基于炎癥的新生兒缺氧缺血性腦損傷治療進展*

胡 興，魯利群

成都醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院 兒科(成都610500)

新生兒缺氧缺血性腦損傷(hypoxic-ischemic brain damage,HIBD)是導(dǎo)致兒童運動、感覺、認知、學(xué)習(xí)和記憶障礙的主要原因之一[1]。其發(fā)病率在發(fā)達國家為1‰～3‰，在發(fā)展中國家可高達26‰[2]。亞低溫是目前唯一被循證醫(yī)學(xué)證實的有效治療HIBD的方法，但即使接受亞低溫治療的HIBD新生兒仍有近半數(shù)留有后遺癥[3]。缺氧缺血(hypoxic-ischemic, HI)后神經(jīng)炎癥是新生兒腦損傷演變的關(guān)鍵因素，可能是治療HIBD的潛在靶點。HIBD后腦小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞迅速被誘導(dǎo)激活，進而產(chǎn)生各種促炎因子[4]，其中腫瘤壞死因子-α(TNF-α)是最重要的促炎因子之一。研究[5]發(fā)現(xiàn)，新生兒HIBD后腦內(nèi)TNF-α的表達迅速增加；活化的TNF-α激活免疫細胞，后者又可促進TNF-α及其他物質(zhì)(包括氧自由基、細胞外基質(zhì)蛋白酶、補體因子和細胞黏附分子等)的進一步釋放，最終導(dǎo)致腦組織損傷[6]。本文就HIBD的病理生理過程，以及基于抗炎途徑的HIBD潛在治療方法作如下綜述。

1 HIBD的病理生理過程及炎癥反應(yīng)

動物實驗[7-9]表明，新生兒HIBD的病理生理過程分為3個階段：1)初級能量衰竭階段(Ⅰ期)：該階段發(fā)生在HI損傷后0～6 h。由于腦組織HI，神經(jīng)細胞中的葡萄糖無氧酵解增加，三磷酸腺苷(ATP)含量減少，使線粒體、Na+-K+-ATP泵及Ca2+泵功能障礙，乳酸、氧自由基和興奮性氨基酸大量堆積，導(dǎo)致神經(jīng)細胞水腫；2)二次能量衰竭階段(Ⅱ期)：發(fā)生在HI損傷后6～72 h之內(nèi)。此階段線粒體功能障礙進一步加重，氧自由基、興奮性氨基酸繼續(xù)釋放增加，大量磷儲備耗盡，細胞色素C從線粒體中釋放，致神經(jīng)細胞死亡。該階段隨炎癥因子進一步釋放增加，腦損傷進一步加重，此階段與癲癇發(fā)作有著密切的關(guān)系；3)損傷修復(fù)或慢性炎癥期(Ⅲ期)：發(fā)生于新生兒HIBD后72 h，持續(xù)數(shù)天或數(shù)月。伴隨炎癥持續(xù)存在及加重，同時受損腦組織失去神經(jīng)營養(yǎng)因子支持，腦損傷也更嚴重。核因子 κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)是重要的轉(zhuǎn)錄因子之一，其含有κB 位點能調(diào)控炎癥基因表達和活化，是多種炎癥介質(zhì)基因(包括TNF-α)的啟動子和增強子[10]。有研究[11-12]證明，NF-κB在HIBD中發(fā)揮重要作用。腦缺血誘導(dǎo)的NF-κB迅速誘發(fā)炎癥反應(yīng)，激活下游多種炎性基因的轉(zhuǎn)錄，在促炎癥基因表達和調(diào)控中具有協(xié)同作用，處于炎癥級聯(lián)反應(yīng)的中心位置；同時，NF-κB是炎癥級聯(lián)反應(yīng)介導(dǎo)腦缺血再灌注的重要信號，抑制炎癥損傷級聯(lián)反應(yīng)，可減少神經(jīng)元水腫、死亡和膠質(zhì)細胞增生。神經(jīng)炎癥級聯(lián)反應(yīng)是引起新生兒HIBD的主要原因之一。目前，促炎性細胞因子白細胞介素-1β(IL-1β)已被用于預(yù)測新生兒HIBD的嚴重程度[13]。神經(jīng)炎癥級聯(lián)反應(yīng)可能會影響大腦發(fā)育，造成神經(jīng)系統(tǒng)遠期損傷，如腦癱、癲癇及嚴重學(xué)習(xí)、記憶障礙等。因此，減輕HI后神經(jīng)炎癥級聯(lián)反應(yīng)，有可能成為HIBD治療的潛在靶點[14]。

2 基于炎癥的新生兒HIBD治療方法

2.1 亞低溫治療

亞低溫治療是近年來治療新生兒中重度 HIBD最具安全性和有效性的方法。但亞低溫的神經(jīng)保護機制仍不十分清楚，可能涉及抑制自由基生成和脂質(zhì)過氧化，減少興奮性氨基酸釋放及白三烯的合成，降低腦組織基礎(chǔ)代謝和能量消耗，減輕血腦屏障損失及抑制神經(jīng)細胞死亡等多種途徑。其中，抑制炎癥也是亞低溫發(fā)揮神經(jīng)保護作用的重要機制之一。Rocha-Ferreira等[15]進行了動物實驗，將新生仔豬隨機分為對照組(NT，n=5)和亞低溫治療組(HT，n=6)，每間隔4～6 h分別獲得NT組及HT組的血清及腦脊液樣品予以測量，結(jié)果顯示，仔豬在HI 6 h及12 h后，HT組血清中TNF-α水平明顯較NT組偏低，仔豬在HI后48 h HT組腦脊液中IL-8濃度較NT組明顯偏低，提示亞低溫治療對新生仔豬HI后的炎癥細胞因子有不同程度影響。美國學(xué)者Orrock等[16]將36名進行亞低溫治療的中重度HIBD新生兒作為研究對象，治療24 h后促炎因子IL-1β、IL-2、IL-6、IL-8和IL-13降低明顯者，治療效果較好；治療72 h后若仍存在IL-6升高，常常提示患兒預(yù)后較差。Webster等[17]研究表明，亞低溫治療可通過調(diào)控炎癥和TNF-α，進而降低IL-1β和IL-18的表達并增加抗炎因子IL-10 的合成，是亞低溫治療新生兒HIBD的神經(jīng)保護機制之一。

2.2 褪黑素

褪黑素(melatonin, MLT)是一種由松果體分泌的內(nèi)源性吲哚類激素，脂溶性高，易于通過血腦屏障和細胞膜，且具有強大的抗氧化作用。抗炎特性好是其發(fā)揮神經(jīng)保護作用的重要機制之一。MLT及其主要代謝產(chǎn)物(如6-羥基、N1-乙酰基-N2-甲酰基-5-甲基、N1-乙酰基-5-甲氧基喹啉和環(huán)狀3-羥基褪黑激素)可通過下調(diào)部分炎癥因子[如IL-6、IL-8、TNF-α和環(huán)氧化酶(cyclooxygenase,COX)]和前列腺素(prostaglandin，PG)等[18]，從而發(fā)揮神經(jīng)保護作用。此外，MLT還可通過阻斷或減少磷脂酶A2(PLA2)、脂氧合酶(LOX)和環(huán)氧合酶1(COX-1)等炎癥衍生物的激活發(fā)揮抗炎作用[19]。在缺血性腦損傷中，MLT及其代謝物通過逆轉(zhuǎn)卒中后炎癥反應(yīng)和水腫，抑制炎性細胞因子產(chǎn)生，減少一氧化氮合酶(NOS)的表達，防止NF-κB向細胞核的移位和降低COX-2基因表達[20]等方式減輕腦損傷的程度。Balduini等[21]以出生窒息的小鼠為實驗?zāi)Ｐ停Y(jié)果顯示，使用MLT治療的小鼠體內(nèi)單核巨噬細胞抗原(ED)1(注：ED1是小膠質(zhì)細胞-巨噬細胞活化的標記)陽性的細胞數(shù)量減少，而未使用MLT治療的小鼠體內(nèi)ED1陽性的細胞數(shù)量明顯增加，提示MLT通過限制小鼠體內(nèi)巨噬細胞浸潤和小膠質(zhì)細胞活化，減輕中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥。而且，母鼠產(chǎn)前預(yù)防性使用MLT可明顯減輕出生窒息小鼠的中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥。

2.3 孕酮

孕酮(progesterone，RROG)是由女性卵巢合成和分泌的主要激素之一，除能調(diào)節(jié)生殖功能及月經(jīng)周期外，還可作用于中樞經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生神經(jīng)保護作用。RROG可通過減輕腦水腫、改善血腦屏障通透性、抗凋亡、給受損神經(jīng)元細胞提供營養(yǎng)支持等方式來減輕HIBD引起的腦損傷。Li等[22]將30只7日齡新生大鼠隨機分為3組：假手術(shù)組、HIBD模型組和PROG組，PROG組在誘導(dǎo)HI之前30 min腹腔注射PROG(8 mg/kg)，24 h后處死所有大鼠，結(jié)果顯示，HIBD模型組中大鼠海馬區(qū)TNF-α和NF-κB的mRNA和蛋白表達水平明顯升高，而PROG組中大鼠海馬區(qū)TNF-α和NF-κB的mRNA和蛋白質(zhì)表達水平明顯下降，表明PROG減輕了HIBD后的炎癥反應(yīng)。目前研究[23-25]認為，PROG能通過如下機制在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)揮抗炎作用：一方面，RROG可直接作用于神經(jīng)元或通過激活神經(jīng)膠質(zhì)細胞，作用于缺血級聯(lián)炎癥反應(yīng)的不同階段，減輕腦缺血損傷；另一方面，RROG通過調(diào)節(jié)細胞因子釋放，顯著抑制缺氧缺血腦組織中IL-1β和TGF-2β mRNA的表達上調(diào)，并且還能降低促炎細胞因子mRNA的水平；此外，RROG還能降低外周免疫細胞的活化、遷移及小膠質(zhì)細胞的活化，進而在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)揮抗炎作用。

2.4 雌二醇

雌二醇(estradiol，E2)是雌激素中含量最多、活性最強的一種，由卵巢內(nèi)卵泡顆粒細胞分泌，在維持女性第二性征中起到舉足輕重的作用。神經(jīng)系統(tǒng)是E2的靶器官之一，且E2能在大腦局部合成，被認為是“神經(jīng)類固醇”激素。HIBD后的神經(jīng)炎癥可引發(fā)初始腦損傷，減少神經(jīng)炎癥的發(fā)生是E2介導(dǎo)的HIBD神經(jīng)保護機制之一。在哺乳動物和鳥類中進行的研究[26]表明，HIBD或腦外傷后腦內(nèi)芳香化酶表達下調(diào)，引起星形膠質(zhì)細胞局部生成E2減少，引起嚴重的腦損傷；同時通過增加E2在星形膠質(zhì)細胞的局部含量，發(fā)揮神經(jīng)保護作用。HIBD后腦內(nèi)存在小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞局部活化，稱為反應(yīng)性神經(jīng)膠質(zhì)病變，引起幾種趨化因子及炎癥因子合成和釋放，造成神經(jīng)損傷[23,27]。已有研究[23-24]報道，新生HIBD大鼠予以E2治療后大腦受損區(qū)域明顯縮小，其涉及的主要機制為E2能減輕反應(yīng)性神經(jīng)膠質(zhì)病變，并能通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激抑制缺血引起的部分促炎細胞因子的產(chǎn)生。

2.5 糖皮質(zhì)激素

眾所周知，糖皮質(zhì)激素具有強大的抗炎作用。既往動物實驗[28]顯示，糖皮質(zhì)激素使用的時間及劑量不同，可發(fā)揮神經(jīng)保護和神經(jīng)毒性的雙重作用。糖皮質(zhì)激素對神經(jīng)系統(tǒng)的雙重矛盾作用，導(dǎo)致人們忽視了糖皮質(zhì)激素有可能成為治療HIBD的潛在藥物。國外學(xué)者Harding等[29]在HIBD損傷后2 h，通過靜脈注射或鼻內(nèi)滴注法給大鼠施用地塞米松，0.1 μg組(n=18)與鹽水對照組(n=20)相比，地塞米松使用組新生大鼠的腦梗塞面積明顯減少；同樣，在HIBD損傷后2 h通過靜脈注射或鼻內(nèi)滴注法給大鼠施用氫化可的松，靜脈注射氫化可的松10 μg組(n=10)與對照組靜脈注射生理鹽水10 μg組(n=11)相比，新生大鼠的腦梗塞面積明顯減少；鼻內(nèi)滴注氫化可的松300 μg組(n=11)與對照組生理鹽水300 μg組(n=17)相比，雄性新生大鼠的腦梗塞面積明顯減少，然而兩組間雌性新生大鼠腦梗塞面積無明顯變化；但鼻內(nèi)滴注氫化可的松50 μg或100 μg組(n=10)，未顯示出明顯的腦保護作用。以新生大鼠HIBD為模型的研究[30-31]顯示，在誘導(dǎo)新生大鼠腦HI前給予地塞米松，血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)和前列腺素(PG)表達上調(diào)，同時激活糖皮質(zhì)激素受體(GR)，前列腺素D2((PGD2)大量合成，從而發(fā)揮神經(jīng)保護作用。目前，有關(guān)糖皮質(zhì)激素治療HIBD的臨床資料較少，其治療的理想劑量及應(yīng)用的最佳時機值得進一步探討。

2.6 米諾環(huán)素

米諾環(huán)素，又稱二甲胺四環(huán)素或美滿環(huán)素，是一種廣譜抗菌的四環(huán)素類抗生素，其能與tRNA結(jié)合，起到抑菌效果。米諾環(huán)素容易穿過血腦屏障，在大腦中米諾環(huán)素通過有效抑制小膠質(zhì)細胞的活性而發(fā)揮抗炎作用。同時，體外細胞培養(yǎng)和體內(nèi)動物實驗[32-33]表明，米諾環(huán)素可通過抑制小膠質(zhì)細胞的增殖和活化來保護神經(jīng)元，進而減少神經(jīng)元的死亡。已有臨床實驗[34]顯示，新生兒在HIBD發(fā)生24 h后開始給予米諾環(huán)素，連續(xù)給藥1周，米諾環(huán)素一方面通過抑制HIBD誘發(fā)的小膠質(zhì)細胞活化，降低腦內(nèi)TNF-α和IL-1β等炎癥因子的水平，另一方面通過抑制HIBD引起的神經(jīng)炎癥介質(zhì)激活的方式明顯減輕腦損傷。同時，在動物實驗[35]中提示，米諾環(huán)素能減輕早產(chǎn)新生大鼠HIBD的腦損傷，將出生后第3天的新生大鼠(相當(dāng)于人類妊娠24～28周)隨機分為假手術(shù)、鹽水注射組、HI 鹽水注射組、HI低劑量米諾環(huán)素組(HI后2 h 45 mg/kg，此后每24 h 以22.5 mg/kg維持，連用6 d)和HI高劑量米諾環(huán)素組(HI 后2 h 20 mg/kg，此后每24 h以10 mg/kg維持，連用6 d)，結(jié)果顯示，低劑量米諾環(huán)素組及高劑量米諾環(huán)素組均能減輕神經(jīng)炎癥；低劑量米諾環(huán)素組僅能降低O1陽性少突膠質(zhì)祖細胞(注：O1陽性提示少突膠質(zhì)細胞未成熟)計數(shù)；而高劑量米諾環(huán)素組還能減少O4陽性(注：O4陽性提示少突膠質(zhì)細胞未成熟)少突膠質(zhì)祖細胞計數(shù)、髓磷脂含量及腦白質(zhì)損傷面積。因米諾環(huán)素的相關(guān)慢性副作用，例如骨骼發(fā)育遲緩、四環(huán)素牙和誘發(fā)膽紅素腦病等，限制了其在新生兒疾病中的應(yīng)用。

2.7 布洛芬

布洛芬屬非甾體類抗炎藥(NSAIDs)，是一種親脂性化合物，易穿過血腦屏障，通過抑制環(huán)氧化酶活性，減少前列腺素的合成而發(fā)揮抗炎作用。澳大利亞學(xué)者Carty等[36]利用早產(chǎn)的HIBD大鼠模型，在HI 2 h后給予負荷劑量的布洛芬100 mg/kg，24 h后繼續(xù)予以維持劑量的布洛芬50 mg·kg-1·d-1，連用6 d，結(jié)果顯示，布洛芬治療減弱了HI誘導(dǎo)的腦中COX-2蛋白表達以及炎癥因子(IL-1β和TNF-α)增長水平。在成人腦缺血模型[37]中，已證實布洛芬可通過抑制中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥，發(fā)揮神經(jīng)系統(tǒng)保護作用。研究[36]認為，布洛芬通過減輕中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥，在HIBD中發(fā)揮神經(jīng)保護作用可能與下列因素相關(guān)：1)阻斷HIBD后腦內(nèi)(COX-2)含量的升高；2)降低腦內(nèi)IL-1β和TNF-α的表達水平；3)下調(diào)小膠質(zhì)細胞活性。布洛芬常用于治療早產(chǎn)新生兒動脈導(dǎo)管未閉，其能否運用于HIBD新生兒的治療，現(xiàn)仍缺乏相關(guān)臨床資料及依據(jù)，今后可進行大樣本、多中心的臨床研究。

2.8 其他

研究[38]還發(fā)現(xiàn)，鼻內(nèi)植入人神經(jīng)干細胞能通過抑制腦內(nèi)IL-1β的表達，促進HI后NF-κB基因易位，減輕新生大鼠HIBD后神經(jīng)炎癥反應(yīng)，進而改善新生大鼠的神經(jīng)功能。此外，紅細胞生成素、殼寡糖、咖啡因等也能通過減輕神經(jīng)炎癥反應(yīng)在HIBD中發(fā)揮神經(jīng)保護作用。

3 小結(jié)與展望

新生兒HIBD病理生理過程有炎癥的參與，且炎癥是引起新生兒HIBD的主要原因之一。亞低溫治療和褪黑素、孕酮、雌二醇、糖皮質(zhì)激素等藥物均能通過減輕中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥，在新生兒HIBD中發(fā)揮腦保護作用。但是，目前除亞低溫治療以外，其余治療方法尚未運用到新生兒HIBD的臨床治療中，故需進一步探討炎癥在新生兒HIBD中的作用機制，并以此為切入點，尋求適用于新生兒HIBD的安全、有效、可行的治療方法。