急性脑出血的损伤机制

王新润   彭倩宜   翻译   张丽娜   校对

摘要

      脑出血（ICH）是最常见的出血性卒中亚型，并且随着人口老龄化，其发病率正在增加。尽管关于脑出血治疗的研究和临床试验有所增加，但死亡率仍然很高，并且没有任何干预措施被证实能够改善预后。我们回顾了已知的ICH损伤机制、最近的临床试验结果以及新发现的血肿清除相关的信号通路。人们对使用微创方法清除血凝块以及改善脑出血后康复的药物治疗策略仍然很感兴趣，这两方面目前都在临床试验中进行了评估。

关键词：脑出血、凝血酶、铁、脑水肿、高血压、血肿。

1.背景

      脑出血（ICH）是最常见的出血性卒中亚型，据估计全球年发病率约为16/10万，是发达国家的两倍以上。而无症状的、临床静止性的脑出血发病率更高，在美国估计每年超过200万例。症状性脑出血的短期和长期预后都很差，1个月和5年生存率分别为60%和29%。当脑出血扩展到脑室时，预后会更差。脑出血与高龄的联系在于随着人口老龄化，新病例数量可能会增加。

      自发性、非创伤性脑出血可能是由潜在的病变导致的，如肿瘤、血管损害或血管病，但大多数成年病例都并非以上潜在病因导致的。高血压往往是最常见的全身性危险因素，在全部年龄组中，高达70%的脑出血患者存在高血压，且高血压与ICH发生率和死亡率增加有关。越来越多的病例也与使用抗凝剂或抗血小板药物有关。使用维生素K拮抗剂的患者往往存在血肿体积增大、扩张率增加以及脑室扩张，而这一切都预示着预后更差。淀粉样血管病是老年患者出血的一个重要病因，某些载脂蛋白E等位基因（e2，e4）导致β淀粉样蛋白沉积和动脉壁变得脆弱。淀粉样蛋白相关脑出血更常见于脑叶区域，而高血压脑出血更常见于深部区域。

      多数脑出血治疗的一级证据是支持性监护，特别是在具有神经科学专业知识、控制血压和纠正凝血参数或血小板计数环境中的监护。虽然后颅窝出血减压术被广泛认为是降低死亡率的方法，但在美国的临床试验中，没有任何外科干预或药物治疗能有效降低脑出血的死亡率或发病率。

      然而，人们对脑出血的新疗法越来越感兴趣，包括药物治疗和外科干预。本文回顾了脑出血的损伤机制、近期对于ICH治疗的试验结果以及ICH后在发病机制和修复方面的新发现。

2.损伤机制

2.1.原发性脑损伤

      初次出血或持续出血以及血肿扩大时渗出血液的质量效应和机械破坏，由于整体压力增加（颅内压或ICP增加）和局部结构的机械压缩（图1），会立即导致原发性脑损伤。当后颅窝发生出血时，机械受压可能是致命的，在后颅窝，Sylvius导水管受压可导致梗阻性脑积水，或者脑干的局部压迫可导致心肺功能障碍。血肿扩大很常见，在一项研究中提到，超过三分之一的患者在脑出血后的前24小时内出现血肿扩大。计算机断层扫描（CT）血管造影上的“斑点征”证据对于预测症状出现后3小时内的血肿扩大高度敏感且具有特异性。

      颅内压的整体增加导致的脑疝综合征，会引起动脉压迫和缺血。然而，在非脑疝综合征中，动物和临床研究都表明脑出血时血肿周围血流减少，但不足以引起局部缺血半暗带或核心缺血，这可能是由于周围组织的代谢需求减少，氧摄取分数稳定或降低证明了该点。减轻原发性脑损伤的策略通常包括通过控制血压或纠正凝血功能障碍来预防血肿扩大，或通过外科手术或微创方法从而物理清除或溶解凝块（有时伴有脑脊液分流）。但是，值得注意的是，到目前为止，外科手术清除的益处尚未得到美国临床试验的证明。

2.2.继发性脑损伤

      继发性脑损伤是由血肿（主要是水肿和炎症）的生理反应和血凝块成分的毒性生化和代谢作用引起。预防继发性脑损伤的策略不仅包括去除血凝块，还包括药物治疗策略。

2.2.1.水肿

      血肿周围水肿的形成可在脑出血后数小时内发生，并持续数天至数周，脑出血后最初24小时内血肿周围水肿平均增加75%。一部分水肿是由于血凝块回缩和血凝块周围的血清蛋白积聚引起的，最初血脑屏障是完好无损的。凝血酶是凝血级联反应中最终共同途径的激活成分，在脑出血后的止血中起着重要作用，也在内皮细胞和血脑屏障的破坏中起着作用。在实验模型中，凝血酶与血管源性水肿的形成有关，抑制凝血酶被认为是在血凝块充分止血后减少血肿周围水肿的一种方法。此外，在实验模型中，包括血红蛋白及其降解产物（血红素和铁）在内的红细胞成分以及碳酸酐酶已被证明会导致脑水肿。水肿可能导致细胞膜离子转运的中断，包括钾离子、氯离子和钠离子的转运，尽管水肿已经消除，但这些转运中断可能持续存在。

2.2.2.炎症

      先前的研究已经阐述了炎症在脑出血的损伤和恢复中的作用。在实验性脑出血后，局部血肿周围区域和全身都出现炎症反应，两者都有有害的影响。在局部，几天内发生中性粒细胞滞育，随后小胶质细胞被激活。在动物模型中，抑制中性粒细胞可以减少脑损伤。实验模型表明，这种脑部炎症并不局限于局部区域，细胞内粘附分子1（ICAM-1）作为一种对白细胞高度特异的受体，已在实验性脑出血后的对侧半球中发现。除了炎症细胞本身，与脑出血相关其他炎症介质也上调，包括肿瘤坏死因子、粘附分子和基质金属蛋白酶，它们似乎与炎症相关的局部脑损伤有关系。血肿大小是全身炎症调节程度的预测指标，血肿越大的动物越容易感染。临床上，脑出血的全身感染率很高，在一项研究中，约31%的患者脑出血后出现感染。

2.2.3.血液产物毒性

      血红蛋白、铁和其他血液成分对周围大脑的毒性作用被认为是继发性脑损伤的另一个驱动因素。在实验性脑出血模型中注射溶解的血细胞导致显著的水肿，而注射完整的红细胞则未发现急性效应，表明细胞裂解产物本身是导致脑损伤的主要原因。血红蛋白在损伤中起作用，因为它抑制钠钾泵，并在实验模型中可以引起神经元去极化以及导致神经元死亡。铁也与脑出血有关，它与去铁胺的螯合可以减少动物模型的脑损伤。另一项临床试验正在研究铁螯合疗法对ICH患者的疗效（NCT02175225）。此外，自由基的产生也是铁导致脑损伤的一种方式，尽管其他来源也可以产生自由基。在实验模型中，靶向清除自由基已被证明能减少脑出血相关的损伤。

3.治疗选择---近期临床试验结果

      在过去的20年里，临床前和临床研究的数量都有所增加，近期已完成和正在进行的试验也越来越多。为了总结过去4年的重要临床试验结果，使用以下术语对clinicaltrials.gov的所有临床试验进行了回顾：ICH、脑出血、IPH、蛛网膜下腔出血、颅内出血、IVH、脑室内出血。2013-2017年公布的所有研究结果都包含在表1中，并总结如下。

3.1.控制血压

      最近完成的三项试验分析了脑出血后快速降压的安全性和有效性。ICH-ADAPT分析比对了严格控制血压（SBP <150）与将血压保持在较高阈值（SBP <180）的效果，发现血压高低对血肿周围脑血流的影响没有差异，但应注意的是，这个结论主要是针对这些总平均体积仅超过25 cm3的中小型血肿。血压快速降低和缺血之间缺乏联系的这一发现明确了积极治疗高血压的安全性（至少在短期内），同时该问题正在更大规模的试验进行进一步研究，比较了积极控制和不严格控制血压之间的差异。INTERACT2试验评价了对收缩压升高（收缩压> 180）的患者在脑出血后6小时内进行强化血压控制（收缩压< 140）的效果。虽然在强化血压控制和不严格血压控制的两组之间，其主要预后指标---死亡或残疾没有显著性差异，但在对改良的Rankin量表（mRS）评分的有序分析中，该试验确实显示严格控制血压组功能预后略有改善。INTERACT2和早期的ICH-ADAPT研究为当前关于血压的指南建议提供了基础，即急性降压至SBP <140是安全的（一级，A级），并可有效改善功能预后。然而，ATACH-2试验并不支持急性血压降低改善预后的结论。它评估了脑出血患者的快速（< 4.5小时）强化血压控制（SBP< 140）组，与标准治疗组（SBP <180）相比，在死亡或残疾方面没有差异。还发现强化血压控制组出现不良肾脏事件的比例更高。尽管两项试验显示对急性血压降低的主要预后没有显著益处，但是混合益处/损害效应也是可能的，例如血肿扩大的数量减少，但是在一些患者中可能同时存在低灌注，导致局部缺血。更多正在进行的试验通过使用磁共振成像（MRI）来评估在强化降压的过程中局部缺血性改变。

3.2.ICH相关的抗血小板药物治疗

      目前的建议是为患有严重血小板减少症的脑出血患者输注血小板，但对有抗血小板药物用药史的患者而言，输注血小板的效用尚不确定。然而，PATCH研究显示了新的发现，在脑出血前接受了至少1周抗血小板治疗的患者，在脑出血诊断后随机接受早期血小板输注的患者与未接受血小板输注的患者相比，前者情况更差。然而，它对服用所有抗血小板药物的患者的适用性有限，因为超过70%的纳入患者仅服用阿司匹林，不到20%的患者服用双嘧达莫，不到5%的患者使用更有效的磷酸腺苷（ADP）抑制剂。

3.3．外科手术

      在最初的STICH试验中，发现对幕上血肿清除并无益处，但当提示深部出血或脑室内扩张时，结果有所不同，STICH II试验对无脑室出血的但有幕上浅表血肿的清醒患者进行了比较，这些患者被随机分配到早期外科手术血肿清除组或者药物治疗组，研究发现主要结局死亡或残疾没有显著差异。外科手术有显著的增加临床生存益处的趋势，在最初的保守治疗组中，21%的患者确实接受了外科手术。目前的一级指南建议仅对幕下出血进行手术治疗，同时指出对大多数幕上出血患者来说，手术的有效性尚未确定。

3.4.微创溶栓和血肿清除

      最近的试验集中在溶栓和/或清除血栓的微创方法上。MISTIE二期试验是一项旨在证明微创溶栓治疗可减少脑出血的安全性小型研究，本研究比较了随机给予阿替普酶溶栓的微创手术患者与给与最佳药物治疗的患者，发现两组的结局一致。无症状出血在微创手术加阿替普酶组中较高，目前3期试验正在进行中（NCT01827046）。在一项相关研究中，在少数患者中，不使用阿替普酶的立体定向CT引导内镜下血肿清除术是安全有效的，并有改善神经功能的趋势。目前，使用独特的内窥镜系统（MISPACE）进行微创血凝块清除的方法正在研究中，与医疗常规治疗进行比较，一期研究显示该方法的血凝块清除率高，且不良事件最小（NCT02880878）。一些微创策略已经在亚洲得到广泛应用。在亚洲进行的两项针对少数脑出血患者的大型临床试验显示出了优势。一项大型、多中心的中国临床试验表明，对小部分的有中等大小基底节区脑出血的患者进行微创清除之后，其功能预后得到改善。另一项来自韩国的研究同样发现，对>30cm3的基底节区脑出血进行微创治疗后，其1个月和3个月mRS评分较医院常规治疗方案更好。而在美国，更多的试验正在进行中（NCT02654015）。

      CLEAR III期试验只对存在脑室扩张的脑出血亚组进行了研究，对非重度脑室出血和梗阻性脑积水患者在脑室内注射阿替普酶与生理盐水对照进行对比，发现两组间死亡或残疾的主要结局并无差异。生理盐水组（对照组）的死亡率更高，但对照组的mRS评分为5分的结局比例更高，这表明从“死亡”到严重残疾的转变。而注射阿替普酶并没有导致更高的症状性出血的发生。

4．脑出血病理机制的临床前新发现

      最近，临床前研究提升了我们对脑出血损伤和修复分子基础的理解，并将其越来越多地用于临床试验。在本部分内容中，我们更关注一些最近的发现，特别是一个正在形成的概念，即血肿可能是一个药物靶点，以及更常规的针对血肿周围组织来诱导神经保护。建议潜在治疗方式的总体示意图见图3。

      血肿消退可能是一种药物作用靶点，最早是由Zhao、Aronowski及其同事的首次提出的，他们发现过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）-γ激动剂可以提高血肿消退率，推进了目前吡格列酮在脑出血中的临床试验（NCT00827892）。最近的临床前研究也提供了对血肿吞噬作用调节的见解。分化簇47（Cluster of differentiation， CD47）是一种表达于红细胞上的整合素相关蛋白，在血肿中起着传递“不要吞噬我”的信号的关键作用，并随着时间的推移而减少（图4）。其缺失可能导致促清除的M2分化小胶质细胞/巨噬细胞表达增多，最终导致凝块溶解速度加快，小鼠脑肿胀减少，神经功能缺损减少。抑制CD47已经在临床试验中进行了研究，以增强晚期癌症的吞噬作用（NCT02367196），并且在未来研究中是治疗脑出血的候选药物。

      如果血肿内的红细胞没有被吞噬，它们可能会发生溶解，释放潜在有害的血红蛋白和铁到细胞外环境。分化163簇（CD163）是一种已知的血红蛋白受体，参与通过小胶质细胞和分化巨噬细胞清除血红蛋白，主要通过CD163-血红素氧合酶-1 （HO-1）途径。长期以来，CD163被认为是一种介导血红蛋白内吞进入巨噬细胞的受体。近期研究表明CD163不仅在胶质细胞中表达并参与血液产物清除，而且在脑出血患者的神经元中CD163表达上调。神经元自身参与血红蛋白清除可能是脑出血后神经元损伤的直接原因。铁螯合剂可以降低CD163的上调，减少细胞死亡。

      尽管血肿中红细胞溶解的时间过程还不清楚，但红细胞溶解与吞噬在血液清除中的相对贡献是一个值得关注的领域。最近，在脑出血24小时内，红细胞溶解被认为在脑出血24小时内就有发生，这比先前怀疑的时间更早。早期红细胞溶解与血肿周围CD163上调相关，早期红细胞溶解的程度与神经元缺失的严重程度相关。T2* MRI可检测早期红细胞溶解，高血压可促进早期红细胞溶解。通过CD163机制促进早期红细胞溶解和清除是未来研究的潜在领域。

      核因子-E2 p45相关因子2 (Nrf2)作为一种转录因子，是另一种最近发现的小胶质细胞功能和血肿清除的细胞信号调节因子。Nrf2的上调改善了脑出血小鼠和大鼠模型中的血肿清除，而Nrf2敲除小鼠的血肿清除受损。体外实验表明它能通过使细胞防御关键的细胞保护性目的基因转活化，如SOD和HO-1，从而减少氧化应激，同时通过上调目的基因之一---CD36达到上调吞噬的目的。

5.总结

      脑出血是最致命的卒中亚型，但没有任何干预措施被证明可以改善预后。事实上，一些以前认为有益的支持性治疗措施，包括积极的降血压和输注血小板，在近年来也未能显现出益处。然而，随着最近ICH研究的加速进行，包括更多的临床前研究和治疗策略，人们在寻找一种难寻且有效的ICH治疗方法时，希望更好的临床试验能得到阳性结果。