摘要
恶性脑梗死（MCI）虽然罕见但往往致命。早期识别有助于指导监测和减压手术。本研究评估了血清生物标志物是否能在前循环大血管闭塞（LVO）重症卒中患者中，为临床和影像学数据提供额外的预测价值。在这项前瞻性研究中，73名急性重症LVO卒中患者在入院时接受了全脑CT灌注（CTP）检查，使用基于rCBV的核心测量方法，并在24±12小时后进行随访MRI检查，以评估梗死和脑水肿体积。血清生物标志物（s100b、NSE、VEGF、ICAM1）在基线影像检查后中位数20.5小时采集。使用逻辑回归模型预测MCI，首先使用基线变量（NIHSS、ASPECTS、rCBV<30%），然后添加治疗数据（rtPA、mTICI、治疗后NIHSS），最后添加血清生物标志物。通过AUC、准确率、F1分数和交叉验证R²评估模型性能。73名患者中有18名（24%）发生MCI。基线模型的AUC为0.72；添加治疗信息后AUC提高到0.88。生物标志物略微提高了AUC（0.90），但未改善F1分数。较高的s100b水平与更严重的损伤相关，但并未增强MCI的预测能力。包含基线影像和治疗的模型对梗死（R²≈0.27）和脑水肿（R²≈0.58）的解释能力最佳。总之，入院严重程度、CTP和早期治疗反应是MCI的主要预测因素，有助于患者早期风险分层。尽管血清生物标志物具有病理生理学相关性，但并未提供显著的预测价值。
关键词：大血管闭塞；恶性脑梗死；脑水肿；CT灌注；生物标志物；预测建模
1. 引言
缺血性卒中目前是全球死亡和残疾的主要原因之一[1,2]。"恶性脑梗死"（MCI）这一术语由Hacke等人于1996年提出，指涉及大脑中动脉（MCA）整个供血区域的广泛性缺血[3]。这些患者入院时表现为严重的半球综合征，随后在两到五天内出现颅内高压症状。对这些患者的连续神经影像学研究表明，脑水肿逐渐增加，导致78%的患者发生脑疝和重要结构受压。预后较差，死亡率接近80%，幸存者也面临严重的后遗症负担[4]。
大约5%至10%的缺血性卒中会发展为这种恶性病程，在年轻患者中更为可能，因为缺乏脑萎缩无法适应脑水肿引起的体积增加[5,6]。目前，MCI没有有效的药物治疗方法[7,8,9]。唯一能提高生存率的治疗方法是减压性颅骨切除术，但患者通常伴有中度或重度残疾[10,11,12,13]。决定手术干预时，时机至关重要，因此早期诊断有助于简化决策过程[14]。传统的MCI诊断预测模型主要依赖磁共振成像（MRI），梗死体积超过145 cc的患者发生MCI的风险特别高[15]。然而，MRI在许多情况下可能无法立即获得，特别是对于临床状况较差的患者[15]。CT灌注（CTP）是一种更为常用的工具，可能有助于早期识别有发展为恶性脑水肿风险的患者[16]。占据MCA供血区域三分之二的脑梗死，或体积较小但累及基底节或其他血管区域的梗死，发生MCI的风险较高[17]。
基于不同白细胞亚型系统表达对神经炎症反应的评估，已与急性缺血性卒中的功能结局相关联[18]。此外，先前研究调查了各种系统生物标志物（包括s100b、基质金属蛋白酶和白细胞介素）对MCI发展的影响[19,20,21]。最近的研究探讨了吻肽（kisspeptin）[22,23]和微RNA[24,25]在脑血管损伤和脑水肿发展中的作用。然而，血清生物标志物的临床效用尚不明确，在常规实践中并未系统用于预测MCI。
在证明机械取栓术对广泛性脑梗死疗效的临床试验发表后[26,27,28,29,30]，早期识别高风险发展为MCI的患者变得更加重要。在本研究中，我们旨在评估一系列可能参与脑缺血病理生理过程的循环生物标志物（如s100b[31,32]、神经元特异性烯醇化酶（NSE）[33,34]、血管内皮生长因子（VEGF）[35,36]和细胞间粘附分子1（ICAM-1）[37]）的血清测定的有用性。特别是，我们研究了它们在MCI发展中的作用及其与临床和神经影像学信息相比的价值。
2. 材料与方法
患者选择
我们前瞻性评估了1260名连续的急性缺血性卒中患者，其中370名患者有前循环近端大血管闭塞（LVO）。应用选择标准后，分析队列由73名恶性进展风险增加的患者组成（见图1）。纳入标准如下：
- 近端LVO累及颈动脉或大脑中动脉（MCA）M1段。
- 入院时表现为急性半球综合征，症状严重（美国国立卫生研究院卒中量表（NIHSS）>15分用于优势半球，NIHSS>13分用于非优势半球）。
- 治疗后或入院后24小时内缺乏临床改善（NIHSS评分下降超过4分）。
- 入院时进行多模态CT检查，包括非增强CT（NCCT）、CT血管造影（CTA）和CT灌注（CTP）。
所有患者均在入院后24±12小时内进行随访神经影像学检查（CT和MRI），在入院时和初始神经影像学检查后24小时内进行连续血液检查，并在入院后24-72小时和3个月随访时进行临床评估。
收集每位患者的 demographics、临床和血液检查变量，以及症状发作到神经影像学检查的时间、闭塞部位、再血管化治疗类型和最终再通程度。使用NIHSS评估卒中临床严重程度，使用改良Rankin量表（mRS）评估3个月时的功能结局。作为观察性队列研究，本工作遵循STROBE指南[38]。
研究结局：恶性脑梗死（MCI）的定义
主要结局MCI通过临床和神经影像学标准的组合来定义[3,6,16,39]：
- 颅内高压的临床指标，如意识水平下降（NIHSS相应项目评分≥1）、瞳孔不等大、因脑水肿死亡或需要减压性颅骨切除术。
- 神经影像学证据表明存在显著脑水肿，例如中线移位≥6 mm或梗死范围超过MCA供血区域的一半。
恶性卒中的诊断需要至少一个临床标准和一个神经影像学标准。
神经影像学分析
影像学检查方案包括基线全脑多模态CT扫描（总采集时间83秒），包括NCCT（140 kV，127 mAs，FOV = 225 mm，矩阵 = 512 × 512，层厚 = 5 mm）；CTA（120 kV，663 mAs，FOV = 261 mm，矩阵 = 512 × 512，层厚 = 0.6 mm）；和CTP（80 kV[峰值]，250 mAs，1.5秒旋转，FOV = 18 mm，矩阵 = 512 × 512，以及49个2 mm厚度的切片）。患者使用西门子Somatom Definition Flash 128层双源多探测器扫描仪进行扫描，z覆盖范围为98 mm，每1.5秒采集26个时间点，最后4个时间点每5秒采集一次（总采集时间59秒）。通过动力注射器以5 mL/s的速度静脉注射50 mL非离子碘造影剂，随后以2 mL/s的注射速率注射20 mL生理盐水冲洗。
ASPECTS在基线NCCT上进行评估。CTP图由商业软件MIStar 3.2（Apollo Medical Imaging Technology，墨尔本，澳大利亚）计算，使用无模型的奇异值分解算法，具有延迟和分散校正。该软件自动执行运动校正，并从未受影响的动脉（通常是大脑前动脉）选择动脉输入函数，从大的引流静脉（矢状窦）选择静脉输出函数。该软件生成脑血流量（CBF）、脑血容量（CBV）、平均通过时间（MTT）和延迟时间（DT）图。值得注意的是，延迟校正的去卷积方法生成延迟时间图，而不是更常用的达峰时间（Tmax）图[40]。延迟时间图上3秒的阈值用于定义低灌注[41]，梗死核心在低灌注区域内定义，使用相对CBF（rCBF）和CBV（rCBV）阈值作为整个未受影响对侧半球平均灌注值的百分比[42]。在CTA上评估血管闭塞。
在24±12（中位数（IQR）28（18-33））小时后，患者使用配备32通道相控阵线圈的3-T Prisma西门子MR设备进行MRI检查，包括3维（3D）T1加权（T1w）成像、弥散加权成像（DWI）、动态磁敏感对比增强灌注加权成像（PWI）、3D时间飞跃血管造影、磁敏感加权成像和液体衰减反转恢复（FLAIR）。使用Amira软件（Visage Imaging，柏林，德国）对最终DWI病变进行分割[43]。使用与DWI相同的软件对FLAIR上的脑水肿进行量化和分割。PWI图使用Olea Sphere 3.0–SP6（Olea Medical，马萨诸塞州剑桥，美国）处理[44]。如先前报道，在视觉分割的延迟灌注区域内量化PWI缺陷以减少伪影[35]。为排除由于噪声导致Tmax增加的小区域，仅对最小簇大小>10个连续区域的患者进行量化。随访NCCT在与入院NCCT相同的机器上进行。
实验室分析
在入院时和初始评估后24小时内从每位患者采集血液样本。使用自动血细胞计数仪评估全血细胞计数。每个样本立即离心，最初在-20°C冷冻，随后在-80°C长期储存。s100b、NSE、VEGF和ICAM-1在基线CTP后中位数20.5小时（IQR 15.6-24.2小时）使用商业免疫测定试剂盒测量，并在技术错误情况下从储存样本重复测量。从抽血到随访MRI的中位延迟为8.5小时。
统计分析
根据适当情况，使用卡方（χ2）检验评估分类变量，对于小样本量，使用Fisher精确检验作为替代。符合正态分布的连续变量使用均值和标准差（SD）表示，而非正态分布的连续变量以及有序变量使用中位数和四分位距（IQR）描述。根据数据分布，通过学生t检验、ANOVA或Mann-Whitney U检验进行组间均值和中位数比较。所有检验的显著性设定为p<0.05，假设为双侧。
恶性梗死预测采用分层五折交叉验证逻辑回归在三个步骤中建模：（A）基线临床加影像学变量（入院时NIHSS、ASPECTS、CTP rCBV<30%体积）；（B）加上治疗变量（rtPA使用、mTICI和治疗后NIHSS）；（C）加上生物标志物（第1天的S100B、入院时的中性粒细胞和葡萄糖）。对于梗死和FLAIR脑水肿体积，我们拟合线性模型并用交叉验证R2总结拟合度；报告恶性梗死的分类指标（AUC、准确率、精确度、召回率、F1）。
使用IBM SPSS v26、JASP v0.19.3和Python 3.11（包含pandas 2.2、numpy 1.26、scikitlearn 1.4、imbalancedlearn 0.12、statsmodels 0.14、SciPy 1.11）进行分析，图表使用matplotlib 3.8创建。
3. 结果
在纳入的73名患者中，18名（24%）发展为MCI。与非MCI患者相比，MCI患者男性比例更高（84%对46%，p=0.003）且年龄更年轻（64岁对78岁，p=0.005）。如表1所示，两组之间的其余 demographics和卒中前临床特征相当，症状发作到影像学检查的间隔也相当。
MCI患者表现出较低的基线ASPECTS（6对8，p=0.006）、较高的梗死体积（105对66 mL，p=0.010）、更多的脑水肿（182对78 mL，p<0.001）和随访MRI上更高的持续低灌注（82对25 mL，p=0.025）。通过CTP在入院时测量的脑灌注情况在MCI患者中也更差，与对侧大脑半球相比，流量下降值更高（57对25 mL，p=0.005）和体积下降值更高（31对11 mL，p<0.001）。MCI患者在入院时和24小时后血糖水平更高（入院时164对133 mg/dL，p=0.046；24小时143对119 mg/dL，p=0.038）、白细胞计数（入院时12,250对10,143/10^9/L，p=0.025；24小时14,646对10,282/10^9/L，p<0.001）和中性粒细胞计数（入院时10,239对7,952/10^9/L，p=0.016；24小时12,561对8,461/10^9/L，p<0.001），以及入院后24小时测量的s100b（2.375对0.869 µg/mL，p=0.019）和神经元特异性烯醇化酶值（27.235对20.891 ng/mL，p=0.030）更高。MCI与其他选定的生物标志物之间没有相关性。放射学和实验室变量如表2所示。
在24小时内采集的血清s100b浓度与MRI-PWI上的梗死体积、脑水肿和持续低灌注呈正相关；但s100b与CTP测量的初始灌注情况之间未观察到相关性。血糖水平、淋巴细胞和中性粒细胞计数、NSE、ICAM1和VEGF与梗死体积、脑水肿、持续低灌注和初始低灌注量之间也无显著相关性。图2展示了本研究中纳入患者的一个典型例子。
关于功能结局，3个月时功能结局成功的患者s100b值显著较低（0.28对0.67 µg/mL，p=0.003）。其余血液生物标志物与功能结局之间无显著关联。
图3总结了三个预测模型的预测效能。在五折交叉验证中，添加治疗信息后判别能力得到改善，而添加生物标志物并未明显提高。生物标志物带来的小幅度AUC提升并未转化为更好的F1分数。基于基线影像和治疗相关变量的模型在预测梗死（R2 0.27）和脑水肿（R2 0.58）体积方面表现最佳。
4. 讨论
在近端LVO和严重神经功能缺损的患者队列中，我们发现入院时的临床和放射学严重程度为预测恶性脑梗死的潜在发展提供了可靠信息。因此，这些发现支持先前研究的证据，表明基于rCBV的灌注神经影像学在识别MCI方面具有相当大的预测能力[16]。因此，尽管MRI仍被认为是诊断MCI最准确的影像学检查[15,41]，但CTP结合临床严重程度指标为早期评估有发展为恶性脑水肿风险的患者提供了一种快速有效的方法，额外优势是该技术广泛可用。
关于生物标志物，有大量文献将不同元素与梗死体积、临床严重程度和预后相关联。例如，s100b是一种星形胶质细胞蛋白，传统上在包括缺血性卒中在内的不同类型脑损伤患者中进行研究，与损伤程度和功能结局相关[20,31,45]。NSE局限于脑组织，与缺血性脑损伤相关[46,47]，尽管存在一些分歧[33]。已描述VEGF和ICAM-1与脑缺血之间的关联[35,36,37]。因此，我们特别选择这些标志物是因为它们潜在的预测价值。然而，尽管我们也发现s100b蛋白的血清水平与MCI的发展以及梗死大小、脑水肿、初始低灌注程度和持续低灌注之间存在显著相关性，但添加这些信息并未转化为MCI预测的改善，超出初始临床和放射学信息，甚至在添加血管再通治疗结束时成功再通与否的信息后：基于治疗信息的模型仍然是最实用的选择。
因此，目前识别需要全面监测或其他否则不会进行的神经影像学检查的患者谱型的最实用方法，是使用临床数据和广泛可用的传统神经影像学的简单方法。虽然研究生物标志物可能对开发严重缺血性卒中患者的神经保护剂有价值，但我们发现使预测模型更复杂并未带来临床预测的改善。
尽管有这些结果，其他生物标志物可能因其参与导致脑水肿发展的病理生理机制而值得关注。例如，参与神经炎症反应的基质金属蛋白酶和白细胞介素[48,49]可能与我们在MCI患者中观察到的白细胞和中性粒细胞计数升高相关。另一方面，吻肽是一种神经肽，最近在小鼠模型中显示在脑出血情况下升高，特别是与淀粉样血管病相关的脑出血[22]，可能在脑缺血中恢复血脑屏障通透性方面发挥作用[23]。此外，微RNA在缺血-再灌注损伤以及神经保护中的作用已有描述[25]。这结合血栓切除术后脑灌注的研究，可以深入了解缺血性损伤的机制和潜在的神经保护疗法。
本研究的优势在于其前瞻性和简单的设计，特别专注于MCI预测因素的研究。葡萄糖或白细胞群体通常在评估适合再灌注治疗的LVO患者时进行常规研究，因此使它们成为潜在临床应用的理想候选者。在特定时间框架内对额外研究的生物标志物进行单次测定，虽然防止了对其水平时间依赖性变化的评估，但也更好地反映了生物标志物在现实生活中的使用。另一方面，这是一项单中心研究的事实可能引入局限性，即使设计易于重复。纳入的患者数量相对较低，但与所描述的流行病学一致。我们特意聚焦于一个明确定义的、非常严重的表型。这增加了我们队列中恶性演变的比例（24%），相对于其他卒中人群，但降低了异质性并提高了内部效度。权衡结果是亚组分析的统计功效较低。此外，数据收集时，常规对低ASPECTS患者进行机械取栓术尚未实施。然而，随着对广泛性缺血性病变再灌注治疗的日益倾向，我们的发现可能有助于识别在接受成功血管内治疗后有恶性脑水肿风险增加的患者。
我们发现的主要实际意义，聚焦于早期识别有发展为MCI风险的患者，是一组早期临床和放射学信息可以简化决策并优化资源，例如优先将患者转诊至三级中心进行密切临床监测，以便考虑潜在的手术干预。
5. 结论
近端LVO患者的临床严重程度和初始神经影像学灌注发现对MCI发展的早期预测具有坚实价值。尽管一些循环标志物（如s100b蛋白）与临床和放射学终点之间存在若干关联，但血液生物标志物并未在基线信息和治疗反应之上增加显著的预测价值，而基线信息和治疗反应是识别恶性转化高风险患者的最佳预测因素。
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