Application value of NF-L，NLRP3，and S100B proteins in assessing the severity and prognosis of traumatic brain injury

doi:10.3877/cma.j.issn.2095-9141.2024.05.004

Abstract

Abstract:

Objective

To investigate the application value of neurofilament light chain （NF-L），nucleotides binding oligomer domain like receptor protein 3（NLRP3）and S100B protein in the evaluation of the severity and prognosis of traumatic brain injury （TBI）.

Methods

One hundred TBI patients admitted to Neurosurgery Department of General Hospital of Northern Theater Command of PLA from January 2016 to December 2023 were selected as the study group. The patients were divided into mild group （n=32，GCS＞12 score） and moderate to severe group （n=68，GCS≤12 score） according to GCS score at admission. Thirty days after routine treatment， the patients were further divided into good prognosis group （n=72， GOS＞3 score） and poor prognosis group （n=28， GOS≤3 score） according to GOS score. One hundred healthy subjects were selected as the control group during the same period. NF-L， NLRP3 and S100B were detected by enzyme-linked immunosorbent assay， and the general data and levels of NF-L，NLRP3 and S100B in the two groups were compared between groups， and receiver operating characteristic （ROC）curve was drawn to analyze the application value of NF-L，NLRP3 and S100B in the evaluation of severity and prognosis of TBI.

Results

The levels of NF-L， NLRP3， and S100B in the study group were higher than those in the control group， and the differences were statistically significant（P＜0.05）. In the study group， the levels of NF-L， NLRP3， and S100B were higher in the moderate to severe group than in the mild group， the levels of NF-L， NLRP3， and S100B were higher in the poor prognosis group than in the good prognosis group， and the differences were statistically significant （P＜0.05）.ROC curve analysis showed that the area under the curve （AUC）of NF-L，NLRP3，S100B，and their combined assessment of moderate to severe TBI were 0.682 （0.649-0.715）， 0.706 （0.682-0.730）， 0.711（0.685-0.737）， and 0.824 （0.733-0.915）， respectively. The application efficiency of the combined assessment of TBI severity was higher than that of a single indicator； The AUC of NF-L， NLRP3， S100B， and their combined prediction of poor prognosis in TBI were 0.615（0.584-0.646），0.735（0.685-0.785），0.692（0.616-0.768）， and 0.816 （0.728-0.904）， respectively. The application efficiency of the combined prediction of TBI by the three indicators was higher than that of a single indicator.

Conclusion

NF-L， NLRP3 and S100B are highly expressed in moderate and severe TBI and poor prognosis，which can reflect the severity of TBI and provide a certain reference for predicting poor prognosis.

Key words: Traumatic brain injury, Neurofilament light chain, NLRP3, S100B protein, Prognosis

Dongyang Wu, Xiangdan Lin, Zuolin Shi, Yulong Zhao, Zhen Wang, An'guo Wen, Xin Ji, Juzhi Li, Mingguang Zhao. Application value of NF-L，NLRP3，and S100B proteins in assessing the severity and prognosis of traumatic brain injury[J]. Chinese Journal of Neurotraumatic Surgery(Electronic Edition), 2024, 10(05): 279-285.

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Figures/Tables 7

Tab.1 Comparison of general information between the study group and the control group

项目	研究组（n=100）	对照组（n=100）	t/χ²值	P值
性别[例（%）]			0.325	0.569
男	58（58.0）	54（54.0）
女	42（42.0）	46（46.0）
年龄（岁， $\overset{ˉ}{x}$ ±s）	57.62±6.25	57.20±6.09	0.481	0.631
BMI（kg/m²， $\overset{ˉ}{x}$ ±s）	23.53±2.31	23.39±2.25	0.434	0.665
基础疾病[例（%）]
糖尿病	32（32.0）	36（36.0）	0.357	0.550
高血压	43（43.0）	38（38.0）	0.519	0.471
血清（ $\overset{ˉ}{x}$ ±s）
NF-L（μg/L）	172.62±31.26	101.25±24.91	17.855	＜0.001
NLRP3（ng/mL）	25.06±4.12	1.42±0.41	57.097	＜0.001
S100B（ng/mL）	2.63±0.34	1.71±0.51	15.010	＜0.001

Tab.1 Comparison of general information between the study group and the control group

项目	研究组（n=100）	对照组（n=100）	t/χ²值	P值
性别[例（%）]			0.325	0.569
男	58（58.0）	54（54.0）
女	42（42.0）	46（46.0）
年龄（岁， $\overset{ˉ}{x}$ ±s）	57.62±6.25	57.20±6.09	0.481	0.631
BMI（kg/m²， $\overset{ˉ}{x}$ ±s）	23.53±2.31	23.39±2.25	0.434	0.665
基础疾病[例（%）]
糖尿病	32（32.0）	36（36.0）	0.357	0.550
高血压	43（43.0）	38（38.0）	0.519	0.471
血清（ $\overset{ˉ}{x}$ ±s）
NF-L（μg/L）	172.62±31.26	101.25±24.91	17.855	＜0.001
NLRP3（ng/mL）	25.06±4.12	1.42±0.41	57.097	＜0.001
S100B（ng/mL）	2.63±0.34	1.71±0.51	15.010	＜0.001

Tab.2 Comparison of general information between moderate to severe group and mild group

项目	中重度组（n=68）	轻度组（n=32）	t/χ²值	P值
性别[例（%）]			0.059	0.808
男	40（58.82）	18（56.25）
女	28（41.18）	14（43.75）
年龄（岁， $\overset{ˉ}{x}$ ±s）	57.73±6.33	57.39±6.08	0.254	0.800
BMI（kg/m²， $\overset{ˉ}{x}$ ±s）	23.56±2.52	23.47±1.86	0.180	0.858
基础疾病[例（%）]
糖尿病	21（30.88）	11（34.38）	0.122	0.727
高血压	28（41.18）	15（46.88）	0.288	0.591
发病至入院时间（h， $\overset{ˉ}{x}$ ±s）	3.13±0.24	3.16±0.29	0.545	0.587
受伤原因[例（%）]			0.119	0.942
坠落伤	25（36.77）	11（34.38）
交通意外	32（47.06）	15（46.88）
钝器锐器	11（16.18）	6（18.75）
颅外重大损伤[例（%）]	26（38.24）	8（25.00）	1.699	0.192
瞳孔反射[例（%）]			1.525	0.467
双侧瞳孔反射存在	42（61.77）	23（71.88）
单侧瞳孔反射存在	3（4.41）	2（6.25）
双侧瞳孔反射消失	23（33.82）	7（21.88）
缺氧[例（%）]	13（19.12）	4（12.50）	0.675	0.411
蛛网膜下腔出血[例（%）]	49（72.06）	22（68.75）	0.116	0.734
硬膜外血肿[例（%）]	16（23.53）	5（15.63）	0.820	0.365
院前插管[例（%）]	9（13.24）	2（6.25）	0.488	0.485
院内插管[例（%）]	12（17.65）	3（9.38）	0.609	0.435
总住院时间（d， $\overset{ˉ}{x}$ ±s）	23.36±6.12	20.87±6.03	1.907	0.060
GCS评分（分， $\overset{ˉ}{x}$ ±s）	10.02±1.08	14.52±1.01	19.834	＜0.001
GOS评分（分， $\overset{ˉ}{x}$ ±s）	3.21±0.29	3.26±0.34	0.761	0.449
血清（ $\overset{ˉ}{x}$ ±s）
NF-L（μg/L）	181.25±33.43	154.28±26.65	4.001	＜0.001
NLRP3（ng/mL）	31.13±4.92	12.16±2.42	20.628	＜0.001
S100B（ng/mL）	2.97±0.39	1.91±0.23	14.231	＜0.001

Tab.2 Comparison of general information between moderate to severe group and mild group

项目	中重度组（n=68）	轻度组（n=32）	t/χ²值	P值
性别[例（%）]			0.059	0.808
男	40（58.82）	18（56.25）
女	28（41.18）	14（43.75）
年龄（岁， $\overset{ˉ}{x}$ ±s）	57.73±6.33	57.39±6.08	0.254	0.800
BMI（kg/m²， $\overset{ˉ}{x}$ ±s）	23.56±2.52	23.47±1.86	0.180	0.858
基础疾病[例（%）]
糖尿病	21（30.88）	11（34.38）	0.122	0.727
高血压	28（41.18）	15（46.88）	0.288	0.591
发病至入院时间（h， $\overset{ˉ}{x}$ ±s）	3.13±0.24	3.16±0.29	0.545	0.587
受伤原因[例（%）]			0.119	0.942
坠落伤	25（36.77）	11（34.38）
交通意外	32（47.06）	15（46.88）
钝器锐器	11（16.18）	6（18.75）
颅外重大损伤[例（%）]	26（38.24）	8（25.00）	1.699	0.192
瞳孔反射[例（%）]			1.525	0.467
双侧瞳孔反射存在	42（61.77）	23（71.88）
单侧瞳孔反射存在	3（4.41）	2（6.25）
双侧瞳孔反射消失	23（33.82）	7（21.88）
缺氧[例（%）]	13（19.12）	4（12.50）	0.675	0.411
蛛网膜下腔出血[例（%）]	49（72.06）	22（68.75）	0.116	0.734
硬膜外血肿[例（%）]	16（23.53）	5（15.63）	0.820	0.365
院前插管[例（%）]	9（13.24）	2（6.25）	0.488	0.485
院内插管[例（%）]	12（17.65）	3（9.38）	0.609	0.435
总住院时间（d， $\overset{ˉ}{x}$ ±s）	23.36±6.12	20.87±6.03	1.907	0.060
GCS评分（分， $\overset{ˉ}{x}$ ±s）	10.02±1.08	14.52±1.01	19.834	＜0.001
GOS评分（分， $\overset{ˉ}{x}$ ±s）	3.21±0.29	3.26±0.34	0.761	0.449
血清（ $\overset{ˉ}{x}$ ±s）
NF-L（μg/L）	181.25±33.43	154.28±26.65	4.001	＜0.001
NLRP3（ng/mL）	31.13±4.92	12.16±2.42	20.628	＜0.001
S100B（ng/mL）	2.97±0.39	1.91±0.23	14.231	＜0.001

Fig.1 ROC curve for predicting the severity of TBI using NF-L，NLRP3，S100B and three combinations

Tab.3 ROC curve analysis of predicting the severity of TBI using NF-L，NLRP3，and S100B

指标	截断值	灵敏度（%）	特异度（%）	约登指数	AUC	95%CI	P值
NF-L	170.00 μg/L	75.00	78.13	0.531	0.682	0.649～0.715	0.019
NLRP3	25.00 ng/mL	85.29	75.00	0.603	0.706	0.682～0.730	0.007
S100B	2.50 ng/mL	79.41	81.25	0.607	0.711	0.685～0.737	0.004
联合	-	91.18	87.50	0.787	0.824	0.733～0.915	＜0.001

Tab.4 Comparison of general information between poor prognosis group and good prognosis group

项目	预后不良组（n=28）	预后良好组（n=72）	t/χ²值	P值
性别[例（%）]			1.022	0.312
男	14（50.00）	44（61.11）
女	14（50.00）	28（38.89）
年龄（岁， $\overset{ˉ}{x}$ ±s）	58.01±6.38	57.47±6.20	0.388	0.699
BMI（kg/m²， $\overset{ˉ}{x}$ ±s）	23.67±2.11	23.48±2.39	0.368	0.713
基础疾病[例（%）]
糖尿病	8（28.57）	24（33.33）	0.210	0.647
高血压	13（46.43）	30（41.67）	0.187	0.666
发病至入院时间（h， $\overset{ˉ}{x}$ ±s）	3.18±0.29	3.12±0.24	1.058	0.293
受伤原因[例（%）]			0.275	0.871
坠落伤	11（39.29）	25（34.72）
交通意外	12（42.86）	35（48.61）
钝器锐器	5（17.86）	12（16.67）
颅外重大损伤[例（%）]	11（39.29）	23（31.94）	0.484	0.487
瞳孔反射[例（%）]			3.083	0.214
双侧瞳孔反射存在	15（53.57）	50（69.44）
单侧瞳孔反射存在	1（3.57）	4（5.56）
双侧瞳孔反射消失	12（42.86）	18（25.00）
缺氧[例（%）]	7（25.00）	10（13.89）	1.064	0.302
蛛网膜下腔出血[例（%）]	22（78.57）	49（68.06）	1.083	0.298
硬膜外血肿[例（%）]	7（25.00）	14（19.44）	0.375	0.540
院前插管[例（%）]	4（14.29）	7（9.72）	0.089	0.765
院内插管[例（%）]	3（10.71）	12（16.67）	0.191	0.662
总住院时间（d， $\overset{ˉ}{x}$ ±s）	24.11±6.14	21.96±6.07	1.585	0.116
GCS评分（分， $\overset{ˉ}{x}$ ±s）	8.89±1.07	12.46±1.05	15.186	＜0.001
GOS评分（分， $\overset{ˉ}{x}$ ±s）	2.03±0.44	3.69±0.25	23.734	＜0.001
血清（ $\overset{ˉ}{x}$ ±s）
NF-L（μg/L）	189.43±36.17	166.08±29.35	3.341	＜0.001
NLRP3（ng/mL）	35.24±5.11	21.10±3.74	15.252	＜0.001
S100B（ng/mL）	3.23±0.51	2.40±0.27	10.563	＜0.001

Tab.4 Comparison of general information between poor prognosis group and good prognosis group

项目	预后不良组（n=28）	预后良好组（n=72）	t/χ²值	P值
性别[例（%）]			1.022	0.312
男	14（50.00）	44（61.11）
女	14（50.00）	28（38.89）
年龄（岁， $\overset{ˉ}{x}$ ±s）	58.01±6.38	57.47±6.20	0.388	0.699
BMI（kg/m²， $\overset{ˉ}{x}$ ±s）	23.67±2.11	23.48±2.39	0.368	0.713
基础疾病[例（%）]
糖尿病	8（28.57）	24（33.33）	0.210	0.647
高血压	13（46.43）	30（41.67）	0.187	0.666
发病至入院时间（h， $\overset{ˉ}{x}$ ±s）	3.18±0.29	3.12±0.24	1.058	0.293
受伤原因[例（%）]			0.275	0.871
坠落伤	11（39.29）	25（34.72）
交通意外	12（42.86）	35（48.61）
钝器锐器	5（17.86）	12（16.67）
颅外重大损伤[例（%）]	11（39.29）	23（31.94）	0.484	0.487
瞳孔反射[例（%）]			3.083	0.214
双侧瞳孔反射存在	15（53.57）	50（69.44）
单侧瞳孔反射存在	1（3.57）	4（5.56）
双侧瞳孔反射消失	12（42.86）	18（25.00）
缺氧[例（%）]	7（25.00）	10（13.89）	1.064	0.302
蛛网膜下腔出血[例（%）]	22（78.57）	49（68.06）	1.083	0.298
硬膜外血肿[例（%）]	7（25.00）	14（19.44）	0.375	0.540
院前插管[例（%）]	4（14.29）	7（9.72）	0.089	0.765
院内插管[例（%）]	3（10.71）	12（16.67）	0.191	0.662
总住院时间（d， $\overset{ˉ}{x}$ ±s）	24.11±6.14	21.96±6.07	1.585	0.116
GCS评分（分， $\overset{ˉ}{x}$ ±s）	8.89±1.07	12.46±1.05	15.186	＜0.001
GOS评分（分， $\overset{ˉ}{x}$ ±s）	2.03±0.44	3.69±0.25	23.734	＜0.001
血清（ $\overset{ˉ}{x}$ ±s）
NF-L（μg/L）	189.43±36.17	166.08±29.35	3.341	＜0.001
NLRP3（ng/mL）	35.24±5.11	21.10±3.74	15.252	＜0.001
S100B（ng/mL）	3.23±0.51	2.40±0.27	10.563	＜0.001

Fig.2 ROC curve for predicting the prognosis of TBI using NF-L，NLRP3，S100B and three combinations

Tab.5 ROC curve analysis of predicting the prognosis of TBI using NF-L，NLRP3，and S100B

指标	截断值	灵敏度（%）	特异度（%）	约登指数	AUC	95%CI	P值
NF-L	185.00 μg/L	71.43	80.56	0.520	0.615	0.584～0.646	0.028
NLRP3	30.00 ng/mL	85.71	79.17	0.649	0.735	0.685～0.785	0.009
S100B	3.00 ng/mL	82.14	73.61	0.558	0.692	0.616～0.768	0.017
联合	-	92.86	86.11	0.790	0.816	0.728～0.904	＜0.001

References 21

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