作者：贵州医科大学附属兴义市人民医院神经外科（李东阳、王忠安）；贵州医科大学附属第一人民医院神经外科（杨华）

据世界卫生组织统计，全球每年新增颅脑损伤（traumatic brain injury，TBI）约1 000 万例，其中20% ~30%为中重度TBI（moderate-to-severe TBI，msTBI），格拉斯哥昏迷量表（Glasgow Coma Scale，GCS）评分在3~12分。msTBI 患者6 个月死亡率高达30%~40%，幸存者中也约50%会遗留永久性神经功能障碍，包括执行功能缺损、情绪调节障碍、运动协调能力丧失等。因此，早期精准评估msTBI 患者预后具有重要临床意义。

当前主要采取临床评分系统[包括GCS、格拉斯哥预后量表扩展版（Glasgow Outcome Scale-Extended，GOSE）等]和神经影像技术（包括CT、MRI 等）进行评估，但这些方法均存在一定的局限性。因此，探索新型生物标志物是当下研究热点。

近年来随着超敏检测技术的突破，血清生物标志物在msTBI 预后中展现出较高的预测价值，例如特定标志物可精准映射损伤的分子机制、通过连续静脉采血构建生物标志物浓度时间曲线、床旁快速检测设备在15 min 内完成生物标志物定量分析等。因此，本文将从血清生物标志物分类、检测技术创新与预测模型优化、挑战与转化医学瓶颈等方面展开，就血清生物标志物预测msTBI 预后的研究进展作一综述。

1. 血清生物标志物分类

1.1 神经元特异性标志物

它是一类仅在神经元内高表达且与神经元损伤程度呈正相关的生物标志物，主要包括神经丝轻链蛋白（neurofilament light chain，NfL）、泛素羧基末端水解酶-L1（ubiquitin C-terminal hydrolase-L1，UCH-L1）、微管相关蛋白T（microtubule-associated protein，Tau）等。它通过被破坏的血脑屏障（blood brain barrier，BBB）进入外周循环，其浓度变化可定量反映神经元损伤、轴突断裂或突触功能障碍的特征。

1.1.1 NfL 

NfL 是构成轴突细胞骨架的Ⅳ型中间丝蛋白亚基，通过磷酸化-去磷酸化动态调节轴突径向生长与机械稳定性。在msTBI 中，剪切力导致的轴突膜破裂引发NfL 被动外流，其血清浓度与轴突损伤范围呈正相关（r=0.68，P＜0.001）。

值得注意的是，NfL 释放具有双相性特征：（1）急性期（伤后6~72 h）快速释放源自机械性轴突断裂，半衰期约10 d；（2）亚急性期（伤后7~14 d）延迟释放与Wallerian 变性相关，峰值可预测脑白质纤维束远期萎缩程度（β=0.43，P=0.002）。

一项单中心前瞻性队列研究表明，伤后72 h 血清NfL＞182 pg/mL的患者6 个月GOSE 评分≤4 分的HR 值为4.1（95%CI：2.3~7.4），且预测执行功能障碍的AUC 达0.83。利用Simoa 技术连续检测发现，NfL 清除率＜5%的患者12个月后弥散张量成像显示胼胝体各向异性分数下降＞15%（P=0.007），提示轴突再生障碍。

1.1.2 UCH-L1 

UCH-L1 是神经元特异性去泛素化酶，负责清除错误折叠蛋白，以维持蛋白酶体稳态。在msTBI 患者中，钙超载引发的酶活性抑制导致泛素化蛋白累积，触发细胞凋亡信号，同时UCH-L1 通过被破坏的BBB 进入血液，伤后1 h 即可检测血清浓度，6~12 h 达高峰，可动态反映原发性损伤严重程度。

TRACK-TBI多中心研究显示，伤后24 h 内UCH-L1＞650 pg/mL 预测GOSE 评分≤4 分的灵敏度、特异度、阳性似然比分别为0.87、0.79、4.20；UCH-L1 与GFAP 联合检测时，UCHL1在超急性期（伤后6 h 内）的预测贡献度明显高于NfL（0.62 比0.18），展现出其在急诊分诊中的独特价值。

1.1.3 Tau 

Tau 通过稳定微管网络来维持轴突运输功能。在msTBI 患者中，Tau 的过度磷酸化可导致其从微管解离并形成神经原纤维缠结。血清总Tau 与磷酸化Tau181 比值有助于区分急性损伤期与慢性神经退行性期：在急性损伤期，总Tau 占主导，释放高峰为伤后24~48 h；在慢性神经退行期，磷酸化Tau181 持续升高，与正电子发射断层扫描显示的Tau 沉积体积呈正相关（r=0.61，P＜0.001）。

1.2 胶质细胞相关标志物

它是一类反映星形胶质细胞、小胶质细胞以及少突胶质细胞激活或损伤的生物标志物，主要包括胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）、S- 100 钙结合蛋白B（S- 100 calciumbinding protein B，S-100B）、几丁质酶3 样蛋白1（chitinase-3-like protein 1，CHI3L1）、离子钙结合适配分子1（ionized calcium binding adaptor molecule 1，Iba1）等，其动态变化可反映BBB 完整性、神经炎症强度和髓鞘修复状态。相较于神经元特异性标志物，它具有更早的释放动力学特征（部分指标在伤后30 min 即可检出），且与脑水肿、氧化应激等继发性损伤进程密切相关。

1.2.1 GFAP 

GFAP 是星形胶质细胞中间丝的核心组分，通过调控细胞形态可塑性参与BBB 修复与胶质瘢痕形成。在msTBI 患者中，机械应力导致星形胶质细胞细胞末端脱离微血管基底膜，促使GFAP 裂解片段释放入血，其释放呈三阶段模式：（1）超急性期（伤后1 h 内）源自机械性细胞膜破裂，血清GFAP 裂解片段水平与冲击加速度呈线性相关（β=0.52，P=0.004）；（2）急性期（伤后6~72 h）血清GFAP 裂解片段的释放是由钙依赖性胱天蛋白酶介导的细胞凋亡，峰值与脑实质内出血体积呈正相关（r=0.71，P＜0.001）；（3）亚急性期（伤后7~14 d）GFAP 持续升高，提示反应性胶质过度增生，有远期癫痫风险（HR=2.9，95%CI：1.6~5.3）。

1.2.2 S-100B 

S-100B 由星形胶质细胞和少突胶质细胞分泌，通过晚期糖基化终产物受体激活促炎信号通路。尽管血清S-100B 水平在伤后1 h 即可升高（早于GFAP），但也存在明显颅外干扰、呈非线性剂量效应（＞2 000 pg/mL 时出现平台效应，无法区分重度与极重度）等局限性。

1.2.3 其他新型标志物

CHI3L1 由活化星形胶质细胞分泌，通过白细胞介素（interleukin，IL）-13 受体介导神经炎症放大效应。PROTECT-TBI 研究发现，伤后72h 患者血清CHI3L1＞150 ng/mL 与6 个月蒙特利尔认知评估量表评分下降＞5 分有关（OR=3.8，95%CI：2.1~6.9）。现行酶联免疫吸附试验（enzyme linked immunosorbent assay，ELISA）试剂盒对糖基化变体的识别率仅60%，可能低估实际浓度。Iba1 表达于激活的小胶质细胞伪足，其血清水平可量化评估神经炎症强度。伤后5 d 内Iba1＞400 ng/mL 的患者，3 个月后血清NfL 持续升高的风险增加4.2 倍（P=0.002）；此外，Iba1 在循环中易与补体C3b 共沉淀，检测时需要添加乙二胺四乙酸/肝素双抗凝剂。

1.3 少突胶质细胞标志物

髓鞘碱性蛋白（myelin basic protein，MBP）是一种少突胶质细胞标志物，能维持髓鞘结构的稳定，其血清水平反映急性脱髓鞘损伤程度。在弥漫性轴索损伤患者中，MBP＞4 ng/mL 预测脑白质束完整性破坏的灵敏度达0.94，但也存在释放延迟性，MBP 峰值出现在伤后48~72 h，滞后于UCH-L1 等神经元特异性标志物；在髓鞘再生过程，可出现MBP 二次升高，但需要结合弥散张量成像结果鉴别急性损伤与慢性损伤。

1.4 炎症与代谢标志物

通过量化神经炎症和能量代谢失衡水平，为msTBI 的继发性损伤程度提供关键分子证据，其水平失衡受到损伤微环境氧化还原状态的调控，且与线粒体自噬、胶质-免疫细胞交互等病理过程有关。炎症与代谢标志物主要包括高迁移率族蛋白B1（high mobility group protein B1，HMGB1）、线粒体DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）、IL 等。

1.4.1 HMGB1 

HMGB1 是损伤相关分子模式的核心成员，定位于细胞核，能够有效地维持DNA 结构的稳定性。msTBI 导致的细胞膜破裂或主动分泌（经Toll 样受体4/活性氧轴激活），使得HMGB1 释放至细胞外，启动级联炎症反应，进而促进IL- 1β、IL- 18 释放。

CANTON-TBI研究表明，患者伤后72 h的HMGB1＞8.7 ng/mL与6 个月感染风险有关（OR=3.2，95%CI：1.9~5.4），而持续升高（＞5 d）提示BBB 修复延迟（β=0.51，P=0.008）。然而，循环中HMGB1 存在氧化还原依赖性异构体（二硫键型/全还原型），常规ELISA 检测无法区分其病理活性形式，可能导致浓度-效应关系失真。

1.4.2 mtDNA 

mtDNA 作为线粒体应激信号分子，其血浆水平反映能量代谢损伤程度。钙超载诱导线粒体通透性转换孔开放，mtDNA 通过电压依赖性阴离子通道进入细胞质，激活环鸟苷酸-腺苷酸合成酶-干扰素基因刺激蛋白信号通路，使干扰素- γ 水平升高4.5倍。一项前瞻性队列研究证实，伤后48 h 的mtDNA 清除率＜40%提示3 个月后蒙特利尔认知评估量表评分≤22 分的HR 值及95%CI 为4.1（2.3~7.2），其预测效能优于S-100B；且定量PCR 检测易受核DNA 污染（循环阈值偏移＞2），需利用ddPCR 技术提升特异度（变异系数＜5%）。

1.4.3 IL

IL-6 通过反式信号通路促进星形胶质细胞瘢痕形成，但过度升高（＞50 pg/mL）会抑制少突胶质前体细胞分化（分化率下降67%，P=0.003）。IL-1β是小胶质细胞M1 极化标志物，伤后24 h 的IL-1β水平与脑组织氧分压呈负相关（r=-0.63，P＜0.001）。SYNAPSE-TBI 研究表明，IL-6 与IL-10 比值＞2.5 预测恶性脑水肿的AUC 为0.81，较单一指标提升23%。

1.5 代谢标志物

研究表明，乳酸与丙酮酸比值＞25持续6 h 以上提示三羧酸循环阻滞，与脑组织酸中毒（pH＜7）显著相关（κ=0.69）；该比值＞40 的患者1 年后脑白质纤维束各向异性分数下降＞20%的风险增加5.8倍（P=0.001）。

2. 检测技术创新与预测模型优化

2.1 超敏检测平台的迭代路径

2.1.1 Simoa 技术突破

基于微孔单分子计数原理，Simoa技术将GFAP、NfL 等低丰度标志物的检测限从传统ELISA 的10 pg/mL 降至0.1 pg/mL（变异系数＜8%），实现损伤信号的超早期捕获。

2.1.2 微流控芯片的床旁转化

集成纳米酶催化与电化学传感的微流控系统可在12 min 内完成UCH-L1、S-100B 及IL-6 三联检测，与中心实验室检测结果的组内相关系数为0.93（95%CI：0.88~0.96），且全血样本无需进行离心预处理，单次检测成本＜15 美元，适用于战地医疗及基层医院场景。

2.1.3 电化学发光-质谱联用

电化学发光初筛与靶向质谱验证的双模态策略能有效解决HMGB1 异构体的交叉反应问题，对活性型HMGB1（二硫键型）的识别率从ELISA 的35% 提升至89% ；单次进样可同步分析12 种炎症标志物，线性范围跨越5 个数量级（1 pg/mL~100 μg/mL）。

2.2 预测模型的算法革新

2.2.1 多标志物动态轨迹建模

基于拉格朗日插值法构建浓度-时间曲线，进而提取关键动力学参数。研究表明，NfL 达峰时间＜48 h 联合72 h 内血清水平＞3 000 pg/mL 预测轴突继发损伤的灵敏度为0.91，AUC为0.88；而且每小时GFAP 清除率＜-0.3 pg/mL 提示脑水肿可控，可减少20%的渗透治疗过度使用。

2.2.2 机器学习驱动的特征

优选伤后4 个时点的GFAP、mtDNA 及临床变量（年龄、GCS 评分）预测6 个月GOSE 评分≤4 分的准确度为0.924，关键特征贡献度从高到低为GFAP 斜率（0.41）、年龄（0.23）、mtDNA（0.18）。

2.2.3 因果推断模型构建

通过结构方程模型解析血清生物标志物-预后终点的因果路径，HMGB1 升高后可通过上调IL-6（β=0.62，P＜0.001）间接导致BBB 破坏，标准化总效应值为0.78，提示抗HMGB1 治疗的潜在靶点；校正年龄与损伤机制后，NfL 对脑白质萎缩的直接效应值仍达0.54（P=0.008）。

2.3 技术-模型整合的临床挑战

当前相关技术与模型之间的整合仍存在一些问题，包括标准化滞后（不同平台之间GFAP 检测值差异高达3.1 倍）、计算的复杂性（深度学习模型的黑箱特性会阻碍临床样本纳入）、实时性瓶颈（现有床旁设备无法同步处理5 种以上的血清生物标志物）等。

3. 挑战与转化医学瓶颈

3.1 生物学复杂性

3.1.1 损伤机制依赖性

msTBI 的致伤模式为加速-减速伤、穿透伤。在加速-减速伤模式下，剪切力导致轴突断裂，NfL 峰值延迟至伤后7~10 d（β=0.51，P=0.003）；在穿透伤模式下，局部血管破裂引发HMGB1 超早期（＜1 h）释放，血清水平较闭合性损伤高3.2 倍（P＜0.001）。该异质性导致现有阈值模型对穿透伤的误判率高达41%，因此需要开发损伤类型自适应算法。

3.1.2 神经可塑性干扰

老年患者因突触修剪能力下降，神经元特异性标志物基线水平较青年患者升高1.8倍（P=0.010），但胶质细胞相关标志物受神经炎症慢性化影响，动态范围缩小30%。传统线性校正模型（如NfL 阈值=80+0.8×年龄）无法充分反映非线性衰老效应，需要引入机器学习年龄补偿模块。

3.2 技术标准化缺失

3.2.1 处理流程不统一

在抗凝剂选择方面，肝素血浆与乙二胺四乙酸血浆中S-100B 浓度差异达22%（变异系数=18%），仅29%的研究注明抗凝类型。在溶血干扰方面，血红蛋白＞0.2 g/L 使UCH-L1 检测值假性升高35%，因此需要推广溶血指数实时校正技术。

3.2.2 检测平台互操作性差

INTRAC-TBI 研究显示，不同Simoa 平台之间GFAP 检测值差异达2.3 倍（P＜0.001），而ELISA 试剂盒批次导致的变异系数＞15%，进一步加剧了数据碎片化。

3.3 转化医学鸿沟

3.3.1 床旁检测技术不成熟

现有微流控设备仅支持3 种生物标志物的同步检测，而且检测限不足以识别亚临床损伤。笔者认为突破方向主要有以下两个，即CRISPR-Cas12a 耦合电化学传感（通过靶标激活Cas12a反式切割活性，将GFAP 检测限降至0.01 pg/mL）和纸质微流控芯片[成本＜2 美元，适用于资源有限地区，但需要解决血黏度干扰问题（变异系数＞25%）]。

3.3.2 多组学整合技术瓶颈

首先是外泌体分离效率问题，现有的超速离心法回收率仍＜30%；目前有一种新型的声波筛分技术AcouTrap，可将神经元源性外泌体捕获率提升至65%。其次是代谢组学稳定性，乳酸在-80 ℃保存3 个月后降解率达18%，因此需要开发原位冻干微胶囊稳定技术。

3.3.3 医疗体系与伦理障碍

首先是医保支付问题，当前中国国家医疗保障局与美国联邦医疗保险和医疗补助服务中心均未将血清生物标志物检测纳入TBI 疾病诊断相关分组付费体系，导致医院采纳动力不足。其次是数据共享问题，患者动态监测数据涉及隐私保护，采用区块链分布式存储可平衡数据利用和安全。

4. 小结

血清生物标志物研究正推动msTBI 预后的预测从单一标志物向多模态动态模型转型。本文通过整合分析近5 年研究结果揭示了生物标志物特性、检测技术与临床转化间的复杂关系。首先，血清生物标志物克服了GCS、CT 等传统工具的局限性，其动态释放特征通过Simoa技术等超敏检测方法实现损伤信号的超早期捕获（如GFAP 可在伤后2 h 检出，较CT 检查缩短6~8 h），为神经保护干预提供关键时间窗。其次，血清生物标志物浓度梯度与影像学损伤定位具有一致性，支持无创性空间映射。

此外，多种血清生物标志物动态变化亦可揭示病理亚型的差异，例如HMGB1 持续升高（＞5 d）与Toll样受体4 基因多态性（rs4986790）有关，提示遗传因素会影响炎症信号通路以及患者预后。通过上述论证发现，血清生物标志物正在影响着临床决策，但在临床转化方面也面临着技术-认知鸿沟。

笔者认为可以从以下3 个方面来推进临床转化：（1）开发高灵敏度、多标志物同步床旁检测技术；（2）构建跨中心动态预后模型，解析个体驱动因素；（3）推动标志物纳入国际指南并探索基于价值的支付模型。该领域目前正处于从“群体关联”向“个体预测”转型的关键期，未来5~10 年通过技术、模型与系统的协同创新，有望实现msTBI 预后评估范式变革。

来源：李东阳,王忠安,杨华.血清生物标志物预测中重度颅脑损伤预后的研究进展[J].浙江医学,2025,47(18):1998-2003.