早产儿脑损伤发病机制研究进展

刘彩霞，景卫莉(综述),谢集建(审校)

(湖北医药学院附属太和医院儿科，湖北 十堰 442000)



早产儿脑损伤发病机制研究进展

刘彩霞△，景卫莉※(综述),谢集建(审校)

(湖北医药学院附属太和医院儿科，湖北 十堰 442000)

摘要：随着新生儿重症监护病房的监护技术和治疗技术的进步，极低出生体重儿及超低出生体重儿的存活率有了明显提高，但早产儿因出现脑损伤遗留后遗症的比例并没有降低，除了较为明确的缺氧缺血和感染两个上游机制外，最新的研究提示脑损伤尚存在三个下游机制，分别为氧自由基的攻击、小胶质细胞的激活、兴奋性谷氨酸的毒性作用。其中小胶质细胞介导的毒性作用主要通过Toll样受体4起作用。

关键词：脑损伤；早产儿；发病机制

神经病理学家发现早产儿脑损伤中除了经典的脑白质病变外，常伴随神经元、轴突的损伤[1]。但脑白质损伤——脑室周围白质软化(periventricular leuko-malacia,PVL)仍然是早产儿损伤中最有代表的表现形式，PVL包括两种形式：①囊性PVL，其中所有细胞成分均发生坏死；②弥漫性PVL，其范围较广，但只有发育中的少突胶质细胞的前体细胞(pre-oligodendrocytes,Pre-oLs)这一特定的细胞发生坏死，伴随星形胶质细胞和小胶质细胞的增生[2]。过去常见的囊性PVL逐渐减少，而弥漫性PVL逐渐成为主要发病类型[3]。现主要综述PVL的发病机制的研究进展。

1缺氧缺血引起脑损伤

1.1早产儿脑白质本身存在固有的易损性脑白质固有的易损性与早产儿脑血管的生理因素及解剖因素、压力被动性循环有关。研究发现，脑的氧合指数的波动与血压变异密切相关[4]，但是，在危重早产儿中，即使较小的血压变化也可导致脑损伤，这表明危重早产儿的血压调节功能已严重受损，血压调节功能受损更容易因血压波动而导致脑损伤。

1.2机械通气与脑损伤有相关性使用机械通气发生过度通气的早产儿易发生脑白质缺血，因为低碳酸血症具有强大的脑血管收缩作用，持续的低碳酸血症与PVL发生密切相关[5]。此外，动物实验发现长期机械通气导致慢性肺疾病的早产狒狒和羊羔常伴随脑损伤[6]，提示长期机械通气和高氧可能导致核小体组蛋白的修饰而影响表观基因遗传表达，具体的分子机制目前尚不确切。

1.3脑缺血损伤的主要靶细胞Pre-oLs为尚未发育成熟的少突胶质细胞，自身对缺氧缺血非常敏感，对胎羊的研究已经揭示了Pre-oLs为脑白质缺血后首先损伤的靶细胞[2]。缺血引起脑损伤的形态特点与Pre-oLs自身的分布高度一致，提示两者之间高度相关。

2感染引起脑损伤

人类神经病理学研究提示，在感染的情况下，临床上发生缺氧缺血的可能性更大，这两者可发生相互增强作用，而且胎儿和新生儿期的感染与持续性的低血压和削弱的血管调节功能有关[7]，这种加强作用与脑小胶质细胞的激活有关且依赖于损伤发生的时相。在最具有加强作用的例子中，内毒素在缺血缺氧4 h前应用，当内毒素用在缺血缺氧发生的72 h前，也存在这种加强作用；内毒素用在缺血缺氧24 h前时，脑损伤反而减轻，Hagberg等[8]在胎鼠15 h时给母鼠子宫内注射单剂的内毒素,随后在产后5 h或9 h时经历缺血缺氧导致脑损伤的加强作用并在生后14 d时发生脑白质低髓鞘化。

3引起早产儿脑损伤的三个下游机制

氧自由基的攻击、兴奋性谷氨酸的毒性作用、小突胶质细胞激活后分泌的细胞因子的作用是引起早产儿脑损伤的三个下游机制。氧自由基攻击是损伤发生的重要的最后共同途径，兴奋性毒性通过Ca2+内流、氧自由基和氮自由基的产生导致Pre-oLs损伤。小胶质细胞的激活可以通过多种机制导致Pre-oLs损伤，但自由基的产生是介导Pre-oLs损伤最主要的物质。

3.1Pre-oLs被氧自由基攻击潜在易损性的机制这种机制无论是在人脑还是在试验模型中均得到验证，在早产儿脑中的发现表明,铜锌复合体、锰超氧化物歧化酶、过氧化氢酶等这些经典的抗氧化剂的发育均存在滞后现象[9]。此外，铁在氧自由基损伤的过程中也起重要作用，尽管过渡态的金属铁是生命所必需的,然而铁催化的活性氧在富含氧的环境下不可避免地会发生潜在的损害，铁和氧自由基越来越被认为是重要的启动并介导各种生物体和细胞死亡的因素[10]，铁和活性氧导致细胞死亡的作用机制为癌症、器官损伤和退行性疾病提供了新方向。

3.3氧自由基产生的机制线粒体在缺血/再灌注损伤后产生过多的氧自由基的过程中起非常关键的作用，在再灌注期间氧自由基的生成机制,线粒体膜电位在脑缺血/再灌注时起到一种病理作用。Thomas等[13]提出一个产生氧自由基的时序模型，在这个模型中，转译后修饰的氧化磷酸化 (OxPhos)蛋白质诱导活性氧的产生,高反应性的氧化磷酸化诱导线粒体膜电位增高,从而产生过多的活性氧,这种状态将导氧自由基爆发似的增加,从而导致线粒体结构和功能损伤, 在损伤的组织中诱导细胞死亡。调节线粒体膜电位超极化的可能是一个新的治疗和干预途径。氧自由基清除剂可能会为脑白质损伤提供一个潜在的治疗方法[14]。

4兴奋性毒性的易损性

在PVL羊模型中可以记录到细胞外谷氨酸水平的升高，增加的程度直接与脑白质缺血的程度相关。高水平的谷氨酸来源于脑白质，而缺氧有助于谷氨酸的产生[15]。缺氧时，依赖ATP酶的Na+泵功能衰竭，Na+不能有效泵出细胞外，而依赖Na+的谷氨酸转运体功能障碍，开始反向转运，即细胞外谷氨酸的增加，脑白质中谷氨酸的主要细胞来源是Pre-oLs。但很有可能也来源于轴突[16]。

4.1受体调节的兴奋性毒性兴奋性谷氨酸对Pre-oLs的毒性是受受体调节的，在Pre-oLs中，研究最多的是AMPA/KA(离子型谷氨酸受体α-氨基-3羟基-5甲基-4异唑丙酸盐/红藻氨酸)受体类型，其主要积聚在细胞体中，当被过度激活可导致细胞凋亡。表达AMPA/KA受体的主要是Pre-oLs，而不是成熟的少突胶质细胞[17]。受体调节的兴奋性毒性是Pre-oLs 凋亡的主要发病机制。当Pre-oLs遭受氧和葡萄糖剥夺，脑白质损伤以及伴随而来的髓鞘化障碍可以通过使用2,3-dihydroxy-6-nitro-7-sulfamoyl-benzo[f]quinoxaline-2,3-dione(NBQX),一种AMPA/KA拮抗剂来防止其发生。临床上用于抗癫痫的具有AMPA/KA阻滞作用的托吡酯被证实与NBQX一样,对脑损伤具有保护作用。AMPA/KA受体调节的兴奋性毒性机制还可以引起Ca2+内流，以及氧自由基、氮自由基的产生，事实上，这种Pre-oLs的兴奋性毒性机制可以被超氧化物歧化酶和过氧化氢酶阻滞。Pre-oLs也表达N-甲基-D-门冬氨酸(N-methyl-D-aspartic acid receptor,NMDA受体)，此受体主要存在于少突胶质细胞的发育进程中，当被过度激活时可能导致发育进程停滞，但细胞上仍可能是完整的[18]，当被缺氧的条件激活时发育的进程便停滞。而且，因NMDA受体是Ca2+通透性的，其下游机制与Ca2+内流和氧自由基、氮自由基的产生有关，从而导致有害的影响。轴突可以释放谷氨酸，一种可能作用于NMDA受体促进Pre-oLs髓鞘发育进程的生理作用。当产生过度是便会变成病理状态，发育进程停滞，低髓鞘化就发生了。支持这一观点的是对PVL模型的鼠的研究，NMDA阻滞剂──新美金刚，显示出对脑损伤强大的保护作用[19]。通过对头颅磁共振成像和血中谷氨酸及谷氨酸盐及其他代谢物的检测证实谷氨酸水平的升高与点状脑白质损伤高度相关，而广泛脑白质损伤则与组织酸中毒的标志物──乳酸水平升高有关[20]。

4.2非受体调节的兴奋性毒性谷氨酸既可以通过受体调节，也可以通过非受体调节的途径来诱导Pre-oLs细胞的凋亡。非受体调节的机制被称为氧化谷氨酸毒性或氧化毒性，人类大脑局部特别是大脑周边的血管内皮细胞、室管膜细胞、脉络丛和软脑膜存在谷氨酸/胱氨酸逆向转运系统，该系统负责将谷氨酸转运出细胞外，而将胱氨酸转运入细胞内，若逆向转运系统发生功能障碍时可以导致细胞外谷氨酸水平增高，细胞内胱氨酸水平降低，因胱氨酸进入细胞内减少引起谷胱甘肽合成减少而导致细胞死亡的机制称为氧化谷氨酸毒性[21]。

5细胞因子引起脑损伤

在一项近期的关于人脑的纵向研究中发现，脑白质中小胶质细胞的密度达到一个峰值时即为最易发生PVL的时期。然后在胎龄37周后开始迅速下降[22]，随着脑白质中小胶质细胞的下降，它们又开始在脑皮质中增长，这些现象表明缺血缺氧或系统感染可以在合适的时间激活小胶质细胞大规模的迁移，小胶质细胞内在免疫调节的重要性，大脑内在的免疫功能受小胶质细胞的调节[23]。引起小胶质细胞激活促发内在免疫功能的是Toll样受体,大多数Toll样受体存在于小胶质细胞，其激活靠特定的病原体相关的分子复合物，包括脂多糖、肽聚糖、微生物RNA及DNA。其中最主要的是Toll样受体2和Toll样受体4，小胶质细胞通过Toll样受体最终释放氧自由基/氮自由基以及细胞因子和谷氨酸，这些产物导致细胞损害。病原体相关的分子复合物激活的小胶质细胞主要诱导Pre-oLs增殖的衰减，而不是诱导Pre-oLs细胞的凋亡[24]。研究表明，Toll样受体3对脑损伤有保护作用，其可识别一系列相关病原体相关的分子复合物，通过调节Toll样受体3信号转导机制而起作用[25]。

6结语

早产儿脑损伤是引起早产儿死亡及伤残的主要因素，目前主要是预防本病的发生，治疗方面主要行对症治疗，尚无特异性治疗。随着学者们对早产儿脑损伤的发病机制的认识逐渐深入，目前已发现托吡酯、新美金刚等药物可以抑制兴奋性谷氨酸的毒性而对脑损伤有保护作用；抗氧化酶家族——过氧化物氧化还原酶和超氧化物歧化酶可以通过清除氧自由基而保护脑细胞，而Toll样受体3可减轻感染引起的脑损伤，虽然这些结论只在动物研究中得到证实，但也为早产儿脑损伤的针对性治疗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编辑：相丹峰

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.09.038

中图分类号:R722.6

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)09-1638-03