第二十一章神经与精神疾病生物化学诊断

第二十一章

神经与精神疾病的生物化学诊断中山大学孙逸仙纪念医院方伟祯P344-357肌肉萎缩性侧面硬化病帕金森综合症老年痴呆症主要内容神经系统和疾病的概述常用神经及精神疾病的生物化学检测指标生物化学指标在神经精神疾病诊治中的应用了解:神经系统相关的生化特点。熟悉:

神经及精神疾病诊断的常用生物化学变化。掌握:

神经及精神疾病的常用生化指标检测。学习目标commander人体系统神经系统——是由神经元相互联系组成的错综复杂的电－化学信号网络,协调控制人的运动、感觉、语言、记忆、思维和情绪等。第一节概述神经系统中枢神经系统脑脊髓周围神经系统脑神经脊神经组成神经组织（微观）神经元（神经细胞）神经胶质细胞及基质感受刺激、整合信息和传导神经冲动支持、保护、分隔和营养结构

维持神经系统正常功能所需条件（掌握）

神经细胞的外在环境

脑脊液、血脑屏障神经组织的正常生长

能量、营养及神经生长(营养)因子神经细胞间的信号传递

神经递质及其受体功能相适应的生物化学组成和代谢

一、血脑屏障与脑脊液血脑屏障(blood-brainbarrier,BBB)

是血液与脑组织间的一种特殊屏障，能够选择性阻止某些物质由血液进入脑组织，以维持脑组织微环境的稳定。血脑屏障毛细血管内皮细胞基底膜星形胶质细胞形成的血管鞘（1）结构蛋白质不易通过（吞饮作用）；高脂溶性的物质可自由通过－（被动扩散）；

低脂溶性分子转运由载体介导－（载体运输）

金属离子交换缓慢

－（主动转运）酶屏障单胺氧化酶(MAO)血脑屏障选择通透性血脑屏障受损和影响新生儿核黄疸血管性脑水肿血浆白蛋白、离子、细菌、病毒等大分子物质可通过屏障。脑毛细血管内皮细胞间紧密连接开放严重脑损伤血脑屏障的严重破坏通透性显著提高脑脊液（cerebrospinalfluid,CSF）主要由脉络丛生成脉络丛脑室蛛网膜下腔蛛网膜粒静脉系统脑脊液的形成无色透明液体弱碱性少量淋巴细胞，无红细胞微量的蛋白质(200～400mg/L)较少的葡萄糖：为血糖60-70%

(

2.5-4.4mmol/L)电解质:

Mg、Cl>血浆脑脊液的特点保护作用，避免震荡冲击；运送营养物质，运走代谢产物；维持脑组织的渗透压及酸碱平衡；调整颅内压。脑脊液的主要功能二、中枢神经递质神经递质（neurotransmitter）：——神经元间或神经元与靶细胞（肌肉、腺细胞）间发挥信号传递作用的化学物质。神经调质（neuromodulator）

——在突触处无传递信号的功能，不直接触发靶细胞的效应，只对其他递质引发的效应起调制作用。多为肽类物质，故又称为神经肽。神经递质的特点（必要条件）主要存在于神经末梢，在大脑分布不均；突触前神经元有前体物质和合成酶系，能够合成和并以囊泡贮存；刺激神经末梢时，能释放入突触间隙；与突触后膜上的受体结合并产生一定的生理效应；在突触中有使其失活的机制；用递质拟似剂或受体阻断剂能加强或阻断突触传递作用。主要中枢神经递质类别代表物质主要功能胆碱类乙酰胆碱（Ach）能够与靶细胞膜上的N型、M型胆碱能受体结合，与感觉、运动、学习、记忆等多种功能有关儿茶酚胺类多巴胺（DA）、去甲肾上腺素（NE）肾上腺素(E)是交感神经节细胞与效应器之间重要的神经递质，参与记忆、觉醒、疼痛、内分泌等神经、精神活动吲哚类5-羟色胺（5-HT）集中在脑桥的中缝核群中，一般是抑制性的，但也有兴奋性的，与睡眠、痛觉、情绪和精神活动有关氨基酸类谷氨酸（Glu）、天冬氨酸、-氨基丁酸（GABA）和甘氨酸（Gly）前两者为兴奋性递质，与神经兴奋、精神分裂和退行性病有关；后两者为抑制性递质，与精神焦虑、镇痛、神经兴奋有关多肽类下丘脑释放激素、神经垂体激素、脑肠肽、垂体肽、阿片肽参与应激、情绪、镇痛、催眠、免疫等多种神经精神调节气体类CO、NO、H2S等作为神经递质在学习、认知、记忆和神经内分泌过程中发挥作用三、神经生长因子(nervegrowthfactor,NGF)

是一类影响神经元生存和发育、诱导神经元分化的生物活性物质，对神经元在发育时的生长、分化，以及成年神经元的维持具有重要作用。三、神经生长因子(nervegrowthfactor,NGF)生理功能：1．促进神经细胞的分化；2．对神经细胞的早期发育具有神经营养效应；3．维持成熟神经元的存活，促进神经损伤的修复与再生；神经营养因子（neurotrophinfactor,NTF）是一类由神经所支配的组织（如肌肉）和星形胶质细胞产生的且为神经元生长与存活所必需的蛋白质分子。

在神经系统发育过程中，神经元的生长受其环境中起营养作用的信号因子(神经生长因子)和抑制性信号因子(神经生长抑制因子)的共同调控。（一）糖代谢

正常条件下，葡萄糖是神经组织最重要和唯一有效的能量来源。

糖代谢方式：有氧氧化―ATP（主要）糖酵解―磷酸戊糖途径（参与还原反应、脂类代谢）三羧酸循环―GLU

神经递质（氨基酸类）四、神经组织的生物化学代谢基础

（二）蛋白质和氨基酸代谢神经组织蛋白质含量丰富，包括清蛋白、球蛋白和核蛋白等。神经系统特有蛋白质：谷胱甘肽、胱硫醚、磷酸乙醇胺

特点：含量高，种类多，更新快，自身合成。脂类含量高且独特，代谢缓慢；脑组织以类脂为主，包括磷脂、糖鞘脂、胆固醇等。糖鞘脂为神经组织特有脂类，主要包括脑苷脂和神经节苷脂。作用：提供神经髓鞘和膜相关物质的合成和能量供应。（三）脂类代谢（四）核酸代谢

脑中RNA含量特别高。代谢速度快慢与神经系统所处功能状态相关。生长因子、生长激素等可促进更新。（五）能量代谢脑主要由葡萄糖有氧氧化提供，脑耗氧量明显高于其他组织的耗氧量(20%-25%)，（→对缺氧和缺糖极敏感）。

脑内ATP、磷酸肌酸处于高水平，迅速生成和利用。小结神经组织的生物化学代谢特点（掌握）：

1）糖含量低，以血糖为主要能源；

2）脑的蛋白质含量丰富，氨基酸池组成特别，更新快，靠自身合成；

3）脂类含量高且独特代谢缓慢，糖鞘脂为神经组织的特殊脂；

4）核酸（RNA）合成活跃；5）脑的氧和能量消耗高，对缺氧缺糖极敏感。五、神经变性病的生物化学机制神经变性病：特点：——中枢神经系统中某个或某些特定的部位的神经元进行性变性以至坏死，伴有胞质内结构紊乱，但无炎症或异常物质的累积。主要病理改变——

神经元变性如：帕金森病，亨廷顿病及阿尔茨海默病。1.基因突变精神分裂症(5q22-23，6p24-22)阿尔茨海默病(D21,D14,D1)

神经变性病的发生与相关遗传物质的改变相关，蛋白质分子结构发生改变，不能发挥正常功能，导致了神经元变性甚至死亡。2.神经递质的异常

癫痫：血液和脑脊液的乙酰胆碱↑↑，多巴胺及代谢产物↓↓精神分裂症：多巴胺代谢产物↑，β-内啡肽↑↑，5-羟色胺↓帕金森病、癫痫和精神发育迟滞：脑脊液5-羟色胺↓3.异常钙离子通道开放突触前神经元突触后神经元缺血-能量代谢障碍电压门控通道

Ca2+内流↑EAA释放NMDA受体非NMDA受体受体门控通道开放Ca2+内流↑激活钙依赖的蛋白酶蛋白分解核酸酶DNA损伤磷脂酶Pt活化因子等↑

NOsNO↑自由基↑呼吸链功能（Mt）↓能代障碍细胞损伤死亡脑缺血神经元死亡的机制示意图NO合成的限速酶4.能量代谢缺陷——线粒体DNA缺陷

→线粒体功能障碍5.自由基分子代谢异常自由基增多：→线粒体损伤→神经细胞DNA损伤→可促进兴奋性氨基酸释放自由基（freeradical）——指在原子核外层轨道上带有不配对的电子，如O2-、H2O2-、OH-等。SOD等清除亨廷顿病阿尔茨海默病自由基增多神经营养因子和神经抑制因子的改变；环境和药物依赖性作用；神经细胞凋亡。6.其它因素一、帕金森病(Parkinsondisease)病理及生理生化

黑质、纹状体等部位的多巴胺能的神经元受损黑质-纹状体通路多巴胺水平↓↓正常多巴胺乙酰胆碱帕金森病多巴胺乙酰胆碱第二节常见神经与精神疾病的生化变化临床表现静止性震颤；肌强直；运动迟缓；姿势反射障碍。病因及发病机制尚未明确遗传因素环境毒素年龄老化氧化应激线粒体功能障碍谷氨酸毒性炎性/免疫反应……帕金森病生物化学变化神经递质的代谢变化：单胺类（特别是DA）的代谢缺陷；分子生物学变化：PARK1-PARK10等10个单基因与该病的发生有关。生物化学指标多巴胺（Dopamine，DA）高香草酸（Homovanillicacid，HVA）5-羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）5-羟吲哚乙酸（5-HIAA）DAHVA二、癫痫（epilepsy）定义：是大脑神经元突发性异常放电，导致短暂的大脑功能失调的一种慢性疾病。临床表现：全身强直阵挛少数表现为短暂的呆愕、意识模糊、流口水等发生机制：十分复杂，迄今尚未完全阐明。生物化学变化惊厥脑细胞坏死脑损伤；内质网应激破坏保护机制神经元凋亡脑损伤；氧化应激破坏动态平衡线粒体损伤细胞功能障碍和凋亡。生物化学指标髓鞘碱性蛋白（myelinbasicprotein，MBP）全身性癫痫发作可导致CSF和血清MBP↑提示大脑器质性损伤和血脑屏障的破坏作为全身性癫痫预后评估的一项生化指标神经元特异性烯醇化酶(neuronspecificenolase,NSE)

特异性存在于神经元和神经内分泌细胞中是一种可靠的神经元损伤标志物测定血清或脑脊液中NSE可作为评价脑损害的生化指标对有脑电图(EEG)异常的癫痫病人,可在抗癫痫治疗的随访中测定NSE值以指导治疗。生物化学指标三、卒中（Stroke）定义：俗称脑中风，是一种突发性脑部循环障碍性疾病。分类：临床上分为缺血性、出血性、高血压脑病和血管性痴呆四类临床表现：为一过性或永久性脑功能障碍的症状和体征（半身不遂、言语障碍等）。脑组织缺血缺氧；胶质细胞破坏，髓鞘崩解；血栓形成，神经元凋亡；脑局部炎症反应和血脑屏障破坏。。生物化学变化生物化学指标基质金属蛋白酶（matrixmmetalloproteinase，MMP）一组Ca2+和Zn2+依赖性蛋白酶主要的生理作用是降解和重塑细胞外基质，维持其动态平衡对脑卒中的诊断有指导意义

S-100蛋白一种酸性钙结合蛋白在脑组织中主要为

S-100B蛋白原发性和继发性脑损伤的生化标志物神经元特异性烯醇化酶↑↑血浆C-反应蛋白↑D-二聚体（D-dimer，DD）↑细胞间黏附分子-1(ICAM-1)心源性脂肪酸结合蛋白(hFABP)生物化学指标四、精神分裂症（schizophrenia）定义：以思维、情感、行为之间的互不协调，以及精神活动脱离现实环境为主要特征的一类常见精神病。临床表现：阳性症状——幻觉、错觉和怪异行为阴性症状——社交回避和情绪迟钝等发病机制遗传因素多巴胺受体基因5-羟色胺环境因素心理应激躯体疾病精神分裂症生物化学变化多巴胺↑、5-羟色胺、去甲肾上腺素等中枢神经递质的代谢紊乱；神经肽↑和胆囊收缩素↓等神经内分泌紊乱；血脑屏障破坏。生物化学指标多巴胺与多巴胺β羟化酶(dopamineβ-hydroxylase，DβH)未经治疗的精神分裂症病人血浆DA代谢产物HVA↑其HVA浓度与病人的阳性症状及治疗反应呈正相关病人外周多巴胺β羟化酶及单胺氧化酶活性↓

5-HT和NE5-HT的类似物麦角酸二乙酰胺（LSD）有明显的致幻作用（阳性症状）NE功能不足使神经系统失调，快感和意向活动减低（阴性症状）五、阿尔茨海默病(Alzheimer’sdisease,AD)定义：又称早老性痴呆，是一种中枢神经系统原发性退行性变性疾病，多有同病家族史，病变发展较快，颞叶及顶叶病变较显著，常有失语和失明。危险因素：年龄家族遗传史脑外伤唐氏综合征临床表现痴呆综合征：认知和记忆功能不断恶化；

起病缓慢：病人及家人常说不清何时起病；病程呈进行性：日常生活能力进行性减退。生物化学变化最大特征：神经肽变化智力和记忆功能障碍：大脑皮层和CSF的生长抑素↓↓记忆功能障碍：加压素(VP)和精氨酸加压素(AVP)↓生物化学指标神经递质的变化AD患者脑脊液中乙酰胆碱酯酶（AchE）活性↓↓↓。β-淀粉样蛋白（β-amyloidprotein）软脑膜和血管壁都有β-AP的沉积高浓度β-AP沉积对神经元有毒性作用β-AP含量在AD患者脑脊液中↑↑。第三节生物化学指标

在神经与精神疾病诊治中的应用CSF一般检验（CSF常规）CSF蛋白质检查（CSF生化）酶活力测定神经递质测定基因诊断一、脑脊液常规生化检查内容和临床意义检测项目检测方法参考值范围临床意义总蛋白双缩脲法邻苯三酚红钼络合法成人150450mg/L增高：脑炎、外伤、肿瘤等降低：甲亢、颅内压升高β2-微球蛋白（β2-MG）RIA(1.153.7)mg/L增高：中枢神经系统感染、肿瘤、自身免疫病髓鞘碱性蛋白（MBP）RIA、ELISA

4g/L增高：多发性硬化症、神经性梅毒、脑血管意外、脑外伤葡萄糖葡萄糖氧化酶法已糖激酶法婴儿：3.95.0mmol/L儿童：3.14.4mmol/1成人：2.54.4mmol/L升高：糖尿病，血性脑脊液，脑干急性外伤或中毒降低：细菌感染、真菌感染、脑膜癌、恶性肿瘤氯化物电极分析法婴儿：110122mmol/L儿童：111123mmol/L成人：118130mmol/L降低：细菌性感染，血氯降低升高：慢性肾功能不全、肾炎、尿毒症乳酸分光光度法1.02.8mmol/L升高：化脓性或结核性脑膜炎、脑血流量明显减少脑脊液总蛋白检查CSF总蛋白质：<450mg/L（白蛋白80%，球蛋白20%）

一般成人超过450mg/L为病理性升高

（脑出血、感染、肿瘤、退行性病变等）腰椎穿刺：0.15-0.45g/L；脑室穿刺：0.05-0.15g/L；脑池穿刺：0.10-0.25g/L

检测方法：Pandy’s试验（定性）－10%苯酚（手工）比浊法（定量）－邻苯三酚红钼络合法染料结合法（定量）－考马斯亮蓝自动化分析仪蛋白指数白蛋白指数=——衡量血脑屏障损害程度；IgG和白蛋白比率=——辅助脱髓鞘疾病↑的诊断；免疫球蛋白指数=——反映鞘内IgG合成。

CSF白蛋白mg/L

血浆白蛋白g/L

CSFIgGmg/LCSF白蛋白mg/L

CSFIgGmg/L×血浆白蛋白g/LCSF白蛋白mg/L×血清IgGg/L脑脊液蛋白电泳蛋白组分脑脊液（%）血清（%）临床意义前清蛋白2%6%微量增高：帕金森病、脑外伤、脑积水、脑萎缩等降低：脑膜炎及其他脑内炎症清蛋白44%62%56%增高：脑肿瘤、椎管阻塞、脑出血、脑梗塞降低：脑外伤1-球蛋白4%8%4.5%增高：脑膜炎、脊髓灰质炎2-球蛋白5%11%9.5%增高：脑肿瘤降低：脑外伤急性期-球蛋白13%26%12%增高：肌萎缩和帕金森病等退行性病变-球蛋白6%13%18%增高：感染、多发性硬化、脱髓鞘疾病、癫痫特异性蛋白检测β-淀粉样蛋白：酶联免疫法(ELISA法),放射免疫法(RIA法)β-淀粉样蛋白前体：RIA法tau蛋白：ELISA法β2-微球蛋白：ELISA法S100蛋白：免疫放射法(IRMA法),

RIA法，荧光免疫分析法(FIA)胶质纤维酸性蛋白(glialfibrillaryacidicprotein,GFAP):ELISA髓鞘碱性蛋白(myelinbasicprotein，MBP)：ELISA法,RIA法脑脊液酶类检测

1.常规酶类的测定

转氨酶(ALT、AST)

乳酸脱氢酶(LDH)溶菌酶(Lysozyme)核糖核酸酶（RNase）胆碱酯酶(AchE)多巴胺--羟化酶(DH)酸性磷酸酶(ACP)CSF中酶浓度一般不受中枢神经系统以外疾病的影响，活力测定可反映中枢神经系统病变。脑脊液酶类检测

2.特殊酶类的测定神经元特异性烯醇化酶

神经元损伤的特异性生物化学标志检测方法有酶活性和质量测定两种在脑梗死、癫痫、颅内高压等中枢神经损害时，NSE含量均增加。脑型肌酸激酶同工酶CK-BB主要分布在脑内神经元，是神经损伤的另一个特异性生物化学标志，检测方法有酶活性和质量测定两种。在脑梗死、脑出血、外伤及颅内高压时可持续增高。脑脊液酶类检测脑脊液中主要酶类检测的方法和意义检测酶类检测方法原理参考值范围临床意义天冬氨酸氨基转移酶(AST)动态法522U/L增高：脑梗死、脑萎缩、急性颅脑损伤、中毒性脑病、脑转移瘤肌酸激酶(CK)动态法08U/L增高：脑膜炎、脑积水、癫痫乳酸脱氢酶(LD)动态法

20U/L增高：细菌性脑膜炎LD同工酶琼脂糖电泳LD1:(27.21.1)%LD2:(27.00.9)%LD3:(23.80.8)%LD4:(17.61.5)%LD5:(2.40.8)%LD1、LD2升高为主：病毒性脑膜炎LD4、LD5升高为主：细菌性脑膜炎神经元特异性烯醇化酶(NSE)酶活性：速率法酶含量：ELISA法酶含量

10ng/ml脑梗死、脑肿瘤、癫痫和外伤时脑脊液和血清中NSE均升高临床常用的神经递质主要分为三类：生物胺、氨基酸与肽类。

神经递质对中枢神经系统功能和精神活动起重要作用，某些神经系统的疾病及精神病可表现相应递质的变化。对某些神经系统疾病诊断具有一定的意义。32脑脊液神经递质检测脑脊液神经递质及其代谢产物检测检测物质检测方法参考值范围临床意义多巴胺（DA）HPLC、电化学(2.190.60)mol/L增高：精神分裂症降低：帕金森病，癫痫高香草酸（HVA）HPLC(1.730.30)mol/L同上5-羟色胺（5-HT）HPLC(0.880.07)mol/L降低：帕金森病，癫痫，精神分裂症5-羟吲哚乙酸（5-HIAA）HPLC(0.440.13)mol/L增高：外伤-内啡肽（-EP）RIA、ELISA(19618)mg/L升高：精神分裂症P物质RIA(16014)mg/L降低：阿尔兹海默病生长抑素（SS）RIA(29.494.47)ng/L降低：帕金森病基因诊断—分子生物学技术神经、精神科学研究方法的重要组成部分，用于神经与精神性疾病的诊断。精神分裂症的分子遗传学研究是神经精神疾病基因诊断研究的另一个热点。基因诊断目前，重要的分子诊断方法有分子杂交、RFLP(RestrictionFragmentLengthPolymorphism，限制性内切酶片段长度多态性)、聚合酶链反应技术（PCR）等；采用基因诊断的神经性疾病有苯丙酮尿症、阿尔茨海默病、亨廷顿病、线粒体肌病和脑肌病、神经肌肉病、遗传性共济失调、癫痫、神经纤维瘤病、X连锁智力低下及肝豆状核变性等。小结脑脊液总蛋白测定主要用于鉴别细菌性和非细菌性脑膜炎，清蛋白指数可反映血脑屏障的完整性，蛋白质电泳能更准确地分析脑脊液蛋白的组分变化。脑脊液中如-淀粉样蛋白及其前体、tau蛋白对阿尔茨海默病，髓鞘碱性蛋白对多发性硬化，

S-100蛋白对脑损伤都具有重要的诊断价值。