包鐘元，季 晶

1南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院神經(jīng)外科，江蘇 南京 210029；2南京醫(yī)科大學(xué)附屬無錫市第二人民醫(yī)院神經(jīng)外科，江蘇 無錫 214000

顱腦外傷（traumatic brain injury，TBI）是全球成年人死亡和殘疾的重要原因之一。僅在中國，以人口為基礎(chǔ)的TBI死亡率約達到每10萬人中有13例［1］。除了外傷造成的直接損傷外，患者在創(chuàng)傷后通常會出現(xiàn)嚴(yán)重和廣泛的神經(jīng)元壞死、腦組織水腫、血腦屏障（blood brain barrier，BBB）破壞、氧化應(yīng)激加劇和過度活躍的炎癥反應(yīng)。這些不利因素的惡性循環(huán)最終導(dǎo)致死亡、殘疾和植物人狀態(tài)［2］。有創(chuàng)傷性顱腦損傷背景的老年人更有可能發(fā)生認(rèn)知障礙、癡呆和神經(jīng)退行性疾病，這也應(yīng)該是創(chuàng)傷性腦損傷患者預(yù)后差的原因。因此，這也增加了對創(chuàng)傷性顱腦損傷治療藥物的需求，這些藥物有望在多方面減輕原發(fā)性腦損傷的危害，并消除創(chuàng)傷性腦損傷的繼發(fā)性病理缺陷。

鐵代謝在創(chuàng)傷性腦損傷的病理過程中已經(jīng)逐漸被廣大學(xué)者所認(rèn)可。鐵是一種重要的微量元素，維護正常的細(xì)胞生理學(xué)。在產(chǎn)生脫氧核糖核酸（de?oxyribonucleic acid，DNA）和三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）的過程中發(fā)揮作用，能夠調(diào)節(jié)三羧酸循環(huán)（tricarboxylic acid cycle，TCA）的周期，合成電子傳遞鏈中的多種蛋白質(zhì)，并參與髓磷脂和中樞神經(jīng)系統(tǒng)中多種神經(jīng)遞質(zhì)的合成［3-4］。

哺乳期大腦缺鐵也會引起神經(jīng)遞質(zhì)合成受損，導(dǎo)致行為功能發(fā)育遲緩。細(xì)胞內(nèi)過量的鐵同樣會嚴(yán)重破壞神經(jīng)功能，尤其是創(chuàng)傷性腦損傷后的腦功能區(qū)。腦組織破壞，血腦屏障塌陷，腦血管通透性增加，局部嚴(yán)重炎癥反應(yīng)共同導(dǎo)致大量鐵從血液中涌向腦實質(zhì)。過量的鐵，即二價亞鐵離子Fe2+，可分別與過氧化氫或有機過氧化氫反應(yīng)生成可溶性羥基或脂質(zhì)烷氧基。這是細(xì)胞中由Fe2+產(chǎn)生活性氧（reactive oxygen species，ROS）的主要來源，稱為Fenton 反應(yīng)［5］，它最終會導(dǎo)致一種新的受調(diào)控的細(xì)胞死亡，稱為鐵死亡（ferroptosis），其特征是鐵依賴的脂質(zhì)過氧化過程。神經(jīng)元膜富含膽固醇和多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFA），對ROS 相關(guān)的過氧化高度敏感［6］。此外，神經(jīng)元以一個自治的方式清除活性氧的能力是有限的，因為超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）和谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GPX）的含量在大腦中相對于其他類型的組織要更低。而且在氧化代謝過程后期，SOD和GPX的含量與整個氧化過程中所需要的量相比相差甚遠(yuǎn)［7］。以上證據(jù)都說明了一個事實，即神經(jīng)元對過量鐵引起的損傷特別敏感。

本課題組前期實驗研究發(fā)現(xiàn)，鐵死亡的參與會影響TBI 所造成的繼發(fā)性損傷，從而影響TBI 的治療效果。通過RNA?Seq 技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了一個在TBI 中富集在神經(jīng)元中的基因，前動力蛋白Prokineticin?2（Prok2），能夠促進F?box 家族成員F?box only pro?tein 10（Fbxo10）的表達，發(fā)揮E3泛素化鏈接酶的作用，進而靶向長鏈脂酰輔酶A合成?4（long?chain?fat?ty?acid?CoA ligase 4，Acsl4）的泛素化降解。這一過程會顯著降低TBI 后的鐵死亡進程，從而促進神經(jīng)修復(fù)。同時，最近研究表明，鐵含量超載與阿爾茨海默?。ˋlzheimer’s disease，AD）和帕金森?。≒ar?kinson’s disease，PD）的發(fā)生密切相關(guān)。近年報道鐵含量過負(fù)荷參與繼發(fā)性腦損傷的病理生理過程［8］。更重要的是，腦內(nèi)鐵沉積是衰老的必然結(jié)果［9］。這表明，鐵穩(wěn)態(tài)受損與老年TBI 患者預(yù)后不良之間存在必然的聯(lián)系。這里，將討論與腦外傷相關(guān)的鐵含量異常和鐵死亡，拓寬對TBI中鐵代謝的認(rèn)識，探索一種針對TBI后鐵死亡的有效治療新手段。

1 鐵含量和鐵的代謝過程

由于鐵的親水性，鐵從血液進入腦實質(zhì)需要通過血腦屏障有效輸送。成年動物血腦屏障對鐵的攝取是由腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞前腔表面的轉(zhuǎn)鐵蛋白受體（transferrin receptor，TfR）介導(dǎo)的［3，10］。

在pH 為酸性的環(huán)境下，核內(nèi)體釋放出三價鐵（Fe3+），并在核內(nèi)體中還原為亞鐵（Fe2+）。二價金屬轉(zhuǎn)運體1（divalent metal?ion transporter?1，DMT1，也被稱為SLC11A2）可以介導(dǎo)鐵離子從核內(nèi)體釋放到細(xì)胞質(zhì)的不穩(wěn)定“鐵池”中［3］。血漿銅藍(lán)蛋白是一種糖基磷脂酰肌醇（glycosylphosphatidylinositol，GPI）連接的膜蛋白，在哺乳動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中表達，主要在環(huán)繞腦微血管的星形膠質(zhì)細(xì)胞中表達［11］。在發(fā)現(xiàn)銅藍(lán)蛋白的鐵氧化酶活性后，研究表明銅藍(lán)蛋白在鐵代謝中的作用是通過與鐵轉(zhuǎn)運蛋白結(jié)合，從而在細(xì)胞水平上幫助鐵離子排出［12-13］。

轉(zhuǎn)鐵蛋白的變化會影響鐵的代謝。鐵代謝異常，包括鐵缺乏和鐵超載，都會對全身功能產(chǎn)生負(fù)面影響，并導(dǎo)致一些疾病（表1）。鐵缺乏會降低大腦中，特別是海馬和前額葉區(qū)域的細(xì)胞色素氧化酶活性［14］。這可能會導(dǎo)致大腦發(fā)育障礙，如運動發(fā)育和認(rèn)知記憶［15］。體內(nèi)高水平的鐵可沉積在大腦中，這涉及一些神經(jīng)退行性疾病，如PD和AD［16-17］。

表1 鐵代謝紊亂的相關(guān)疾病Table 1 Diseases palated to iron metabolism disorders

2 鐵死亡及其分子機制

早在2012年，Stockwell 團隊就將這種新型調(diào)節(jié)性細(xì)胞死亡（regulated cell death，RCD）定義為鐵死亡（ferroptosis），這一定義與其他類型的RCD完全不同（表2）。死亡細(xì)胞的細(xì)胞核結(jié)構(gòu)完整性得到了保留。核凝聚或染色質(zhì)邊緣化通常出現(xiàn)在細(xì)胞凋亡、壞死和自噬中，但在鐵死亡中不存在［18］。電鏡下，鐵死亡導(dǎo)致細(xì)胞死亡，線粒體萎縮，線粒體膜密度增加，線粒體嵴消失［19-20］。抑制凋亡、壞死和自噬途徑中的關(guān)鍵分子并不能阻止這一過程，而選擇的抗氧化劑和鐵螯合劑可以顯著緩解這種新的RCD［18］。

表2 鐵死亡、凋亡和壞死性凋亡之間的區(qū)別Table 2 Differences among ferroptosis，apoptosis and necroptosis

隨著人們對鐵死亡的關(guān)注不斷深入，其分子機制也被深入研究。本文列出了一些分子途徑，這些途徑現(xiàn)已被具體證明與鐵死亡有關(guān)。

2.1 System Xc-—谷胱甘肽（glutathione，GSH）合成—glutathione peroxidase 4（GPX4）經(jīng)典鐵死亡機制

System Xc-是Na+依賴的半胱氨酸?谷氨酸反向轉(zhuǎn)運體，位于細(xì)胞膜上。它將細(xì)胞內(nèi)的谷氨酸輸出到細(xì)胞外空間，同時將胱氨酸輸入到細(xì)胞質(zhì)，隨后胱氨酸轉(zhuǎn)化為半胱氨酸，合成GSH。GPX4 催化GSH 與脂質(zhì)?過氧化氫的反應(yīng)，以防止ROS 的產(chǎn)生，支持細(xì)胞能夠?qū)寡趸瘧?yīng)激。System Xc-獨立于ATP，是由高濃度的細(xì)胞內(nèi)谷氨酸鹽驅(qū)動的。因此，它對細(xì)胞外谷氨酸濃度特別敏感。在腦外傷背景下，細(xì)胞外谷氨酸水平的升高抑制了System Xc?運輸系統(tǒng)，從而觸發(fā)了鐵死亡［21］。最近研究表明，直接抑制System Xc?可以通過降低半胱氨酸攝取從而誘導(dǎo)細(xì)胞死亡，進而導(dǎo)致谷胱甘肽消耗，并最終損害細(xì)胞抵抗氧化應(yīng)激的能力［20］。

腦外傷后谷胱甘肽耗竭在一些實驗病例中可見，通常會導(dǎo)致繼發(fā)性損傷［22-23］。其他一些研究也支持谷胱甘肽減少與鐵死亡有關(guān)。一類誘導(dǎo)鐵死亡的化合物（first?class ferroptosis?inducing com?pound，F(xiàn)IN），如多樣藥理學(xué)的抑制劑?2（diverse pharmacological inhibitor?2，DPI2）和buthionine sulf?oxine（BSO），可以消耗90%的細(xì)胞谷胱甘肽，并可誘導(dǎo)細(xì)胞鐵死亡［24-25］。

GPX4 是GPX 家族的一個成員，比家族中其他亞體更密切地參與鐵死亡。GPX4與谷胱甘肽一起將游離過氧化氫（H2O2）或有機過氧化氫（ROOH）還原成水或相應(yīng)的醇。與此同時，谷胱甘肽被轉(zhuǎn)化為氧化的對應(yīng)物——谷胱甘肽二硫鍵（L?glutathione oxidized，GSSG）。BSO 誘導(dǎo)的谷胱甘肽消耗使GPX4失活，從而提高脂質(zhì)中的ROS水平，同時伴隨NADPH 和溶血磷脂酰膽堿（一種產(chǎn)脂ROS 的指標(biāo)）的氧化增加。抑制GPX4活性而無任何GSH缺乏也會導(dǎo)致鐵死亡。

2.2 鐵依賴的脂質(zhì)過氧化機制

鐵死亡的典型特征是鐵依賴的脂質(zhì)過氧化引起的細(xì)胞死亡，這可以通過鐵螯合物和脂質(zhì)抗氧化劑來改善，脂質(zhì)過氧化的罪魁禍?zhǔn)淄ǔ１徽J(rèn)為是ROS。ROS 可與細(xì)胞膜上的PUFA 發(fā)生反應(yīng)，誘導(dǎo)脂質(zhì)過氧化。然而，ROS 誘導(dǎo)鐵死亡的具體機制尚不清楚。一些促進細(xì)胞內(nèi)和線粒體ROS 產(chǎn)生的化合物不能促進鐵依賴的細(xì)胞死亡，而ROS的大量產(chǎn)生也被認(rèn)為與其他類型的調(diào)節(jié)細(xì)胞死亡（壞死、凋亡等）有關(guān)［20，26］。是否任何類型的致死性脂質(zhì)過氧化反應(yīng)都可被歸為鐵死亡，還是只有特定類型的致死性脂質(zhì)過氧化反應(yīng)才可被歸為鐵死亡，這是一個有待解決的問題。因此，了解參與鐵死亡的特定脂質(zhì)及其前體是非常重要的。

2.3 磷酸化酶激酶G2調(diào)節(jié)鐵納入的機制

磷酸化酶激酶（phosphorylase kinase，PHK）G2可以誘導(dǎo)糖原釋放葡萄糖?1?磷酸，在鐵死亡中發(fā)揮重要作用。PHKG2 是PHK 的肝臟和睪丸亞型，而PHKG1 主要存在于肌肉中。PHKG2 突變與糖原儲存疾病、肝硬化和人類1 型糖尿病相關(guān)的并發(fā)癥相關(guān)［27-28］。

在細(xì)胞中沉默PHKG2可以降低鐵的利用率，從而抑制脂質(zhì)氧化。迄今為止，PHKG2 已被初步提出，通過其對鐵含量的調(diào)節(jié)功能可以調(diào)節(jié)Erastin的敏感性。從本質(zhì)上講，鐵死亡的調(diào)控是通過PHKG2誘導(dǎo)的鐵利用率來調(diào)控的。然而，PHKG2調(diào)控胞質(zhì)鐵水平以影響鐵死亡的方式仍有待驗證。一種假設(shè)是，這可能是由于PHKG2 與最近報道的p53 的非典型功能之間的聯(lián)系。p53 的抑癌功能包括細(xì)胞周期阻滯、凋亡、衰老和新近發(fā)現(xiàn)的鐵死亡的激活［29-30］。后者由于其抑制胱氨酸?陽離子氨基酸轉(zhuǎn)運成員11（recombinant solute carrier family 7，mem?ber 11，SLC7A11）的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，導(dǎo)致細(xì)胞半胱氨酸水平降低，谷胱甘肽減少，從而誘導(dǎo)鐵死亡。本質(zhì)上，乙酰化缺陷型p53突變體的失活抑制了SLC7A11的轉(zhuǎn)錄，從而促進ROS，導(dǎo)致癌細(xì)胞的鐵死亡和細(xì)胞死亡。此外，谷氨酰胺酶2（glutaminase 2，GLS2），一種p53調(diào)控的谷氨酰胺酶，參與了谷氨酰胺溶解?鐵死亡的關(guān)系。因此，兩種不同的表型特征明確證實了p53 在鐵死亡中的主要功能。但值得注意的是，Jennis等［29］發(fā)現(xiàn)了一種p53變體，該變體表現(xiàn)出抑制SLC7A11 或轉(zhuǎn)激活GLS2 的能力受損，無法誘導(dǎo)鐵死亡。p53 的分子機制調(diào)節(jié)鐵死亡最近在一份報告中［31］，證明了亞精胺和精胺N1?acetyltransferase 1（SAT1，一個p53 的靶基因）提高了ALOX15 的表達。此外，在腫瘤樣本中發(fā)現(xiàn)SAT1 水平較低，其敲低可以顯著抑制p53 誘導(dǎo)的鐵死亡。由此得出，SAT1 與ROS 可以協(xié)同促進脂質(zhì)過氧化，進而導(dǎo)致鐵死亡進程。然而，p53 的表達被抑制后，其經(jīng)典的促癌細(xì)胞死亡的功能也受到抑制。

3 鐵死亡在顱腦外傷中的作用

創(chuàng)傷性腦損傷包括原發(fā)性和繼發(fā)性損傷。原發(fā)性損傷是指由外力引起的頭部損傷?？稍斐善べ|(zhì)或皮質(zhì)下挫傷和撕裂傷、顱內(nèi)出血（蛛網(wǎng)膜下腔出血或硬腦膜下血腫）和血腦屏障破裂。彌漫性軸索損傷（diffusion axonal injury，DAI）是TBI的標(biāo)志性損傷，是一些TBI長期并發(fā)癥的主要原因，可能是神經(jīng)炎癥和神經(jīng)退行性變的交互結(jié)果［32］。

研究報道，TBI 后的顱內(nèi)出血導(dǎo)致鐵釋放可表現(xiàn)為腦內(nèi)鐵沉積。在創(chuàng)傷性腦損傷患者中，小膠質(zhì)細(xì)胞被激活釋放出有毒物質(zhì)，如促炎細(xì)胞因子白介素（interleukin?6，IL?6）和腫瘤壞死因子α（tumor ne?crosis factor?α，TNF?α），補體蛋白和蛋白酶，導(dǎo)致腦損傷。與此同時，血腦屏障被破壞，使中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等進一步浸潤到腦組織［33］。一方面，它們參與細(xì)胞自噬，分泌抗炎因子，增強對受損細(xì)胞的清除，減少細(xì)胞降解引起的毒性作用。同時，這可以促進細(xì)胞修復(fù)，恢復(fù)神經(jīng)可塑性［34］。另一方面，它會產(chǎn)生更多的毒性自由基和活性氧，如超氧自由基和一氧化氮，導(dǎo)致患者認(rèn)知功能障礙、腦水腫等危害。隨著ROS 的產(chǎn)生，這會導(dǎo)致線粒體呼吸減少、脂質(zhì)過氧化、蛋白質(zhì)和酶氧化功能障礙，從而導(dǎo)致神經(jīng)元損傷［35］。細(xì)胞外谷氨酸毒性的增加和谷氨酸N?甲基?D?天冬氨酸（N?methyl?D?aspartic acid receptor，NMDA）和α?氨基?3?羥基?5?甲基?4?異惡唑丙酸［36］受體的過度刺激可影響鈣的攝入，導(dǎo)致神經(jīng)元損傷和細(xì)胞死亡。TBI患者皮層和海馬的細(xì)胞外谷氨酸含量增加，而谷氨酸轉(zhuǎn)運體含量降低。同時可導(dǎo)致線粒體功能障礙，自由基產(chǎn)生過多，激活caspase信號通路，促進細(xì)胞凋亡。可以發(fā)現(xiàn)線粒體斷裂、鐵沉積和脂質(zhì)ROS積累，這些都是鐵死亡的特征［37］。

4 腦外傷后的腦組織水腫

顱腦外傷后的腦水腫是指創(chuàng)傷引起的一系列反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外水分過多。它是腦外傷患者的主要并發(fā)癥之一。同時，由于顱骨致密，導(dǎo)致顱內(nèi)壓（intracranial pressure，ICP）升高，進一步導(dǎo)致了TBI 的不良后果。大約50%的TBI 患者死于腦水腫及其相關(guān)病變［38-39］。及時緩解顱腦損傷后的腦水腫有助于患者的恢復(fù)。通常，腦水腫在創(chuàng)傷性腦損傷后2～3 d達到高峰。

顱腦外傷后的腦水腫主要分為細(xì)胞毒性水腫和血管源性水腫。細(xì)胞毒性水腫是指細(xì)胞內(nèi)水增加，而腦含水量沒有改變，不會導(dǎo)致顱內(nèi)壓增加。細(xì)胞毒性水腫發(fā)生在所有細(xì)胞類型中，尤其是星形膠質(zhì)細(xì)胞，它主要導(dǎo)致腦外傷急性期細(xì)胞腫脹［40］。細(xì)胞毒性水腫的發(fā)生可能與水通道蛋白4（aquapo?rin 4，AQP4）有關(guān)，這是一種廣泛存在于腦星形膠質(zhì)細(xì)胞中的雙向水通道蛋白。降低AQP4表達已被證明可以減少TBI 水腫的形成［41］。IL?1β和TNF?α以及核因子?κB（NF?κB）都是細(xì)胞促炎因子。TBI誘導(dǎo)其上調(diào)，與AQP4 表達增加有關(guān)［42-43］，他們也參與了鐵死亡。鐵死亡的抑制劑Fer?1 進一步降低IL?1β、TNF?α和血腦屏障破壞的水平，從而減少腦水腫［44］。同時，顱腦外傷會破壞氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)的平衡，也會導(dǎo)致腦水腫［45］。GPX4 是鐵死亡的主要上游調(diào)控因子，它的減少增加了ROS 的產(chǎn)生。GPX4的過表達可減弱TBI動物模型中的腦水腫和血腦屏障破壞［44］?；ㄉ南┧岬萈UFA 會增加ROS 的含量，導(dǎo)致鐵死亡。腦內(nèi)花生四烯酸和PUFA 的增加導(dǎo)致水和鈉的增加，而鉀和ATP 依賴的Na+/K+泵的減少，導(dǎo)致腦水腫［46］。

血管源性水腫是血腦屏障破裂，導(dǎo)致液體外溢和血管內(nèi)蛋白（如白蛋白）進入腦實質(zhì)。水向腦實質(zhì)的流動形成一個通透性梯度。血管源性水腫的最大特征是血腦屏障的創(chuàng)傷性開放，腦組織中水分含量增加導(dǎo)致腦組織腫脹和顱內(nèi)壓增加。鐵死亡可能與血管源性水腫有關(guān)，F(xiàn)er?1 和GPX4 過表達均可減少血腦屏障破壞，緩解血管源性水腫［44］。也有一些因素導(dǎo)致血管源性水腫?；|(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）可以降解多種細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，包括組成血腦屏障的緊密連接蛋白。血管內(nèi)皮生長因子A（vascular endothelial growth fac?tor，VEGF?A）有助于血管生成，增加微血管通透性，還具有增加腦內(nèi)皮細(xì)胞通透性的能力。研究發(fā)現(xiàn)，MMP?2、MMP?3、MMP?9 和VEGF?A 在TBI 后升高，導(dǎo)致血腦屏障急性損傷，導(dǎo)致血管源性水腫［47-48］。

5 腦外傷后的認(rèn)知障礙

認(rèn)知功能障礙主要表現(xiàn)為意識障礙、記憶障礙、注意缺陷和學(xué)習(xí)加工障礙［49］。創(chuàng)傷后認(rèn)知障礙會嚴(yán)重影響生活質(zhì)量。目前還沒有明確的理論表明認(rèn)知功能障礙的原因，但一些研究推測它與鐵死亡、軸索損傷（DAI）、神經(jīng)元缺陷和腦屏障紊亂有關(guān)。TBI 患者GSH 下降以及鐵含量沉積，可能與認(rèn)知障礙有關(guān)。在TBI 動物模型的腦室中給予Fer?1可顯著減少鐵沉積和神經(jīng)元變性，并改善認(rèn)知功能，因此鐵死亡可能參與了認(rèn)知障礙的過程［50］。許多研究表明，頭部損傷是AD 的一個危險因素［51］。AD 患者最大的特點是認(rèn)知功能障礙，AD 的神經(jīng)元缺陷，特別是伴隨鐵死亡增加的海馬神經(jīng)元損傷，這意味著Nrf2/GPX4信號通路的激活，可能也是腦外傷患者認(rèn)知功能障礙的原因。與此同時，AD的動物模型表明，大腦屏障損傷在AD患者早期發(fā)生［52］。因此，腦外傷患者BBB的損傷也可能是認(rèn)知功能障礙的原因之一。DAI 常發(fā)生在腦外傷后，其特征是意識喪失和大腦半球、小腦和腦干的廣泛軸突損傷。TBI后，大腦的白質(zhì)軸突更容易受到損傷，頭部創(chuàng)傷對白質(zhì)軸突產(chǎn)生的剪切力可能導(dǎo)致其斷裂，從而中斷運輸，引起腫脹等病理變化。研究表明，在TBI患者中，腦內(nèi)軸突畸形在損傷后持續(xù)數(shù)年，DAI可能誘發(fā)長期進行性神經(jīng)退行性過程。

6 腦外傷后癲癇（post?traumatic epilepsy，PTE）

PTE是指因頭部外傷導(dǎo)致的腦外傷后至少1周發(fā)作多次的癲癇。PTE的特征是反復(fù)發(fā)作的癲癇癥狀，臨床表現(xiàn)多樣，持續(xù)時間從幾周到幾個月不等。PTE 通常是由顳葉或額葉引起的局部相關(guān)癲癇?？蛇M一步加重TBI 引起的記憶和認(rèn)知障礙、睡眠障礙、抑郁等癥狀。因此，及時診斷和治療PTE是必要的，這有助于提高患者的生活質(zhì)量。

PTE的發(fā)生可能與腦外傷引起的BBB損害和顱內(nèi)出血有關(guān)。紅細(xì)胞和血液成分的滲透造成溶血和血紅蛋白分解，導(dǎo)致游離鐵和富含鐵的化合物如血紅素的積累。已有研究表明金屬可以刺激癲癇的發(fā)作。鐵和亞鐵離子引發(fā)炎癥反應(yīng)，并增強自由基的產(chǎn)生和線粒體碎片化。氧化應(yīng)激導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化，導(dǎo)致脂質(zhì)損傷，從而促進癲癇。將FeCl3注射到小鼠體內(nèi)可以構(gòu)建癲癇模型。在腦外傷癲癇模型中，參與鐵死亡的轉(zhuǎn)錄因子Nrf2 顯著降低，從而促進各種抗氧化、抗炎和神經(jīng)保護蛋白的表達。NMDA 受體介導(dǎo)的谷氨酸興奮性毒性、ROS 形成和隨后的脂質(zhì)過氧化以及神經(jīng)元細(xì)胞死亡都可能加劇腦缺血。進一步去極化導(dǎo)致更低的癲癇發(fā)作閾值，從而誘發(fā)癲癇［53］。

7 腦外傷后腦積水（posttraumatic hydrocephalus，PTH）

腦積水主要發(fā)生在腦外傷后3 個月內(nèi)，并不是所有的腦外傷患者都會出現(xiàn)PTH，這與患者的年齡、腦外傷致殘程度、意識障礙和反復(fù)手術(shù)有關(guān)。PTH 的病因可能與腦外傷后顱內(nèi)出血和炎癥介質(zhì)粘連有關(guān)，這些炎癥介質(zhì)影響腦脊液（cerebral spi?nal fluid，CSF）的流出和吸收。PTH的發(fā)生也可能與大腦中的鐵過量有關(guān)。一項研究發(fā)現(xiàn)，在狗的枕大池注射紅細(xì)胞會導(dǎo)致鐵含量增加，并形成腦積水［54］。另一項研究表明，蛛網(wǎng)膜下腔出血（subarachnoid hem?orrhage，SAH）患者腦脊液中的鐵和鐵蛋白水平顯著升高。

腦外傷后并發(fā)SAH 的患者更有可能發(fā)展成PTH，其風(fēng)險是其他類型腦外傷患者的3 倍。鐵蛋白的增加可能與蛛網(wǎng)膜下腔較強的炎癥反應(yīng)有關(guān)，導(dǎo)致炎癥細(xì)胞的增加和炎癥細(xì)胞因子促進鐵蛋白的合成。同時，動物模型顯示，注射血紅蛋白可導(dǎo)致血紅素加氧酶活性增加，加速血紅素代謝［55］，增加紅細(xì)胞溶解，導(dǎo)致腦內(nèi)鐵過量。鐵螯合劑去鐵胺（deferrioxamine，DFO）可上調(diào)HO?1，從而減輕TBI引起的腦室擴張導(dǎo)致急性腦積水。DFO 可以濃度依賴性的方式結(jié)合并去除鐵蛋白中的鐵，并從飽和轉(zhuǎn)鐵蛋白中去除大約10%～15%的鐵，但沒有從血紅蛋白中去除鐵［56］。脂質(zhì)過氧化增加可導(dǎo)致血管改變，也可引起腦積水。外傷后癲癇表現(xiàn)為正常壓力腦積水（normal pressure hydrocephalus，NPH）。其典型癥狀為認(rèn)知功能障礙、尿功能障礙和步態(tài)改變。也可表現(xiàn)為肥厚性腦積水伴ICP升高，表現(xiàn)為頭痛、惡心、嘔吐、視乳頭水腫、局灶性神經(jīng)功能障礙等。由于TBI的癥狀與PTH的癥狀更一致，診斷差異很大，大部分患者難以檢測，發(fā)病率在0.7%～51.4%之間。PTH 的顯像有時表現(xiàn)為急性梗阻性腦積水伴腦室系統(tǒng)擴大，特別是在側(cè)腦室前角；側(cè)腦室周圍明顯的間質(zhì)水腫帶，特別是在額角；腦室的擴大大于腦池；腦回?zé)o萎縮，溝無增寬。額角指數(shù)是同一軸向CT 切片中額角最大寬度與大腦最大寬度的比值。據(jù)報道，比率大于0.3表明腦室增大［57］。

8 腦外傷后的鐵含量測量

由于磁共振（magnetic resonance imaging，MRI）技術(shù)的發(fā)展，每年都有更多的新方法被引入。其中一些已經(jīng)存在了幾十年，但由于其功能尚未完全被發(fā)現(xiàn)，且通常需要特殊的操作和計算。因此，仍然被認(rèn)為是先進的技術(shù)。

由于鐵含量超載在TBI 病理中起作用，磁場相關(guān)MR成像對非血紅素鐵的存在敏感［58-59］，一些MR成像技術(shù)可以更好地檢測和評估鐵沉積與TBI患者之間的相關(guān)性。

通過MRI方法如磁場相關(guān)性（magnetic field cor?relation，MFC）和磁敏感加權(quán)成像（susceptibility weighted imaging，SWI）［59-60］可以記錄患者雙大腦特定區(qū)域的鐵含量積累。MFC 是MRI 的成像度量指標(biāo)，其定量值為均勻磁場（magnetic field in homoge?neous，MFI）。MFI的值根據(jù)不同組織在MRI中的磁靈敏度不同以及宏微觀組織結(jié)構(gòu)的不同而不同。富含鐵的細(xì)胞的MFC值增加。因此，MFC在MRI中可以作為鐵的生物標(biāo)志物。已有研究表明，在TBI患者的丘腦、球狀蒼白球和深部灰質(zhì)中MFC值顯著升高，提示鐵參與了TBI 形成過程中的白質(zhì)和皮質(zhì)下灰質(zhì)損傷［59］。SWI對腦組織鐵和血氧飽和度的變化特別敏感，可以顯示不同組織的磁化率變化。研究表明，SWI 可以檢測PD 患者的腦鐵水平，并確定疾病的嚴(yán)重程度［61］。對TBI患者進行的SWI顯示腦內(nèi)灰質(zhì)和皮質(zhì)下灰質(zhì)角弧度值升高［62］。彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）指標(biāo)可以反映腦損傷患者腦白質(zhì)脫髓炎的細(xì)微變化或組織顯微結(jié)構(gòu)的破壞，導(dǎo)致各向異性分?jǐn)?shù)降低，平均擴散系數(shù)增加［63］，DTI對輕度TBI的微小變化比MRI更敏感。

9 腦外傷后的鐵死亡藥物治療

目前主要有3種醫(yī)用鐵螯合劑：鐵載體螯合劑、合成螯合劑和天然螯合劑［64］。鐵載體螯合劑是從微生物中提取的低分子量化合物，最常用的藥用鐵載體是DFO。DFO 作為非轉(zhuǎn)鐵蛋白螯合劑，通過還原血紅蛋白，與Fe3+結(jié)合產(chǎn)生超氧自由基。它還作為還原劑，防止脂質(zhì)過氧化。在液體撞擊損傷模型中，DFO還可以減少腦積水的形成和HO?1的表達［56］。在腦外傷動物模型中，DFO 降低鐵和鐵蛋白水平，改善空間記憶，減少腦萎縮的可能性［65］。在顱內(nèi)出血動物模型中，DFO 對鐵誘導(dǎo)的腦水腫有有益作用［66］。N，N’?二（2?羥基芐基）乙二胺?N，N’?二乙酸鹽酸鹽（HBED）也是一種鐵螯合劑，通過血腦屏障與亞鐵結(jié)合，將其轉(zhuǎn)化為三價鐵，減輕鐵的危害。與去鐵胺相比，HBED是一種合成產(chǎn)物，對鐵有更高的親和力，不良反應(yīng)更少［66］。在動物模型中，HBED可以減少腦損傷的程度，限制腦損傷后腦功能的惡化。它可以改善運動功能和神經(jīng)功能障礙，減少皮質(zhì)損傷和氧化應(yīng)激標(biāo)志物的數(shù)量。這伴隨著腦損傷體積和海馬腫脹的顯著減少。HBED還可以降低AQP通道的表達，AQP通道參與細(xì)胞水腫，可以減少TBI后的腦水腫。二甲胺四環(huán)素是一種高親脂性化合物，是一種容易通過血腦屏障的鐵螯合劑。與DFO 相比，它在減少鐵誘導(dǎo)損傷方面具有更高的活性［67］。在創(chuàng)傷性腦損傷動物模型中，二甲胺四環(huán)素可降低鐵超載、神經(jīng)元死亡和血清鐵水平。它通過抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的激活和炎癥反應(yīng)來提供神經(jīng)保護，并減輕腦出血后鐵誘導(dǎo)的腦水腫和血腦屏障損傷。臨床試驗也表明二甲胺四環(huán)素對出血和腦外傷患者的預(yù)后有影響。

Fer?1是一種特異性鐵死亡抑制劑，可減少亨廷頓病、急性腦損傷等模型的細(xì)胞死亡［68］。已有研究表明，F(xiàn)er?1 不僅能減少腦外傷動物模型中的鐵聚集和神經(jīng)元死亡，而且還能改善腦外傷誘導(dǎo)的認(rèn)知和運動功能缺陷。此外，還有一些中藥可能在TBI 的治療中發(fā)揮作用。黃芩素是一種黃酮類化合物，在許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病中具有神經(jīng)保護作用［69］。在FeCl3誘導(dǎo)的PTE 動物模型中，它通過抑制12/15?LOX 和防止脂質(zhì)過氧化發(fā)揮神經(jīng)保護作用，從而在一定程度上抑制鐵死亡［70］。

10 結(jié)論

鐵死亡是一種新的細(xì)胞死亡形式，在TBI 的發(fā)病機制中起著越來越重要的作用。當(dāng)鐵的積累和脂質(zhì)過氧化被激活時，細(xì)胞發(fā)生鐵死亡。然而，我們對創(chuàng)傷性腦損傷的這些過程仍處于早期階段。因此，探討鐵與腦外傷原發(fā)性和繼發(fā)性后果的關(guān)系十分必要。對于TBI中鐵死亡對臨床表現(xiàn)的具體調(diào)控機制以及鐵在ROS生成和神經(jīng)毒性中的作用，還需要進一步研究。目前，由于對腎臟和心臟的毒性，鐵螯合劑僅用于實驗。鐵螯合治療在腦外傷患者中的臨床應(yīng)用及遠(yuǎn)期預(yù)后也值得進一步研究。