新生儿缺氧缺血性脑病的氧化应激机制与最新治疗进展

李俊英 李杨方

[摘要]缺氧缺血性脑病（HIE）是足月婴儿发病和死亡的最重要原因。了解脑损伤的发病机制对于早期发现HIE高风险患者以及制定治疗策略至关重要。有力的证据表明，氧化应激在发病机制和进展中发挥重要作用。本综述讨论了新生儿HIE的发病机制及其治疗方案，总结了目前用于治疗氧化应激的策略研究，并尝试探索新的潜在临床方法。尽管目前标准的治疗方法包括治疗中重度HIE新生儿的亚低温治疗，但仍需要新的支持方案来提高亚低温的神经保护作用，其目标应该是减少自由基的产生并具有抗炎和抗凋亡作用。亚低温和全身支持护理是HIE治疗的基石。几种神经保护剂与亚低温相结合，正在进入临床试验。

[关键词]缺氧缺血性脑病;氧化应激;细胞损伤;神经保护剂;亚低温

[中图分类号] R72          [文獻标识码] A          [文章编号] 1674-4721（2019）1（a）-0027-04

围生期缺氧缺血性脑病（HIE）仍然是一个令人震惊的健康和经济问题，与全球约25%的新生儿死亡有关。在全球范围内，活产足月儿的HIE发病率为1‰～8‰，即使在发达国家，其发病率也可达1.5‰～2‰[1]。事实上，产后缺氧缺血（HI）与发达国家新生儿脑病30%的病例和发展中国家60%的病例相关。因此，HIE被认为是婴儿死亡率和慢性疾病最重要的原因之一。由于大脑中氧和葡萄糖的减少，新生儿死亡或患有严重的神经系统疾病如脑瘫、智力低下、癫痫、视力和听力障碍、学习和行为障碍、注意力缺陷和多动症[2]。有力的证据表明，氧化应激在发病机制和进展中发挥重要作用[3]。缺氧和局部缺血后，活性氧产生，迅速增加并且抵抗抗氧化剂的防御。本综述讨论了新生儿HIE的发病机制及其治疗方案，总结了目前用于关于氧化应激的治疗策略研究[4]，并尝试探索新的潜在临床方法。亚低温和全身支持护理是HIE治疗的基石[5]，其目标是减少氧自由基的产生并具有抗炎和抗凋亡作用。

HIE的致病机制分为三个阶段，第一阶段为原始性能量衰竭阶段，脑血流和氧运的减少启动了潜在的有害生化级联反应[2]，这些主要过程均会导致细胞水肿和早期细胞死亡;第二阶段涉及复氧和再灌注，氧化的部分恢复与再氧合和再灌注有关。氧化代谢的部分恢复增加自由基氧化物（ROS）的产生，细胞内钙和线粒体功能障碍的水平更高[6]。最后，之前提到的有害过程可能会在第三阶段加剧，其可能持续几天到几个月。不仅ROS过量生成，而且还有活性氮物质（RNS）的产生，其中一氧化氮最为有害[7]，因为其可以显著增强超氧自由基的毒性[8]。

1氧化应激与HIE

当ROS和RNS的产生超过内源性抗氧化剂系统的能力时，会发生氧化应激[4]。在正常的生理条件下，低浓度的ROS和RNS可以作为信号分子。然而，在HI再灌注期间，自由基的迅速产生、异常的谷氨酸受体激活会导致钙流入，并进一步激活神经元一氧化氮合酶以产生一氧化氮。由电子传输链的复合物Ⅰ和Ⅲ中的电子泄漏形成的超氧化物与一氧化氮相互作用以形成过氧化亚硝酸盐，导致了羟基自由基的产生;随后羟基自由基通过脂质过氧化、蛋白质氧化、DNA损伤和抑制线粒体功能导致细胞损伤。兴奋毒性介导的钙内流还通过NADPH氧化酶（NOX）的作用促进超氧化物的形成。未成熟脑具有高耗氧量，其由高浓度的游离铁、水分和易氧化的不饱和脂肪酸组成。此外，低髓鞘形成和抗氧化酶的低表达导致了发育不良的抗氧化系统，使其特别容易受到氧化损伤，ROS和RNS均增加了兴奋性毒性作用、细胞死亡和线粒体损伤。

有研究发现了氧化应激的证据，并且表明治疗性低温可降低HIE的脂质过氧化作用。线粒体是产生ROS的来源，但对氧化应激也很敏感，氧化应激可导致细胞死亡。细胞色素C从线粒体释放是诱导凋亡途径的关键步骤。许多研究表明，细胞色素C与线粒体内膜分离，并与富含多不饱和脂肪酸的心磷脂结合，并作为心磷脂氧化的催化剂，产生大量的ROS并进一步促进细胞色素C从线粒体内膜释放。一氧化氮、过氧化亚硝酸盐是脂质过氧化产物，可增强线粒体通透性，加剧ROS的产生。

鉴于ROS和RNS的诱导是损伤发展的早期，因此抗氧化剂疗法在新生儿HI介导的脑损伤中探索并不令人惊讶。褪黑素在其众多作用中起到清除自由基和诱导抗氧化剂表达的作用，其神经保护作用在新生HI的小动物和大动物模型中都有希望，这导致了临床试验进一步的启动。研究表明在新生儿HIE模型中由于促红细胞生成素（EPO）抑制了氧化应激，因此有高度的神经保护作用。以此类似的治疗方式，别嘌呤醇是一种自由基清除剂，在动物模型中表现了有益的作用。其他包括白藜芦醇和N-乙酰半胱氨酸可作为HIE的神经保护剂。

2 HIE中抗氧化剂的临床应用策略

在过去的10年中，亚低温已被确立为HIE的标准治疗方法。针对多目标方法的进一步调查还有待深入研究[9]。研究涉及炎症、细胞凋亡和自噬。目前，治疗性亚低温[10]已被确立为发达及发展中国家诊断为中度至重度新生儿脑病的标准临床程序，得到了动物研究和人类大规模临床试验证据的支持[11]。治疗性亚低温必须在出生后的头6 h内开始，并维持3 d[12]。研究表明，该种治疗方法对减少脑损伤，改善足月新生儿和短期早产儿中HI发作后的大脑结局是有效的。然而，该项研究还报道，仔猪冷却8.5℃后细胞死亡增加，表明过度冷却的潜在不利影响，并强调最佳冷却温度的重要性[13]。各项研究均表明，与治疗性低温相关的效果可以通过联合治疗来提高。在HI损伤过程中氧化应激水平升高，兴奋性神经递质和炎症被认为是导致脑损伤的“致命三联征”[14]，因此治疗旨在预防这些损害过程，并提供有效的甚至完全的神经保护。

发育中的新生儿大脑特别容易受到氧化应激的影响，因为自由基清除系统尚未成熟，导致损伤后抗氧化酶、抗氧化清除剂的合成不足。事实上，抗氧化剂可能在损害的不同阶段起作用，如清除ROS、减少自由基的产生、改变抗自由基防御、提高抗氧化剂水平，并将亲脂性抗氧化剂应用到细胞膜中[15]。因此，本文回顾了关于围产期HIE抗氧化疗法的最新进展。

2.1别嘌呤醇

别嘌呤醇是一种能抑制黄嘌呤氧化酶并作为自由基清除剂的化合物。Wang等[16]发现别嘌呤醇可以降低中度窒息的婴儿长期（4～8岁）死亡或严重残疾的风险，显示出长期的神经保护作用，并且在2项随机对照试验的随访中高剂量的别嘌呤醇（婴儿在出生后4～12 h内接受40 mg/kg别嘌呤醇）无副作用。因此，别嘌呤醇可以通过减少自由基的产生并作为自由基清除剂和游离铁螯合剂在人类婴儿中发挥长期的神经保护作用，并且在高剂量给药时无副作用，可以重复剂量给药。

2.2 EPO

EPO是一种调节红细胞生成的糖蛋白激素，也是具有促红细胞生成和非促红细胞生成作用的多效细胞因子。EPO和其受体信号传导是正常脑发育所必需的[17]。EPO已被证明在短暂、局灶性脑缺血和永久性脑缺血的成年啮齿动物模型中均有效[18]。在HIE中将亚低温与EPO联合使用可以促进传感器运动功能的恢复[19]，提高行为和认知表现以及维持组织学完整性，改善运动和认知反应，促进小脑发育，减少死亡或残疾。

2.3白藜芦醇

白藜芦醇是由不同植物品种生产的多酚，这种黄酮类化合物由2个由亚甲基桥连接的芳香环组成。由于其抗氧化、抗凋亡和抗炎作用，已发现白藜芦醇具有神经保护作用[20]。其是通过抑制黄嘌呤氧化酶和阻止次黄嘌呤、黄嘌呤和氧自由基的产生以及通过增加丙二醛和还原型谷胱甘肽的水平来降低氧化应激反应。现已发现白藜芦醇可预防新生鼠的脑损伤，因此可考虑将其用于大型动物模型的进一步研究，重点是确定最佳治疗剂量及给药时机。

2.4 N-乙酰基-L-半胱氨酸（NAC）

NAC是氧自由基的清道夫和谷胱甘肽的前体。NAC能够清除ROS、恢复谷胱甘肽水平、降低氧化还原电位、减少细胞凋亡并减少炎性细胞因子、诱导一氧化氮合酶的产生[21]。在同一系列研究中，NAC已被证实可单独给药或联合全身亚低温来减轻新生大鼠HI脑损伤。高剂量NAC（200 mg/kg）的给药在混合感染、炎症和HI的模型中提供显著的神经保护作用[22]。但是，迄今为止，尚未对新生儿人类婴儿进行试点研究。

2.5 N-乙酰-5-甲氧基色胺（褪黑激素）

褪黑激素是一种强大的内源性吲哚胺，显示出神经保护作用[23]。褪黑激素在HIE中具有抗炎、抗氧化和抗凋亡特性。事实上，褪黑激素对围产期窒息的神经保护已经在随机对照试验研究中得到证实。接受每5次肠内剂量褪黑激素（10 mg/kg）联合低温治疗的新生儿HIE中癫痫发作较少、脑白质异常较少，并且在6个月时无神经系统或发育异常的HIE患儿的存活率得到提高[24]。因此，根据最近的研究，褪黑激素可能代表了一种对人类围产期脑损伤的潜在安全方法。

2.6其他

包括硫酸镁（MgSO4）[25]、复方丹参注射液[26]、中药及相关提取物（如芍药苷、黄芪、红花）等。

3小结

在上述文献中有令人信服的證据表明，不同的抗氧化剂处理在HIE的不同动物模型中具有潜在的治疗有效性。尽管如此，大多数提及的抗氧化剂尚未得到药品管理局的批准。大部分修订后的抗氧化剂在高剂量时不呈现副作用，并且当用作预处理或后处理时，几乎所有这些抗氧化剂似乎都具有神经保护作用。但是，对于其中一些药物，需要多次剂量才能达到最佳保护效果。尽管新生儿的HI发病机制复杂，抗氧化剂发挥神经保护作用的机制尚未完全了解，但是这些研究已证明这些抗氧化剂可以作为潜在性降低新生儿脑损伤的有效药物。在人体试验中EPO已经被发现具有神经保护作用。另外，这些抗氧化剂也表现出抗炎和抗凋亡特性。下一个具有挑战性的目标是调整这些抗氧化剂与低温联合给药时的最佳剂量，以便在人类大脑中发挥更大的神经保护作用。为此，需要进行额外的随机对照人体试验。

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（收稿日期：2018-07-02  本文编辑：任秀兰）