血小板因子4和基质细胞衍生因子是预测蛛网膜下腔出血后脑血管痉挛和死亡率的新生物标志物
学科领域
- 脑血管疾病
- 中风
摘要
动脉瘤性蛛网膜下腔出血（aSAH）是一种危及生命的疾病，其发病率为每10万人3-25例，具有显著的致残率和死亡率。该病症主要并发症包括脑血管痉挛（CVS）和迟发性脑缺血（DCI）。最新研究表明，血小板活化和炎症介质在aSAH后的继发性损伤级联反应中起关键作用。及时监测和治疗蛛网膜下腔出血（SAH）后的并发症对改善临床预后至关重要。目前的影像学诊断方法存在操作复杂、辐射暴露等风险。本前瞻性研究旨在寻找能够早期预测血管痉挛和临床结局的新生物标志物，从而优化重症监护治疗决策。
本前瞻性研究于2020-2022年期间纳入63例aSAH患者（男性16例，女性47例）。通过检测血小板因子4（PF4）和基质细胞衍生因子（SDF）水平，在SAH后第0、4、7和11天进行CT灌注成像，定量分析平均通过时间（MTT）作为脑灌注指标。采用改良Rankin量表（mRS）评估临床结局。通过受试者工作特征曲线（ROC）分析和逻辑回归分析PF4水平与CVS的关系，采用线性回归分析PF4与MTT的相关性，以及SDF与非幸存者死亡时间的关系。
研究显示，PF4每增加1 ng/mL，发生CVS的风险增加38%（OR=1.38；95% CI：1.07-1.79；p=0.01）。此外，PF4水平升高与MTT延长显著相关（β=0.107 per ng/mL；95% CI：0.02-0.19；p=0.02），提示脑灌注受损。在非幸存者中，SDF水平升高与死亡时间延后显著相关（β=0.01 per pg/mL；95% CI：0.001-0.019；p=0.03）。
研究结果表明PF4和SDF是动脉瘤性蛛网膜下腔出血的有前景生物标志物。PF4水平升高不仅与脑血管痉挛风险增加相关，还与脑灌注损伤显著相关，而SDF水平升高则与死亡率相关。这些生物标志物为早期风险分层提供了新思路，并可能为动脉瘤性蛛网膜下腔出血患者开辟靶向治疗的新途径。
引言
蛛网膜下腔出血（SAH）仍然是最严重的中风类型之一，其特征是突然发生的蛛网膜下腔出血，国际卒中结局研究（INSTRUCT）数据显示其30天死亡率高达40%。颅内动脉瘤破裂约占SAH病例的85%，其死亡率可达40%左右。尽管神经重症监护技术不断进步，但SAH后并发症如脑血管痉挛和迟发性脑缺血仍是导致不良预后的重要因素。
SAH的病理生理过程包括初始出血损伤，随后引发一系列继发性脑损伤机制，包括炎症反应、氧化应激和微血栓事件。近期研究表明，炎症和止血过程在介导SAH后的继发性脑损伤、并发症及临床结局中发挥关键作用。血小板活化在导致神经元损伤、促进神经退行性疾病和血管功能障碍中起重要作用。血小板因子4（PF4）是活化血小板释放的一种趋化因子，可调节凝血和炎症通路。PF4水平升高与血管炎症和微血栓形成相关，可能导致脑灌注损伤，从而增加脑血管痉挛风险。基质细胞衍生因子（SDF）在组织修复、血管生成和趋化作用中具有多重作用，可能通过激活AMPK信号通路抑制NLRP3炎性小体，减轻脑组织损伤。
本研究旨在探讨PF4和SDF在SAH相关并发症和死亡率中的预测价值。通过检测这两种生物标志物，可以指导临床医生在动脉瘤性蛛网膜下腔出血后的管理决策，提高对继发性损伤的炎症和止血途径的理解，并为临床风险评估和治疗干预提供潜在的生物标志物。
方法
研究设计、伦理审批和研究人群
本研究于2020-2022年期间前瞻性纳入63例动脉瘤性蛛网膜下腔出血患者。研究经德国杜塞尔多夫海因里希·海涅大学医学院伦理委员会审批（研究编号：2019-787-bio）。所有患者均签署书面知情同意书，若患者无法自行签署，则由其授权代理人代签。
研究收集了患者人口学数据、WFNS评分、治疗方式（夹闭/栓塞）、脑室外引流（EVD）放置情况、脑血管痉挛（CVS）、临床迟发性脑缺血（DCI）、影像学迟发性脑缺血（DCI）、mRS评分和死亡率等指标。将PF4和SDF作为独立变量（预测因子），以死亡时间（如死亡）、脑血管痉挛（CVS，二元变量）和平均通过时间（MTT）作为因变量（结局）。由于无法获得确切死亡时间，将死亡时间归纳为六个有序类别：72小时内死亡、72小时至7天内死亡、7-30天死亡、30-90天死亡、90天后死亡和存活。本研究中无患者属于第一个类别（72小时内死亡）。
结局定义
脑血管痉挛定义为CT血管造影（CTA）显示动脉狭窄，结合CT灌注（CTP）显示平均通过时间延长（MTT>4秒），且临床症状恶化无法用其他原因解释。在特定病例中，经颅多普勒超声（TCD）作为辅助诊断工具，若大脑中动脉平均流速>120 cm/s或Lindegaard指数>3则怀疑存在血管痉挛。符合上述标准的病例均需通过数字减影血管造影（DSA）确诊。
临床迟发性脑缺血定义为SAH后第4天起出现新的局灶性神经功能缺损或意识水平下降，且无其他明确病因（如脑积水、癫痫、感染）。
影像学迟发性脑缺血定义为随访CT或MRI检测到新的脑梗死病灶，且该病灶在初始影像中未见，不能归因于操作因素（如EVD相关损伤）。
CT灌注成像
CT灌注检查使用西门子医疗的SOMATOM Definition Flash扫描仪，按照标准化协议在aSAH后第0、4、7和11天进行。使用syngo CT 2012B软件平台的CT神经灌注模块生成灌注图，半自动计算平均通过时间（MTT）、脑血流量（CBF）和脑血容量（CBV）值。
动态成像采用80 kV管电压和120-180 mA管电流（有效管负载120-180 mAs），图像重建采用H20s卷积核，层厚10 mm。感兴趣区域由两名经验丰富的神经放射科医生手动选择，通过共识审查最大限度降低观察者间变异性。MTT以秒为单位表示，作为脑灌注的替代标志物。
血清采集
患者入院24小时内采集血样，以2000×g相对离心力离心10分钟后分离血清，立即储存在-80℃备用。
酶联免疫吸附测定（ELISA）
使用商业化的PF4 ELISA试剂盒（Bio-Techne，DY795）和SDF ELISA试剂盒（Bio-Techne，DY350-05），配合DuoSet ELISA辅助试剂盒2（Bio-Techne，DY008B）进行检测。检测前使用稀释缓冲液对血清样本进行几何级数稀释，以确定各试剂盒的最佳稀释度。PF4 ELISA按制造商说明使用1:256稀释度，SDF ELISA按说明书使用1:16稀释度。
数据分析
主要终点为脑血管痉挛（CVS）的存在。次要终点为MTT和非幸存者的死亡时间。使用线性回归建模MTT和死亡时间与PF4和SDF值的关系，使用逻辑回归分析CVS的存在情况。通过最大化Youden指数确定预测CVS的最佳临界值，并通过敏感性、特异性、准确性和受试者工作特征曲线下面积（AUROC）量化预测性能。
所有计算均使用Python（www.python.org）的NumPy、SciPy和Statsmodels库完成。使用t检验分析数值变量与二元变量（如性别、年龄（<60/≥60）、WFNS（≤3/≥4））的关联。对于三分类结局（mRS ≤ 2，3 ≤ mRS ≤ 5，mRS = 6），分别进行单因素方差分析（ANOVA）。当ANOVA显示组间存在显著差异时，进行事后t检验以识别具体差异。
结果
患者人口学特征总结见表1。患者队列的基线特征（包括性别、年龄和WFNS评分）对PF4和SDF的血清浓度无显著影响（表2-5）。发生CVS患者的PF4水平显著高于未发生CVS患者（无CVS：6.8 ± 2.2 ng/mL vs. CVS：8.3 ± 2.1 ng/mL，p=0.02，图1A）。剔除1个明显异常值（SDF=1742 pg，超出第三四分位数82 pg的20倍四分位距）。
表1 队列人口学特征，总计及按结局分组
表2 按性别分层的ELISA值
表3 按年龄分层的ELISA值
表4 按初始状态分层的ELISA值
表5 按结局分层的年龄、MTT和ELISA值
SDF浓度在两组间无显著差异（无CVS：50 ± 52 pg/mL vs. CVS：44 ± 70 pg/mL，p=0.7，图1B）。
进一步分析显示PF4对CVS具有中等判别能力，受试者工作特征曲线下面积（AUC）为0.688（图2A）。通过最大化Youden指数确定的最佳临界概率0.33，对应敏感性80%、特异性62%、总体准确度67.8%、F₁分数0.627。逻辑回归分析显示，PF4每增加1 ng/mL，发生CVS的风险增加38%（OR=1.38；95% CI：1.07-1.79；p=0.01，图2B），证实PF4作为CVS稳健预测因子的潜力。本研究还显示PF4与DCI存在趋势关联（p=0.063）。
采用各时间点（第0、4、7、11天）的最高MTT值进行回归分析，反映最大灌注损害程度。散点图与回归分析显示，PF4水平升高与平均通过时间延长显著相关（β=0.107 per ng/mL；95% CI：0.02-0.19；p=0.02），表明PF4水平升高与反映脑灌注损伤的MTT延长相关。
在非幸存者中，线性回归分析显示SDF水平与死亡时间呈显著正相关（β=0.01 per pg/mL；95% CI：0.001-0.019；p=0.03），表明SDF水平升高与住院死亡时间延后相关。
讨论
本研究突显了PF4和SDF作为SAH相关并发症（特别是CVS和住院死亡率）生物标志物的潜力。
研究发现CVS患者的PF4水平显著升高（图1A），ROC曲线分析显示其AUC为0.688，逻辑回归结果显示PF4每增加1 ng/mL，发生CVS的风险增加38%（图2）。此外，PF4水平升高与平均通过时间延长（图3）进一步表明PF4可能反映脑灌注损伤，这可能与其在SAH后血小板活化和炎症级联反应中的作用有关。尽管PF4水平与延长的MTT相关，但值得注意的是MTT是灌注参数而非血管造影血管痉挛的直接诊断标志物。Vergouwen等学者提出，迟发性脑缺血和脑梗死代表更明确且具有临床意义的aSAH终点。本研究中，PF4水平与影像学DCI存在趋势关联（p=0.063），因此研究结果应解读为灌注损伤的关联，这种损伤在特定临界值外反映血管造影血管痉挛。PF4作为存储在血小板α颗粒中的趋化因子，在血小板活化时释放（SAH后常见事件），与SAH后并发症和不良预后相关。一旦释放，PF4与内皮细胞上的糖胺聚糖结合，增加内皮通透性，触发促炎状态，并促进微血栓形成，共同导致血管收缩和微循环障碍。这种炎症环境和微血栓事件被认为是CVS发展的重要因素，而CVS被认为是SAH患者迟发性脑缺血的主要原因。当前数据证实了早期关于血小板活化与血管功能障碍及其与SAH后并发症关联的研究结果，进一步表明PF4不仅是血小板反应性的标志物，也是微循环障碍的指示物。
除了PF4，对非幸存者的SDF水平分析显示其与死亡时间呈正相关。具体而言，SDF水平升高与死亡时间延后相关（图4）。SDF（又名CXCL12）通过动员内皮祖细胞至血管损伤部位，在抑制炎症、趋化作用、血管生成和组织修复中起关键作用。SDF通过激活AMPK信号通路抑制NLRP3炎性小体和滑膜细胞焦亡，表现出抗炎、抗凋亡和抗氧化作用。其水平升高可能反映对广泛血管损伤、炎症和脑组织损伤的激活修复反应。然而，尽管这些代偿机制存在，持续高浓度的SDF也可能表明基础病理生理过程的严重程度，最终导致致命结局。
总的来说，这些发现突显了炎症和血小板衍生介质在SAH相关并发症进展中的多面作用。PF4作为CVS和脑灌注损伤的稳健预后生物标志物，提示其可作为早期风险分层的有价值生物标志物。同时，SDF水平与非幸存者死亡时间的关系表明其在SAH后保护和有害反应中的复杂相互作用。SDF的双重作用可能为理解延缓但最终无法阻止死亡级联反应的机制提供洞见。未来研究应验证这些发现，并进一步阐明涉及的分子通路，以开发能够调节这些生物标志物的靶向干预措施。
局限性
尽管取得这些有前景的结果，本研究仍存在局限性。观察性设计、单中心研究和相对较小的样本量可能限制研究结果的普遍性。此外，仅在入院后24小时内采集生物标志物单时间点测量，可能无法捕捉生物标志物的时间动态变化。虽然识别的关联具有统计学显著性，但潜在的生物学机制仍有待阐明。未来需要更大队列和机制研究来验证这些生物标志物，并探索以调节PF4和SDF通路为目标的潜在治疗干预。
结论
本研究的发现丰富了证据基础，表明炎症和血小板活化通路在CVS和SAH后不良结局的发病机制中的作用。通过识别PF4和SDF作为潜在的预后生物标志物，本研究为改善风险分层和制定靶向治疗策略以减轻SAH的毁灭性后果奠定了基础。
数据可用性
当前研究中分析的数据集可根据合理要求从通讯作者处获取。
致谢
使用Grammarly和ChatGPT提升手稿撰写质量。
资金支持
本研究获得德国杜塞尔多夫海因里希·海涅大学项目DEAL计划提供的开放获取资金支持。同时感谢德国神经外科研究基金会（DGNC）、EANS研究基金、杜塞尔多夫海因里希·海涅大学研究委员会、Peek和Cloppenburg基金会以及德国联邦教育和研究部（BMBF）对S. Muhammad的资助。
作者信息
作者贡献：概念设计：SM；方法学：MH、DK、IF；数据收集和整理：SS；形式分析和研究：IF；原始草稿撰写：DK、IF；稿件审阅和编辑：KF、SM；可视化：IF；资源：SM；监督：SM。
伦理声明
竞争利益
作者声明不存在竞争利益。
出版同意
不适用。
伦理审批
研究经德国杜塞尔多夫海因里希·海涅大学医学院伦理委员会审批（研究编号：2019-787-bio）。立即获得有能力提供知情同意患者的书面同意。根据伦理审批，最初纳入无行为能力患者，并在可能时尽早从患者本人或其授权代表处获得同意。
附加信息
出版商注释
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权利与许可
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关于本文
引用本文
Khan, D., Fischer, I., Sahan, S. et al. Platelet factor 4 and stromal cell-derived factor are novel prognostic biomarkers for cerebral vasospasm and mortality after subarachnoid hemorrhage. Sci Rep 15, 32371 (2025).
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