新生兒缺氧缺血性腦病的發病機制及診治研究進展

郭江波，袁天明

(國家兒童健康與疾病臨床醫學研究中心 國家兒童區域醫療中心 浙江大學醫學院附屬兒童醫院新生兒科，杭州 310003)

新生兒缺氧缺血性腦病(hypoxic-ischemic ence-phalopathy，HIE)是因圍生期缺氧而導致的新生兒腦損傷，其危險因素主要包括產婦子癇、臍帶纏繞、肩難產和胎盤早剝等[1-2]。在發達國家，HIE的發病率為1‰～8‰，而在資源相對匱乏的國家，其發病率約為26‰[1,3]。新生兒腦損傷可導致一系列永久性的神經系統后遺癥，包括癲癇、腦癱、運動和認知能力下降、注意力缺陷多動障礙以及行為殘疾等。HIE的診斷及預后主要依賴于Apgar評分、臍帶和外周血酸中毒程度、是否需要復蘇、磁共振成像、振幅整合腦電圖等多方面的綜合分析[2,4]。近年來，HIE主要通過亞低溫治療，動物模型和臨床試驗均已證明亞低溫的神經保護作用及其在提高新生兒生存率和降低神經發育障礙風險方面的有效性，但亞低溫治療的成功率有限，有40%～55%接受低溫治療的新生兒在12～24個月齡時死亡或出現中度至重度神經發育障礙[2,5]。因此，亟須探索更多的治療方法，更好地保護或恢復缺氧缺血性損傷后的大腦。藥物聯合亞低溫治療HIE是目前研究的熱點，也取得了一定成果，但藥物的生物利用度和不良反應導致臨床對藥物的選擇及使用受限，因此藥物的選擇、劑量、用藥時機、給藥途徑以及輸送藥物平臺的研究具有重要意義。現就新生兒HIE的發病機制及診治研究進展予以綜述。

1 新生兒HIE的發病機制

新生兒HIE最主要的病理生理機制為大腦組織的缺氧缺血。新生兒HIE主要表現為腦水腫、基底節及丘腦損傷、蛛網膜下腔出血、腦室內或腦實質出血、腦梗死等[6]。在分子水平上，缺氧缺血性損傷會觸發動態的破壞性生化級聯反應，這些級聯反應會在數天或數周內經歷不同的階段，在缺氧缺血后數分鐘內，由于大腦中的氧氣和葡萄糖缺乏導致細胞內ATP能量減少，能量的缺失使鈉離子(Na+)/鉀離子(K+)泵失活，導致細胞膜的通透性增加，進而導致細胞內氧自由基及鈣離子(Ca2+)內流增多，發生氧化應激反應和細胞內Ca2+超載，損傷神經細胞[5,7-8]。滲透失衡使跨質膜的離子梯度被破壞，故導致壞死性細胞凋亡，并釋放促炎因子和興奮性神經遞質[9]。在缺氧缺血發生后6～8 h內，大腦出現再灌注和氧化代謝部分恢復，細胞的線粒體也尚未發生不可逆性損傷，此時是新生兒HIE治療的關鍵時期，治療不及時可導致神經細胞凋亡，對大腦造成永久性傷害[8-10]。總之，缺氧缺血腦損傷的不同階段均由神經系統的興奮毒性、炎癥及氧化應激的相互作用導致。

1.1神經系統的興奮毒性 缺氧缺血后細胞穩態的破壞主要由于ATP的減少，能量缺失可導致Na+，K+-ATP酶的功能失活，致Na+在細胞內積聚，細胞內過量的Na+積聚使細胞外的水通過滲透作用進入細胞內，導致細胞水腫，進而導致細胞破裂和死亡[7,11]。此外，細胞內外離子紊亂，導致質膜電位無法維持正常的平衡狀態，使神經元處于長時間的去極化狀態，從而釋放更多的興奮性神經遞質，主要為谷氨酸鹽[5,12]；谷氨酸鹽能夠刺激大量的Ca2+和Na+進入突觸后細胞，當細胞內Na+濃度增加超過細胞的承受能力時，線粒體內的線粒體通透性轉換孔(mitochondrial permeability transition pore，MPTP)將會打開，使線粒體失去完整性，導致線粒體功能障礙，進而導致細胞凋亡[7,13]。而細胞凋亡產生的碎片又可激活大腦中的巨噬細胞，導致促炎因子和活性氧類(reactive oxygen species，ROS)的分泌增多，ROS可以獨立于Ca2+超載而使MPTP打開[14]。MPTP打開可以使線粒體內的細胞色素C進入胞質內(這是細胞內凋亡通路的一個關鍵步驟)，然后細胞色素C與凋亡酶激活因子相互作用形成凋亡小體，激活胱天蛋白酶9，最后激活胱天蛋白酶3以酶促方式使細胞凋亡[5,7,13-14]。

1.2炎癥 當缺氧缺血性損傷發生時，大腦中的小膠質細胞被激活，活化的小膠質細胞遷移到損傷部位，與星形膠質細胞一起釋放促炎因子，從而破壞血腦屏障，并促進外周血白細胞進入腦實質內[9,15]，而活化的神經膠質細胞以及浸潤的單核細胞和T細胞可通過分泌細胞因子、趨化因子、ROS和興奮性神經遞質引起炎癥反應。細胞因子是炎癥反應的重要調節劑，促炎因子主要包括白細胞介素(interleukin，IL)-1α、IL-1β、IL-6、IL-18、腫瘤壞死因子-α和γ干擾素等，這些促炎因子通過炎癥反應導致神經元凋亡[16]。有研究表明，血清IL-1β、IL-6和腦脊液IL-1β水平是神經發育異常的重要監測指標[16-17]，而IL-10、IL-11、IL-13和轉化生長因子-β等細胞因子則可減輕炎癥反應。此外，炎癥反應還會促進ROS(主要包括過氧化氫和一氧化氮)產生，通過一系列反應導致細胞凋亡[14,18]。相關研究表明，大腦的炎癥損害在白質中比較明顯，主要表現為脫髓鞘、瘢痕形成以及神經元和少突膠質細胞前體凋亡[9,19]。

1.3氧化應激 氧化應激是由體內促氧化劑代謝產物的病理性增多導致，促氧化劑代謝產物通常以具有未配對電子的ROS形式出現，通過氧化破壞細胞成分，導致細胞死亡[14]。缺氧缺血損傷可誘導興奮性神經遞質谷氨酸鹽增多，使細胞內Ca2+增多，而Ca2+作為次級信使在信號轉導中起重要作用，可通過一氧化氮合酶增加一氧化氮自由基的產生，而一氧化氮自由基可驅動促凋亡基因的表達，引起細胞凋亡[7,20]。同時，Ca2+信號也可激活還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶，形成超氧陰離子自由基，超氧陰離子自由基進一步與一氧化氮反應形成過氧化亞硝酸離子，且體內超氧陰離子自由基還可通過氧化反應形成過氧化氫[5,20-21]；大腦中正常發育所需的Fe2+可以通過Fenton反應將過氧化氫轉化為氧化性更強的羥基自由基；這些ROS的形成可促進細胞內的蛋白質氧化變性、脂質和DNA過氧化、線粒體功能障礙以及凋亡基因的表達，導致細胞死亡[20-21]。ROS還可通過抑制丙酮酸脫氫酶增加細胞內和核內的Ca2+濃度，限制有氧糖代謝，產生大量乳酸，導致腦缺血微環境酸中毒，使細胞膜穩態遭到破壞，導致谷氨酸類興奮性神經遞質增多，促進細胞損害和死亡[14,22]。此外，ROS還可直接對DNA造成損害而引起細胞死亡。

2 新生兒HIE的診斷

國內外對于新生兒HIE的診斷略有不同，國內仍參照2004年11月中華醫學會新生兒學組修訂的標準[23]，但此診斷標準主要適用于足月新生兒HIE的診斷，對于早產兒HIE的診斷仍需進一步完善與探索。

依據改良的Sarnat診斷標準[24]可將HIE分為輕度、中度和重度，而對于高危患兒，出生后每小時均要進行評估，以便于及時采取有效的治療方案，這對減輕腦損傷及減少后期并發癥發生均具有重要意義。振幅整合腦電圖是目前新生兒腦功能監測最常用的方法，有較高的靈敏度和特異度，可用于新生兒腦病嚴重程度分級，也可用于監測治療后患兒大腦的反應[25-26]。研究表明，部分長鏈非編碼RNA在中、重度HIE新生兒全血中表達異常，而微RNA(microRNA，miRNA/miR)在圍生期窒息和HIE新生兒臍帶血中的表達均發生改變，其中miR-374a、miR-376c在中、重度HIE新生兒臍帶血中的表達減少，該研究結果使新生兒HIE早期通過實驗室檢查診斷成為可能，但其靈敏度和特異度目前尚不清楚，仍需進一步研究[27-29]。此外，頭顱CT、磁共振成像檢查對新生兒中、重度HIE的早期診斷及預后也有一定參考價值，與頭顱CT相比，磁共振成像具有較高的空間分辨率和軟組織分辨率，可以清楚判斷顱內病變，減少輻射損傷，是目前新生兒HIE首選的影像學檢查方法[30-31]。

3 新生兒HIE的治療

新生兒HIE的發病率和病死率均較高，且是引起永久性神經系統后遺癥的主要原因，因此應及早進行積極有效的治療，以減輕HIE患兒的腦損傷程度，減少神經系統功能障礙。近年來，亞低溫治療在 HIE患兒的治療中取得了一定進展，但亞低溫治療的療效有限，因此應考慮采用藥物輔助亞低溫治療。

3.1亞低溫治療 亞低溫治療是目前治療新生兒HIE的主要方法，可顯著降低HIE患兒的病死率及減少相關神經系統并發癥發生，被廣泛應用于臨床。由于中、重度HIE可導致大腦性麻痹、行為障礙、癲癇、視力障礙、聽力障礙和認知功能障礙等嚴重并發癥，因此亞低溫治療需盡早開始[32]。研究表明，在缺氧后6 h內進行低溫治療，可顯著降低腦損傷的發生率[33]。目前常用的亞低溫治療方式主要包括選擇性頭部降溫和全身降溫。據報道，選擇性頭部降溫和全身降溫在中、重度HIE患兒中的療效差異無統計學意義[32-34]。但選擇性頭部降溫的器械昂貴，對監護要求較高，維持直腸溫度較困難，可能導致頭皮水腫或頭皮損傷，還會影響同時進行的腦電圖檢查。而全身降溫要求直腸溫度降至(33.5±0.5) ℃，方法相對簡單，更易達到和控制目標溫度，并可同時行腦電圖檢查。亞低溫治療的時間通常為72 h，然后進行6～12 h的復溫，對于復溫的速度目前尚存在爭議，建議不超過0.5 ℃/h，通常為0.5 ℃/(1～2) h，復溫過程中可能會出現癲癇和臨床腦病，因此建議再次降溫24 h后進行復溫[33,35]。

在亞低溫治療時，由于腸道缺血缺氧，不建議進行喂養，因為會增加腸道負擔，造成不可預知的影響；同時還應避免容量超負荷以減輕腦水腫的發生，但不建議常規使用甘露醇和激素預防腦水腫；另外，監測電解質和肝腎功能、防止低血糖和高血糖的發生，對降低患兒病死率、減少神經系統并發癥發生也至關重要[36]。臨床對于鎮靜、鎮痛和抗癲癇藥物的應用要慎重，因為低體溫可影響藥物的正常代謝，在使用抗癲癇藥物的前72 h要監測血藥濃度。苯巴比妥可作為一線抗癲癇用藥，但不可作為足月兒HIE預防驚厥使用。目前研究表明，亞低溫治療可導致竇性心動過緩、低血壓、中度血小板減少和持續肺動脈高壓，但對于HIE患兒，無論是否接受亞低溫治療，均會出現心律失常、貧血、白細胞減少、低血糖、低血鉀、尿潴留及凝血功能障礙等，因此低溫治療必須在有經驗及有能力處理相關并發癥的醫療機構進行[37]。

3.2促紅細胞生成素(erythropietin，EPO)治療 EPO最初被認為是介導紅細胞生成的細胞因子，因具有抗炎、抗氧化、抗興奮毒性、抗凋亡、神經再生和血管生成等作用，因此在治療HIE中逐漸被關注[38]。EPO主要由腎臟產生，少量自肝臟產生，但也在大腦中表達，是正常大腦發育所必需，EPO主要通過EPO受體發出信號，EPO受體在神經元、星形膠質細胞、少突膠質細胞和小膠質細胞中均有表達，EPO及其受體可通過調節凋亡基因與抗凋亡基因之間的平衡，抑制凋亡蛋白酶的活性，促進膠質細胞和神經細胞的增殖[5-6,39]。通過對大鼠的研究發現，EPO還可通過增加谷胱甘肽過氧化物酶活性、降低脂質過氧化水平，發揮神經保護作用[38-39]。有研究隨機選擇24例接受EPO治療和26例服用安慰劑的HIE新生兒，在出生后6 h內給予亞低溫治療72 h，并在第1、2、3、5和 7天時分別給予1 000 U/kg EPO和安慰劑，結果發現，高劑量的EPO聯合亞低溫治療可減輕患兒腦損傷，且患兒短期運動能力顯著提高[38]。但也有報道顯示，外源性EPO可抑制內源性EPO的表達，進而對正常神經發育產生不利影響[6,38]。因此，EPO在新生兒HIE治療中的劑量及治療時機尚待進一步探討。

3.3褪黑激素治療 褪黑激素用于治療腦損傷，在抗凋亡、抗氧化和抗炎方面發揮重要作用。體外動物模型證實，褪黑激素對原始皮質神經、海馬神經和紋狀體神經的線粒體凋亡有抑制作用，在孕后期給予低劑量[0.1 mg/(kg·d)]褪黑激素>7 d可減少窒息引起的神經系統并發癥[6,40]。褪黑激素還是一種有效的自由基清除劑和間接的抗氧化劑，可刺激超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、葡萄糖-6-磷酸脫氫酶、谷胱甘肽還原酶等相關基因的表達，減少細胞和組織的氧化應激損傷[40-41]。近年研究表明，褪黑激素可用于新生兒窒息、敗血癥、呼吸窘迫綜合征等，且安全、有效，無明顯不良反應，其聯合低溫治療可有效減輕HIE新生兒的氧化應激損傷，促進神經系統的發育[6,34,40]。但由于損傷程度和治療方案的不同，很難在動物研究和臨床試驗間比較褪黑激素的效果，因此臨床上褪黑激素的應用劑量及安全性尚待進一步探究。

3.4神經營養因子治療 神經營養因子是中樞神經系統中神經元存活和修復的主要介質。神經營養因子主要包括神經生長因子、腦源性神經營養因子和神經營養因子3/4等。有研究表明，大腦損傷后神經生長因子和腦源性神經營養因子的表達上調，在HIE患兒的臍帶血漿中腦源性神經營養因子水平升高，且腦源性神經營養因子源于大腦中的神經再生過程[5,41]，表明損傷后的內源性神經營養因子上調可能不足以完全恢復神經功能，而外源性神經營養因子可以增強其修復作用。有研究報道，與注射安慰劑的大鼠相比，向缺氧缺血性新生大鼠尾靜脈注射神經生長因子β亞基可以減少海馬的細胞凋亡，給予出生7 d的新生大鼠的腦室內注射腦源性神經營養因子進行預處理，可以減少海馬組織、皮質和紋狀體的損傷，并改善記憶空間，表明腦室內注射腦源性神經營養因子對HIE大鼠模型具有神經保護作用[5，42]。但由于神經營養因子的分子量較大，很難通過血腦屏障，且半衰期短，因此臨床試驗進展困難，其臨床應用仍需進一步研究。

3.5成纖維細胞生長因子(fibroblast growth factor，FGF)治療 FGF主要通過信號轉導調節細胞增殖、存活、分化、遷移及軸突延伸，因此對生物體神經發育至關重要。有文獻報道，向新生大鼠HIE模型的紋狀體內注射FGF1可減輕其腦容量的損失，并減少HIE引起的神經細胞凋亡和壞死，同時FGF1的強制表達減少了胱天蛋白酶3和胱天蛋白酶9的激活，增加了X連鎖凋亡抑制劑的表達；此外，在HIE發生后，通過腹膜內注射FGF2可有效減小HIE新生大鼠的腦梗死體積[5]。以上研究均證明了FGF的神經保護作用，但目前其仍處于動物模型研究階段，有待進一步研究。

3.6其他治療 稀有氣體氙氣和干細胞在新生兒HIE中也具有神經保護作用。氙氣是一種惰性麻醉氣體，研究表明，氙氣對HIE大鼠有神經保護作用，可上調Bcl-2蛋白的表達，減少細胞凋亡和大腦損傷，同時可維持腦動脈壓、平均動脈壓、腦灌注壓以及大腦供血和供氧[43]。此外，氙氣還可產生缺氧誘導因子-1α，下調EPO效應器和血管內皮生長因子效應器，提供腎臟保護作用，防止缺血再灌注損傷[41，43]，但目前其仍處于研究階段，療效及安全性尚需進一步驗證，暫未在臨床應用。目前，干細胞移植治療已被證明可促進成人缺血性腦卒中患者大腦功能的恢復，這使干細胞治療應用于HIE成為可能[44]。由于自體臍帶血間充質干細胞具有取材容易、低免疫源性和潛在神經再生屬性等優勢，因此對其研究較多且已取得了一定成果，但自體臍帶血間充質干細胞的輸注方式、輸注劑量、輸注時間及輸注后的效果等仍有待進一步研究[44-45]。

4 小 結

圍生期窒息導致的新生兒HIE發病機制復雜，且病變部位具有選擇特異性，這決定了單一治療的局限性和綜合治療的必要性。目前，對于新生兒HIE尚無統一、有效的治療方法。亞低溫治療可有效降低中、重度HIE患兒的病死率和減少神經系統并發癥發生，但成功率有限。因此，研發新的藥物并聯合其他治療方法更好地保護或恢復缺氧缺血性損傷后的大腦非常必要。但藥物的作用機制、給藥途徑、劑量、給藥時機以及相關藥物的生物利用度和不良反應均有待進一步深入研究。