尽管进行了多年的研究，但仍没有可用于临床实践的中风生物标志物。高通量技术的进步为了解这种复杂疾病的病理生理学提供了新的机会。多组学数据的整合意味着可以同时研究数千种蛋白质（蛋白质组学）、基因（基因组学）、RNA（转录组学）和代谢物（代谢组学），揭示分子水平之间的相互作用网络。多组学数据的综合分析将为中风发病机制、治疗靶点的识别和生物标志物的发现提供有用的见解。2020年05月，发表在Nature Reviews Neurology（IF：27）杂志上的题为“Multilevel omics for the discovery of biomarkers and therapeutic targets for stroke”的综述论文，详细介绍了有关中风的病理学知识以及中风生物标志物研究的现状。总结了蛋白质组学、代谢组学、转录组学和基因组学如何有助于识别可开发并用于临床卒中管理的新型候选生物标志物。

由于血管危险因素的负担越来越重，以及人口老龄化，神经血管疾病越来越常见。根据美国心脏协会的数据统计，在美国平均每40秒就有一人中风，2012至2030年间，美国的中风患病率将增加高达20.5%。缺血性中风是常见的类型，占所有中风的87%。目前被批准的治疗方法是通过静脉注射重组组织纤溶酶原激活剂(TPA)疏通闭塞的动脉，然后在大血管闭塞的情况下进行血管内机械血栓切除术。

缺血性中风的病理生理学特征

在急性缺血性中风中，脑血流量的突然下降会导致神经元和其他脑细胞的氧气和葡萄糖供应全部或部分减少。 因此，多种生理、生化和分子机制被触发，终导致细胞大量死亡，并改变缺血核心的基本神经功能。 在缺血核心周围的半影区中，脑细胞在较长时间内保持新陈代谢活跃、结构完整，因此可以立即进行治疗。

垂死的脑细胞释放危险信号，所谓的损伤相关分子模式(DAMP)，刺激中风后的炎症反应。DAMP促进免疫细胞表达促炎细胞因子、趋化因子和粘附分子，帮助循环中的白细胞渗入梗塞的大脑。这些炎症调控因子有助于破坏血脑屏障(BBB)，增加其通透性，从而进一步促进免疫细胞在受损脑内的聚集。这种现象破坏了大脑的免疫特性，使神经元抗原暴露在外周，进一步刺激炎症反应。此外，DAMP 和促炎细胞因子激活原发性淋巴器官，导致全身炎症反应综合征。因此，中风后的免疫变化不仅发生在大脑，还发生在各种外周器官，包括血液、骨髓、脾和肠道。

中风生物标志物的研究现状

对急性缺血性中风生物标志物的研究主要集中在两个目标上。 一是提高或加快对中风的诊断。 二是改善临床决策，促进个性化治疗的使用。

目前，中风的诊断主要通过临床评估和神经影像检查。一种更快、更准确的中风诊断技术（如血液测试），对于早期治疗至关重要。在以前的研究中，已经对单一生物标记物或生物标记物组合在这方面的效用进行了评估，但所实现的准确性远远低于临床实践所要求的。短暂性脑缺血发作的诊断生物标志物也很有价值，因为许多患者在接受医生治疗时已经没有症状，所以诊断主要依赖于临床病史。

床旁测试不仅有助于中风的诊断，还有助于区分中风亚型，特别是区分缺血性中风和脑出血(ICH)。CT检查对急性出血敏感度100%，但只能在医院进行，而院前溶栓治疗对于缺血性中风避免脑出血是可行的，但是需要在院前进行缺血性中风且排除脑出血的诊断。在这方面一个候选生物标志物是胶质纤维酸性蛋白(GFAP)，它是一种高度大脑特异性的中间丝蛋白，在脑出血后迅速释放到血液中。数据分析表明，血液中GFAP的测定可以区分ICH和缺血性中风（ICH中GFAP循环水平更高）。另一个有希望区分中风亚型的生物标志物是视黄醇结合蛋白4(RBP4)。这两种生物标志物的结合提高了中风患者的识别率。

生物标志物的多组学研究

在这些基于组学的方法中，蛋白质组学仍然是发现新型生物标志物常用的工具。 然而，基因组学、转录组学和代谢组学正在产生越来越有希望的结果，这些多组学方法可能是互补的，特别是如果多种组学方法可以应用于同一患者的话。

图1. 中风研究的多组学方法示意图。 单一的组学数据可以通过整体学和系统生物学相结合。这种多组学的方法有助于更好地了解中风的机制，并促进生物标志物和治疗剂的开发。

中风蛋白质组学研究

随着蛋白质组学技术的快速发展使得能够对缺血性中风后的整个大脑进行蛋白质组研究。与对侧区相比，缺血核心区肌动蛋白水平降低多，而白蛋白水平升高多。直到 2013 年，已有 51 种蛋白质被鉴定为在缺血性中风后的脑梗塞中差异表达。在脑梗塞中心观察到高水平的 GFAP ，它与星形胶质细胞增生症有关，有证据表明，中风后血流中 GFAP 的存在反映了脑损伤，当有易于检测的试剂盒可用时，可以作为临床测试的指标。此外，凝溶胶蛋白 (Gelsolin) 、二氢嘧啶酶相关蛋白 2(DRP2) 和胱抑素 A(Cystatin A) 被发现是不良预后的独立预测因子，并且仍然有望成为中风预后的血液生物标志物。

除了脑蛋白质组学的研究外，还研究了易获得的体液中蛋白表达模式，以更好地了解缺血性中风的病理生理学。对缺血核心区、半影区和对侧半球的细胞外流体样本的分析显示，与对侧半球的相应区域相比，有53个蛋白质在缺血核心和半影区高表达。在这些蛋白中，谷胱甘肽S-转移酶P1(GSTP1)、过氧化物还原蛋白1(PRDX1)和蛋白S100B被认为是中风的血液生物标志物。PRDX1和GSTP1相互作用，并参与到类似的氧化还原保护机制中，因此进一步研究这些蛋白在脑血管疾病中的作用是非常有必要的。

表1. 蛋白质组学研究中发现的中风潜在生物标志物

中风基因组学研究

到目前为止，全基因组中风协会研究（ GWAS ）和一些大型稳健的候选基因关联研究已经确定了一些与中风密切相关的基因位点，已确定的基因位点中包括 22 个与中风相关， 21 个与缺血性中风相关， 2 个与脑出血相关 ( 表 3) 。与中风相关的显著基因位点和与缺血性中风相关的基因位点之间存在相当大的重叠，其中一个位点与缺血性中风和深度 ICH 相关；与该位点相关的 ICH 与潜在的脑小血管疾病相关，这是缺血性中风和出血性中风的主要原因。

表2. 与中风相关的遗传基因位点

中风相关基因与特定中风亚型有非常密切的关联（例如HDAC9和PITX2基因分别与大动脉中风和心源性中风密切相关）；中风相关基因也可能与大多数类型中风风险的生物学途径有关，这些途径包括：易导致所有中风类型的血管风险因素，如高血压（易导致血管脆弱、血栓形成或出血）；调节对脑损伤的耐受性和弹性(图2)。

图2. 基因变异影响中风风险和中风的机制。在中风前(左)，遗传因素影响风险的发展因素(如糖尿病、肥胖症、高血压和血脂异常)，个人的血管脆弱性和中风的发生机制（心源性栓塞症、小血管疾病、大动脉粥样硬化、颈动脉夹层）。中风后(右)，遗传因素会影响伤害造成的损害程度以及大脑如何适应和恢复。

中风转录组学研究

转录组学的研究重点是外周血细胞中的基因表达和血浆中的RNA作为潜在的生物标志物。利用RT-PCR的方法确定了几种与中风诊断、中风病因和中风风险相关的标志物(表3)。但是仍需要在大队列中对已识别的标志物进行进一步评估和验证，才能将其转化为临床实践。

表3. 转录组研究中确定的潜在中风生物标志物

已确定的白细胞RNA表达模式可以区分出血性中风患者、拟中风患者和健康对照组。在血细胞中表达的几组基因转录本(9-97个基因)可以将缺血性中风患者与出血性中风患者和对照组区分开来，并对缺血性中风的敏感度和特异度为80%-90%。其中包括编码S100B、精氨酸酶、V因子、CD28和活化T细胞核因子(NFAT)的基因转录本，主要与免疫功能和血栓形成的差异有关。

此外，也有研究者对细胞内和细胞外血浆miRNA进行研究，以探究它们作为中风生物标志物的潜力。因为miRNA也调节细胞基因表达，因此在中风中可以具有重要的信号作用。中风后变化的细胞内miRNAs包括miR-122、miR-148a、let-7i、miR-19a、miR-320d、miR-4429、miR-363和miR-487b。到目前为止，许多已被发现在中风后改变的miRNAs在细胞内下调，这一观察结果与中风后白细胞mRNA表达增加是一致的。据预测，这些miRNA可调节Toll样受体信号、核因子-κB(NF-κB)信号、白细胞外渗信号和凝血酶原激活途径。这表明miRNA对中风后缺血性脑损伤的免疫反应具有调节作用，这可能与神经保护有关。

中风代谢组学研究

脑缺血引起局部和全身代谢改变，如细胞能量代谢途径和整体应激反应的改变。这些改变的发现引发了关于代谢产物是否可以作为循环生物标志物来评估中风风险、中风诊断和识别病因中风亚型的研究 ( 表 4 ) 。相比之下，代谢产物对预测中风后功能结果的价值尚未得到系统研究。

表4. 中风潜在代谢物生物标志物

代谢物被认为比蛋白质更容易通过血脑屏障，因为它们的尺寸更小。此外，代谢物的半衰期范围很广，这意味着它们的循环水平可以比其他分子更早地反映急性发作的疾病。在新研究中，对缺血性中风或脑出血患者的血液样本进行了质谱分析。一组五个变量--天冬酰胺和异戊烯酰肉碱水平，以及三个代谢物比率，正确识别了79%的中风患者。这项研究纳入了200多名患者，研究结果得到了内部验证，但代谢物水平没有根据人口统计学和血管风险因素进行调整，也没有进行外部验证，这限制了这些发现的推广。另一项研究中，对中风后血浆中68种代谢物的质谱分析显示，支链氨基酸水平随梗死面积的变化而降低，在调整人口统计学因素后，心源性中风患者的这一组氨基酸水平也低于短暂性脑缺血发作患者。未来的分析将确定该代谢物集合在有中风样症状的患者中识别所有缺血性中风亚型的能力。

此外，还进行了一些研究来检验代谢物是否可以用来区分病因性中风亚型。在其中一项研究中，对367名急性缺血性中风患者样本中的144种循环代谢物进行了质谱分析，并评估了单个代谢物对心源性和非心源性中风的区分能力。心源性中风患者三羧酸循环中间产物琥珀酸、α-酮戊二酸和苹果酸水平高于非心源性中风患者。琥珀酸还与左房增大和亚临床心房功能障碍有关，表明心源性栓塞症和结构性心脏异常患者的能量代谢发生改变，从而支持心源性栓塞性中风的异常心房基质模型。

总结

技术进步带来了“组学时代”，这使得在不同分子水平上收集和整合数据和信息成为可能。通过组学技术获得的信息将有助于更好地了解中风的病理生理学，将为诊断和预后提供新的机会，并改善对中风患者的管理。

在将研究结果整合到临床实践之前，必须进一步的研究来验证实验结果。这种验证必须包括更多样化的研究人群，因为在已发表的研究中，参与者缺乏种族和地理多样性是目前一个非常重要的局限，一些中风遗传学研究者们正在解决这一缺陷。尽管需要验证性实验，但多组学方法在中风治疗的临床应用中是一个有前景的策略。如果解决该领域中未得到满足的需求，那么这些方法将为中风疾病过程的不同阶段提供有效的生物标志物，有可能改变中风管理及改善患者的预后。