胞之間傳遞蛋白質、脂質和基因組分子(如DNA、miRNA、siRNA等)來介導細胞間的通訊，在不同細胞之間的通訊中起著至關重要的作用。脂質雙層結構保護其內容物免於降解，可存儲於幾乎所有體液中，包括血液、尿液、唾液、腦脊液等，具有反映親代細胞微環境的重要信息，作為非侵入性早期診斷的潛在生物標誌物，引起研究者越來越多的關注。

        EXO潛在的臨床價值歸因於其低免疫原性、半衰期長和可穿透血腦屏障。外泌體的發現最早可追溯於20世紀80年代，由Pan等將網織紅細胞用轉鐵蛋白受體標記並培養以觀察轉鐵蛋白受體的作用，發現被標記受體被原細胞吞飲，然後以囊泡形式所釋放。這些囊泡最初被認為是細胞外囊泡(extracellularvesicles，EVs)。後來，Pan等稱其為“外泌體”。

        EXO的形成過程：原細胞質膜內陷吞噬自身細胞內的遺傳物質(mRNA、miRNA、DNA、蛋白等)形成早期膜內體，早期膜內體成熟後形成晚期膜內體，並通過微粒體膜內陷脫落形成多囊泡體(multivesicularbodies，MVB)，MVB與細胞質膜結合並將其釋放到細胞外，從而形成EXO。EXO攜帶有原細胞的遺傳物質和調節蛋白，靶向作用於受體細胞，可改變受體細胞的表征。

        過去，人們一致認為EXO是細胞碎片，細胞代謝物的處理場所。後來，有研究者發現，EXO具備免疫調節、抑製炎症反應的功能。自此，研究者們開始提出大量有關EXO及其內容物的課題想法，並且發現EXO不僅在正常生理過程中，如免疫調節反應、細胞增殖及神經元的功能中發揮著不可替代的作用，而且在疾病病理變化的不同階段，如神經退行性疾病和腫瘤相關疾病中行使其作用。EXO是由不同細胞所產生的，在臨床中，是極其重要的確診和治療方式。目前，研究者們已開發出多種方法來分離、提純EXO亞基，並且多項研究已顯示EXO中不同亞基組合可在同種細胞中執行不同的任務。

4.TBI患者體內EXOmiRNA的變化

        EXO中包含有多種RNA，其中mRNA、miRNA是最豐富的物種，存在於EXO的內部。外泌體釋放的miRNA不僅反應原細胞生物學功能，而且作用於下遊靶基因，調控受體細胞的病理生理學功能。miRNA是由20～25個核苷酸組成的小的非編碼單鏈核酸分子，稱為microRNA，通過與靶基因的mRNA3’端的非編碼區結構域相結合而在轉錄後調節基因表達，參與調控幾乎所有生物學過程。

        TBI後損傷組織會經曆一係列的病理生理變化，且在許多病理條件(如缺血缺氧、炎症、應激反應、腫瘤細胞增殖、轉移等)下，血清中EXOmiRNA具有特征性改變，並被用作特定疾病的診斷標誌物。不僅特異性用於癌症的診斷、複發、監測疾病進展，而且是腦組織損傷時，是最具特異性、敏感性的標誌物，同時又具非侵入性診斷的新型生物標誌物的潛力。以下主要從腦組織損傷後缺血缺氧性改變、炎症反應、神經細胞的凋亡及可塑性作進一步的闡述。

        4.1TBI後局部的腦組織低灌注缺氧對於EXOmiRNA的影響

        在TBI後腦組織損傷過程中，多種EXOmiRNA類型發生變化。通過調節其下遊靶基因，參與缺血缺氧、炎症反應、神經細胞凋亡、神經元可塑性等過程，或減輕炎症反應，或加速級聯反應，改善或加速神經功能障礙。miRNA-210、miRNA-21是細胞對組織局部缺血缺氧反應的主要參與者，具有促進血管生成的作用，在TBI後神經功能恢複過程中起重要作用。

        Huang等研究結果發現miRNA-210的啟動子序列中含有低氧反應元件。生理條件下miRNA-210的過表達，會促使血管結構的形成和血管內皮生長因子(vascularendothelialgrowthfactor，VEGF)誘導的細胞發生遷移。研究顯示，miRNA-21可通過上調下遊靶基因VEGF、血管生成素(Angiopoietin-1，Ang-1)和血管生成素受體(receptorofAng-1)的表達促進TBI缺血病灶內血管的生成。

        相反，miRNA亦可加速缺氧性損傷，對於缺血小鼠腦組織的相關研究發現miRNA-155可作用於靶基因促進炎症介質釋放，進而導致腦缺血缺氧性損傷。亦有研究顯示miR-497可抑製靶基因bcl-2和bcl-w的表達，從而加劇缺血性病灶局部神經元的死亡。

        4.2EXOmiRNA在TBI後細胞凋亡和神經可塑性中的作用

        EXOmiRNA不僅參與炎症反應、低灌注缺氧，而且在細胞凋亡和神經可塑性的過程中起關鍵性作用。Ge及其同事分析了TBI後miRNA-21對於腦神經功能的影響，結果顯示TBI導致腦皮質和同側海馬區中神經細胞的凋亡;而miRNA-21在腦中的表達量的上調可以減輕神經細胞的凋亡。該團隊通過對培養的腦微血管內皮細胞(BMVEC)進行刮擦建立損傷模型，從細胞層麵觀察到BMVEC中的miRNA-21的表達水平增加，可有效減輕細胞的凋亡和炎症反應。

        4.3EXOmiRNA與TBI炎症的關係

        miRNA在細胞的興奮毒性、應激反應、炎症、細胞凋亡、腦水腫等多種病理生理變化過程起調控作用，提示其不僅可作為缺血性腦卒中的生物學標誌物，而且可協助早期診斷、預測預後及成為新藥物的治療靶點。炎症反應是導致TBI患者繼發性損傷的關鍵因素，也是影響TBI患者預後的主要原因。

        血管內皮細胞活化是炎症反應的主要部分，白細胞至內皮細胞信號傳導對血管內皮細胞活化具有重要作用。EXOmiRNA由受體細胞分泌，與靶細胞的受體配體結合並作用於靶細胞，調節靶細胞的功能。在所有EXOmiRNA中，miRNA-21、miR-124是中樞神經係統中表達較豐富的類型，在生理和病理條件下都具有調節小膠質細胞功能的潛力。TBI後miRNA-21的表達明顯上調，參與TBI後組織損傷的多種病理過程。可作為TBI患者診斷及預後指標的新型生物標誌物。

        Fabbri等研究顯示，EXOmiRNA-21可以與巨噬細胞中的Toll樣受體(Toll-likereceptor，TLR)8結合，誘導TLR8介導炎症反應，釋放炎症介質，如腫瘤壞死因子(tumornecrosisfactor，TNF)-α和白細胞介素-6(interleukin-6，IL-6)。EXOmiRNA-124作為為腦組織特異性miRNA，不僅調節輔助T細胞的分化，而且對於被活化的T細胞所分泌的細胞因子也有調節作用，是TBI患者免疫失衡的重要調節位點。

        重度TBI患者血漿中miRNA-124的表達較對照組明顯上調，與Treg表達和IL-10呈正相關，調控炎症反應，可評估嚴重程度，具有成為預測TBI預後的新型生物標誌物的潛力。Yang等通過觀察TBI患者血清中miRNA表達水平，評價miRNA與患者病情的嚴重程度和臨床結果的關係，發現TBI患者(即重度、中度和輕度TBI患者)血清中miRNA-93、miRNA-191和miRNA-499也是TBI診斷、評估嚴重程度和預測預