尿液生物标志物在运动员脑震荡监测中的应用：一项针对不同头外伤风险人群的前瞻性研究

《Molecular Neurobiology》：Neuronal and Glial Biomarkers in Urine of Athletes with Different Risks of Head Trauma to Monitor Sports-Related Concussions

本研究针对运动相关脑震荡(SRC)诊断中血液检测的侵入性局限，创新性地探讨了尿液生物标志物（GFAP、UCH-L1、tau、NfL）在不同头外伤风险运动员（拳击/美式足球/足球/耐力运动）中的监测价值。研究发现高风险运动员尿液tau-CR和UCH-L1-CR显著升高，且SRC后 pooled 分析显示两标志物持续高表达，为无创化脑损伤监测提供了新思路。

　　

在竞技体育领域，运动相关脑震荡(SRC)如同一个看不见的"沉默杀手"。作为创伤性脑损伤(TBI)中最常见的类型，SRC在接触性运动中的发生率高达每1000次运动员暴露0.4-1.4例。特别是拳击、美式足球等高风险运动，运动员不仅面临急性脑损伤风险，更令人担忧的是重复性头外伤可能导致的长期神经退行性病变。然而，当前SRC的诊断主要依赖主观症状评估，传统神经影像学检查往往无明显异常，使得准确诊断和监测变得异常困难。

近年来，血液中的神经和胶质生物标志物为SRC诊断带来了曙光。胶质纤维酸性蛋白(GFAP)、泛素羧基末端水解酶L1(UCH-L1)、tau蛋白和神经丝轻链(NfL)等生物标志物在血清中的浓度变化，被证明能够有效反映脑损伤情况。但频繁抽血检测的侵入性特点，使得运动员往往产生抵触情绪，特别是在需要长期监测的高风险运动中，这一局限性更加明显。

正是在这一背景下，由Konstantin Kohlhase领导的研究团队开展了一项创新性研究，探索通过尿液无创检测这些生物标志物的可行性。他们提出了一种大胆的设想：能否通过简单的尿液检测来实现SRC的早期诊断和长期监测？这一思路如果被证实有效，将彻底改变运动员脑健康监测的模式。

研究方法上，该研究采用了前瞻性单中心设计，选取了代表不同头外伤风险等级的运动员群体。高风险组为拳击运动员（旨在诱导意识丧失的运动），中风险组包括美式足球和足球运动员（身体接触频繁但有一定防护），低风险组为耐力运动运动员。研究的关键技术包括使用Simoa?人类神经学4重试剂盒进行超灵敏生物标志物检测，并通过肌酐比值(CR)校正尿液稀释度的影响。统计分析采用Kruskal-Wallis检验和Mann-Whitney-U检验等非参数方法。

生物标志物检测方法的验证

研究人员对Simoa?检测方法进行了严格的适用性验证，确定了各分析物的定量上限(ULOQ)和下限(LLOQ)。检测精度和准确度通过质量控制(QC)样本进行评估，室内精密度系数变异(CV)低于23%，室间精密度CV低于26.8%。同时评估了样本并行性和分析稳定性，确保检测结果的可靠性。

样本采集与队列特征

研究共纳入48名运动员，获得112份样本。高风险组（拳击）11名运动员提供43份样本，中风险组包括10名足球运动员（34份样本）和18名美式足球运动员（26份样本），低风险组为9名耐力运动员。记录到10例SRC事件，其中9例发生在拳击运动员中，1例在足球运动员中。

不同运动风险组的生物标志物差异

研究结果显示，拳击运动员的尿液生物标志物-CR数值上最高，其中tau-CR（517.5 [205.5-1253.5] E-10）与美式足球运动员（166.7 [56.2-363.1] E-10）相比有显著差异(p=0.005)。UCH-L1-CR（3523.3 [1671.6-4695.7] E-10）与美式足球运动员（1235.3 [693.0-2302.1] E-10, p=0.001）和耐力运动员（1110.1 [348.5-2298.2] E-10, p=0.012）相比也显著升高。而NfL-CR和GFAP-CR在不同运动类型间无显著差异。

当考虑采样期间的最大生物标志物-CR值时，拳击运动员在tau-CR、NfL-CR、GFAP-CR和UCH-L1-CR方面均显示出显著高于其他运动组的值，这表明最大生物标志物-CR可能更能反映累积的神经损伤。

运动相关脑震荡的生物标志物变化

在SRC发生后48-72小时内采集的尿液样本中，生物标志物-CR未见显著升高。然而，当将所有SRC后的样本进行 pooled 分析时，发现tau-CR（629.4 [257.7-1572.0] E-10 vs. 229.6 [74.2-560.0] E-10, p=0.02）和UCH-L1-CR（3506.1 [1920.2-4897.5] E-10 vs. 1791.3 [970.1-3500.0] E-10, p=0.02）在SRC后样本中显著升高，这与血清生物标志物研究结果部分一致。

诊断效能分析

ROC分析显示，生物标志物-CR在区分高风险运动员与其他运动员方面具有中等预测价值，其中UCH-L1-CR的AUC为0.71（0.61-0.80; p<0.001）。而当使用最大生物标志物-CR时，预测效能进一步提高，UCH-L1-CR(最大)的AUC达到0.89（0.78-0.99; p<0.001），表明纵向监测可能比单次测量更具临床价值。

研究结论与意义

该研究的核心发现是，高风险运动运动员尿液中UCH-L1-CR和tau-CR的基础水平显著高于中低风险运动员，这可能反映了累积性头部撞击的影响。尽管在SRC后72小时内未观察到生物标志物的早期升高，但SRC后 pooled 样本中的持续高表达提示这些标志物可能适用于长期监测而非急性诊断。

这一研究成果的意义在于为运动员脑健康监测提供了全新的无创化思路。尿液检测的优势在于其非侵入性、易于重复和可自我操作的特点，特别适合在高风险运动中进行季节性纵向监测。未来研究可结合神经影像学标志物，进一步探索尿液生物标志物与头部撞击次数、症状持续时间以及长期神经后遗症的相关性。

然而，研究也存在一定局限性，如SRC案例数较少、样本采集时间点不统一、仅纳入男性运动员以及检测方法非尿液专用等。特别是UCH-L1在肾脏组织中的表达可能对结果产生混淆影响，未来研究可考虑使用脑特异性更强的磷酸化tau异构体（如pTau¹⁸¹）来提高特异性。

总体而言，这项发表于《Molecular Neurobiology》的研究为运动医学领域带来了重要突破，为开发无创、便捷的运动员脑损伤监测工具奠定了坚实基础，有望在未来改变运动相关脑震荡的诊断和监测范式。