盡管進行了多年的研究，但仍沒有可用于臨床實踐的中風(fēng)生物標(biāo)志物。高通量技術(shù)的進步為了解這種復(fù)雜疾病的病理生理學(xué)提供了新的機會。多組學(xué)數(shù)據(jù)的整合意味著可以同時研究數(shù)千種蛋白質(zhì)（蛋白質(zhì)組學(xué)）、基因（基因組學(xué)）、RNA（轉(zhuǎn)錄組學(xué)）和代謝物（代謝組學(xué)），揭示分子水平之間的相互作用網(wǎng)絡(luò)。多組學(xué)數(shù)據(jù)的綜合分析將為中風(fēng)發(fā)病機制、治療靶點的識別和生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)提供有用的見解。2020年05月，發(fā)表在Nature Reviews Neurology（IF：27）雜志上的題為“Multilevel omics for the discovery of biomarkers and therapeutic targets for stroke”的綜述論文，詳細介紹了有關(guān)中風(fēng)的病理學(xué)知識以及中風(fēng)生物標(biāo)志物研究的現(xiàn)狀。總結(jié)了蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和基因組學(xué)如何有助于識別可開發(fā)并用于臨床卒中管理的新型候選生物標(biāo)志物。

由于血管危險因素的負擔(dān)越來越重，以及人口老齡化，神經(jīng)血管疾病越來越常見。根據(jù)美國心臟協(xié)會的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在美國平均每40秒就有一人中風(fēng)，2012至2030年間，美國的中風(fēng)患病率將增加高達20.5%。缺血性中風(fēng)是常見的類型，占所有中風(fēng)的87%。目前被批準(zhǔn)的治療方法是通過靜脈注射重組組織纖溶酶原激活劑(TPA)疏通閉塞的動脈，然后在大血管閉塞的情況下進行血管內(nèi)機械血栓切除術(shù)。

缺血性中風(fēng)的病理生理學(xué)特征

在急性缺血性中風(fēng)中，腦血流量的突然下降會導(dǎo)致神經(jīng)元和其他腦細胞的氧氣和葡萄糖供應(yīng)全部或部分減少。 因此，多種生理、生化和分子機制被觸發(fā)，終導(dǎo)致細胞大量死亡，并改變?nèi)毖诵牡幕旧窠?jīng)功能。 在缺血核心周圍的半影區(qū)中，腦細胞在較長時間內(nèi)保持新陳代謝活躍、結(jié)構(gòu)完整，因此可以立即進行治療。

垂死的腦細胞釋放危險信號，所謂的損傷相關(guān)分子模式(DAMP)，刺激中風(fēng)后的炎癥反應(yīng)。DAMP促進免疫細胞表達促炎細胞因子、趨化因子和粘附分子，幫助循環(huán)中的白細胞滲入梗塞的大腦。這些炎癥調(diào)控因子有助于破壞血腦屏障(BBB)，增加其通透性，從而進一步促進免疫細胞在受損腦內(nèi)的聚集。這種現(xiàn)象破壞了大腦的免疫特性，使神經(jīng)元抗原暴露在外周，進一步刺激炎癥反應(yīng)。此外，DAMP 和促炎細胞因子激活原發(fā)性淋巴器官，導(dǎo)致全身炎癥反應(yīng)綜合征。因此，中風(fēng)后的免疫變化不僅發(fā)生在大腦，還發(fā)生在各種外周器官，包括血液、骨髓、脾和腸道。

中風(fēng)生物標(biāo)志物的研究現(xiàn)狀

對急性缺血性中風(fēng)生物標(biāo)志物的研究主要集中在兩個目標(biāo)上。 一是提高或加快對中風(fēng)的診斷。 二是改善臨床決策，促進個性化治療的使用。

目前，中風(fēng)的診斷主要通過臨床評估和神經(jīng)影像檢查。一種更快、更準(zhǔn)確的中風(fēng)診斷技術(shù)（如血液測試），對于早期治療至關(guān)重要。在以前的研究中，已經(jīng)對單一生物標(biāo)記物或生物標(biāo)記物組合在這方面的效用進行了評估，但所實現(xiàn)的準(zhǔn)確性遠遠低于臨床實踐所要求的。短暫性腦缺血發(fā)作的診斷生物標(biāo)志物也很有價值，因為許多患者在接受醫(yī)生治療時已經(jīng)沒有癥狀，所以診斷主要依賴于臨床病史。

床旁測試不僅有助于中風(fēng)的診斷，還有助于區(qū)分中風(fēng)亞型，特別是區(qū)分缺血性中風(fēng)和腦出血(ICH)。CT檢查對急性出血敏感度100%，但只能在醫(yī)院進行，而院前溶栓治療對于缺血性中風(fēng)避免腦出血是可行的，但是需要在院前進行缺血性中風(fēng)且排除腦出血的診斷。在這方面一個候選生物標(biāo)志物是膠質(zhì)纖維酸性蛋白(GFAP)，它是一種高度大腦特異性的中間絲蛋白，在腦出血后迅速釋放到血液中。數(shù)據(jù)分析表明，血液中GFAP的測定可以區(qū)分ICH和缺血性中風(fēng)（ICH中GFAP循環(huán)水平更高）。另一個有希望區(qū)分中風(fēng)亞型的生物標(biāo)志物是視黃醇結(jié)合蛋白4(RBP4)。這兩種生物標(biāo)志物的結(jié)合提高了中風(fēng)患者的識別率。

生物標(biāo)志物的多組學(xué)研究

在這些基于組學(xué)的方法中，蛋白質(zhì)組學(xué)仍然是發(fā)現(xiàn)新型生物標(biāo)志物常用的工具。 然而，基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)正在產(chǎn)生越來越有希望的結(jié)果，這些多組學(xué)方法可能是互補的，特別是如果多種組學(xué)方法可以應(yīng)用于同一患者的話。

圖1. 中風(fēng)研究的多組學(xué)方法示意圖。 單一的組學(xué)數(shù)據(jù)可以通過整體學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)相結(jié)合。這種多組學(xué)的方法有助于更好地了解中風(fēng)的機制，并促進生物標(biāo)志物和治療劑的開發(fā)。

中風(fēng)蛋白質(zhì)組學(xué)研究

隨著蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展使得能夠?qū)θ毖灾酗L(fēng)后的整個大腦進行蛋白質(zhì)組研究。與對側(cè)區(qū)相比，缺血核心區(qū)肌動蛋白水平降低多，而白蛋白水平升高多。直到 2013 年，已有 51 種蛋白質(zhì)被鑒定為在缺血性中風(fēng)后的腦梗塞中差異表達。在腦梗塞中心觀察到高水平的 GFAP ，它與星形膠質(zhì)細胞增生癥有關(guān)，有證據(jù)表明，中風(fēng)后血流中 GFAP 的存在反映了腦損傷，當(dāng)有易于檢測的試劑盒可用時，可以作為臨床測試的指標(biāo)。此外，凝溶膠蛋白 (Gelsolin) 、二氫嘧啶酶相關(guān)蛋白 2(DRP2) 和胱抑素 A(Cystatin A) 被發(fā)現(xiàn)是不良預(yù)后的獨立預(yù)測因子，并且仍然有望成為中風(fēng)預(yù)后的血液生物標(biāo)志物。

除了腦蛋白質(zhì)組學(xué)的研究外，還研究了易獲得的體液中蛋白表達模式，以更好地了解缺血性中風(fēng)的病理生理學(xué)。對缺血核心區(qū)、半影區(qū)和對側(cè)半球的細胞外流體樣本的分析顯示，與對側(cè)半球的相應(yīng)區(qū)域相比，有53個蛋白質(zhì)在缺血核心和半影區(qū)高表達。在這些蛋白中，谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶P1(GSTP1)、過氧化物還原蛋白1(PRDX1)和蛋白S100B被認為是中風(fēng)的血液生物標(biāo)志物。PRDX1和GSTP1相互作用，并參與到類似的氧化還原保護機制中，因此進一步研究這些蛋白在腦血管疾病中的作用是非常有必要的。

表1. 蛋白質(zhì)組學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)的中風(fēng)潛在生物標(biāo)志物

中風(fēng)基因組學(xué)研究

到目前為止，全基因組中風(fēng)協(xié)會研究（ GWAS ）和一些大型穩(wěn)健的候選基因關(guān)聯(lián)研究已經(jīng)確定了一些與中風(fēng)密切相關(guān)的基因位點，已確定的基因位點中包括 22 個與中風(fēng)相關(guān)， 21 個與缺血性中風(fēng)相關(guān)， 2 個與腦出血相關(guān) ( 表 3) 。與中風(fēng)相關(guān)的顯著基因位點和與缺血性中風(fēng)相關(guān)的基因位點之間存在相當(dāng)大的重疊，其中一個位點與缺血性中風(fēng)和深度 ICH 相關(guān)；與該位點相關(guān)的 ICH 與潛在的腦小血管疾病相關(guān)，這是缺血性中風(fēng)和出血性中風(fēng)的主要原因。

表2. 與中風(fēng)相關(guān)的遺傳基因位點

中風(fēng)相關(guān)基因與特定中風(fēng)亞型有非常密切的關(guān)聯(lián)（例如HDAC9和PITX2基因分別與大動脈中風(fēng)和心源性中風(fēng)密切相關(guān)）；中風(fēng)相關(guān)基因也可能與大多數(shù)類型中風(fēng)風(fēng)險的生物學(xué)途徑有關(guān)，這些途徑包括：易導(dǎo)致所有中風(fēng)類型的血管風(fēng)險因素，如高血壓（易導(dǎo)致血管脆弱、血栓形成或出血）；調(diào)節(jié)對腦損傷的耐受性和彈性(圖2)。

圖2. 基因變異影響中風(fēng)風(fēng)險和中風(fēng)的機制。在中風(fēng)前(左)，遺傳因素影響風(fēng)險的發(fā)展因素(如糖尿病、肥胖癥、高血壓和血脂異常)，個人的血管脆弱性和中風(fēng)的發(fā)生機制（心源性栓塞癥、小血管疾病、大動脈粥樣硬化、頸動脈夾層）。中風(fēng)后(右)，遺傳因素會影響傷害造成的損害程度以及大腦如何適應(yīng)和恢復(fù)。

中風(fēng)轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究

轉(zhuǎn)錄組學(xué)的研究重點是外周血細胞中的基因表達和血漿中的RNA作為潛在的生物標(biāo)志物。利用RT-PCR的方法確定了幾種與中風(fēng)診斷、中風(fēng)病因和中風(fēng)風(fēng)險相關(guān)的標(biāo)志物(表3)。但是仍需要在大隊列中對已識別的標(biāo)志物進行進一步評估和驗證，才能將其轉(zhuǎn)化為臨床實踐。

表3. 轉(zhuǎn)錄組研究中確定的潛在中風(fēng)生物標(biāo)志物

已確定的白細胞RNA表達模式可以區(qū)分出血性中風(fēng)患者、擬中風(fēng)患者和健康對照組。在血細胞中表達的幾組基因轉(zhuǎn)錄本(9-97個基因)可以將缺血性中風(fēng)患者與出血性中風(fēng)患者和對照組區(qū)分開來，并對缺血性中風(fēng)的敏感度和特異度為80%-90%。其中包括編碼S100B、精氨酸酶、V因子、CD28和活化T細胞核因子(NFAT)的基因轉(zhuǎn)錄本，主要與免疫功能和血栓形成的差異有關(guān)。

此外，也有研究者對細胞內(nèi)和細胞外血漿miRNA進行研究，以探究它們作為中風(fēng)生物標(biāo)志物的潛力。因為miRNA也調(diào)節(jié)細胞基因表達，因此在中風(fēng)中可以具有重要的信號作用。中風(fēng)后變化的細胞內(nèi)miRNAs包括miR-122、miR-148a、let-7i、miR-19a、miR-320d、miR-4429、miR-363和miR-487b。到目前為止，許多已被發(fā)現(xiàn)在中風(fēng)后改變的miRNAs在細胞內(nèi)下調(diào)，這一觀察結(jié)果與中風(fēng)后白細胞mRNA表達增加是一致的。據(jù)預(yù)測，這些miRNA可調(diào)節(jié)Toll樣受體信號、核因子-κB(NF-κB)信號、白細胞外滲信號和凝血酶原激活途徑。這表明miRNA對中風(fēng)后缺血性腦損傷的免疫反應(yīng)具有調(diào)節(jié)作用，這可能與神經(jīng)保護有關(guān)。

中風(fēng)代謝組學(xué)研究

腦缺血引起局部和全身代謝改變，如細胞能量代謝途徑和整體應(yīng)激反應(yīng)的改變。這些改變的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了關(guān)于代謝產(chǎn)物是否可以作為循環(huán)生物標(biāo)志物來評估中風(fēng)風(fēng)險、中風(fēng)診斷和識別病因中風(fēng)亞型的研究 ( 表 4 ) 。相比之下，代謝產(chǎn)物對預(yù)測中風(fēng)后功能結(jié)果的價值尚未得到系統(tǒng)研究。

表4. 中風(fēng)潛在代謝物生物標(biāo)志物

代謝物被認為比蛋白質(zhì)更容易通過血腦屏障，因為它們的尺寸更小。此外，代謝物的半衰期范圍很廣，這意味著它們的循環(huán)水平可以比其他分子更早地反映急性發(fā)作的疾病。在新研究中，對缺血性中風(fēng)或腦出血患者的血液樣本進行了質(zhì)譜分析。一組五個變量--天冬酰胺和異戊烯酰肉堿水平，以及三個代謝物比率，正確識別了79%的中風(fēng)患者。這項研究納入了200多名患者，研究結(jié)果得到了內(nèi)部驗證，但代謝物水平?jīng)]有根據(jù)人口統(tǒng)計學(xué)和血管風(fēng)險因素進行調(diào)整，也沒有進行外部驗證，這限制了這些發(fā)現(xiàn)的推廣。另一項研究中，對中風(fēng)后血漿中68種代謝物的質(zhì)譜分析顯示，支鏈氨基酸水平隨梗死面積的變化而降低，在調(diào)整人口統(tǒng)計學(xué)因素后，心源性中風(fēng)患者的這一組氨基酸水平也低于短暫性腦缺血發(fā)作患者。未來的分析將確定該代謝物集合在有中風(fēng)樣癥狀的患者中識別所有缺血性中風(fēng)亞型的能力。

此外，還進行了一些研究來檢驗代謝物是否可以用來區(qū)分病因性中風(fēng)亞型。在其中一項研究中，對367名急性缺血性中風(fēng)患者樣本中的144種循環(huán)代謝物進行了質(zhì)譜分析，并評估了單個代謝物對心源性和非心源性中風(fēng)的區(qū)分能力。心源性中風(fēng)患者三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物琥珀酸、α-酮戊二酸和蘋果酸水平高于非心源性中風(fēng)患者。琥珀酸還與左房增大和亞臨床心房功能障礙有關(guān)，表明心源性栓塞癥和結(jié)構(gòu)性心臟異常患者的能量代謝發(fā)生改變，從而支持心源性栓塞性中風(fēng)的異常心房基質(zhì)模型。

總結(jié)

技術(shù)進步帶來了“組學(xué)時代”，這使得在不同分子水平上收集和整合數(shù)據(jù)和信息成為可能。通過組學(xué)技術(shù)獲得的信息將有助于更好地了解中風(fēng)的病理生理學(xué)，將為診斷和預(yù)后提供新的機會，并改善對中風(fēng)患者的管理。

在將研究結(jié)果整合到臨床實踐之前，必須進一步的研究來驗證實驗結(jié)果。這種驗證必須包括更多樣化的研究人群，因為在已發(fā)表的研究中，參與者缺乏種族和地理多樣性是目前一個非常重要的局限，一些中風(fēng)遺傳學(xué)研究者們正在解決這一缺陷。盡管需要驗證性實驗，但多組學(xué)方法在中風(fēng)治療的臨床應(yīng)用中是一個有前景的策略。如果解決該領(lǐng)域中未得到滿足的需求，那么這些方法將為中風(fēng)疾病過程的不同階段提供有效的生物標(biāo)志物，有可能改變中風(fēng)管理及改善患者的預(yù)后。