早產(chǎn)兒腦損傷發(fā)病機(jī)制研究進(jìn)展

劉彩霞，景衛(wèi)莉(綜述),謝集建(審校)

(湖北醫(yī)藥學(xué)院附屬太和醫(yī)院兒科，湖北 十堰 442000)

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早產(chǎn)兒腦損傷發(fā)病機(jī)制研究進(jìn)展

劉彩霞△，景衛(wèi)莉※(綜述),謝集建(審校)

(湖北醫(yī)藥學(xué)院附屬太和醫(yī)院兒科，湖北 十堰 442000)

摘要：隨著新生兒重癥監(jiān)護(hù)病房的監(jiān)護(hù)技術(shù)和治療技術(shù)的進(jìn)步，極低出生體重兒及超低出生體重兒的存活率有了明顯提高，但早產(chǎn)兒因出現(xiàn)腦損傷遺留后遺癥的比例并沒有降低，除了較為明確的缺氧缺血和感染兩個(gè)上游機(jī)制外，最新的研究提示腦損傷尚存在三個(gè)下游機(jī)制，分別為氧自由基的攻擊、小膠質(zhì)細(xì)胞的激活、興奮性谷氨酸的毒性作用。其中小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的毒性作用主要通過Toll樣受體4起作用。

關(guān)鍵詞：腦損傷；早產(chǎn)兒；發(fā)病機(jī)制

神經(jīng)病理學(xué)家發(fā)現(xiàn)早產(chǎn)兒腦損傷中除了經(jīng)典的腦白質(zhì)病變外，常伴隨神經(jīng)元、軸突的損傷[1]。但腦白質(zhì)損傷——腦室周圍白質(zhì)軟化(periventricular leuko-malacia,PVL)仍然是早產(chǎn)兒損傷中最有代表的表現(xiàn)形式，PVL包括兩種形式：①囊性PVL，其中所有細(xì)胞成分均發(fā)生壞死；②彌漫性PVL，其范圍較廣，但只有發(fā)育中的少突膠質(zhì)細(xì)胞的前體細(xì)胞(pre-oligodendrocytes,Pre-oLs)這一特定的細(xì)胞發(fā)生壞死，伴隨星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞的增生[2]。過去常見的囊性PVL逐漸減少，而彌漫性PVL逐漸成為主要發(fā)病類型[3]?，F(xiàn)主要綜述PVL的發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展。

1缺氧缺血引起腦損傷

1.1早產(chǎn)兒腦白質(zhì)本身存在固有的易損性腦白質(zhì)固有的易損性與早產(chǎn)兒腦血管的生理因素及解剖因素、壓力被動(dòng)性循環(huán)有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，腦的氧合指數(shù)的波動(dòng)與血壓變異密切相關(guān)[4]，但是，在危重早產(chǎn)兒中，即使較小的血壓變化也可導(dǎo)致腦損傷，這表明危重早產(chǎn)兒的血壓調(diào)節(jié)功能已嚴(yán)重受損，血壓調(diào)節(jié)功能受損更容易因血壓波動(dòng)而導(dǎo)致腦損傷。

1.2機(jī)械通氣與腦損傷有相關(guān)性使用機(jī)械通氣發(fā)生過度通氣的早產(chǎn)兒易發(fā)生腦白質(zhì)缺血，因?yàn)榈吞妓嵫Y具有強(qiáng)大的腦血管收縮作用，持續(xù)的低碳酸血癥與PVL發(fā)生密切相關(guān)[5]。此外，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)長期機(jī)械通氣導(dǎo)致慢性肺疾病的早產(chǎn)狒狒和羊羔常伴隨腦損傷[6]，提示長期機(jī)械通氣和高氧可能導(dǎo)致核小體組蛋白的修飾而影響表觀基因遺傳表達(dá)，具體的分子機(jī)制目前尚不確切。

1.3腦缺血損傷的主要靶細(xì)胞Pre-oLs為尚未發(fā)育成熟的少突膠質(zhì)細(xì)胞，自身對缺氧缺血非常敏感，對胎羊的研究已經(jīng)揭示了Pre-oLs為腦白質(zhì)缺血后首先損傷的靶細(xì)胞[2]。缺血引起腦損傷的形態(tài)特點(diǎn)與Pre-oLs自身的分布高度一致，提示兩者之間高度相關(guān)。

2感染引起腦損傷

人類神經(jīng)病理學(xué)研究提示，在感染的情況下，臨床上發(fā)生缺氧缺血的可能性更大，這兩者可發(fā)生相互增強(qiáng)作用，而且胎兒和新生兒期的感染與持續(xù)性的低血壓和削弱的血管調(diào)節(jié)功能有關(guān)[7]，這種加強(qiáng)作用與腦小膠質(zhì)細(xì)胞的激活有關(guān)且依賴于損傷發(fā)生的時(shí)相。在最具有加強(qiáng)作用的例子中，內(nèi)毒素在缺血缺氧4 h前應(yīng)用，當(dāng)內(nèi)毒素用在缺血缺氧發(fā)生的72 h前，也存在這種加強(qiáng)作用；內(nèi)毒素用在缺血缺氧24 h前時(shí)，腦損傷反而減輕，Hagberg等[8]在胎鼠15 h時(shí)給母鼠子宮內(nèi)注射單劑的內(nèi)毒素,隨后在產(chǎn)后5 h或9 h時(shí)經(jīng)歷缺血缺氧導(dǎo)致腦損傷的加強(qiáng)作用并在生后14 d時(shí)發(fā)生腦白質(zhì)低髓鞘化。

3引起早產(chǎn)兒腦損傷的三個(gè)下游機(jī)制

氧自由基的攻擊、興奮性谷氨酸的毒性作用、小突膠質(zhì)細(xì)胞激活后分泌的細(xì)胞因子的作用是引起早產(chǎn)兒腦損傷的三個(gè)下游機(jī)制。氧自由基攻擊是損傷發(fā)生的重要的最后共同途徑，興奮性毒性通過Ca2+內(nèi)流、氧自由基和氮自由基的產(chǎn)生導(dǎo)致Pre-oLs損傷。小膠質(zhì)細(xì)胞的激活可以通過多種機(jī)制導(dǎo)致Pre-oLs損傷，但自由基的產(chǎn)生是介導(dǎo)Pre-oLs損傷最主要的物質(zhì)。

3.1Pre-oLs被氧自由基攻擊潛在易損性的機(jī)制這種機(jī)制無論是在人腦還是在試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭芯玫津?yàn)證，在早產(chǎn)兒腦中的發(fā)現(xiàn)表明,銅鋅復(fù)合體、錳超氧化物歧化酶、過氧化氫酶等這些經(jīng)典的抗氧化劑的發(fā)育均存在滯后現(xiàn)象[9]。此外，鐵在氧自由基損傷的過程中也起重要作用，盡管過渡態(tài)的金屬鐵是生命所必需的,然而鐵催化的活性氧在富含氧的環(huán)境下不可避免地會(huì)發(fā)生潛在的損害，鐵和氧自由基越來越被認(rèn)為是重要的啟動(dòng)并介導(dǎo)各種生物體和細(xì)胞死亡的因素[10]，鐵和活性氧導(dǎo)致細(xì)胞死亡的作用機(jī)制為癌癥、器官損傷和退行性疾病提供了新方向。

3.3氧自由基產(chǎn)生的機(jī)制線粒體在缺血/再灌注損傷后產(chǎn)生過多的氧自由基的過程中起非常關(guān)鍵的作用，在再灌注期間氧自由基的生成機(jī)制,線粒體膜電位在腦缺血/再灌注時(shí)起到一種病理作用。Thomas等[13]提出一個(gè)產(chǎn)生氧自由基的時(shí)序模型，在這個(gè)模型中，轉(zhuǎn)譯后修飾的氧化磷酸化 (OxPhos)蛋白質(zhì)誘導(dǎo)活性氧的產(chǎn)生,高反應(yīng)性的氧化磷酸化誘導(dǎo)線粒體膜電位增高,從而產(chǎn)生過多的活性氧,這種狀態(tài)將導(dǎo)氧自由基爆發(fā)似的增加,從而導(dǎo)致線粒體結(jié)構(gòu)和功能損傷, 在損傷的組織中誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。調(diào)節(jié)線粒體膜電位超極化的可能是一個(gè)新的治療和干預(yù)途徑。氧自由基清除劑可能會(huì)為腦白質(zhì)損傷提供一個(gè)潛在的治療方法[14]。

4興奮性毒性的易損性

在PVL羊模型中可以記錄到細(xì)胞外谷氨酸水平的升高，增加的程度直接與腦白質(zhì)缺血的程度相關(guān)。高水平的谷氨酸來源于腦白質(zhì)，而缺氧有助于谷氨酸的產(chǎn)生[15]。缺氧時(shí)，依賴ATP酶的Na+泵功能衰竭，Na+不能有效泵出細(xì)胞外，而依賴Na+的谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體功能障礙，開始反向轉(zhuǎn)運(yùn)，即細(xì)胞外谷氨酸的增加，腦白質(zhì)中谷氨酸的主要細(xì)胞來源是Pre-oLs。但很有可能也來源于軸突[16]。

4.1受體調(diào)節(jié)的興奮性毒性興奮性谷氨酸對Pre-oLs的毒性是受受體調(diào)節(jié)的，在Pre-oLs中，研究最多的是AMPA/KA(離子型谷氨酸受體α-氨基-3羥基-5甲基-4異唑丙酸鹽/紅藻氨酸)受體類型，其主要積聚在細(xì)胞體中，當(dāng)被過度激活可導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。表達(dá)AMPA/KA受體的主要是Pre-oLs，而不是成熟的少突膠質(zhì)細(xì)胞[17]。受體調(diào)節(jié)的興奮性毒性是Pre-oLs 凋亡的主要發(fā)病機(jī)制。當(dāng)Pre-oLs遭受氧和葡萄糖剝奪，腦白質(zhì)損傷以及伴隨而來的髓鞘化障礙可以通過使用2,3-dihydroxy-6-nitro-7-sulfamoyl-benzo[f]quinoxaline-2,3-dione(NBQX),一種AMPA/KA拮抗劑來防止其發(fā)生。臨床上用于抗癲癇的具有AMPA/KA阻滯作用的托吡酯被證實(shí)與NBQX一樣,對腦損傷具有保護(hù)作用。AMPA/KA受體調(diào)節(jié)的興奮性毒性機(jī)制還可以引起Ca2+內(nèi)流，以及氧自由基、氮自由基的產(chǎn)生，事實(shí)上，這種Pre-oLs的興奮性毒性機(jī)制可以被超氧化物歧化酶和過氧化氫酶阻滯。Pre-oLs也表達(dá)N-甲基-D-門冬氨酸(N-methyl-D-aspartic acid receptor,NMDA受體)，此受體主要存在于少突膠質(zhì)細(xì)胞的發(fā)育進(jìn)程中，當(dāng)被過度激活時(shí)可能導(dǎo)致發(fā)育進(jìn)程停滯，但細(xì)胞上仍可能是完整的[18]，當(dāng)被缺氧的條件激活時(shí)發(fā)育的進(jìn)程便停滯。而且，因NMDA受體是Ca2+通透性的，其下游機(jī)制與Ca2+內(nèi)流和氧自由基、氮自由基的產(chǎn)生有關(guān)，從而導(dǎo)致有害的影響。軸突可以釋放谷氨酸，一種可能作用于NMDA受體促進(jìn)Pre-oLs髓鞘發(fā)育進(jìn)程的生理作用。當(dāng)產(chǎn)生過度是便會(huì)變成病理狀態(tài)，發(fā)育進(jìn)程停滯，低髓鞘化就發(fā)生了。支持這一觀點(diǎn)的是對PVL模型的鼠的研究，NMDA阻滯劑──新美金剛，顯示出對腦損傷強(qiáng)大的保護(hù)作用[19]。通過對頭顱磁共振成像和血中谷氨酸及谷氨酸鹽及其他代謝物的檢測證實(shí)谷氨酸水平的升高與點(diǎn)狀腦白質(zhì)損傷高度相關(guān)，而廣泛腦白質(zhì)損傷則與組織酸中毒的標(biāo)志物──乳酸水平升高有關(guān)[20]。

4.2非受體調(diào)節(jié)的興奮性毒性谷氨酸既可以通過受體調(diào)節(jié)，也可以通過非受體調(diào)節(jié)的途徑來誘導(dǎo)Pre-oLs細(xì)胞的凋亡。非受體調(diào)節(jié)的機(jī)制被稱為氧化谷氨酸毒性或氧化毒性，人類大腦局部特別是大腦周邊的血管內(nèi)皮細(xì)胞、室管膜細(xì)胞、脈絡(luò)叢和軟腦膜存在谷氨酸/胱氨酸逆向轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)負(fù)責(zé)將谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)出細(xì)胞外，而將胱氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)入細(xì)胞內(nèi)，若逆向轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)發(fā)生功能障礙時(shí)可以導(dǎo)致細(xì)胞外谷氨酸水平增高，細(xì)胞內(nèi)胱氨酸水平降低，因胱氨酸進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)減少引起谷胱甘肽合成減少而導(dǎo)致細(xì)胞死亡的機(jī)制稱為氧化谷氨酸毒性[21]。

5細(xì)胞因子引起腦損傷

在一項(xiàng)近期的關(guān)于人腦的縱向研究中發(fā)現(xiàn)，腦白質(zhì)中小膠質(zhì)細(xì)胞的密度達(dá)到一個(gè)峰值時(shí)即為最易發(fā)生PVL的時(shí)期。然后在胎齡37周后開始迅速下降[22]，隨著腦白質(zhì)中小膠質(zhì)細(xì)胞的下降，它們又開始在腦皮質(zhì)中增長，這些現(xiàn)象表明缺血缺氧或系統(tǒng)感染可以在合適的時(shí)間激活小膠質(zhì)細(xì)胞大規(guī)模的遷移，小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)在免疫調(diào)節(jié)的重要性，大腦內(nèi)在的免疫功能受小膠質(zhì)細(xì)胞的調(diào)節(jié)[23]。引起小膠質(zhì)細(xì)胞激活促發(fā)內(nèi)在免疫功能的是Toll樣受體,大多數(shù)Toll樣受體存在于小膠質(zhì)細(xì)胞，其激活靠特定的病原體相關(guān)的分子復(fù)合物，包括脂多糖、肽聚糖、微生物RNA及DNA。其中最主要的是Toll樣受體2和Toll樣受體4，小膠質(zhì)細(xì)胞通過Toll樣受體最終釋放氧自由基/氮自由基以及細(xì)胞因子和谷氨酸，這些產(chǎn)物導(dǎo)致細(xì)胞損害。病原體相關(guān)的分子復(fù)合物激活的小膠質(zhì)細(xì)胞主要誘導(dǎo)Pre-oLs增殖的衰減，而不是誘導(dǎo)Pre-oLs細(xì)胞的凋亡[24]。研究表明，Toll樣受體3對腦損傷有保護(hù)作用，其可識(shí)別一系列相關(guān)病原體相關(guān)的分子復(fù)合物，通過調(diào)節(jié)Toll樣受體3信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制而起作用[25]。

6結(jié)語

早產(chǎn)兒腦損傷是引起早產(chǎn)兒死亡及傷殘的主要因素，目前主要是預(yù)防本病的發(fā)生，治療方面主要行對癥治療，尚無特異性治療。隨著學(xué)者們對早產(chǎn)兒腦損傷的發(fā)病機(jī)制的認(rèn)識(shí)逐漸深入，目前已發(fā)現(xiàn)托吡酯、新美金剛等藥物可以抑制興奮性谷氨酸的毒性而對腦損傷有保護(hù)作用；抗氧化酶家族——過氧化物氧化還原酶和超氧化物歧化酶可以通過清除氧自由基而保護(hù)腦細(xì)胞，而Toll樣受體3可減輕感染引起的腦損傷，雖然這些結(jié)論只在動(dòng)物研究中得到證實(shí)，但也為早產(chǎn)兒腦損傷的針對性治療的研究提供了新的方向。

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Research Progress on the Pathogenesis of Brain Damage in Premature InfantLIUCai-xia,JINGWei-li,XIEJi-jian.(DepartmentofPediatrics,TaiheHospitalAffiliatedtoHubeiUniversityofMedicine,Shiyan442000,China)

Abstract:As the technology of caring and treating in the neonatal intensive care unit develops,the survival rates of very low birth weight infants and extra low birth weight infants have increased significantly,but the proportion of premature infants with brain damage does not reduce. ovide theoretical basis for the development of early intervention and treatment.Besides two definite upstream mechanisms(hypoxia-ischemia and systemic infection),the latest research shows that there are three downstream mechanisms of brain damage,including free radical attack,microglia activation and toxicity of excitatory glutamate.Toll-like receptor 4 plays a major role in the toxic effect mediated by microglia.

Key words:Brain damage; Premature infants; Pathogenesis

收稿日期：2014-06-09修回日期：2014-10-31編輯：相丹峰

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.09.038

中圖分類號(hào):R722.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-2084(2015)09-1638-03