膽紅素對新生兒腦組織損傷及其早期監測的研究進展

[摘要] 新生兒高膽紅素血癥是新生兒期常見的病理狀態之一，嚴重者可因并發膽紅素腦病，造成嚴重的腦組織損傷，從而導致神經系統后遺癥，甚至新生兒死亡。因此本文就膽紅素的理化性質、對新生兒腦組織損傷及其早期監測進行簡要總結，以提高人們對膽紅素的認識，并為新生兒高膽紅素血癥在臨床中的治療及膽紅素腦病發生率的降低提供一定理論依據。

[關鍵詞] 新生兒；腦組織；膽紅素；早期檢測

[中圖分類號] R445.2 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-9701（2015）20-0157-04

Study progress of bilirubin in neonatal brain tissue injury and its early monitoring

DU Yiyang1 YIN Huaiqing2

1.Shanxi Medical University，Shanxi，Taiyuan 030001，China；2.Department of Pediatrics，the First Affiliated Hospital of Shanxi Medical University，Shanxi，Taiyuan 030001，China

[Abstract] Neonatal hyperbilirubinemia is one of the commonly seen pathological status in neonatal period. The severe case may lead to severe brain tissue injury due to the complication of bilirubin encephalopathy， and thus induce sequelae of nervous system and even cause neonatal death. Therefore， this paper aims to briefly summarize neonatal brain tissue injury and its early monitoring based on the physical and chemical characters of bilirubin， so as to improve people's understanding of bilirubin， and provide certain theoretical evidences for clinical treatment of neonatal hyperbilirubinemia and reduction of incidence rate of bilirubin encephalopathy.

[Key words] Newborns； Brain tissue； Bilirubin； Early monitoring

新生兒高膽紅素血癥（hyperbilirubinemia of newborn）是新生兒期中常見的病理狀態之一，約出現在60%～85%的新生兒中[1]，多由于胎兒紅細胞的壽命短及肝臟清除膽紅素功能不成熟而引起[2]，嚴重者可因并發膽紅素腦病（bilirubin encephalopathy）造成不可逆的腦損傷（brain injury，BI），從而導致神經系統后遺癥，甚至新生兒死亡，嚴重威脅新生兒的健康，給家庭和社會帶來巨大的負擔。因此，本文就膽紅素對腦組織的損傷及其早期監測進行綜述，對防治膽紅素腦病及后遺癥的發生具有一定意義。

1 膽紅素的理化性質

膽紅素是血紅素的一種代謝產物，其主要來源于紅細胞血紅蛋白的分解代謝和肌紅蛋白及細胞色素等的破壞降解，其主要是在肝臟被清除。膽紅素的分類方法有兩種，第一為重氮法，將膽紅素分為直接膽紅素和間接膽紅素。第二為液相色譜分析法，將膽紅素分為非結合膽紅素（unconjugated Bilirubin，UCB），也稱α膽紅素或游離膽紅素；結合膽紅素（conjugated bilirubin，CB）是由β膽紅素和γ膽紅素組成的；δ膽紅素，又稱delta膽紅素[3]。

新生兒生理性膽紅素升高對機體有一定的保護作用，但病理性膽紅素升高會產生毒害作用[4]。具有親脂性的游離膽紅素可以通過被動擴散的方式進入到細胞內。80%的游離膽紅素在pH=7.4、水中的溶解度為70 g/100 gH2O的條件下常以有毒性的二價酸（BH2）形式存在，因此極易通過血腦屏障進入到神經細胞中[5]，從而產生毒性作用損傷神經細胞。

UCB及其白蛋白聯結復合物在一些病理狀態下，如未成熟兒、足月兒缺氧、腦膜炎、敗血癥等，易通過受損的血腦屏障（blood-brain-barrier，BBB）后與神經細胞膜的極性基團結合；最終在神經細胞膜中沉積引起不可逆的腦損傷，甚至永久性神經系統后遺癥[6]。

2 膽紅素對腦組織的損傷

2.1膽紅素與血腦屏障

血腦屏障是分布在血液和腦組織間的一種動態屏障，由腦毛細血管內皮細胞、基膜和神經膠質膜構成，保護神經組織免受損傷，維持腦組織內環境的相對穩定[7]。

腦微血管內皮細胞（BMEC）具有獨特性能，被認為是血腦屏障的主要成分，它們通過特殊的傳入和傳出運輸系統調節血液中各種物質的通過[8]。Cardoso等[9]研究顯示，暴露于UCB的腦微血管內皮細胞中內皮型一氧化碳合酶含量升高，亞硝酸鹽代謝產物的增加，并釋放細胞因子（如VEGF、IL-6），表明其發生了亞硝基化應激反應。一氧化碳和細胞因子均會增加血腦屏障的通透性。該研究還觀察到與對照組細胞相比，暴露于膽紅素的BMEC中線粒體腫脹明顯，表明線粒體功能受損；BMEC細胞膜上β-鏈蛋白的分布發生變化，從而改變了細胞的通透性[10-12]。BBB完整性的破壞、通透性的改變可致白蛋白等大分子物質進入腦組織，使與之結合的膽紅素更多地進入腦中發揮神經毒性。

2.2 膽紅素與腦組織

膽紅素對腦組織的損傷主要通過聚集、結合、沉積等步驟，其中聚集和結合對腦組織的損傷具有可逆性。Shapiro SM等[13]的研究表明，UCB的神經系統毒性取決于以下因素：細胞類型、發育階段、不同物種、暴露時間及濃度等。有學者發現，在膽紅素作用下，海馬及紋狀體處腦微血管內皮細胞VEGF和 VEGFR-2表達增加，血管內皮細胞增殖并發生遷移形成較多未成熟的血管，白蛋白等大分子物質外滲，促進腦水腫的發生，增加膽紅素的滲出，與白蛋白結合的膽紅素更易停留在腦組織中[14]。

進入腦組織后的膽紅素對神經細胞的損傷作用主要是通過壞死和凋亡的途徑。在損傷早期，膽紅素誘發細胞死亡的重要方式是凋亡，損傷后期的特征為突出的神經元缺失及反應性星形膠質細胞增多或壞死[15-16]。王曉麗等[17]通過使用6種不同膽紅素劑量建立高膽紅素血癥及膽紅素腦病模型后發現，使用HE、尼氏染色方法可看出，各組大鼠大腦皮層及海馬等不同部位的神經元數量隨著膽紅素注射劑量的增加而逐漸減少，并出現細胞腫脹、結構紊亂，甚至核固縮、碎裂、溶解等，部分細胞呈嗜酸性變；隨著膽紅素沉積的顆粒在腦組織中逐漸增多，神經元也出現不同程度的凋亡與壞死。

膽紅素引起細胞凋亡的機制涉及線粒體功能障礙、Ca2+超載、某些信號通路激活等環節。當高膽紅素血癥時，神經細胞膜上的Na+-K+-ATP酶活性被抑制，從而打破了細胞內外的離子梯度平衡，使細胞出現水腫、呈嗜酸性變甚至出現核凹陷和線粒體腫脹。有研究用不同濃度膽紅素干預發育中的大鼠腦組織神經細胞，將其分離培養，發現其線粒體腫脹、線粒體膜受損，通透性增加，細胞色素C被廣泛地釋放并聚集在細胞液中[18]，半胱氨酰天冬氨酸特異性蛋白（Caspase）被激活且其底物二磷酸腺苷核糖聚合酶降解，引起細胞凋亡的發生。多功能鈣和鈣調蛋白依賴的蛋白激酶Ⅱ是一種重要酶，它可調控神經遞質的合成和釋放、基因的表達，膽紅素可以通過改變鈣調蛋白激酶Ⅱ，改變細胞內鈣的調節，從而改變神經細胞功能[19]。

膽紅素可在多個層面損傷神經細胞，其中聽覺系統的損傷較為特殊。因腦干中存在與聽覺有關的核團，其相對于聽神經在受到損傷時表現得更敏感，因此腦干成為膽紅素造成腦損傷的最初部位，進而損傷第八腦神經，甚至累及更大神經中樞，嚴重危及患兒生命。即便存活者也常遺留如手足徐動、眼球運動障礙、聽覺障礙、智力低下等嚴重神經系統后遺癥。

3 早期監測指標

由于膽紅素的毒性作用，不僅易導致永久性的腦損傷，也易引起心、腎、肺等器官及血液、免疫系統的損害，目前臨床尚無特效的治療手段。因此，加強早期指標監測工作并積極治療，從而有效減少膽紅素腦病的發生，降低新生兒死亡率。

3.1 膽紅素/白蛋白（B/A）比值

膽紅素在血液中主要與血漿白蛋白結合，每個白蛋白分子上均存在兩個位點與膽紅素聯結[20]。結合膽紅素因不能透過細胞膜及血腦屏障引起細胞和腦組織損傷，因此B/A比值可以作為評價膽紅素神經毒性的良好指標。王丹等[21]研究顯示，與總膽紅素（TBIL）相比，B/A比值更敏感，也提示其可較好地預測膽紅素的神經毒性作用，但使用它判斷高膽紅素神經毒性時要結合具體情況，主要由于白蛋白聯結間接膽紅素的能力會受感染、缺氧、酸中毒、脂肪酸、血腫及某些藥物的影響，特別在早產兒中，白蛋白的量少、結合能力不穩定。

3.2血管內皮微粒

內皮微粒（endothelial microparticles，EMPs）是一種小囊泡狀物質，主要在多種刺激因素作用下由于內皮細胞（endothelial cell，EC）被激活或細胞凋亡而釋放出來[22]。當膽紅素異常升高時，可導致血管內皮的損害并使內皮微粒增高，神經系統及其他臟器的損害也會隨著內皮微粒增高而可能加重。故高膽紅素血癥時，可以將內皮微粒作為評價內皮功能受損的指標。

3.3肌鈣蛋白Ⅰ（CTNI）

過高的膽紅素可侵犯心肌細胞造成心肌損傷。當膽紅素異常升高時，心肌細胞膜的完整性被破壞，導致胞質內大量酶溶解釋放入血，引起血清水平升高，而心肌酶水平升高要早于心電圖、心臟彩超的變化，因此CK-MB是常用來衡量心肌損傷程度的指標。但有研究顯示[23]，肌鈣蛋白是橫紋肌收縮的重要調節蛋白，它有I、T、C 3個亞單位，而CTNI僅在心肌細胞中表達，它的濃度會隨著心肌受損的時間而變化，心肌受損1～6 h后升高，7 d內維持較高濃度，2周左右降至正常，因其反映心肌的微小損傷且敏感性高而被稱為”最小的心肌損傷”標志。故肌鈣蛋白Ⅰ可作為高膽紅素血癥心肌損傷的早期診斷指標。

3.4血清β2微球蛋白（β2-MG）

血清胱氨酸蛋白酶抑制劑C（Cys C）、肌酐（Cr）、尿素氮（BUN）及肌酐清除率是常用的評價腎功能的指標，但它們在腎臟功能損害至少50%左右才開始增高，且新生兒期不宜對其進行檢測。β2-MG是一種可以自由通過腎小球的分子量較小的蛋白質，幾乎能被腎小管完全吸收，且其水平變化早于Cr和BUN水平的變化，是反映腎小管功能受損的敏感指標[24]。但Cys C卻是精確評估腎小球濾過率的指標。不但因其可自由從腎小球濾過且能完全被腎小球上皮細胞重吸收并于細胞內降解而不返回血循環的病理機制，而且其具有敏感性高及不受年齡、性別、肌肉質量、疾病狀態影響的特點[25-27]。

4前景及展望

綜上所述，由于膽紅素的異常升高產生毒害作用，引起新生兒高膽紅素血癥，嚴重時并發膽紅素腦病造成嚴重的腦損傷，導致嚴重的神經系統后遺癥，甚至引起新生兒死亡。然而，目前有學者對膽紅素又有了新的認識：認為膽紅素對機體的作用具有兩面性。雖然游離膽紅素可聚集、結合并通過生物膜，損傷腦、心、腎、胃腸、肺等組織和細胞，但同時它也是一種強抗氧化劑，具有比維生素C、 維生素E和胡蘿卜素更強的抗氧化性[28]，是新生兒防御各種氧化物質損傷的血漿自由基清除劑之一[29]，但其具體機制目前尚不十分清楚。

至于膽紅素對腦組織甚至整個機體在何種條件下起到保護或損傷的作用，還有待進一步的研究。目前，膽紅素對腦組織的損傷還沒有有效治療方法。因此，全面了解膽紅素的理化性質，加強早期指標的監測，提早進行臨床干預，從而降低新生兒死亡率，才能為家庭和社會減輕巨大的負擔。

[參考文獻]

[1] Slusher TM，Zipursky A，Bhutani VK. A global need for affordable neonatal jaundice technologies[J]. Semin Perinatol，2011，35（10）：185-191.

[2] Brito MA，Silva RFM，Brites D，et al. Cell response to hyperbilirubinemia：A journey along key molecular events in new trends in brain research[J]. Nova Science Publishers，2006，12（3）：1-38.

[3] 李秋紅，邵勇. 膽紅素在肝臟的代謝及調節機制研究進展[J]. 中國肝臟雜志，2012，17（1）：56-58.

[4] 羅艷紅. 新生兒病理性黃疸對機體的損害及其防治研究進展[J]. 國際醫藥衛生導報，2012，18（4）：516-519.

[5] Ostrow JD，Mukerjee P，Tiribelli C.Structure and binding of unconjugated bilirubin：Relevance for physiological and pathophysio logical function[J]. J Lipid Res，1994，35（10）：1715-1730.

[6] Arun Babu T，Bhat BV，Joseph NM. Association between bilirubin and neuro developmental outcomes in term babies with hyper bilirubinemia[J]. Indian J Pediatrics，2012， 79（2）：202-206.

[7] 鄒仲之，蔡文琴. 組織學與胚胎學[M]. 北京：人民衛生出版社，2005：86-87.

[8] Cardoso FL，Brites D，Brito MA. Looking at the blood-brain barrier：Molecular anatomy and possible investigation approaches[J]. Brain Res Rev，2010，64（5）：328-363.

[9] Palmela I，Cardoso FL，Bernas M，et al. Elevated levels of bilirubin and long-term exposure impair human brain microvascular endothelial cell integrity[J]. Curr Neurovasc Res，2011，23（8）： 153-169.

[10] Cardoso FL，Kittel A，Veszelka S. Exposure to lipopolysaccharide and/or unconjugated bilirubin impair the integrity and function of brain microvascular endothelial cells[J]. Plos One，2012，7（5）：35-39.

[11] Sgro M，Campbell DM，Kandasamy S，et al. Incidence of chronic bilirubin encephalopathy in Canada[J]. Pediatrics，2012，130（10）：886-890.

[12] Odutolu Y，Emmerson AJ. Low bilirubin kernicterus with sepsis and hypoalbuminaemia[J]. Pediatric Neurology，2013，4（9）：431-438.

[13] Shapiro SM. Chronic bilirubin encephalopathy.diagnosis and outcome[J]. Semin Fetal Neonatal Med，2010，15（3）：157-163.

[14] Maria A. Brito PhD，Pedro Pereira MSc，et al. New autopsy findings in different brain regions of a preterm neonate with kernicterus：Neurovascular alterations and up-regulation of efflux transporters[J]. Pediatric Neurology，2013，9（4）：430-436.

[15] Ana S Falcao，Adelaide Femandes，Maria A，et al. Bilirubin-induced immunostimulant effects and toxicity vary with neural cell type and maturation state[J]. Acta Neuropathology，2006，11（2）：95-105.

[16] Hank E，Hansen TW，Almaas R，et al. Bilirubin induces apoptosis and necrosis in human NT2-N neurons[J]. Pediatric Res，2005，57（2）：179-184.

[17] 王曉麗，郭明星，梁俊輝，等. 新生兒大鼠高膽紅素血癥及腦病模型的建立與評價[J]. 中國病理生理雜志，2014， 30（8）：1523-1531.

[18] Sola S，Diogenes MJ，Brites D，et al. Release of cytochrome C with the interaction of bilirubin，amyloid beta-peptide and glycochenodeoxycholate from isolated mitochondria[J].Acta Med Port，2002，15（4）：269-275.

[19] Steven M，Shapiro，Gerald R，et al. Auditory impairment in infants at risk for bilirubin-induced neurologic dysfunction[J]. Seminars in Perinatology，2011，35（3）：162-170.

[20] Ardakani SB，Dana VG，Ziaee V，et al. Bilirubin/albumin ratio for predieting acute bilirubin-induced neurological dysfunction[J]. Iran J Pediatr，2011，21（1）：28-32.

[21] 王丹，楊波，鄭瑞平. 膽紅素/清蛋白比值及腦干聽覺誘發電位與膽紅素神經毒性的相關性[J]. 中華實用兒科臨床雜志，2013，28（8）：621-623.

[22] Sims PJ，Wiedmer T. Unraveling the mysteries of phospholipid scrambling[J]. Thromb Haemost，2001，8（6）：266-275.

[23] Bertrand ME，Simoons ML，Fox KA，et al. Management of acute coronary syndromes in patients presenting without persistent ST-segment elevator[J]. Eur Heart J，2002，23（23）：1809-1840.

[24] 潘益匆. 高膽紅素血癥新生兒血β2 微球蛋白的變化及臨床意義[J]. 承德醫學院學報，2013，6（4）：288-289.

[25] Yashiro M，Kamata T，Segawa H，et al. Comparisons of cystatin C with creatinine for evaluation of renal function in chronic kidney disease[J]. Clin Exp Nephrol，2009，13（6）：598-604.

[26] Sato H，Kuroda T，Tanabe N，et al. Cystatin C is a sensitive marker for detecting a reduced glomerular filtration rate when assessing chronic kidney disease in patient with rheumatoid and secondary amloidosis[J]. Scand J Rheunatol，2010，39（1）：33-37.

[27] Armangil D，Yurdakok M，Canpolat FE，et al. Determination of reference values for plasma cystatin C and comparison with creatinine in premature infants[J]. Pediatr Nephrol，2008，23（11）：2081-2083.

[28] 梁小明，邵天偉，陳昌輝. 膽紅素對機體的病理損傷和生理保護作用[J]. 實用醫院臨床雜志，2012，9（3）：172-175.

[29] Breimer. Does bilirubin act as a free radical quencher of clinical significance in neonates and children[J]. J Pediatr Biochem，2010，1（1）：29-37.

（收稿日期：2015-04-30）