手术致脑损伤的基础研究进展（全文）

1、手术致脑损伤的基础研究进展神经外科手术是脑出血、脑肿瘤等疾病的重要治疗方法，其本身是一种创伤性的治疗方法，会对脑组织造成不可避免的脑损伤。这种特殊的脑损伤影响到手术病灶周边功能正常的脑组织，被称为手术致脑损伤（surgically-inducedbraininjury，SBI）。SBI的原因是多方面的，包括手术对皮层的切割，对脑组织的牵拉作用、术中出血和热损伤等，这将引起不同程度的脑损伤与术后并发症，如血脑屏障（bloodbrainbarrier，BBB）破坏、脑水肿等。这些术后并发症是影响手术预后的重要原因，目前针对于防治SBI相关的干预措施及神经保护方法有待进一步完善。因此，与SBI相关的

2、基础研究应当引起重视。近年来，随着SBI动物模型的优化，SBI的发病机制和潜在治疗靶点的基础研究也有所进展。本文回顾了近年相关文献，综述了SBI的动物模型，与SBI相关的分子机制和现有的治疗方法，如生物材料植入和免疫耐受诱导等，以期为SBI的临床治疗和基础研究提供理论依据。1.SBI的动物模型SBI动物模型是以切除大脑右侧额叶区域的部分脑组织，模拟临床上的神经外科手术。模型动物主要是啮齿动物，最常用的是成年雄性Sprague-Dawley大鼠（体重280350g）。另外，C57BL/6小鼠（体重2025g）也被用于建立SBI的动物模型，其优势在于建立转基因动物模型。目前，Jadhav等构建的S

3、BI大鼠模型方法最为常见，即大鼠麻醉、固定后，沿中线切开皮肤和结缔组织，暴露出右额骨的骨膜，并确定矢状缝、冠状缝和前囟的位置。标记手术操作区域后，钻开边长46mm的正方形骨窗，以大鼠的前囟作为正方形骨窗的左下角，于矢状线右侧2mm、冠状线前1mm处，沿矢状面和冠状面做2个切口，切断右侧额叶组织，切口深度至颅底。切除后需监测切除腔出血情况，确认止血后，闭合伤口。将硬脑膜、额骨及结缔组织归回原位，缝合皮肤。术中需监控动物的生命体征和体温。另外，Lo等构建了与上述方法相似的SBI小鼠模型，该方法以小鼠前囟为界标，于矢状线右侧2mm、冠状线前1mm处做切口，切口深度至颅底。小鼠模型易于建立SBI的转基

4、因动物模型，其有助于对SBI相关分子机制的研究。此外，Huang等的研究中，为了观察大鼠SBI后神经功能缺损的情况，以大鼠前囟为界标，于矢状线右侧15mm处、冠状线前14mm处切开，切口深度3mm，切除4mm3mm3mm大小的右侧额叶组织。其与Jadhav等的建模方法相比，手术切除区域的定位、深度和范围不同，使该区域的神经功能受损，如运动、平衡等，该方法有助于SBI后神经功能修复的研究。2.SBI相关分子机制SBI能够导致局部脑水肿和BBB紊乱，损伤后的脑组织发生神经元死亡、凋亡、炎症和氧化应激等继发性病变。因此，参与上述病变的相关分子机制尤为重要，其将为SBI防治方法的研发提供理论支持。基质

5、金属蛋白酶（matrixmetalloproteinase，MMP），是一种锌蛋白酶，参与组织的重塑和修复。MMP-2（明胶酶A）和MMP-9（明胶酶B），也称作型胶原酶，其能够降解BBB的基底膜和紧密连接蛋白，从而破坏BBB。Yamaguchi等利用SBI大鼠模型，发现MMP-2和MMP-9的上调能够加剧BBB的破坏和脑水肿的发展。反之，抑制MMP-2、MMP-9的活性能够减轻脑水肿，保护BBB。因此，MMP抑制剂（如MMP抑制剂-1）可能对SBI导致的脑水肿具有潜在的治疗价值。环氧酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）是一种限速酶，能够催化损伤部位前列腺素的合成。COX-2

6、是介导炎症反应的关键物质，参与兴奋性毒性脑损伤、脑缺血和神经退行性疾病的病理改变。前列腺素E2（prostaglandinE2，PGE2）是COX-2催化花生四烯酸转化产生的内源性信号分子，具有神经毒性，能够破坏BBB。Wang等研究发现PGE2与G蛋白偶联受体EP1结合，能够增加外周微血管内皮细胞的通透性，引发大面积的脑水肿。他们认为EP1可能参与了兴奋性毒性所致的细胞死亡机制，并且该炎症级联反应中的下游信号通路可能是更安全的治疗靶点。磷脂酶2（phospholipase2，PLA2）是蛇毒液中含有的一种强效神经毒素。Kim等和Wang等的研究，对SBI大鼠预注射3d亚致死量的蛇毒液，发现蛇

7、毒液能够激活与PLA2相关的多靶点炎症通路，如PLA2/COX-2/PGE2通路、PLA2/5-脂氧合酶/白三烯B4通路等，其激活机体的内源性抗炎反应，使机体提前对SBI产生的大规模炎症损伤做好准备，从而减轻SBI导致的神经炎症，改善预后。因此，PLA2可能成为减轻术后脑水肿和改善术后神经功能的一种潜在治疗靶点。犬尿氨酸（kynurenine，KYN）是一种色氨酸的代谢产物，其存在于星形胶质细胞和小胶质细胞中，经过犬尿氨酸-酮戊二酸氨基转移酶和犬尿氨酸3-单加氧酶（kynurenine3-monooxygenase，KMO）的催化，代谢产生犬尿喹啉酸和喹啉酸（quinolinicacid，QU

8、IN）。SBI后，多种细胞因子和炎症机制被激活，间接刺激KMO活化，促进下游神经毒性QUIN的产生。Zakhary等利用SBI大鼠，发现KYN通路参与了SBI的损伤机制，KMO活化和QUIN表达的增加可能导致手术周围组织损伤。并且，该研究首次在SBI大鼠模型中发现KMO的选择性抑制剂RO61-8048能够减轻术后脑水肿，降低神经元凋亡水平，改善SBI术后的长期神经功能。由于KYN通路主要在受损或变性的组织中被激活，因此针对该通路的特异性治疗方法在治疗SBI后脑水肿和改善神经功能方面可能更具优势。3.SBI的治疗方法目前，临床上采取常规术中干预措施和术后应用神经保护治疗药物以减轻SBI产生的术后

9、并发症，如麻醉中应用吸入性神经保护剂、亚低温疗法和术后应用脱水剂等。然而，针对SBI的特异性治疗方法仍处于研究阶段。生物材料是近年对SBI脑组织再生修复和改善神经功能的新兴研究领域。由于脑组织受损区域的细胞和分子环境复杂，组织结构缺乏连续性，脑组织细胞间无法粘连，其再生修复较为困难。Zhong等提出，将生物支架植入病变腔内，能够为细胞浸润、轴突生长及再生提供支撑。胶原-糖胺聚糖（collagen-glycosaminoglycan，CG）基质是一种生物材料，由牛深屈肌腱制成的半合成胶原基质，具有优良的力学性能。早期的报道显示，CG基质能够调节细胞的黏附、生长和分化等，并提供结构支持。植入CG基

10、质可能促进SBI后的神经、血管的发生和功能恢复。Chen等利用SBI大鼠模型，将CG注入手术创伤形成的病灶腔内，观察SBI后组织中小胶质细胞的活化程度和髓过氧化物酶、炎症因子和抗炎因子水平的变化。结果发现，CG基质能够明显降低小胶质细胞活化程度和髓过氧化物酶水平，组织中炎症因子肿瘤坏死因子-、白细胞介素-6和核因子B的水平显著下降。反之，抗炎因子白细胞介素-10和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子水平显著升高。这表明，CG基质能够通过减轻SBI后的神经炎症和抑制小胶质细胞的激活发挥神经保护作用，但其机制尚未完全阐明，仍需进一步的研究。神经外科手术后，由于BBB破坏，大量的脑抗原进入血液，刺激机体产生

11、大量脑抗体，激活免疫系统产生继发性炎症反应，从而加剧脑水肿和神经元死亡。目前临床上治疗继发性炎症反应较为新颖的方式是针对抗原诱导特异性的免疫耐受。髓鞘碱性蛋白（myelinbasicprotein，MBP）是在中枢神经系统中仅次于蛋白脂蛋白之后含量第二丰富的蛋白质。姚斌等在大鼠胸腺内注射MBP诱导免疫耐受，发现其能够减轻SBI引起的神经功能缺陷和脑水肿，并且能够降低炎症反应发生的概率。另外，Tian等提出利用免疫原性纳米材料包裹脑抗原MBP，控制纳米粒的大小适应肝库普佛细胞吞噬作用的范围，并采用与肝细胞亲和力高的包衣材料包裹抗原，经外周静脉输注来诱导免疫耐受。该方法已在大鼠模型中得到了验证，并且证实脑抗原的免疫耐受可以通过外周静脉输注来实现，这进一步优化了诱导免疫耐受的输注途径，为临床提供了更为方便的操作方法，并且能够强化MBP诱导免疫耐受在治疗SBI后的继发性炎症和发挥神经保护作用的效果。4.小结与展望本文综述了近年来国内外对SBI的基础研究进展，包括SBI的动物模型、相关分子机制和现有SBI的治疗方法。目前常用