摘要
背景及目标创伤性脊髓损伤(SCI)具有高度的异质性，需要更好地描述病理生理和恢复的工具。我们的目的是分析两种生物标志物，神经丝光(NF-L)和胶质纤维酸性蛋白(GFAP)在急性脊髓损伤患者血清和脑脊液中的反应，以评估它们客观表征损伤严重程度和预测神经恢复的能力。
方法从前瞻性入选的急性脊髓损伤患者中提取损伤后1-4天的血液和脑脊液样本，并使用Simoa技术量化NF-L和GFAP的浓度。神经系统评估定义了ASIA损伤量表(AIS)分级和损伤后6个月的运动评分(MS)。
结果118例急性脊髓损伤患者(78例AIS A, 20例AIS B, 20例AIS C)纳入研究，113例(96%)完成了6个月的随访。NF-L和GFAP水平在配对血清和脑脊液标本中有很强的相关性，两者都随着损伤严重程度的增加而增加，并在基线AIS等级中有所区别。血清NF-L和GFAP显著(p= 0.02 - <0.0001)，在6个月时没有改善的AIS A患者中，预测AIS等级转换的敏感性和特异性(95% CI)在使用NF-L时分别为76%(61,87)和77%(55,92)，使用GFAP时分别为72%(57,84)和77%(55,92)。独立于临床基线评估，血清NF-L 72小时阈值170 pg/mL预测6个月时运动完全(AIS a /B)与运动不完全(AIS C/D)的患者，敏感性为87%(76,94)，特异性为84% (69,94);72小时时血清GFAP阈值为13,180 pg/mL，灵敏度为90%(80,96)，特异性为84%(69,94)。
讨论NF-L和GFAP在急性脊髓损伤严重程度分类和预测预后方面的潜力，将有助于临床试验中的患者分层和预后预测，并为预后沟通提供信息。
证据分类这项研究提供了I类证据，表明血清NF-L和GFAP较高与急性脊髓损伤后神经系统预后较差相关。
试用注册信息在ClinicalTrials.gov上注册:NCT00135278(2006年3月)及NCT01279811(2012年1月)。
术语表
- AIS＝
- 亚洲减值量表；
- 亚洲＝
- 美国脊髓损伤协会；
- AUROC＝
- 中华民国面积；
- 发言＝
- 脑外伤指示器；
- GFAP＝
- 胶质纤维酸性蛋白；
- ISNCSCI＝
- 脊髓损伤神经学分类的国际标准；
- 位差＝
- 四分位范围；
- 乔治。＝
- 线性判别分析；
- 氨基酸＝
- 下肢多发性硬化；
- 女士＝
- 汽车分；
- NF-L＝
- 神经丝的光；
- 或＝
- 优势比；
- 中华民国＝
- 接收机工作特性；
- SCI＝
- 脊髓损伤；
- 创伤性脑损伤＝
- 创伤性脑损伤；
- UEMS＝
- 上肢MS；
- ULOD＝
- 检测上限；
- ULOQ＝
- 量化的上限；
- 腭咽＝
- 部分保存区
创伤性脊髓损伤(SCI)会导致毁灭性的瘫痪，目前几乎没有治疗方案。目前神经损伤的早期评估依赖于使用国际脊髓损伤神经分类标准(ISNCSCI)的临床检查。尽管有心理测量验证，但这种检查是主观的，耗时的，并且由于伴随的损伤，在急性情况下通常不可靠或不可能进行。1即使美国脊髓损伤协会(ASIA)损伤量表(AIS)基线损伤严重程度可以在临床上建立，自发神经恢复的显著变异性也难以预测长期结果2为临床决策和预后沟通创造挑战。此外，这种可变性需要一个大的入组目标来实现临床试验的统计效力，减缓了治疗发展的步伐。3.
流体生物标记物是SCI研究和护理中一种低成本、可获取和客观的工具。一些蛋白质生物标志物已经在SCI中进行了研究，并在根据初始损伤严重程度对患者进行分层和预测神经预后方面表现出一定的疗效。4，5迄今为止，大多数SCI生物标志物研究集中在脑脊液，纳入的患者数量较少(即10-50)，通常只有单一的采样时间点，缺乏神经恢复的数据。6在这项研究中，我们重点研究了神经丝光(NF-L)和胶质纤维酸性蛋白(GFAP)，这两者都与神经创伤的损伤严重程度和神经恢复有关。6，-，10GFAP是一种星形胶质蛋白，被广泛接受为诊断性创伤性脑损伤(TBI)的生物标志物。11NF-L是轴突损伤的标志，与MRI观察到的弥漫性轴突损伤相关，并预测严重TBI后的不良预后。7，10，12，13我们之前的急性脊髓损伤研究表明，脑脊液GFAP水平在不同AIS级别之间存在差异，并可预测损伤后6个月的AIS级别转换，但这些数据尚未使用血清重复。14，-，16一项研究表明，与健康对照组相比，SCI患者血清NF-L较高，并与SCI后运动评分(MS)相关。17我们的目的是分析脊髓损伤后4天内血清和脑脊液GFAP和NF-L作为损伤严重程度的函数，并确定这些标志物是否可以预测损伤后6个月AIS等级和MS改善方面的神经结局。
方法
研究设计与患者
在2006年至2019年期间，采用以下纳入标准，将患有急性创伤性脊髓损伤的患者纳入一系列前瞻性临床试验:入院时AIS等级为a、B或C;C1-L1之间的神经损伤水平;以及在受伤24小时内收集有效、可靠的基线神经检查的能力。如果患者同时患有TBI，严重的轴或阑尾创伤，或入院时服用过镇静剂或醉酒，无法进行神经学评估，则排除在外。所有研究均保持相同的纳入和排除标准以及生物标本方案，详见图1。links.lww.com/WNL/C584．18，-，20.招募了因椎管狭窄症或椎间盘突出症而接受常规腰椎手术的健康成年人作为对照组。在伤后48小时内置入腰椎鞘内导管，目的有两个:(1)监测脑脊液压力以评估脊髓灌注压18，-，20.(2)获取脑脊液和血清样本，用于生物标志物研究。14，15，21这项研究是对NF-L和GFAP的二次分析，包括所有脑脊液和血清仍有足够量的患者。所有SCI患者在入院前和受伤后6个月均接受了ISNCSCI检查，以确定基线和随访的AIS等级和ms。所有部位均接受了正式的ISNCSCI培训，以确保神经学检查由合格人员进行。
标准方案批准、注册和患者同意
每个地点都有机构伦理批准，所有患者都提供了书面知情同意书。试验已登记(ClinicalTrials.gov)：NCT00135278而且NCT01279811．
结果和程序
在脊柱手术前，在严格的无菌技术下，在L2远端插入一根腰鞘内导管，并在损伤后保持3-5天，以便每24小时连续取样一次脑脊液。在采集脑脊液标本的同时采集血清标本。生物标本的收集和处理如所述。21
使用NF-L优势分析(cat)定量NF-L和GFAP的浓度。103186)和GFAP发现试验(cat。102336)来自Quanterix(列克星敦，肯塔基州)，遵循制造商的协议，使用eMethods和e图2中描述的适应性稀释策略，links.lww.com/WNL/C584．完整的检测规范，见表1。
对于所有分析，我们首先在每个时间点分别评估NF-L和GFAP，然后联合评估它们，以测试在分类初始损伤严重程度或预测6个月神经恢复时改善的生物标志物性能。第一个结果是NF-L和GFAP区分AIS A、B和c基线损伤严重程度的准确性。第二个结果是生物标志物预测基线时最初评估为AIS A的患者6个月时AIS等级转换的准确性。为了扩展这一分析，我们确定了使用生物标记物预测AIS等级转换是否可以通过纳入运动(颈椎)或感觉(颈椎和胸腰椎)部分保存区(ZPP)长度来改善。第三个结果是独立于基线AIS等级的生物标记物预测损伤后6个月的运动完全损伤(AIS A和B)或运动不完全损伤(AIS C和D)的准确性。我们进一步测试了了解AIS基线等级(A级或B级)是否改善了以运动完全性损伤开始的患者的预后模型。第四个结果是生物标记物预测颈椎脊髓损伤患者6个月总MS≤或> 8点变化的准确性。在这里，选择8个运动点作为截断点，因为它被认为是有临床意义的，接近手术减压等干预措施的效应大小，并产生了可比较的组大小。这是在所有颈椎脊髓损伤患者和AIS A损伤亚组中进行的评估。
统计分析
描述性统计使用平均值和标准差或中位数和四分位范围(IQR)和频率来描述连续和分类变量。我们将标本抽取伤后时间(t)分为24小时(0 < t < 36小时)、48小时(36小时≤t < 60小时)、72小时(60小时≤t < 84小时)、96小时(84小时≤t < 108小时)。24小时箱抽取标本2例(血清:AIS A 6例，AIS B 4例，AIS C 3例;脑脊液:4例AIS A, 2例AIS B, 2例AIS C患者)，产生2个测量浓度的平均值。我们使用双侧斯皮尔曼等级相关检验，Mann-Whitney检验了NF-L和GFAP与人口学和损伤特征之间的相关性U连续变量的Kruskal-Wallis检验，或分类变量的Fisher精确检验。对数据进行日志转换，生成受试者工作特征(ROC)曲线，以评估生物标志物在4种描述结果中的表现。线性判别分析(LDA)用于评估NF-L和GFAP联合治疗对这些结果的影响。使用Hosmer-Lemeshow检验评估逻辑回归模型的拟合优度。LDA结果的稳健性通过保留一个交叉验证进行评估，其中模型在除一个数据点之外的所有数据上进行训练，然后用于预测该点。对所有样本重复此过程后，计算平均误差以评估模型性能。为了确定临床参数的整合是否改善了基于生物标志物的预测模型，我们首先使用联列表和Fisher精确检验确定是否与结局存在独立关联，然后使用似然比检验比较使用生物标志物与生物标志物加临床数据的逻辑回归模型的拟合。为了确定ZPP是否可以预测AIS A患者6个月的AIS转换，基于段长对ZPP评分进行了一分为二:运动ZPP 0-1 vs 2+，感觉ZPP 0-2 vs 3+，基于以往的文献。22，23为了使用基线AIS等级预测6个月运动功能完全和不完全，我们将该组分为AIS A和B(我们排除了AIS C，因为这是6个月运动功能不完全的完美预测指标)。所有图形数据表示中位数和IQR，下面以表格形式列出了每个时间点的中位数浓度(pg/mL)。一个p<0.05为显著值，其中* .p< 0.05， **p< 0.01， ***p< 0.001，和****p< 0.0001。
数据可用性
应要求可提供未识别的数据。
结果
从118例急性创伤性脊髓损伤患者(68例颈部和50例胸腰椎)的血清和脑脊液标本中定量检测NF-L和GFAP (表格、表2及图1links.lww.com/WNL/C584)．由于在连续的研究中观察到患者特征的差异很小(表3)，为了本次二次分析研究的目的，我们将该患者群体作为一个统一的队列进行处理。基线AIS等级分别为AIS A 78例(66%)，AIS B 20例(17%)，AIS C 20例(17%)。113/118例(96%)患者在损伤后6个月进行了ISNCSCI随访评估。在脊髓损伤后4.3至107小时内，每名患者至少收集1个至4个脑脊液和血清标本。还从19例非脊髓损伤对照患者(n = 8[42%]为男性，平均[SD]年龄59.5岁[14.5])中采集了单对脑脊液和血清标本。
390例脑脊液标本和421例血清标本检测了NF-L和GFAP。尽管广泛稀释，50例(12%)血清标本和98例(23%)脑脊液标本仍高于GFAP的ULOD(表4)。links.lww.com/WNL/C585)．脑脊液中NF-L和GFAP的浓度比其相应的血清水平高几个数量级，并具有相关性(NF-L: rho = 0.745，p< 0.0001;GFAP: ρ = 0.717，p< 0.0001)，表明血清水平反映脑脊液水平(图1)．NF-L和GFAP浓度随时间变化的模式在基质和基线损伤严重程度(AIS A、B和C)之间存在差异(图3)。基于年龄、性别、损伤的神经系统水平(颈椎vs胸腰椎)、手术减压时间或临床试验的血清或CSF生物标志物没有差异(图4)。
在损伤后4 ~ 107小时收集的113例脊髓损伤患者的349对血清和脑脊液样本中定量测定了(A) NF-L和(B) GFAP的浓度。数据分析采用斯皮尔曼相关。胶质纤维酸性蛋白;神经丝光;脊髓损伤。
在两种血清中，NF-L和GFAP作为损伤严重程度的函数而升高(图2和图5，links.lww.com/WNL/C584与对照组相比，AIS A和AIS B患者的血清NF-L(中位数[IQR]: 16.9 pg/mL[12.4-31.8])在所有4个时间点均显著升高，差异最大的时间为96小时(AIS A 376 pg/mL[238-678])。p< 0.0001;AIS B 208 pg/mL [118-275]p= 0.0024)。同样，与对照组相比，在所有4个时间点，AIS A和AIS B患者的血清GFAP(中位[IQR]: 103 pg/mL[51.3-184])均显著高于对照组，在48小时观察到最大差异(AIS A 56,900 pg/mL[27,400-88,900])。p< 0.0001;AIS B 19,600 pg/mL [10,800-34,800]p= 0.0019)。虽然对照组和AIS C患者在24小时时血清GFAP没有重叠，但这种差异没有达到统计学意义(p= 0.063)。NF-L的能力或GFAP 24、48、72、和96小时postinjury区分AIS在基线的成绩(A和B, A和C, B和C)确定使用ROC曲线(eFigure 5, eTable 5, eTable 6)。所有ROC曲线血清GFAP和NF-L统计学意义(除了血清GFAP的AIS A和B在24小时内),面积在中华民国(AUROC)在0.734和0.962之间,展示moderate-to-strong能力区分AIS的成绩。使用LDA、血清GFAP和NF-L对AIS A和B患者的基线AIS等级正确分类67% ~ 79%;AIS A、C患者82% ~ 90%;交叉验证模型产生了相似的准确性，表明模型具有稳稳性(表7)。最后，我们使用多项logistic回归来确定血清NF-L和GFAP同时准确分类AIS A、B或C患者的能力(表8)。尽管AIS A患者的正确分类率为92%-97%，但血清生物标志物在识别AIS B或C患者方面表现较差。结合NF-L和GFAP并没有提高这些模型区分AIS等级的能力。
(A) NF-L和(B) GFAP在脊髓损伤后4天的对照组(n = 19，灰色)、AIS A (n = 78，橙色)、AIS B (n = 20，蓝色)和AIS C (n = 20，绿色)患者的血清样本中进行测量。*与对照组比较的统计结果(每24小时显示一次)。+ SCI组内比较统计结果。亚洲减值等级;胶质纤维酸性蛋白;神经丝光;脊髓损伤。
预测转化的分析仅在AIS A患者中进行，认识到大多数AIS B/C损伤是自发转化的。2，3.随访6个月的74例AIS A患者中，49例(66%)仍为AIS A，而25例(34%)改善，并被分为AIS B (n = 15)、C (n = 8)或D (n = 2)。与AIS等级改善的患者相比，未改善的AIS A患者24小时血清NF-L和GFAP显著升高(中位数[IQR]: NF-L 198 pg/mL [101, 352] vs 82 pg/mL[51.3, 124])。p< 0.0001;GFAP 45,200 pg/mL [13,500,65,200] vs 16,100 pg/mL [8,330,49,200]p= 0.017)，分别在伤后48、72和96小时保持高1.3 - 3.7倍(图3)．ROC曲线分析显示各组间存在中度至强的差异(表9，links.lww.com/WNL/C585）;72小时时血清NF-L阈值为264 pg/mL预测AIS a患者的敏感性为76% (95% CI 61,87)，特异性为77% (95% CI 55,92)，而72小时时血清GFAP阈值为35200 pg/mL预测不转化的敏感性为72% (95% CI 57,84)，特异性为77% (95% CI 55,92)。脑脊液中也观察到类似的结果;保留AIS A的AIS A患者NF-L高出3.2 - 4.5倍，GFAP高出1.9 - 12倍(e图7)，AUROC在0.678 - 0.899之间(表10)。使用LDA、血清NF-L和GFAP正确预测了75%-81%的AIS A患者仍为AIS A(表11)。省略一个交叉验证证明了结果的稳健性，并且在训练数据和验证数据上的模型性能之间的差异小于5%。接下来，我们评估了34例颈部和34例胸腰椎AIS A患者中基线ZPP(6例ZPP值缺失)的运动或感觉ZPP是否预测6个月AIS等级转换。与之前的报告一致，22，23虽然运动ZPP没有，但感觉ZPP与两个颈部AIS A转换相关(优势比[OR] 8.67, 95% CI 1.65-34.7;p= 0.007)和胸腰椎患者(OR 40.3, 95% CI 4.4-242;p= 0.0002)。除96小时NF-L外，宫颈患者血清NF-L和GFAP正确预测转归，准确率为67%-73%;在逻辑回归模型中加入sZPP后，这一预测提高了7%-20%(表12)。血清NF-L和GFAP正确预测了69%-83%的胸腰椎患者的转化，在模型中加入sZPP后，24和48小时的准确性提高了15%-19%;由于数据完全分离，这种比较无法在72小时或96小时进行(表13)。
在74例6个月时评估预后的AIS A患者中，49例(66%)仍为AIS A(无转化，橙色)，而25例(34%)的AIS等级有所改善(有转化，蓝色)。6个月时血清(A) NF-L和(B) GFAP根据AIS A转换状态作图，其中*p < 0.05， **p< 0.01， ***p< 0.001，和****p< 0.0001图下方的NF-L和GFAP中位数表示为pg/ml。根据转换状态，比较(C) NF-L和(D) GFAP在每个时间点(24小时橙色，48小时蓝色，72小时灰色，96小时蓝绿色)的浓度，生成ROC曲线。AUROC值和误差列于表9，links.lww.com/WNL/C585．亚洲减值等级;AUROC = ROC下面积;胶质纤维酸性蛋白;神经丝光;ROC =受试者工作特征;脊髓损伤。
考虑到进行详细的神经评估和分配基线AIS等级的挑战，我们试图确定NF-L或GFAP(独立于基线AIS等级)是否可以预测损伤后6个月哪些患者是运动完全(AIS a或B)或运动不完全(AIS C或D)。在6个月时，70例(62%)患者被归类为运动不完全，43例(38%)患者被归类为运动不完全。如图4， 24小时运动完全组与不完全组血清NF-L和GFAP中位水平显著升高(中位[IQR]: NF-L 129 pg/mL [863 - 261] vs 35.8 pg/mL [25.9-70.1]p< 0.0001;GFAP 41,300 pg/mL [13,600-59,900] vs 7,260 pg/mL [2,960-17,000]p< 0.0001)，并且这些差异维持到96小时(图3)．随着时间的推移，区分这些组的能力略有提高，在使用血清NF-L或GFAP 48小时后，有极好的辨别能力(AUROC >0.9)(表14，links.lww.com/WNL/C585)．72小时时血清NF-L阈值为170 pg/mL，预测这些患者将被分类为运动完全，敏感性为87% (95% CI 76,94)，特异性为84% (95% CI 69,94)，而72小时时血清GFAP阈值为13,180 pg/mL，预测6个月运动完全，敏感性为90% (95% CI 80,96)，特异性为84% (95% CI 69,94)。在6个月时，运动完全患者的CSF NF-L和GFAP比运动不完全患者高6 - 15倍(图8)，AUROC在0.883 - 0.935之间，其中72小时时间点再次显示出最强的预后能力(表15)。在原始的和交叉验证的LDA模型中，血清生物标志物在预测损伤后6个月的运动完全AIS和运动不完全AIS等级时具有80%-90%的准确性(表16)。交叉验证与指标模型相比具有相似的准确性，表明模型具有鲁棒性，并表明即使在缺乏基线神经评估的情况下，损伤后最初几天内测量的血清GFAP和NF-L可以预测6个月后的远端运动功能。在AIS A和B患者中，基线AIS等级与6个月时运动完全相关(OR 13.9, 95% CI 4.5-48，p< 0.0001)。就其本身而言，血清NF-L和GFAP在78%至87%的时间内正确预测了运动完全状态，了解基线AIS等级(A vs B)仅将预测模型提高了1%-4%，除非在96小时GFAP的情况下，其中仅使用生物标志物的模型比同时包含AIS等级的模型更适合(表17)。
113/118(96%)脊髓损伤患者进行了6个月的预后评估。70例患者(62%)在6个月时被分为AIS A或AIS B(运动功能完整，橙色)，而43例(38%)被分为AIS C或AIS D(运动功能不完整，蓝色)。基于6个月AIS结果进行分类的SCI患者24、48、72和96小时(A) NF-L和(B) GFAP的图表，其中****p< 0.0001。图下方的NF-L和GFAP中位数表示为pg/ml。基于观察到的AIS等级，比较(C) NF-L和(D) GFAP在每个时间点浓度的ROC曲线。AUROC值和误差列于表14，links.lww.com/WNL/C585．亚洲减值等级;胶质纤维酸性蛋白;神经丝光;ROC =受试者工作特征;脊髓损伤。
由于MS的改变通常被认为是颈椎脊髓损伤临床试验的主要结局指标，我们在65例颈椎脊髓损伤患者中检测了血清和脑脊液生物标志物与上肢MS (UEMS)、下肢MS (LEMS)和总MS变化之间的关系。血清和脑脊液生物标志物与UEMS、LEMS和总MS的变化之间几乎普遍呈负相关，表明较高的生物标志物水平与6个月时MS恢复较差相关(图9和表18)。links.lww.com/WNL/C584)．为了分析目的，我们关注总MS，并将运动恢复分为6个月后恢复运动点≤8个(n = 28.43%)和>8个(n = 37.57%)，因为这接近早期手术减压后MS可实现的变化。2424小时的NF-L和GFAP升高3-4倍(中位数[IQR]: NF-L 145 pg/mL [92.3-265] vs 43.4 pg/mL [27.4-77.1]p< 0.0001;GFAP 41,600 pg/mL [12,300-59,100] vs 8,680 pg/mL [3,000-21,200]p= 0.0012) (图5)及高出10倍(p6个月后恢复≤8个运动点的脊髓损伤患者脑脊液中< 0.0001)(图10)最准确的区分是使用48 - 72小时时间点测量的生物标志物水平(表19和20)，与观察其他结果一样。72小时时血清NF-L阈值为170 pg/mL，预测恢复≤8个运动点的患者，敏感性为88% (95% CI 69-97)，特异性为91% (95% CI 75-98)，而72小时时血清GFAP阈值为21150 pg/mL，预测6个月后恢复≤8个运动点的患者，敏感性为80% (95% CI 59-93)，特异性为88% (95% CI 71-96)。即使将分析局限于36例伴有AIS A损伤的颈椎脊髓损伤患者，除了24小时GFAP外，在6个月时恢复≤8个运动点的患者中，血清NF-L和GFAP水平显著升高(图6)， AUROC介于0.680至0.864之间(表21)。在积分≤8分的宫颈AIS A患者中，CSF NF-L和GFAP在所有4个时间点均升高5-11倍，AUROC为0.773-0.879(图11和表22)。这些数据表明，NF-L和GFAP可能是预测颈椎脊髓损伤(包括AIS A损伤)患者运动恢复的有用生物标志物。
总运动评分(ΔMS)的变化被分为6个月时获得≤8分的患者(橙色，n = 28)和获得>8分的患者(蓝色，n = 37)。基于运动评分恢复的血清(A) NF-L和(B) GFAP图，其中**p< 0.01， ***p< 0.001，和****p< 0.0001。图下方的NF-L和GFAP中位数表示为pg/ml。基于二分类运动评分恢复比较(C) NF-L和(D) GFAP在各时间点浓度的ROC曲线。AUROC值和误差列于表19，links.lww.com/WNL/C585．AUROC = ROC下面积;胶质纤维酸性蛋白;神经丝光;ROC =受试者工作特征;脊髓损伤。
比较6个月时获得≤8分(橙色，n = 25)和获得>8分(蓝色，n = 11)的颈部AIS A患者的血清(A) NF-L和(B) GFAP，其中*p< 0.05， **p< 0.01， ***p< 0.001，和****p< 0.0001, ns =不显著。图下方的NF-L和GFAP中位数表示为pg/ml。基于二分类运动评分恢复比较(C) NF-L和(D) GFAP在各时间点浓度的ROC曲线。AUROC值和误差列在表21中，links.lww.com/WNL/C585．亚洲减值等级;AUROC = ROC下面积;胶质纤维酸性蛋白;神经丝光;ROC =受试者工作特征;脊髓损伤。
证据分类
这项研究提供了I类证据，表明血清NF-L和GFAP较高与急性脊髓损伤后神经系统预后较差相关。
讨论
在这项对脊髓损伤患者NF-L和GFAP的综合分析中，CSF和血清之间的NF-L和GFAP浓度强相关(Rho > 0.7)，并且与CSF相比，血清中的诊断和预后性能相似，如果不是更强的话。血清NF-L和GFAP均强有力地表明AIS A患者在6个月时AIS等级的改善，在6个月时运动完全和运动不完全的区别非常明显，与基线临床评估无关。血清和脑脊液生物标志物也与颈椎脊髓损伤患者MS的恢复程度相关。有趣的是，NF-L和GFAP分别是同样强的生物标志物，它们的线性组合并没有改善预测模型。
表征sci后NF-L和GFAP的动态响应，揭示了与TBI生物标志物研究中观察到的相似之处。损伤后24小时血清NF-L水平在SCI和TBI中相似，在TBI中增加1.5 ~ 10倍7，12，25，26与对照组相比，SCI队列的差异为1.9 ~ 7.5倍。我们的结果与Kuhle等人的结果一致。17who报道，在27例急性脊髓损伤患者中，损伤后24小时血清NF-L浓度为21-70 pg/mL，并在损伤后7天升高，而健康对照组为5 pg/mL。据报道，与对照组相比，TBI后第一天血清GFAP增加了4- 200倍。11我们观察到，在24小时内，AIS C患者的中位数增加了58倍，AIS A患者增加了399倍，在前48小时内，对照组和SCI患者之间几乎没有重叠。考虑到SCI的潜在组织损伤体积明显小于TBI，这种反应是有趣的。
流体生物标记物可能代表损伤严重程度和生物反应的各个方面，这些方面无法通过标准临床检查或MRI完全捕获。在目前的研究中，血清和脑脊液生物标志物正确预测了75%-80% AIS A患者的自发AIS级恢复。准确预测自发神经恢复的可能性可以使研究人员精确地对患者进行临床试验登记，减少证明临床有意义效果所需的患者数量。血清NF-L和GFAP在损伤后6个月区分运动完全和运动不完全状态的能力，为临床医生使用损伤后最初几天内获得的血液样本来帮助与患者沟通预后，并可能为急性和康复环境中的管理决策提供信息。
当然可以想象，通过将流体生物标志物与临床信息和成像生物标志物(如MRI)相结合，可以促进预测急性脊髓损伤后的结果，这种组合方法在预测TBI后的结果方面表现出了希望。12，27，-，30.正如我们所证明的，损伤后6个月AIS A患者转化的血清生物标志物预测或AIS等级结局(AIS A/B vs AIS C/D)随着了解基线临床参数(如感觉ZPP和基线AIS等级)而改善。虽然这表明通过增加神经系统检查可以获得更好的预后，但在急性情况下，这种临床评估通常不可能执行或相当不可靠。值得关注的是，对于某些模型(例如，预测损伤后6个月剩余运动完全vs运动不完全)，通过向生物标记物添加临床数据，表明生物学反映神经结果的强度，几乎没有得到什么。
考虑到NF-L和GFAP作为急性脊髓损伤的生物标志物具有相似的性能，并且结合它们并不能改善模型性能，有趣的是，它们来自不同的细胞(神经元细胞和星形细胞)，并表现出不同的时间特征(随着时间的推移缓慢下降和快速下降)和对急性损伤的反应程度，血清中GFAP比NF-L高20-50倍。由于脊髓损伤不可避免地导致神经元和神经胶质的损伤，并破坏血脑和血- csf屏障，人们可以假设，NF-L和GFAP都是颗粒尺度上整体损伤严重程度的指标，因此是整体神经结局的强预测因子。GFAP对中枢神经系统具有高度特异性，鉴于GFAP量化的即时护理系统已经开发出来，8，9值得注意的是未来的临床应用。尽管NF-L是CNS富集的，但它不是CNS特异性的，因此如果周围神经系统伴有损伤，它可能升高。尽管最近一项对轻度创伤性脑损伤、创伤对照组和健康对照组的血清NF-L研究发现，对照组之间没有差异，31这表明，与SCI引起的影响相比，NF-L的外周作用可能可以忽略不计。由于我们的队列排除了多系统创伤或严重阑尾创伤的个体，因此需要在现实世界的多创伤环境中进行进一步的研究，以了解这可能如何影响血清生物标志物水平。在正常衰老过程中，NF-L水平增加32，33并在慢性神经退行性疾病如阿尔茨海默病中升高。34由于脊髓损伤患者的平均年龄在增加，而且更多的老年患者同时存在合并症，这一点很重要。然而，与慢性神经退行性变相比，急性神经损伤后NF-L的增加幅度要大得多，在损伤后数天至数周内采集的连续样本中，这种差异变得更加明显。
未来实施的另一个重要考虑因素是生物标志物表达的时间动态和生物标本采样的时间。之前的脑脊液生物标志物研究主要集中在脊髓损伤后的24小时时间点，14，35但目前的研究表明，血清NF-L和GFAP在48-72小时内具有最佳的生物标志物性能。持续高浓度的GFAP，尤其是那些从未低于ULOD的GFAP，与AIS A患者的不良预后相关。对于脑脊液和血清，72或96小时GFAP ULOD以上的所有AIS A患者在6个月时仍为AIS A。我们对NF-L随时间增加的观察与TBI中的研究一致，后者报告至少在损伤后的前2周血清NF-L增加。12，36在这种情况下，在损伤后1周或2周延长取样间隔的未来SCI研究可能提供额外的预测信息。
我们研究的优势包括队列规模，在血清和脑脊液中加入精确、敏感的轴突(NF-L)和胶质(GFAP)标记物的分析，描述超过4天的动态反应，6个月96%的临床随访，最终证明这些生物标记物可能改善目前可用的康复预测指标。一个限制是SCI的发生率相对较低，这导致在3个临床试验方案的14年的过程中发生。虽然在此期间，这些获取脑脊液和血清的方案从单一中心演变为多中心倡议，但纳入/排除标准、腰椎导管插入和脑脊液/血清采样是一致的。在这些临床试验队列中对生物标志物水平的分析显示，GFAP和NF-L水平之间没有显著差异，这表明将它们合并是合理的，随着时间的推移，生物标本的降解不是一个混杂问题。尽管所有的研究地点都接受了正式的ISNCSCI培训，但无法确保进行基线评估的个体与进行6个月随访评估的个体是同一个人，这反映了进行急性SCI临床试验的固有困难。尽管存在这些局限性，血清NF-L和GFAP似乎有很大的潜力来帮助临床医生与急性SCI患者沟通预后和决策，并协助研究人员进行临床试验，以评估新的干预措施和潜在的直接治疗。
研究资金
作者感谢Praxis脊髓研究所(原Rick Hansen研究所)提供的临床试验资金，并从美国瘫痪退伍军人和羞红综合治疗项目种子资助项目中提供支持，以进行这一生物标志物分析。
信息披露
作者报告没有相关披露。去首页Neurology.org/N全面披露。
鸣谢
M.A.斯金尼德感谢生命之翼脊髓研究基金会的支持。M.F. Dvorak是脊髓损伤领域的Paetzhold椅子教授。B.K. Kwon是加拿大脊髓损伤研究主席，并持有脊柱创伤德沃夏克主席。
附录的作者
脚注
去首页Neurology.org/N全面披露。作者认为相关的资金信息和披露(如果有的话)将在文章末尾提供。
文章处理费由作者出资。
提交并经外部同行评审。处理编辑是副主编丽贝卡·伯奇，医学博士。
证据类别:NPub.org/coe
- 收到了2022年8月10日。
- 最终接受2022年11月15日。
- 版权所有©2022由Wolters Kluwer健康公司代表美国神经病学学会出版。首页
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