新生兒膽紅素腦病發(fā)病機(jī)制及磁共振診斷的研究進(jìn)展

蘭州大學(xué)第一醫(yī)院放射科(甘肅 蘭州 730000)

徐 凱 雷軍強(qiáng)

新生兒黃疸是新生兒常見的臨床現(xiàn)象之一，主要原因與新生兒紅細(xì)胞壽命較短、血漿白蛋白不成熟、肝臟功能尚未發(fā)育完全、腸肝循環(huán)增加等有關(guān)，多屬良性一過性表現(xiàn)，但也有少部分患兒發(fā)展成高膽紅素血癥，進(jìn)一步形成急性膽紅素腦病(acute bilirubin encephalopathy,ABE)，甚至慢性膽紅素腦病(chronic bilirubin encephalopathy，CBE)，即核黃疸。

新生兒黃疸受地域、氣候時令、生活習(xí)慣、出生胎齡、分娩方式、是否多胎妊娠及是否母乳喂養(yǎng)等多方面影響[1-4]。在我國，出現(xiàn)黃疸現(xiàn)象的新生兒約占到新生兒總住院人數(shù)的49.1%[5]。BE的發(fā)病率在全球亦有所差異，主要集中在發(fā)展中國家及地區(qū)[6-7]。在我國，新生兒BE的發(fā)病率約為0.9%[5]。在造成新生兒BE的諸多風(fēng)險因素和病因中，最常見的是細(xì)菌感染和溶血，其他常見原因還有新生兒窒息、顱內(nèi)出血、遺傳性葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(glucose-6-phosphate dehydrogenase,G6PD)缺乏癥等[8]。新生兒ABE在我國并不少見，且近年來發(fā)病率稍有上升趨勢，原因可能與產(chǎn)婦平均住院時間縮短，早期監(jiān)測力度不夠，流動人口增加等有關(guān)，此外，我國醫(yī)療水平地區(qū)間差異較大，所以在新生兒高膽紅素血癥及BE的防治工作上仍任重道遠(yuǎn)[9]。

1 膽紅素腦病的發(fā)病機(jī)制

1.1 游離的未結(jié)合膽紅素具有神經(jīng)毒性新生兒體內(nèi)紅細(xì)胞破壞后產(chǎn)生未結(jié)合膽紅素(unconjugated bilirubin,UCB)，入血后絕大部分與血漿中白蛋白結(jié)合形成膽紅素-白蛋白復(fù)合物，運(yùn)送至肝臟后經(jīng)一系列代謝轉(zhuǎn)變成結(jié)合膽紅素(conjugated bilirubin)，然而，仍有一小部分UCB未與白蛋白結(jié)合而游離于血管內(nèi)和血管外組織，即游離的未結(jié)合膽紅素(free bilirubin，Bf)，正常情況下，管內(nèi)和管外組織的Bf含量一直處于動態(tài)平衡狀態(tài)，在某些病理狀況(缺氧、溶血、感染、藥物副作用、酸中毒等)下，體內(nèi)UCB含量超過了血漿白蛋白的結(jié)合能力，造成Bf含量增多，繼而穿過血-腦屏障后,進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)產(chǎn)生毒性作用[10]。所以血液中的Bf濃度對BE來說，具有一定的預(yù)測價值，但并非單純的Bf濃度越高，病情越嚴(yán)重，而是取決于體內(nèi)Bf濃度與膽紅素暴露持續(xù)時間之間的復(fù)雜相互作用以及神經(jīng)系統(tǒng)自身的易損性和保護(hù)能力之間的相互關(guān)系[11]。

1.2 膽紅素的神經(jīng)毒性可能存在區(qū)域選擇性膽紅素腦病的相關(guān)臨床癥狀：運(yùn)動障礙、聽覺障礙、學(xué)習(xí)障礙等分別提示了基底節(jié)與小腦、下丘以及海馬與小腦的損傷，說明膽紅素的神經(jīng)毒性具有區(qū)域選擇性[12]。這種區(qū)域選擇性推測有以下幾個原因：首先，不同區(qū)域的神經(jīng)細(xì)胞在膽紅素攝取能力可能不同，其次，不同腦區(qū)的組織親合力可能不一致，再次，各腦區(qū)的膽紅素清除能力可能不一樣[13]。膽紅素在CNS中的攝取是親脂性的UCB被動擴(kuò)散通過血-腦屏障的結(jié)果，且目前仍未證實(shí)在CNS中，膽紅素的組織親和力存在差異，故推測膽紅素神經(jīng)毒性的區(qū)域選擇性可能是CNS中不同區(qū)域細(xì)胞的膽紅素清除能力存在差異造成的[14]。

膽紅素的清除可通過血-腦屏障及血-腦脊液屏障上的轉(zhuǎn)運(yùn)泵轉(zhuǎn)運(yùn)。目前已知至少存在兩類ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)體(ATP-binding cassette transporter)：位于血-腦屏障中毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞上的P-糖蛋白和位于血-腦脊液屏障脈絡(luò)叢神經(jīng)上皮的基底外側(cè)面的多藥耐藥相關(guān)蛋白1(Multidrug resistance associated protein1，MRP1)，這是嚙齒動物和人類CNS屏障上表達(dá)最豐富的兩種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，但以上僅在體外實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí)，亦沒有證據(jù)證明這兩種轉(zhuǎn)運(yùn)體的表達(dá)存在區(qū)域特異性，故它們在人體內(nèi)的作用仍有待明確[15]。此外，膽紅素還可以靠細(xì)胞的自身代謝作用清除，Gazzin等研究[14]稱，UCB的氧化是由細(xì)胞色素氧化酶P450(cytochrome P-450，CYP)催化的，在耿氏大鼠核黃疸模型中，CNS各選區(qū)的膽紅素含量與CYPmRNA的表達(dá)之間存在著明顯的反比關(guān)系，提示CYP在保護(hù)這些腦區(qū)免受膽紅素?fù)p害上可能起作用。同時，在該研究中，將經(jīng)典核黃疸中通常累及的兩個區(qū)域(如：小腦和下丘)對比通常不受影響的區(qū)域(如：大腦皮層和上丘)，發(fā)現(xiàn)前者出現(xiàn)了CYP的延遲誘導(dǎo)。下丘與上丘位置相近，但在膽紅素積累上顯示出明顯差異，提示這種差異可能并非血供不足或單純屏障功能異常所致，很可能和膽紅素清除能力存在區(qū)域特異性有關(guān)。

1.3 神經(jīng)元細(xì)胞比非神經(jīng)元細(xì)胞更易受到膽紅素?fù)p害由于神經(jīng)元細(xì)胞膜富含髓磷脂，可以較好地與膽紅素結(jié)合，使其成為膽紅素毒性的主要靶標(biāo)。體外研究顯示[16-20]，神經(jīng)元暴露于UCB下通常伴隨著以下細(xì)胞學(xué)改變：樹突及軸突減少，突起延伸分支減少，細(xì)胞增殖減少及凋亡增加。膽紅素誘導(dǎo)的生化改變包括蛋白質(zhì)氧化、脂質(zhì)過氧化、細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽含量降低、乳酸脫氫酶水平升高及一氧化氮釋放，提示膽紅素誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激反應(yīng)和線粒體改變可能是神經(jīng)元膽紅素?fù)p傷的關(guān)鍵。盡管UCB濃度輕度升高可使MRP1轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)上調(diào)，產(chǎn)生一定的抗氧化功能，但體內(nèi)UCB濃度過高時，這部分抗氧化功能會被抵消[21]。

CNS中的非神經(jīng)元細(xì)胞也表現(xiàn)出一定的UCB敏感性，包括星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞、血-腦屏障的腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞和血-腦脊液屏障的脈絡(luò)叢神經(jīng)上皮細(xì)胞。

在原代培養(yǎng)中，星形膠質(zhì)細(xì)胞通過分泌炎癥介質(zhì)(白介素1-β、白介素-6、TNF-α、核因子-κB)、釋放谷氨酸并最終引起細(xì)胞凋亡[22]；小膠質(zhì)細(xì)胞則表現(xiàn)為炎性介質(zhì)(TNF-α、白介素-1β)的分泌、環(huán)氧合酶2表達(dá)的上調(diào)以及基質(zhì)金屬蛋白酶2和9活性的增加，從而破壞細(xì)胞膜的完整性[23]。以上均顯示在膽紅素腦病中可能存在強(qiáng)烈的神經(jīng)炎癥反應(yīng)。

此外，少突膠質(zhì)細(xì)胞也容易受到膽紅素毒性的影響，在體外實(shí)驗(yàn)?zāi)M的高膽紅素環(huán)境下出現(xiàn)了細(xì)胞線粒體功能減低、活性氧物質(zhì)增加、細(xì)胞凋亡蛋白酶caspase-3介導(dǎo)的凋亡增加的現(xiàn)象，但是現(xiàn)在仍需要進(jìn)行研究以確定少突膠質(zhì)細(xì)胞損傷是否影響髓鞘合成和正常的軸突功能，而髓鞘合成減低是核黃疸的典型病理學(xué)表現(xiàn)之一[24-25]。

Palmela等[26]發(fā)現(xiàn)，除了表達(dá)P-糖蛋白之外，血-腦屏障上的血管內(nèi)皮細(xì)胞對膽紅素的毒性反應(yīng)還包括早期質(zhì)膜微囊及小窩蛋白1(caveolin-1)的增加、血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)及VEGF受體表達(dá)的上調(diào)，其次是緊密連接蛋白表達(dá)的下調(diào)，這表明血-腦屏障功能受損。然而，在體內(nèi)卻沒有觀察到這種改變。Gazzin等[27]在體外和體內(nèi)研究中均發(fā)現(xiàn)，當(dāng)膽紅素濃度過高時，血-腦脊液屏障的脈絡(luò)叢上皮細(xì)胞出現(xiàn)了MPR1表達(dá)的下調(diào)，但屏障完整性未受損，造成這種差異的原因仍需探索。

2 膽紅素腦病的磁共振診斷

2.1 膽紅素腦病的常規(guī)磁共振表現(xiàn)由于磁共振檢查具有良好的組織對比而被廣泛應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病，大部分研究者認(rèn)為[28]，雙側(cè)蒼白球及丘腦下核的對稱性T1高信號是ABE較具特征性的改變，而T2WI可表現(xiàn)為輕度高信號或等信號；在慢性期核黃疸患兒中，則表現(xiàn)為T2WI上雙側(cè)蒼白球及丘腦下核的對稱性高信號，有時在黑質(zhì)及齒狀核中亦能觀察到對稱性高信號。這與繼往核黃疸患兒尸檢結(jié)果中的黃染腦區(qū)也基本對應(yīng)[29]。然而，新生兒正常髓鞘形成過程中的某些灰質(zhì)核團(tuán)，如蒼白球、丘腦下核、小腦齒狀核，其內(nèi)髓磷脂成分逐漸累積，因此在BE中，雙側(cè)對稱性T1信號增高存在假陽性。同時，T1信號增高一定程度上也受觀察者主觀影響，對此，諸多研究對T1信號進(jìn)行了量化。儀曉立等[30]利用T1 mapping成像技術(shù)，選取雙側(cè)蒼白球?yàn)楦信d趣區(qū)(region of interest，ROI)，測量其T1值并將ABE組、高膽組及對照組進(jìn)行組間分析，得出T1值可作為高膽紅素血癥時判斷有無ABE的一個客觀參考指標(biāo)，當(dāng)高膽紅素血癥患兒蒼白球T1值低于650ms時，提示其有發(fā)生ABE的可能。Wang等[31]研究小組利用二次反轉(zhuǎn)磁化快速梯度回波序列(two inversion-contrast magnetizationprepared rapid gradient echo sequence，MP2RAGE)掃描后發(fā)現(xiàn)，在腦病組中，雙側(cè)蒼白球及雙側(cè)殼核的T1弛豫時間縮短，雙側(cè)蒼白球與雙側(cè)殼核的T1弛豫時間的比值也較正常組小且具備統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.022)，該比值與患兒血清總膽紅素有一定的負(fù)相關(guān)性(相關(guān)系數(shù)r=-0.571)。易明崗等[32]選取雙側(cè)蒼白球作為ROI分析信號強(qiáng)度，同時選取殼核輪廓內(nèi)緣信號強(qiáng)度進(jìn)行比值標(biāo)化后，發(fā)現(xiàn)該比值可提示BE的嚴(yán)重程度，并認(rèn)為蒼白球信號高于時1.33時，患者預(yù)后較差。Zhang等[33]研究結(jié)果亦類似。然而Stevenson認(rèn)為[28]，BE患者的T1WI及T2WI表現(xiàn)有時可無異常，故常規(guī)T1WI信號異常能否作為BE的診斷依據(jù)仍需大量研究證實(shí)。

2.2 膽紅素腦病的磁共振功能成像表現(xiàn)近年來，磁共振功能成像(functional MRI，fMRI)發(fā)展迅速，其能無創(chuàng)性的反映體內(nèi)細(xì)胞代謝情況，已經(jīng)用在BE的研究有：擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging,DWI)、擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)、磁共振波譜(magnetic resonance spectroscopy,MRS)、擴(kuò)散峰度成像(Diffusion Kurtosis Imaging,DKI)等。

迄今關(guān)于ABE的DWI及DTI研究數(shù)目仍很少，普遍認(rèn)為DWI在ABE中的應(yīng)用價值較小。普遍認(rèn)為BE患兒中蒼白球等病損區(qū)沒有水分子彌散受限。而最近的一項(xiàng)研究指出[34]，在ABE患者的蒼白球附近區(qū)域觀察到了彌散系數(shù)的增加，且ADC值與患兒的膽紅素濃度有一定的相關(guān)性，但Watchko[35]隨后指出該研究在方法設(shè)計(jì)上并不能很好的支持該結(jié)論。BE中最常累及的幾個皮質(zhì)下區(qū)域是通過許多白質(zhì)通道彼此連接的，而現(xiàn)在關(guān)于膽紅素是如何影響這些通道之間的聯(lián)系仍不清楚。Wisnowski等[36]報道了一例ABE病例，DWI及ADC圖觀察到了背側(cè)丘腦腹外側(cè)核及腹前核、海馬、黑質(zhì)、腦橋核、小腦齒狀核彌散受限，除這些神經(jīng)核團(tuán)外，還發(fā)現(xiàn)某些白質(zhì)纖維同樣受損，如小腦上腳和丘腦上輻射，而以上部位的受損與ABE的神經(jīng)病理學(xué)特點(diǎn)是相一致的，故該研究小組提出了一種假說，即膽紅素的神經(jīng)毒性可能是沿著這些神經(jīng)通道發(fā)展的，這無疑拓寬了以往對ABE發(fā)病機(jī)制的認(rèn)識。DTI能很好的顯示腦白質(zhì)神經(jīng)纖維束，并且能觀察特定白質(zhì)通道的長期變化，基于此，或許能用于探索CBE患兒長期殘疾的神經(jīng)病理學(xué)基礎(chǔ)。但目前投入到BE的DTI研究同樣極少，且均未發(fā)現(xiàn)平均擴(kuò)散系數(shù)(average diffusion coefficient，DCav)、部分各向異性(fractional anisotropy，F(xiàn)A)具備統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[37-38]。

MRS是一種利用磁共振化學(xué)位移現(xiàn)象來測定組成物質(zhì)的分子成分的檢測方法，亦是目前唯一一種可檢測活體組織代謝物化學(xué)成分和含量的檢查方法。最常用的是1H-MRS。研究[39-40]稱在ABE和嚴(yán)重高膽紅素血癥且日后發(fā)展為CBE的新生兒基底神經(jīng)節(jié)附近，N-乙酰天冬氨酸(N-acetyl-aspartate，NAA)與膽堿(choline，Cho)比值和NAA與肌酸(creatine，Cr)比值降低，而乳酸(lactate，Lac)與NAA比值升高。曹亞先等[41]研究結(jié)果亦類似。NAA在成熟神經(jīng)元和軸突的線粒體中合成，且經(jīng)常當(dāng)作神經(jīng)元/軸突完整性的標(biāo)志物。因此，NAA降低表明神經(jīng)元/軸突功能的障礙或損失，這與BE的神經(jīng)病理學(xué)研究結(jié)果一致。但也有學(xué)者認(rèn)為[42]，在基底節(jié)附近，谷氨酸/谷氨酰胺(glutamate/glutamine，二者統(tǒng)稱為Glx)與Cr比值以及肌醇(myo-inositol，mI)與Cr比值的增大才可能是BE的特征性表現(xiàn)，然而在該研究中，各代謝物比值與臨床結(jié)局之間并沒有明顯的相關(guān)性。Hu等[43]通過對注射了膽紅素的大鼠模型進(jìn)行1H-MRS掃描后發(fā)發(fā)現(xiàn)，注射膽紅素0.5h后，在海馬和枕葉皮質(zhì)中，Glu、Gln及GABA明顯減少，天冬氨酸Asp的水平顯著增加。在小腦中，Glu和Gln水平明顯下降，而GABA和Asp水平?jīng)]有顯著差異，當(dāng)注射膽紅素24h后，海馬和枕葉皮質(zhì)中代謝恢復(fù)正常; 但小腦Glu，Gln，GABA和甘氨酸水平顯著增加，提示膽紅素可能打破了星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元細(xì)胞之間的Gln-Glu-GABA代謝循環(huán)的穩(wěn)態(tài)平衡，且這種神經(jīng)毒性可能存在區(qū)域特異性。MRS在BE中的作用已有所體現(xiàn)，但研究數(shù)目相對較少，且樣本量均較小，日后仍然需要更多的大宗臨床研究，以期MRS在BE的診斷、預(yù)后及發(fā)病機(jī)理方面發(fā)揮更大的作用。

DKI技術(shù)是DTI成像的擴(kuò)展，是基于非高斯分布模型，能更真實(shí)地反映人體組織微觀結(jié)構(gòu)信息的成像技術(shù)，近年來逐漸在腫瘤、中樞神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病得到應(yīng)用，并取得了一定的成果。Zhang等[44]在對17例確診為ABE和21例正常對照組的足月新生兒進(jìn)行DKI掃描并將數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后指出，在腦病組所選腦區(qū)內(nèi)的平均峰度(mean kurtosis，MK)、軸向峰度(axial kurtosis，AK)、徑向峰度(radial kurtosis，RK)、FA值均較對照組均顯著下降，其中，RK的變化最大(蒼白球、殼核、丘腦分別減小15.2%、8.8%、9.0%)，而平均擴(kuò)散率(mean diffusion，MD)較正常對照組有所增加，提示DKI或能更好的評估微觀結(jié)構(gòu)變化。

綜上，盡管國內(nèi)外針對BE的發(fā)病機(jī)制做了很多研究，也取得了諸多成就，但這些大多都是體外實(shí)驗(yàn)，由于體內(nèi)環(huán)境多變，細(xì)胞間相互作用極其復(fù)雜，體外研究環(huán)境相對單一、穩(wěn)定，難以避免實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在諸多疑點(diǎn)，故目前仍需進(jìn)一步攻克。磁共振成像技術(shù)在新生兒神經(jīng)系統(tǒng)疾病中得到廣泛應(yīng)用，并取得了諸多成果，尤其是MRS、DKI展現(xiàn)了一定潛力，為BE的發(fā)病機(jī)制及早期診斷提供了更多信息，但研究數(shù)量仍相對較少，其價值仍有待進(jìn)一步研究證實(shí)。