第五节　颅脑外伤后的分子生物学机制

近年来,通过实验和临床病理学的研究对脑外伤后脑损害机制的了解已取得了很大进展,一般将脑外伤后脑损害主要分为两期:第一期为发生于外伤时的原发性损害;第二期为继发于血管和血液学的改变而引起脑血流减少,导致脑缺血和缺氧,这种缺血、缺氧性改变引起细胞化学异常,最终导致神经元细胞、胶质细胞和血管内皮细胞的死亡。另外,颅脑外伤后的继发性脑损害值得继续关注的分子生物学机制有:①外伤后缺血;②炎性介质释放;③自由基生成和脂质过氧化;④兴奋性氨基酸(EA As)大量释放引起Ca2+通道开放;⑤一氧化氮(NO);⑥细胞凋亡;⑦外伤后脑水肿等。这些机制既同时发生作用又互相关联构成连锁反应,最终导致神经细胞的死亡。

一、原发性脑损伤

Gennareli等将人类原发性脑损害的特征定义为触发和加速/减速机制。损害的触发是由于头皮撕裂、颅骨骨折、硬膜外血肿、脑挫伤和(或)脑皮质撕裂所致。相反,加速/减速性损害是由于惯性动力性作用产生的压迫和张力切变而导致脑损害,如摩托车/机动车意外、高空坠落等,以及其他原因造成的急性硬膜下血肿、弥漫性脑出血和(或)颅外、颅内血管破裂。头皮撕裂可造成显著失血,尤其是在婴幼儿和儿童。颅骨骨折可分为三类:①单纯线性骨折;②多发性压缩性骨折,不伴硬膜撕裂;③贯通性压缩性颅骨骨折,伴硬膜撕裂。颅骨骨折具有潜在颅内感染的危险,如同时合并鼻漏或耳漏则发生率增加,还可增加外伤后癫痫的发生率。脑挫伤或撕裂伤常发生于额部和颞部,由于这些部位的脑组织位于骨性隆起部位,在成人为脑回脊部,而在婴幼儿主要为皮层下白质和外层皮质。弥漫性轴突损伤又称为剪切伤,是原发性损害中最严重的程度,是对神经纤维轴突的剪切。显微镜下可见位于胼胝体和脑干背侧部局灶性损害,典型表现为早期出血,后期为神经胶质性瘢痕。显微镜下还可发现在皮层下白质和基底神经节广泛分布有轴突球和回缩后的球形改变。后期还可出现白质中小胶质细胞成串状变,并发生Walerian变性。

二、继发性损伤的发生发展

颅脑损伤后的继发性神经元损伤很大程度上决定了颅脑损伤的最终结果,继发性损伤同时包括脑外伤的内源性损害因素不断进展的过程以及损伤以后治疗期间都存在的、由外伤引起的继发性全身反应如低血压和低氧血症等对脑组织产生的再次损伤(图2-3)。

通过对脑外伤模型进行研究,已发现继发性脑损害值得继续关注的一些分子生物学机制:①外伤后缺血;②炎性介质释放;③自由基生成和脂质过氧化;④兴奋性氨基酸(EAAs)大量释放引起Ca2+通道开放;⑤一氧化氮(NO);⑥细胞凋亡;⑦外伤后脑水肿等(图2-3)。这些机制既同时发生作用又互相关联构成连锁反应,最终导致神经细胞的死亡。每类机制中都包含一系列导致和介导继发性损伤发生和发展的介质、内源性神经保护剂的修复以及神经元再生过程,但每种介质对结局的影响程度及相互作用仍不明确(图2-4)。

三、炎性细胞介质的释放

继发性脑损伤过程相当复杂,目前认为炎性细胞因子是颅脑外伤病理生理过程中的一个重要组成环节,其中有多种炎性细胞因子参与,它们相互作用、相互调节,又有着各自独特的作用。通过这些因子直接或间接的影响,使血管壁通透性增加,形成血管源性和细胞源性脑水肿,加重了继发性脑损伤。炎性细胞因子是一组调节细胞反应的具有广泛生物学活性的小分子蛋白质,作为细胞间信号传递分子,由体内多种细胞产生分泌,它既是机体应激反应的需要,又是应激组织损伤发生和发展的病理基础。近年来硏究表明,多种细胞因子如肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)、白介素(Interleukin,IL)等介导炎症反应,参与继发性脑损伤的病理生理过程。但是目前国外对急性脑创伤后细胞因子作用效应的研究有许多分歧结果。有些研究发现,在实验性TBI中用抗体或免疫抑制剂阻断细胞因子可获得良好预后。但也有报道,细胞因子基因剔除鼠或细胞因子受体基因剔除鼠在颅脑损伤后脑水肿明显加重。上述表明,细胞因子的效应具有双重性,它既可加重脑继发性损害,同时也可诱导神经修复和组织重建。其中硏究最多的是TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8、IL-10、IL-18。

1.白介素-1(Interleukin-1,IL-1)

IL-1是一个有利的炎性介质,也是炎性反应中的一个共同因子,主要来源于单核-吞噬细胞和活化的淋巴细胞,在出血和炎症的刺激下血管内皮细胞、星形细胞、小胶质细胞也可大量表达IL-1。IL-1分为IL-1α和IL-1β两种构型,与细胞膜上受体IL-R结合通过G蛋白发挥作用。Cederberg等(2010)发现颅脑损伤期患者血清中IL-1水平明显升高且与病情严重程度有显著的相关性。IL-1主要作用是:①参与T和B细胞的增殖和分化;②促进白细胞黏附于毛细血管或小血管壁并渗透至脑组织中起重要作用;③直接作用于血管内皮细胞影响其通透性而致脑水肿;④引起脑血肿周围的多核白细胞聚集和激活炎症介质,诱导黏附分子的合成与释放,加重脑水肿;⑤引起炎性反应,导致局部血管痉挛甚至血栓形成,引起的脑血肿周围脑组织缺氧可能促进脑水肿的形成;⑥诱导一氧化氮合成酶的表达,使一氧化氮合成增多,再通过刺激花生四烯酸的代谢,使氧自由基释放增加而导致血管源性脑水肿形成。另外,IL-1β是一种神经保护因子,它的升高对脑外伤的预后具有重要意义。

2.白介素-6(Interleukin-6,IL-6)

IL-6是一种多细胞来源的具有免疫调节功能,参与急性期反应等多种功能的细胞因子,在许多疾病的发生和转归中起到重要作用,中枢神经系统IL-6主要源于神经内皮细胞、有活性的星形细胞、小胶质细胞及巨噬细胞等,是一种有广泛生物活性的细胞因子。IL-6参与机体多种组织细胞的生长、分化和调节,在免疫和炎症反应中发挥重要作用,是机体-神经-内分泌网络调节的主要因子。在正常情况下,颅内IL-6仅有低水平表达,当颅脑损伤后表达明显增加,其原因可能与脑组织损伤引起的急性应激反应有关。急性应激反应后产生大量抗原,刺激免疫系统大量炎性因子浸润和激活,引起强烈的免疫应答,致单核-吞噬细胞、T细胞等激活从而产生大量的IL-6。Ott等(1994)将多种炎性因子注入实验动物的脑组织内,发现炎性因子可增加血脑屏障的通透性、引起脑水肿,阻断细胞因子信号系统或减少细胞因子的活力,脑水肿的程度减轻,这提示IL-6参与脑水肿的形成。同时高浓度的IL-6能增加内皮细胞表达细胞间黏附分子(intercellular cell adhesion molecule,ICAM),使白细胞与内皮细胞的黏附性增加而阻塞微血管,另外还能激活补体系统产生细胞毒性损伤,进而加重脑水肿的形成。研究揭示,IL-6在颅脑损伤早期就有表达,在颅脑损伤后可通过以下机制在继发性脑损伤中发挥作用:①诱导最初的炎性免疫瀑布反应,在病灶区募集大量炎性细胞,参与局部炎性反应;②诱导血管内皮细胞黏附分子表达,促进IL-2、IL-8等细胞因子合成,引起血管炎性反应;③促进氧自由基释放,致神经元死亡;④增强兴奋性氨基酸毒性作用,导致血-脑屏障破坏、通透性增加,促进脑组织继发性损伤;⑤降低脑血流量;⑥激活补体系统导致细胞损害。因此,IL-6是脑损伤炎症反应链中的一种重要炎性细胞因子。目前研究表明脑损伤后IL-6的表达受到多种因子的诱导和调节,部分细胞因子如TNF-α、IL-1等都能诱导其合成。另外IL-6的诱导表达依赖于核转录因子(nuclear factor-kappa B,NF-κB)和NF-IL6的转录作用,因此颅脑损伤后NF-κB能在转录水平上调IL-6表达,增强其促炎症反应作用。当然也有IL-6在脑缺血过程中有致炎性损伤作用的报道。最近,Chiaretti等(2008)研究发现,脑损伤后48小时内神经生长因子(nerve growth factor,NGF)和IL-6高表达,并推测IL-6的神经保护作用主要由于其能够调节NGF的合成。

3.白介素-8(Interleukin-6,IL-8)

IL-8是一种能激活中性粒细胞的趋化性细胞因子,它具有多细胞来源,单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、淋巴细胞、血管内皮细胞等经适当因子刺激后能产生IL-8。IL-8的生物学活性与炎性反应密切相关,其作用主要有激活中性粒细胞并使其产生呼吸爆发,能促进白细胞浸润、聚集、细胞黏附,释放超氧化物和溶酶体酶等,并促进脂质过氧化和细胞因子的释放失调,导致脑毛细血管内皮细胞及基底膜损害,诱发血管源性水肿的发生和神经元损伤。有临床研究发现,在脑外伤再灌注早期,脑脊液和血清中IL-8水平显著增加,IL-8产生的时间早于脑水肿形成和白细胞浸润的时间。IL-8是中性粒细胞移行、达到炎症部位的重要的趋化因子。活化的中性粒细胞自身也产生IL-8,进一步引起中性粒细胞聚集,形成炎性反应的正反馈。因此,颅脑损伤后,IL-8作为一种重要的中性粒细胞趋化因子参与了继发性脑损害,此亦是近年来研究较热的细胞因子之一。

4.白介素-10(Interleukin-10,IL-10)

IL-10是体内重要的抗炎性细胞因子,主要由淋巴细胞和单核-吞噬细胞产生,血管平滑肌细胞也可分泌IL-10,IL-10是由2类辅助类T细胞产生的强力抑炎性因子,又称为细胞因子合成抑制因子,具有多种抑制能力。IL-10可以显著下调促炎症因子的表达,并增强诱导免疫耐受作用,是重要的免疫调节因子。主要生物学作用为:抑制巨噬细胞的抗原递呈功能;抑制多种促炎细胞因子产生;抑制Th1细胞应答;促进B细胞增殖分化及抗体产生;间接抑制自然杀伤细胞活性。它的抗炎症作用已在大量的体内外及动物实验中得到证实:①可在转录水平抑制细胞因子和趋化因子的产生,也可通过调控m RNA降解在转录后水平发挥作用;②可上调体内细胞因子拮抗剂如IL-1RA及可溶性P55、P75、TNFR基因的表达,从而拮抗IL-1、TNF的促炎作用;③可通过下调环氧化酶-2(cycloxygenase-2,COX-2)的表达来抑制前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2)的产生;④还可下调脂多糖(1ipopolysaccharides,LPS)信号转导通路中介导天然免疫的受体Toll样受体的表达,从而间接减轻炎症反应;⑤可抑制NF-κB、Ras等信号转导通路,从而抑制多种相关重要炎性介质的产生;⑥可抑制单核细胞分泌多种炎症细胞因子(如IL-1、IL-2、IL-6、TNF等)。众多研究表明,血清中IL-10水平在颅脑损伤后明显升高,与伤情轻重呈正相关,认为IL-10参与了急性颅脑损伤后的炎性反应过程,并可能在继发性脑损害中起重要作用。

5.白介素-18(Interleukin-18,IL-18)

IL-18是一种主要由活化的单核-吞噬细胞产生的多效性细胞因子,作为Th1细胞分泌的因子,IL-18可与IL-2协同,促进干扰素产生,诱导Th1分化和抑制B细胞合成IgE。可诱导活化的B细胞、T细胞和自然杀伤产生干扰素,参与机体抗感染免疫,同时作为促炎细胞因子而参与炎性反应,近来研究发现,IL-18既可以调节Th1细胞分泌,又可以调节Th2细胞分泌,是体内具有双向调节作用的因子。IL-18诱导炎症早期细胞因子的产生,如TNF-α、IL-1β等,这些炎性因子又可以进一步促进外周血和细胞系中嗜酸性粒细胞对IL-18表达和释放,促进IL-8等细胞因子的表达增强。从而一方面可能通过增強免疫细胞的细胞毒作用直接引起脑损伤,另一方面亦可通过引起神经细胞炎性反应而间接导致脑损伤。研究表明,血清中IL-18含量在颅脑损伤后明显升高,与伤情轻重呈正相关,认为IL-18参与了急性颅脑损伤后的炎性反应过程,并可能在继发性脑损害中起重要作用。

6.肿瘤坏死因子-α(TNF-α)

TNF-α是一种主要由神经系统星形细胞、小胶质细胞、神经细胞等产生的炎性因子。在正常脑组织中有少量表达,主要是介导抗肿瘤及调节机体的免疫功能,对维持神经组织的正常发育和信息传递起到重要作用。但是TNF-α产生过多对中枢神经系统中具有神经毒性作用,其通过介导炎性反应,直接细胞毒性作用参与出血性脑损害的发生发展,其表达增加可加速神经元死亡。TNF-α可上调血管内皮细胞和白细胞上的黏附分子(ICA M)表达,加速活化的淋巴细胞进入脑内,加剧炎症。TNF-α还可增加兴奋性氨基酸、NO及自由基等多种神经毒性物质的生成和释放,从而对继发性脑损伤起到关键的促发作用。研究发现在颅脑外伤、炎症等应激条件下TNF-α产生增加。并发现重度颅脑损伤患者血清TNF-α水平显著升高,产生的TNF-α能导致白细胞的聚集和脑血管功能紊乱,加重脑水肿。

四、自由基生成和脂质过氧化

（一）颅脑损伤后自由基增加的原因

大量的实验证据表明,颅脑外伤后早期即已出现氧自由基的大量形成和细胞膜的脂质过氧化。最早阐明自由基在脑外伤病理中的作用,发现超氧化物阴离子在伤后立即增加。Kerman等(2012)在实验性大鼠模型中发现,颅脑损伤后丙二醛显著增加,SOD和GPx显著下降。Dohi等(2007)发现,颅脑损伤患者烷自由基显著增加。目前的研究发现,自由基增加的原因主要由于颅脑损伤后,脑血管痉挛、脑灌注不足及血肿压迫等原因导致局部或整个脑组织缺血缺氧和血液再灌注,导致自由基大量生成。其机制为:①黄嘌呤氧化酶途径:缺血状态下,钙超载导致黄嘌呤生成显著增加,促进自由基产生;②花生四烯酸途径:应激状态下,花生四烯酸从细胞膜中大量释放(膜磷脂降解),通过环氧化酶作用转化为前列腺素,促使生成超氧化物阴离子等自由基;③一氧化氮合酶途径:颅脑损伤后,缺血、缺氧和炎性反应均可诱导一氧化氮合酶的表达,造成一氧化氮过度产生,然后反应生成硝基自由基。此外,脑组织中还含有较多的过渡金属,比如铁,这些具有氧化还原活性的金属能通过金属调节的Haber-Weiss反应催化形成大量的毒性自由基。

（二）自由基参与颅脑损伤继发性损伤的相关机制

自由基较容易损伤脑组织,是由于脑组织及自由基具有如下特点:①自由基具有氧化反应特性;②神经细胞膜富含磷脂,主要是多不饱和脂肪酸,诸如二十二碳六烯酸、亚油酸及花生四烯酸等,易发生脂质过氧化反应;③中枢神经系统铁离子分布广泛,呈多区域性分布,含量较高,当p H值呈中性时,大多数铁离子通过铁蛋白储存,一旦p H值下降时,铁离子则被释放,通过Fenton反应催化自由基大量形成;④脑组织具有高氧代谢率,所利用的氧占到全身利用氧的20%,然而脑组织质量仅占全身的2%～3%,远远超过其他组织利用氧率;⑤较低的抗氧防御能力,使中枢神经系统较弱,自由基损伤修复能力差,神经细胞不能再生,脑内过氧化氢酶活性也较低。

自由基参与颅脑损伤继发性损害的可能机制包括以下几个方面:

1.直接损伤脑组织

自由基大量产生后,主要使神经细胞膜发生脂质过氧化,细胞膜通透性增加,致使钠离子内流,钙超载,细胞水肿,兴奋性递质释放,使膜上一些受体和酶失活。自由基也可损伤线粒体,使其丧失功能,线粒体损害进一步加速产生自由基,呈现链式反应,同时促使溶酶体受损及神经元死亡。

2.促使脑血管痉挛

自由基可直接损伤血管内皮,使细胞膜发生氧化损伤,引起血管调节机制紊乱,产生脑血管痉挛。它也可通过钙超载,导致花生四烯酸大量释放,加重脑血管痉挛。

3.引起继发性脑水肿

①自由基通过氧化损伤血管内皮,导致血-脑脊液屏障破坏;②破坏神经细胞膜,导致膜通透性增加,细胞内钙离子、钠离子增多,细胞肿胀;③颅脑损伤后白三烯和花生四烯酸大量释放,可使脑水肿加重。

4.介导神经细胞凋亡

自由基直接损伤DNA,改变钙离子浓度,导致钙超载,作用于凋亡相关基因导致凋亡的发生。

五、一氧化氮在脑外伤继发性损伤过程中的作用

一氧化氮(Nitric Oxide,NO)是在一氧化氮合酶(nitric oxide synthase,NOS)的催化作用下合成的血管调节物质之一,是一种内皮细胞松弛因子,NOS是一组同工酶,分为神经元型NOS(neuron NOS,n NOS)、内皮型NOS(endothelial NOS,e NOS)和诱导型NOS(induction NOS,i NOS)。①神经元一氧化氮合酶(neuronal nitric oxide synthase,n NOS)主要分布在大脑中动脉供应区,较容易受到缺血损害,缺血时n NOS表达上调,所诱导形成的NO与活性氧类(Reactive oxygen species,ROS)发生反应,产生大量对神经存活不利的高活性自由基,n NOS在脑外伤时也是上调的,使一些有害的自由基增加,加重了神经损伤;②诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)在创伤等多种状况下都会上调,由巨噬细胞、中性粒细胞和其他一些细胞产生。iNOS所产生的NO由于会导致线粒体和细胞的功能障碍,因此对创伤和缺血后神经元的存活起着负面的作用;③内皮一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)则与上述两种NOS不同,它有扩张血管改善脑灌注的作用,因此,在脑缺血时有脑保护的作用。eNOS的脑保护作用主要通过以下一些途径来实现:①其诱导产生的NO有扩张血管的作用,这些小分子的NO能弥散至周围的缺血半暗带,抑制血小板在半暗带的聚积和白细胞的浸润;②半暗带血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)产物能诱导eNOS表达,继而促进新生血管的形成;③NO能对抗内皮素-1(endothelin-1,ET-1)对Ca2+的调节作用和对细胞骨架F-肌动蛋白丝的重组作用。因而,起到调节微血管功能、改善脑循环的作用;④eNOS产生的NO能修正导致γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)释放增加的突触前信号,这对神经元的成形和恢复都非常重要。eNOS还可以通过一种与CGMP相关的机制保护运动神经元免于凋亡。NO在神经系统中具有神经保护和神经毒性双重作用,其有利的是扩张血管,调节血流,但过量的NO则以自由基的形式对神经细胞产生毒性。产生这两种截然相反的作用取决于它的氧化还原状态,而NO在脑创伤中的含量与颅脑外伤的发展阶段密切相关。脑创伤早期机体处于应激状态,体内5-羟色胺、去甲肾上腺素等水平升高,可激活内皮细胞内e NOS活性。Sakamoto等(1997)报道在鼠脑挫伤后10～20分钟即可测得脑内NO显著升高。此时合成的NO可扩张血管,调节脑血流量,抑制血小板聚集、黏附,改善局部脑组织缺血、缺氧状态。eNOS来源的NO在脑创伤后维持脑血流量起重要作用。NO升高首先考虑是一种代偿性反应,对机体有益,但持续时间很短。随着兴奋性氨基酸(如谷氨酸等)释放增加,激活N-甲基-D-天冬氨酸受体依赖型钙通道,导致n NOS合成,大量激活,合成过量的NO。另外,脑创伤后炎性细胞浸润,组织酸中毒,诱导iNOS,巨噬细胞和小胶质细胞亦产生NO。过量的NO以自由基的形式对神经细胞产生毒性作用,导致微血管产生炎症反应。

六、兴奋性氨基酸的过量释放与Ca2+失衡

自从Rothman和Olney在一些硏究中发现了谷氨酸潜在的神经毒性作用后,首先提出了“兴奋毒性”的假想,此后许多作者通过研究发现,包括外伤在内的各种损伤因素均可导致谷氨酸(Glu)和天冬氨酸(Asp)等兴奋性神经递质的失控性地过量释放。这些兴奋性氨基酸(excitatory amino acid system,EAA)大量集聚导致Ca2+大量内流,继而激发一系列复杂的细胞损伤过程,最终引起细胞死亡。EAA中Glu在中枢神经系统(CNS)中为含量最高的一种,Asp含量也很高,有人推测Glu是传入神经元的兴奋性递质,而Asp是中间神经元的兴奋性递质。脑组织中的Glu R有两大类,即离子型Glu受体(iGlu R)和代谢型Glu受体(mGluR)。iGluR属于配体门控的阳离子通道,与配体结合后可引起神经细胞膜对Na+、K+和Ca2+通透性的改变,进而引起细胞内Na+、水潴留、膜电位和膜兴奋性改变;Ca2+作为细胞内广泛的第二信使,又参与细胞内代谢及多种生理病理过程的激活和调节。m Glu R是神经细胞膜上与G蛋白耦联的7次跨膜蛋白受体,与配体结合后可通过G蛋白介导的细胞内信号转导机制导致细胞内第二信使、磷酸化酶活性改变及调节细胞内代谢和生理病理过程。EAA兼有对神经元的兴奋作用和神经毒作用,其毒性机制大致为:①导致大量单价离子Na+、Cl-内流和K+外流,造成细胞水肿、变性和死亡;②致大量Ca2+内流,使胞内Ca2+浓度升高,激活酯酶和蛋白酶,使胞内脂质和蛋白质分解,线粒体不可逆性坏死,最终使细胞死亡。一般情况下、EAA的释放依赖Ca2+,在神经末梢突触小泡中的EAA释放入突触间隙,可由神经末梢重摄取而回收,也可被神经胶质摄取,这样防止了过量EAA扩散到周围的神经元而引起神经系统过度兴奋。脑损伤后组织损伤和广泛的膜去极化导致EAA释放,进一步加强了膜去极化效应,使EAA超量释放。局部缺血缺氧细胞外环境发生改变,EAA的重摄取也发生障碍,甚至逆向转运,可发生非Ca2+依赖的EAA外流,除产生神经毒作用外,还增强了组织对缺血的敏感。

七、神经元凋亡

传统观点认为TBI之后的神经元死亡是因为创伤部位或颅内压增高、缺氧及微循环紊乱等继发性损伤引起的细胞坏死。自1995年美国学者Rink首先证明脑外伤后神经细胞存在凋亡现象以来,许多学者研究表明,继发性神经细胞死亡有10%～50%是神经细胞凋亡引起的。神经细胞凋亡除发生在创伤灶的中心部位外,主要出现在伤灶四周的缺血、缺氧区,即所谓半影区迟发性神经细胞死亡。Newcomb等(1999)发现大鼠颅脑损伤后细胞凋亡率伤后6小时为33%,24小时达到48%的高峰。凋亡引起的细胞死亡与坏死引起的细胞死亡的比例则取決于缺血的严重性和持续时间等多种因素。有硏究表明,在TBI早期的中心部位,主要表现为细胞肿胀坏死,而在外力打击较轻的损伤灶周边部位,伤后一段时间内表现为细胞凋亡,在创伤的中心部位,脑创伤直接作用的神经细胞膜功能严重受损、膜离子转运功能丧失、粒体呼吸功能被破坏,致细胞内Ca2+集聚、EA As大量生成、细胞肿胀坏死,在损伤的周边部位,细胞处于相对静止状态,离子传递受到抑制,能量生成减少,细胞内Ca2+缓慢升高,使内源性凋亡促进基因激活后活化核酸内切酶,继而发生凋亡。TBI后导致凋亡的机制较为复杂,涉及多种可能的途径,包括依赖P53的途径以Bcl家族中能诱导凋亡的成员(比如Bad/Bax)激活途径等。这些因子的诱导可导致caspase形成细胞。发生凋亡的机制如下:①Bcl-2家族的参与:包括抗凋亡(如Bcl-2、Bcl-2x L、Bcl-2w及Mcl-1)和促凋亡(Bax、Bak、Bok)蛋白,在损伤早期,Bcl-2x L等凋亡抑制因子的m RNA和蛋白水平均下降;而在损伤后期,Bax等促凋亡因子的m RNA和蛋白水平上升;②细胞色素C的作用:细胞色素C释放入胞浆后,导致细胞自由基水平上升,进而引起细胞凋亡;③Caspase蛋白酶家族:通过细胞内信号途径和细胞外信号途径激活caspase蛋白酶家族,进而诱导凋亡,caspase-3是凋亡过程中重要的蛋白酶,是多种凋亡途径的共同下游效应部分,是细胞凋亡蛋白酶级联反应的必经之路,caspase-3通过选择性降解核蛋白、细胞骨架、内质网等最终激活核酸内切酶,导致细胞凋亡。

（刘隆熙　裘孝忠）