新生儿胆红素脑病的发病机制及诊治进展

涂阳阳，原新慧，李宇宁

(1.兰州大学第一临床医学院，兰州 730000； 2.兰州大学第一医院儿科，兰州 730000)

新生儿胆红素脑病(bilirubin encephalopathy，BE)时，血清白蛋白结合能力不足或血脑屏障发育未成熟或破坏，高水平的血清游离胆红素进入脑内选择性沉积在苍白球、丘脑底核、脑干核、黑质以及小脑的齿状突、顶核和浦肯野细胞等敏感部位，导致中枢神经系统或脑区受损[1]。胆红素诱导的神经功能障碍(bilirubin-induced neurological dysfunction，BIND)通常指胆红素所致的隐匿性神经系统损害；急性胆红素脑病(acute bilirubin encephalopathy，ABE)通常指生后1周内胆红素毒性所致的急性脑损伤；ABE病情进展可逐渐形成慢性胆红素脑病(chronic bilirubin encephalopathy，CBE)，遗留永久性临床后遗症，给社会和家庭带来沉重负担。据报道，加拿大、美国加利福尼亚州和丹麦的BE发病率为(0.5～1)/10万，挪威的BE发病率约低于0.5/10万，欧美的BE发病率为(7～45)/10万，亚洲低收入国家的BE发病率为(1 500～3 000)/10万[2]。我国人口密集、医疗资源分布严重不平衡，且缺乏系统的新生儿黄疸随访机制，推测BE的发病率可能较高[3]。现对BE的发病机制、早期诊断及新型治疗方法进行综述。

1 BE的发病机制

BE由典型的大脑区域性神经元损伤所致，胆红素造成神经元损伤的机制尚不明确，目前认为是胆红素进入大脑的特定区域，引起氧化应激、基因表达调控失衡、兴奋毒性、炎症及内质网应激反应共同作用的结果。

1.1氧化应激机制 当机体活性氧类或活性氮物质的产生能力超过抗氧化防御能力时，即发生氧化应激。人体内生理水平的未结合胆红素是一种重要的抗氧化剂，高浓度的未结合胆红素诱导氧化应激反应，可引起小脑DNA损伤，对发育中的神经系统产生胆红素毒性作用。Rawat等[4]用140 nm的游离胆红素处理小脑的神经元和非神经元细胞，DNA损伤标志物磷酸化组蛋白H2AX水平显著增高。将强效氧化应激抑制剂N-乙酰半胱氨酸加入游离胆红素处理过的细胞发现，磷酸化组蛋白H2AX水平明显降低，提示胆红素诱导的氧化应激损伤了小脑DNA。DNA损伤因复制叉的停滞导致染色体易位、缺失和细胞周期停止，导致神经元死亡，可能与BE的发生相关。Brito等[5]报道，胆红素通过诱导脂质过氧化和蛋白质氧化、增加细胞内活性氧类产生、破坏还原型谷胱甘肽和氧化型谷胱甘肽的平衡，引起氧化应激并参与神经元损伤。有研究表明，海马神经元暴露于未结合胆红素下，导致高水平的氧化应激出现，这与活性氧类生成增多、蛋白质及脂质氧化、氧化型谷胱甘肽/总谷胱甘肽平衡失调以及低水平的还原型谷胱甘肽有关[6]。临床通过光疗或换血等方式将高水平未结合胆红素降至生理水平，这种生理水平未结合胆红素的抗氧化作用能否逆转高水平未结合胆红素所致的脑损伤仍需进一步研究。

1.2基因表达调控机制 多种信号级联激活的基因表达调控，可影响大脑潜在的毒性/适应性机制。表观遗传过程(如组蛋白乙酰化及DNA甲基化)通过改变DNA结构和表达调控基因，基因启动子的乙酰化/去乙酰化使基因表达时间发生变化，引起细胞功能改变，进而导致神经行为学改变。组蛋白乙酰化在突触的可塑性、学习、记忆、发育和分化等生物学过程中起基因调控作用，在中枢神经系统疾病中受到广泛关注[7]。Vianello等[8]通过测定出生后2、9、17 d的新生儿高胆红素血症和胆红素脑病天然模型幼鼠和Gunn成年大鼠的小脑组蛋白3第14位赖氨酸乙酰化(histone 3 lysine 14 acetylation，H3K14Ac)水平发现，高胆红素血症动物体内H3K14Ac具有年龄特异性改变；通过分析H3K14Ac连锁染色质的遗传学发现，近45%的小脑H3K14Ac启动子基因参与了神经系统的发育，包括成熟和分化、形态改变、树突形成和迁移，表明Gunn大鼠的标志性小脑发育不全也是通过表观遗传控制机制调节。故推测，表观遗传损伤可能是胆红素神经毒性的相关机制之一。已有证据表明，Mag基因下调与胆红素诱导的髓鞘形成缺陷和少突胶质细胞分化成熟障碍有关[9]。Barateiro等[9]对少突胶质细胞进行原代培养发现，胆红素可以增加祖细胞数量，并减少成熟少突胶质细胞数量，从而延缓细胞分化。这一过程是通过下调转录因子Olig1信使RNA水平和上调转录因子Olig2信使RNA水平实现。基因调节理论是胆红素神经毒性领域的新理论，由于研究难度大，相关研究数据很少。

1.3兴奋毒性机制 胆红素兴奋性毒性与BE的发生密切相关，Ca2+在该过程中发挥重要作用。Yin等[10]的研究表明，胆红素通过诱导突触前Ca2+水平的增加，促进γ-氨基丁酸/甘氨酸的释放，对早期发育中的听觉神经元产生过度兴奋作用，使其成为胆红素毒性损伤的敏感部位。Shi等[11]的相关报道中，胆红素通过上调神经元细胞膜上Ca2+依赖性电压门控钠通道的募集，大大提高了神经元的自发放电率，最终造成神经元的过度兴奋和神经毒性发生。高浓度的未结合胆红素破坏兴奋性神经递质谷氨酸盐的释放和摄取、过度激活兴奋性氨基酸受体，引起胆红素神经兴奋性毒性，导致线粒体膜扰动、能量代谢障碍，细胞内Na+和Cl-增加，神经细胞水肿坏死；也可导致细胞内Ca2+增加，进而引起蛋白水解酶的活化，神经元凋亡、坏死[6]。维持细胞内钙稳态对神经元的存活至关重要，这可能是胆红素兴奋性毒性的治疗靶点之一。

1.4炎症及内质网应激机制 体内外研究表明，婴儿发育中的小脑暴露于高水平胆红素下，激活了炎症反应和内质网应激，神经元的存活受到影响[12-14]。在大多数神经退行性疾病中，退化的细胞会刺激炎症反应。在原代星形胶质细胞和小胶质细胞的培养中，胆红素的毒性损伤是通过释放促炎因子和激活促分裂原活化的蛋白激酶通路诱导炎症反应而导致细胞死亡[12]。内质网对细胞能量水平、细胞内钙水平和细胞氧化还原状态的改变非常敏感，内质网应激状态表现为上述平衡的改变，其特征是未折叠蛋白质增多，诱导细胞存活和蛋白质降解的基因表达，以恢复细胞的正常状态。然而，当内质网应激持续时间较长时，细胞无法克服未折叠蛋白质的积累而激活细胞凋亡途径[13]。Vodret等[12]的研究显示，在高胆红素血症小鼠模型中，随着胆红素水平的升高，内质网应激标志物，活化转录因子3、CD95/Fas(又称Fas或凋亡抗原1，属于肿瘤坏死因子受体超家族)、C/EBP同源蛋白质的信使RNA水平和炎症介质核因子κB和肿瘤坏死因子-α的转录水平逐渐升高；炎症性M1型小胶质细胞的大量激活，促进神经炎症因子的释放；其中炎症效应与内质网应激在胆红素神经毒性中发挥协同作用。Schiavon等[14]开发了一种与人类BIND极其相似的新型小鼠模型，对该模型小鼠脑组织(小脑和听觉脑干)进行全基因组基因表达分析发现，多种内质网应激和核因子κB途径标志蛋白的表达明显增加，证实炎症和内质网应激是听觉通路中胆红素神经毒性的关键机制。

2 BE的诊断

高胆红素血症且具有典型BE神经系统表现是BE诊断的主要依据。BE的临床表现不一，临床诊断时主观因素较强，需要临床医师进行合理的综合判断。为了提高BE的检出率，结合实验室检查、电生理、神经影像学等辅助手段进行综合评估非常重要。

2.1临床表现

2.1.1BIND BIND指存在微小的神经发育障碍，但缺乏典型的核黄疸相关临床表现，包括听觉障碍、失语症和其他发育障碍(中枢听觉加工障碍、感觉运动整合障碍、肌张力低下、共济失调)[15]。BIND谱的神经发育障碍可能还包括认知迟缓、注意力缺陷多动障碍、特定的学习障碍、语言障碍等[16]。

2.1.2ABE 总胆红素>342 μmol/L(20 mg/dL)和(或)上升速度>8.5 μmol/L(0.5 mg/dL)的35周以上新生儿易发展为ABE[17]。肌张力降低、嗜睡、哭声尖、吸吮力差是ABE的早期表现，后期可出现肌张力增高、角弓反张、易激惹、体温升高、抽搐等表现，严重者可危及生命。合并低出生体重及早产ABE患儿可表现为呼吸暂停，并可能出现循环呼吸功能急剧恶化[17]。伴有明显高胆红素血症的反复呼吸暂停、心动过缓和血氧饱和度下降可能是ABE表现[15]，应采取积极干预措施。

2.1.3CBE CBE是ABE长期预后的表现，通常见于1岁以后，其临床特征为：①运动及肌张力障碍；②听力障碍，如严重的听力损失和耳聋；③眼球运动障碍，特别是向上凝视障碍；④牙釉质的不良发育。胆红素毒性对发育中的神经元敏感性不同，早产儿更易出现听觉障碍，足月儿更易出现运动异常和小脑损害所致的脑瘫[18]。

2.2辅助检查

2.2.1实验室检查 游离胆红素可以自由透过血脑屏障和神经元细胞膜，因此血清游离胆红素水平是评定BE风险程度的最佳指标。有研究显示，可采用高效液相色谱-超灵敏热透镜光谱法测定游离胆红素，此方法不需要预处理或稀释血清样本，有效提高了血清游离胆红素测定的敏感性和特异性[19]。毛细管电泳技术是一种高效分离技术，样本需要量少，通过结合铁流体驱动的微混合器与聚甲基丙烯酸甲酯微芯片-毛细管原始分析，测定白蛋白残余结合能力和游离胆红素[20]。虽然测定游离胆红素的研究方法取得了进展，但目前仍无法应用于临床。

测定总胆红素/白蛋白比值可以替代临床目前无法检测的血清游离胆红素浓度。游离胆红素、白蛋白、总胆红素的关系可以用“游离胆红素=总胆红素/K×(白蛋白-总胆红素)”表示，其中游离胆红素(nmol/L)相对于总胆红素(μmol/L)可忽略不计，故理论上游离胆红素与总胆红素/白蛋白比值具有相关性。人体白蛋白水平、K值也存在一些差异，使总胆红素/白蛋白比值的应用受到一定的限制。然而，与单独将总胆红素值作为治疗的参考指标相比，两者联合的参考价值更大[21]。Khairy等[22]的研究提示，脐血总胆红素/白蛋白比值、总胆红素、白蛋白是早期预测重度新生儿高胆红素血症的指标，指标异常者需警惕BE的发生。Iskander等[23]对193名足月和近足月的新生儿进行神经系统状态和听觉障碍评估，使用受试者工作特征曲线评估的总胆红素值和总胆红素/白蛋白比值作为胆红素神经毒性不同阶段的预测因子，表明总胆红素值和总胆红素/白蛋白比值均是强有力的胆红素神经毒性预测因子。临床上，应通过总胆红素、总胆红素/白蛋白比值及白蛋白综合判断BE的发生风险，并可通过多中心研究显示ABE发生时的总胆红素、总胆红素/白蛋白比值及白蛋白的具体截断值，将有助于量化ABE的风险程度。Zhang等[24]采用逐步逻辑回归来选择ABE的预测因子，并设计预测得分，最终预测得分由总胆红素、总胆红素/白蛋白比值、脓毒症3个变量组成，最终预测得分=12×(if sepsis)+1.5×(总胆红素)+7×(总胆红素/白蛋白比值)-75，此模型表现良好，曲线下面积为0.871。

2.2.2电生理学检查 脑干听觉诱发电位是一种简单易行、无创、敏感的脑功能检测方法，对胆红素诱导的听觉障碍系谱的早期诊断有意义，其灵敏度为100%，特异度达99.4%[25]。Nam等[26]对70例高胆红素血症早产儿于出生后3个月内进行全自动听性脑干反应(auditory brainstem response，ABR)检测，随访结果显示，在30例ABR结果异常患儿中，13例完全恢复，17例无变化或恶化，表明系列ABR测试对评估胆红素引起的听力损伤早产儿的预后有重要意义。因此，听觉评估有助于早期发现、及时干预和评估BE。

视频振幅整合脑电图在记录脑电波的同时对监测过程及环境进行录像，有利于排除人为操作和环境变化所致的脑电波异常干扰，提高了惊厥发作的检出率，可为早期诊断BE提供参考，其中正常电压不连续或正常电压连续但合并单次惊厥为轻度振幅整合脑电图异常的表现，多次惊厥或惊厥持续发作是重度振幅整合脑电图异常的表现[27]。罗芳等[28]对10例ABE患儿进行振幅整合脑电图检查，结果显示，振幅整合脑电图异常的严重程度与ABE临床分期及脑干听觉受损严重程度存在相关性。庄桂英和瞿柳红[27]认为，振幅整合脑电图异常的高胆红素血症患儿与BE的发生有关，BE患儿振幅整合脑电图检测结果与其临床分期一致。

2.2.3影像学检查 磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)是诊断BE最具有价值的放射学方法。ABE的MRI表现为苍白球和丘脑下核特征性T1对称性高信号，而CBE的MRI表现为T2加权成像对称性高信号。但是MRI难以鉴别正常髓鞘形成与BE两者所致的区域性T1信号增高，且并非所有BE患儿都表现为典型的急性早期T1加权成像及后期的T2加权成像异常，故MRI对BE的诊断特异性低，假阳性率高。Liu等[29]借助放射学和机器辅助图像分析识别并提取图像特征、生成大量的数据，参照病理学、基因组学、分子学和临床信息，通过详细描述疾病引起的图像异常和潜在的病理生理改变提高诊断的准确性，将放射性药物与机器辅助图像分析相结合，识别ABE在T1加权成像上的图像特征，定量和客观地测量ABE引起的信号强度变化和形态学异质性，从而增强MRI对ABE与正常髓鞘形成的信号辨别能力。符式新等[30]的研究表明，发生ABE高胆红素血症患儿双侧苍白球的T1WI、T2WI信号强度值显著增高。磁共振波谱成像可用于定量检测脑组织代谢物。研究显示，ABE组基底神经节及附近胆碱/肌酸和N-乙酰天门冬氨酸/胆碱显著降低，乳酸/N-乙酰天门冬氨酸、肌醇/肌酸、谷氨酰胺/肌酸比值升高，肌酸峰显著升高[31-32]。MRI及磁共振波谱成像具有无创性和及时性的特点，进一步开发MRI和磁共振波谱成像在胆红素诱导的区域性脑损伤中的信号强度及代谢产物的定量检测将有助于量化ABE的诊断。

3 新型治疗

目前，蓝光照射、换血疗法是治疗BE的手段，但尚不能完全阻止BE发生并有效改善其预后。在胆红素神经毒性的可逆阶段进行及时治疗，可逆转神经元损伤，而权威有效的BE治疗方法是医学界急需解决的问题，现对BE的新型治疗进行介绍。

3.1药物治疗 褪黑素(N-乙酰基-5-甲氧基色胺)是有效的抗氧化剂，可以减少自由基的产生，并能刺激抗氧化酶生成，使有毒物质转化为无毒产物，起到抗凋亡、抗炎和抗氧化的作用；其具有亲脂性，易穿过血脑屏障，副作用小，是一种神经保护剂。Pazar等[33]分别使用0.9%氯化钠溶液和褪黑激素(10 mg/kg)对溶血所致的高胆红素血症小鼠模型进行治疗，发现褪黑激素可逆转脑组织凋亡，并具有抗红细胞损伤、降低胆红素生成、降低促炎因子肿瘤坏死因子-α和白细胞介素-1β释放的作用，可提高脑源性神经营养因子水平并增加脑组织谷胱甘肽的储备。Luo等[34]发现，褪黑素可促进脑源性神经营养因子表达并发挥抗凋亡作用，可用于溶血性高胆红素血症的治疗。Memisoglu等[35]报道，促红细胞生成素对溶血性高胆红素血症新生大鼠的神经损伤具有抗炎作用。上述研究为新生儿溶血性黄疸所致的BE的预防和治疗提供了新思路。

此外，谷氨酸介导的兴奋毒性是引起BE的重要机制。因此，抑制谷氨酸的过度释放可减弱胆红素兴奋毒性。利鲁唑是谷氨酸释放抑制剂和谷氨酸神经递质拮抗剂，可治疗多种神经退行性疾病。利鲁唑通过抑制大鼠耳蜗腹侧核神经元突触前谷氨酸释放和神经元放电，降低胆红素诱导的兴奋性生理活动，抑制胆红素诱导的Ca2+超载和谷氨酸受体过度激活，从而发挥神经保护作用，可用于预防和治疗胆红素引起的过度兴奋[36]。牛磺酸有促进神经元增殖分化、清除自由基、调节细胞膜兴奋性、抗凋亡、维持细胞内钙稳态等生理功能和强大的神经保护作用，有助于胆红素诱导神经细胞损伤的恢复。Song等[37]发现，牛磺酸主要通过激活γ-氨基丁酸受体和甘氨酸受体，并抑制电压门控钙通道的Ca2+流动，使大鼠前腹侧耳蜗腹侧核神经元不受胆红素过度兴奋性毒性的损伤。也有研究表明，咖啡因具有抗凋亡、抗炎、抗氧化作用，有拮抗胆红素神经毒性作用[38]，对于出现高胆红素血症且合并呼吸暂停的低出生体重儿及早产儿，应尽早应用咖啡因，以发挥神经保护作用，为进一步研究BE的药物治疗提供了依据。

3.2亚低温治疗 在临床相关的缺氧性损害中，亚低温可有效降低组织代谢率，减轻脑损伤。由于在适度低温条件下，线粒体功能更为高效，有助于能量的生成和保存，进而提高脑组织细胞活力，降低兴奋性毒性及活性氧类生成，并减少细胞死亡途径启动，从而发挥神经保护作用[39]。Kuter等[40]将小鼠大脑中的海马神经元暴露于未结合胆红素中培育，通过比较不同体温下(29～37 ℃)神经元的活力及线粒体的功能发现，低体温可减少胆红素神经毒性诱导的细胞死亡，其中深度低温(29 ℃)对神经元的存活率有不利影响。另有研究表明，亚低温治疗可有效改善BE脑组织的病理改变[41]。亚低温已广泛应用于临床多种疾病的治疗，其安全性及有效性得到广泛认可，亚低温在新生儿缺氧缺血性脑病治疗中的应用已相当成熟，也为亚低温治疗新生儿ABE提供了思路。然而，亚低温治疗ABE的时间窗有待进一步研究的确定。

3.3干细胞移植 组织干细胞是人类的再生细胞，具有可塑性，有转化为身体其他组织的能力。干细胞移植可使受损的组织再生，具有广泛的临床应用价值。移植的干细胞可通过分泌各种神经营养因子促进受损神经元的修复和再生[42]。Zakerinia等[43]报道了2例经自体干细胞移植治疗的CBE患者，1例患者的语言和力量有所改善，另1例患者在干细胞移植7个月后，感觉和控制排尿和排便的能力得到提高。Amini等[44]的研究发现，人脂肪干细胞移植大幅度改善了核黄疸大鼠行走的平衡和协调能力，有效缓解了听觉功能障碍，降低了基底节区及小脑的细胞凋亡，为潜在的感觉运动障碍的治疗提供了新的策略。随着干细胞移植的深入研究，其可能成为治疗BE的新方法。

3.4康复治疗 听觉和运动障碍是BE主要的后遗症。“提示语”、助听器和耳蜗植入治疗可能对听力损伤型患儿有效，有助于提高其语言能力[45]，其中物理、语言的治疗及反转步行辅助器的应用对运动型损伤很有帮助。胆红素脑病患儿的智力通常是正常的，尽早诊治以及积极的康复治疗有助于改善预后，提高其生活质量。

3.5深部脑刺激 深部脑刺激在治疗BE所致的肌张力障碍方面有潜在价值。深部脑刺激已成功用于改善小儿原发性肌张力障碍患者的语调和自主运动控制[46]。对行深部脑刺激BE患者的随访显示，BE患者的语调、运动控制、睡眠得到一定程度的改善[47]，但尚缺乏相关治疗方法和效果评价的详细信息。

4 小 结

新生儿BE的早期诊断和治疗仍处于探索阶段，目前尚无有效的治疗方法，其发病机制仍需进一步深入研究，以期为BE的诊治提供新策略。BE的临床诊断主观性较强，易与其他疾病混淆，逐步提高对BE的认识，完善相关检查，以尽早发现高胆红素血症患儿的脑功能异常。更多的基础及临床研究有助于寻找BE的新型有效治疗方法，以明确不同阶段的规范化管理，降低BE的发生率及死亡率，提高BE的治愈率，最大限度地改善患儿预后及生活质量。