一氧化氮在新生兒缺氧缺血性腦病中的作用

【摘要】 新生兒缺氧缺血性腦病是指圍生期因缺氧、腦血流減少或暫停而導(dǎo)致胎兒或新生兒大腦損傷，包括中樞神經(jīng)系統(tǒng)異常引發(fā)的一系列臨床表現(xiàn)，是新生兒死亡或致殘的主要病因，其發(fā)病機(jī)制尚未明確。一氧化氮作為一種神經(jīng)遞質(zhì)在神經(jīng)元的信息傳遞中起重要作用，同時參與腦組織損傷病理機(jī)制。本文旨在總結(jié)歸納一氧化氮在缺血缺氧性腦病發(fā)病過程中的相關(guān)作用，為缺血缺氧性腦病治療開拓思維，提供依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】 一氧化氮 新生兒 缺氧缺血性腦病 一氧化氮合酶

Role of Nitric Oxide in Neonatal Hypoxic-ischemic Encephalopathy/DAI Qingmei， HUANG Huizhi. //Medical Innovation of China， 2023， 20（17）： -182

[Abstract] Neonatal hypoxic-ischemic encephalopathy refers to the brain injury of fetus or newborn caused by hypoxia， reduction or suspension of cerebral blood flow in perinatal period， including a series of clinical manifestations caused by abnormalities of central nervous system， it is the main cause of neonatal death or disability， its pathogenesis is not clear. As a neurotransmitter， nitric oxide plays an important role in the information transmission of neurons and participates in the pathological mechanism of brain tissue injury. This paper aims to summarize the related role of nitric oxide in the pathogenesis of hypoxic-ischemic encephalopathy， so as to provide basis for the development of thinking and treatment of hypoxic-ischemic encephalopathy.

[Key words] Nitric oxide Newborn Hypoxic-ischemic encephalopathy Nitric oxide synthase

First-author's address： Wannan Medical College， Wuhu 241000， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2023.17.042

新生兒缺氧缺血性腦病（hypoxic-ischemic encephalopathy，HIE）是指在圍生期因缺氧窒息導(dǎo)致新生兒大腦受損，其危險因素主要包括產(chǎn)婦子癇、臍帶纏繞、肩難產(chǎn)和胎盤早剝等[1]。HIE是國內(nèi)外新生兒死亡或致殘的主要原因之一，20%～25%的HIE新生兒死亡，25%～30%的幸存者患有長期神經(jīng)功能障礙和神經(jīng)發(fā)育障礙，表現(xiàn)為腦癱、智力低下、癲癇、發(fā)育遲緩、學(xué)習(xí)障礙和行為問題，嚴(yán)重影響其今后的生活質(zhì)量，給家庭和社會帶來沉重負(fù)擔(dān)[2-5]。但其發(fā)病機(jī)制目前仍未十分明確，可能是激活無數(shù)級聯(lián)反應(yīng)，如興奮性氨基酸毒性學(xué)說、氧化應(yīng)激、N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受體興奮性高、線粒體塌陷、炎癥、能量代謝障礙、神經(jīng)細(xì)胞凋亡、成熟受損和營養(yǎng)支持喪失有關(guān)[6-7]。在大腦中，一氧化氮（nitric oxide，NO）不僅作為一種神經(jīng)遞質(zhì)發(fā)揮重要作用，還具有神經(jīng)毒性，參與腦損傷機(jī)制。

1 一氧化氮生物學(xué)特性及功能

NO是一種哺乳動物體內(nèi)重要第二信使，由L-精氨酸通過NO合成酶家族（NO synthases，NOS）而產(chǎn)生的。NOS有三種亞型：神經(jīng)元型NO合酶（neuronal NO synthase，nNOS）、內(nèi)皮型NO合酶（endothelial NO synthase，eNOS）和誘導(dǎo)型NO合酶（inducible NO synthase，iNOS）。nNOS和eNOS的表達(dá)是受細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度的調(diào)節(jié)，而iNOS則不具備鈣依賴性。體內(nèi)NO主要來源由少數(shù)神經(jīng)元亞群中的nNOS和內(nèi)皮細(xì)胞中的eNOS催化產(chǎn)生。iNOS在炎癥介質(zhì)和細(xì)胞因子誘導(dǎo)下表達(dá)，一經(jīng)表達(dá)就產(chǎn)生大量NO，主要表達(dá)于巨噬細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞、浸潤性中性粒細(xì)胞。NO作為一種脂溶性的氣體信號分子，可以不依賴受體在細(xì)胞間或細(xì)胞內(nèi)迅速穿梭，廣泛參與機(jī)體心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)及呼吸系統(tǒng)等的生理和病理調(diào)節(jié)，具有保護(hù)細(xì)胞、抗凝血、抑制白細(xì)胞黏連、抑制血管壁細(xì)胞增殖、舒張血管、預(yù)防血栓的生理作用。但是NO在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的作用具有雙重性，即神經(jīng)保護(hù)作用和神經(jīng)毒性作用。生理?xiàng)l件下，NO可激活中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的鳥苷酸環(huán)化酶偶聯(lián)受體，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，它被證明參與腦血流的自動調(diào)節(jié)、神經(jīng)傳遞、記憶形成和防止神經(jīng)元凋亡等方面[8]。然而，相關(guān)研究表明，NO對神經(jīng)系統(tǒng)也具有損害作用。在缺血再灌注腦損傷中，能量消耗、脂質(zhì)過氧化、蛋白質(zhì)亞硝基化和DNA改變導(dǎo)致氮反應(yīng)性物質(zhì)的積累而產(chǎn)生有害影響[9-10]。缺氧缺血誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)，尤其是發(fā)育中的白質(zhì)，激活的小膠質(zhì)細(xì)胞局部會產(chǎn)生高濃度NO和過氧亞硝酸鹽可能會對體外神經(jīng)元和未成熟少突膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生毒性。

眾所周知，缺氧缺血導(dǎo)致細(xì)胞外谷氨酸的積累，誘導(dǎo)興奮性級聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。

2 內(nèi)源性一氧化氮對于缺氧缺血性腦病作用

在缺氧缺血性腦病中NO作用復(fù)雜多樣，即有利作用和有害作用并存。許多研究表明，在缺氧或缺血腦損傷的急性期，nNOS表達(dá)增加并伴有NO生成增強(qiáng)。Zhou等[11]發(fā)現(xiàn)nNOS（Ser847）的磷酸化在再灌注30 min達(dá)到峰值，在再灌注6 h下降到基礎(chǔ)水平。此外，Ito等[12]表明在缺血性腦病再灌注的早期階段，缺乏nNOS小鼠的相對腦血流量（CBF）顯著高于對照組，這表明nNOS產(chǎn)生NO可能加重缺血性腦損傷，特別是在再灌注的早期階段。Zeng等[13]發(fā)現(xiàn)，參與神經(jīng)元死亡的信號通路c-Jun N-terminal kinase 1/2（JNK1/2）在早期再灌注時由nNOS產(chǎn)生NO激活，他們進(jìn)一步證實(shí)nNOS和nNOS衍生的NO主要參與早期缺氧或缺血性腦損傷。這表明nNOS產(chǎn)生NO是缺血性腦病重要介質(zhì)，其原因可能是：NO刺激線粒體釋放細(xì)胞色素c和凋亡誘導(dǎo)因子（apoptosis-inducing factor， AIF），發(fā)生神經(jīng)元凋亡；NO可以直接與含有血紅素-鐵輔基的蛋白質(zhì)反應(yīng)，蛋白發(fā)生亞硝基化；NO可誘導(dǎo)氧化磷酸化，導(dǎo)致能量消耗；NO與超氧化物迅速結(jié)合，形成過氧亞硝酸鹽（ONOO-），加劇NO介導(dǎo)的神經(jīng)毒性[7]，通過抑制nNOS途徑減少NO生成，可能具有神經(jīng)保護(hù)作用。Ferriero等[14]通過對野生型幼鼠和敲除nNOS基因的幼鼠進(jìn)行缺氧和局灶性缺血處理，nNOS基因缺失小鼠與野生型小鼠相比，其海馬和皮質(zhì)損傷更少。腦缺血時抑制nNOS活性有可能減少梗死面積和增強(qiáng)神經(jīng)發(fā)生，也可降低腦缺血細(xì)胞死亡。動物模型表明，抑制腦nNOS活性可顯著降低死亡率和新生兒腦癱癥狀的數(shù)量。選擇性神經(jīng)元誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（nNOS和iNOS）抑制劑2-亞胺生物素可抑制NO合成，并減少了新生兒腦損后AIF的釋放和半胱天冬酶-3（caspase-3）的激活[15]，減輕了腦損傷，并改善了長期預(yù)后。相反，有研究證明，eNOS在腦卒中后神經(jīng)血管重塑、抗炎和認(rèn)知功能恢復(fù)中發(fā)揮重要作用，由eNOS產(chǎn)生NO具有神經(jīng)保護(hù)作用，通過擴(kuò)張腦血管來調(diào)節(jié)腦血流量，防止神經(jīng)元損傷[12]。在敲除eNOS基因的小鼠中，由于局部腦血流減少，大腦中動脈閉塞后的梗死面積比野生型動物更大[16]，而敲除nNOS或iNOS基因的小鼠梗死面積比野生型更小[17-18]。在HIE發(fā)病機(jī)制中，NMDA受體介導(dǎo)興奮毒性，并選擇性地刺激海馬神經(jīng)元中的NF-κB活性，NF-κB轉(zhuǎn)錄因子（主要由p65/p50亞單位組成）在興奮性毒性中導(dǎo)致神經(jīng)元死亡，而eNOS可參與p65的S-亞硝基化，通過抑制NF-κB轉(zhuǎn)錄活性來保護(hù)神經(jīng)[19]。因此，內(nèi)源性NO對腦損傷的作用仍存在爭議。

3 吸入一氧化氮對于缺氧缺血性腦病作用

NO作為一種血管活性分子，具有擴(kuò)張血管作用。因此iNO已被廣泛應(yīng)用于治療新生兒呼吸窘迫綜合征和急性肺動脈高壓[20]。近年來隨著對iNO深入研究，人們發(fā)現(xiàn)iNO對腦血管和中樞神經(jīng)系統(tǒng)也具有一定的作用。生理情況下，iNO 可增加腦血流和髓鞘形成。Kuebler 等[21]給成年豬麻醉后分別吸入iNO（5、10、50 ppm），觀察到相對腦血容量顯著增加，表明iNO對正常的腦血管有舒張作用。Charriaut-Marlangue 等[22]抑制新生大鼠腦中NOS后，給予iNO（20 ppm），監(jiān)測到腦內(nèi)大動脈的血流量增加，說明iNO與內(nèi)源性NO對于正常血管功能相同。Olivier等[23]在新生大鼠出生后連續(xù)7 d吸入濃度為6～25 μg/L的NO，檢測到PDGFRα表達(dá)顯著上調(diào)，促進(jìn)少突膠質(zhì)細(xì)胞增殖，相反，非特異性抑制NOS則降低了胼胝體和紋狀體的髓磷脂密度，減弱動物成年后的認(rèn)知水平[24-25]，再給予iNO替代治療，腦內(nèi)髓鞘形成不受影響，表明iNO作用于未成熟大腦，參與神經(jīng)髓鞘形成的調(diào)節(jié)，說明iNO與內(nèi)源性NO作用相同。

通過腦損傷動物模型研究發(fā)現(xiàn)，iNO可以選擇性擴(kuò)張受損腦區(qū)域的血管，改善局部腦血流，保護(hù)腦自動調(diào)節(jié)和腦組織[26-27]。Hekierski等[25]對新生和幼年豬進(jìn)行創(chuàng)傷性腦損傷（traumatic brain injur，TBI），發(fā)現(xiàn)新生豬軟腦膜動脈收縮，海馬細(xì)胞壞死，在腦損傷30 min或2 h后給予iNO，軟腦膜動脈擴(kuò)張，腦自動調(diào)節(jié)得到保護(hù)，且CA1和CA3海馬神經(jīng)元壞死數(shù)目減少，停止iNO后保護(hù)作用仍持續(xù)2 h。新生兒缺血-再灌注模型顯示，在缺血期間吸入NO（20 ppm），可以增加局部腦血流量，介導(dǎo)血流重新分布，從而減少梗死體積和細(xì)胞損傷，但在缺血期間給予80 ppm iNO和再灌注30 min后給予5 ppm或20 ppm iNO，會導(dǎo)致大腦的受損體積增大，其原因可能是增加氧化應(yīng)激、炎癥、梗死體積和病變體積[22]。Pansiot等[28]研究表明，在幼鼠出生后的第一周，將實(shí)驗(yàn)組大鼠幼崽放在含有20 ppm NO的室內(nèi)，對照組置于常氧的室內(nèi)，出生后第5天所有大鼠幼鼠接受顱內(nèi)注射谷氨酸激動劑，幼鼠大腦會發(fā)生皮質(zhì)病變和腦室周圍白質(zhì)囊腫，在第10天時，與對照組相比，實(shí)驗(yàn)組的大鼠幼崽腦部病變范圍均顯著減小，說明iNO能影響發(fā)育中的大腦髓鞘形成，并對興奮性毒性腦損傷具有神經(jīng)保護(hù)作用，這一作用似乎是通過pCREB途徑介導(dǎo)的，并下調(diào)了谷氨酸受體亞基的表達(dá)。目前HIE的機(jī)制雖未完全了解，但已有相關(guān)研究表明線粒體功能障礙與整體神經(jīng)損傷和長期神經(jīng)功能障礙相關(guān)[29-30]，Jung等[31]用iNO預(yù)處理幼鼠和造模后予iNO，通過MRI顯示HIE對照組梗死面積為（6.3±1.3）%，20、40 ppm iNO預(yù)處理幼鼠，存活者的腦病變大小為（4.1±1.5）%和（1.0±0.4）%，而造模后用20 ppm iNO治療，其病變大小顯著下降至（1.8±0.8）%，且通過分離線粒體發(fā)現(xiàn)NO與血紅素a3位點(diǎn)的復(fù)合物Ⅳ反應(yīng)，降低缺氧和復(fù)氧刺激下線粒體的氧化應(yīng)激，抑制線粒體氧呼吸，減少能量損失，表明新生兒HIE后給予iNO可能具有神經(jīng)保護(hù)作用。因此在利用iNO治療缺氧缺血性腦病時，應(yīng)判斷病情變化階段和確定iNO最佳濃度范圍及使用時間。

4 小結(jié)

內(nèi)源性NO在正常和受傷的大腦發(fā)育中都起著關(guān)鍵作用，神經(jīng)元型NOS似乎具有多重性，通過血管適應(yīng)或在缺血期間過度激活時誘導(dǎo)有益的作用或有害的細(xì)胞作用。外源性一氧化氮對中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育和腦血管可能產(chǎn)生影響，無論是在正常情況下還是病理情況時，都存在爭議。研究表明吸入NO僅在缺血期產(chǎn)生有利影響，即促進(jìn)側(cè)支血管補(bǔ)充和減少腦損傷，但在再灌注期則是相反作用。而這些是基于iNO劑量和病情變化所得到的結(jié)果。因此下一步將要確定吸入NO對缺血缺氧性腦損傷的最佳劑量范圍和準(zhǔn)確判定病情變化階段。

參考文獻(xiàn)

[1]孫祎璠，蔡成.新生兒缺氧缺血性腦病治療研究進(jìn)展[J].中華實(shí)用兒科臨床雜志，2021，36（8）：631-634.

[2] AHEARNE C E，BOYLAN G B，MURRAY D M.Short and long term prognosis in perinatal asphyxia：an update[J].World Journal of Clinical Pediatrics，2016，5（1）：67-74.

[3] LI B，CONCEPCION K，MENG X，et al.Brain-immune interactions in perinatal hypoxic-ischemic brain injury[J].Progress in Neurobiology，2017，159：50-68.

[4] KOEHLER R C，YANG Z J，LEE J K，et al.Perinatal hypoxic-ischemic brain injury in large animal models：relevance to human neonatal encephalopathy[J].Journal of Cerebral Blood Flow amp; Metabolism，2018，38（12）：2092-2111.

[5] DIXON B J，REIS C，HO W M，et al.Neuroprotective strategies after neonatal hypoxic ischemic encephalopathy[J].International Journal of Molecular Sciences，2015，16（9）：22368-22401.

[6] QIN X，CHENG J，ZHONG Y，et al.Mechanism and treatment related to oxidativestress in neonatal hypoxic-ischemic encephalopathy[J].Frontiers in Molecularneuroscience，2019，12：88.

[7] ANGElIS D，SAVANI R，CHALAK L.Nitric oxide and the brain.Part 1：mechanismsof regulation，transport and effects on he developing braint[J].Pediatr Res，2021，89（4）：738-745.

[8] ZHAO M，PING Z，MASAYUKI F，et al.Oxidative stress in hypoxic-ischemic encephalopathy：molecular mechanisms and therapeutic strategies[J].Int J Mol Sci，2016，17（12）：2078.

[9] ANGELIS D，SAVANI R，CHALAK L.Nitric oxide and the brain.Part 2：effects following neonatal brain injury-friend or foe？[J].Pediatr Res，2021，89（4）：746-752.

[10] WANG Y，HONG F，YANG S.Roles of nitric oxide in brain ischemia and reperfusion[J].Int J Mol Sci，2022，23（8）：4243.

[11] ZHOU C，LI C，YU H M，et al.Neuroprotection of-aminobutyric acid receptor agonists via enhancing neuronal nitric oxide synthase （Ser847） phosphorylation through increased neuronal nitric oxide synthase and PSD95 interaction andinhibited protein phosphatase activity in cerebral ischemia[J].J Neurosci Res，2008，86（13）：2973-2983.

[12] ITO Y，OHKUBO T，ASANO Y，et al.Nitric oxide production during cerebral ischemia and reperfusion in eNOS-and nNOS-knockout mice[J].Curr Neurovasc Res，2010，7（1）：23-31.

[13] ZENG X W，LI M W，PAN J，et al.Activation of c-Jun N-terminal kinase 1/2 regulated by nitric oxide is associated with neuronal survival in hippocampal neurons in a rat model of ischemia[J].Chin Med J（Engl），2011，124（20）：3367-3372.

[14] FERRIERO D M，HOLTZMAN D M，BLACK S M，et al.Neonatal mice lacking neuronal nitric oxide synthase are less vulnerable to hypoxic-ischemic injury[J].Neurobiol Dis，1996，3（1）：64-71.

[15] FAVIéL M A，COX A R，VAN DEN HOOGEN A，et al.Nitric oxide synthase inhibitionas a neuroprotective strategy following hypoxic-ischemic encephalopathy：evidence from animal studies[J].Front Neurol，2018，9：258.

[16] TAN X L，XUE Y Q，MA T，et al.Partial eNOS deficiency causes spontaneous thrombotic cerebral infarction，amyloid angiopathy and cognitive impairment[J].Mol Neurodegener，2015，10：24.

[17] HUANG Z，HUANG P，PANAHIAN N，et al.Effects of cerebral ischemia in mice deficient in neuronal nitric oxide synthase[J].Science，1994，265（5180）：1883-1885.

[18] IADECOLA C，ZHANG F，CASEY R，et al.Delayed reduction of ischemic brain injury and neurological deficits in mice lacking the inducible nitric oxide synthase gene[J].J Neurosci，1997，17（23）：9157-9164.

[19] CAVIEDES A，MATURANA B，CORVALAN K，et al.eNOS-dependent S-nitrosylation of the NF-κB subunit p65 has neuroprotective effects[J].Cell Death Dis，2021，12（1）：4.

[20] YU B，ICHIONSE F，BLOCH D B，et al.Inhaled nitric oxide[J].Br J Pharmacol，2019，176（2）：246-255.

[21] KUEBLER W M，KISCH-WEDEL H，KEMMING G，et al.

Inhaled nitric oxide induces cerebrovascular effects in anesthetized pigs[J].Neurosci Lett，2003，348（2）：85-88.

[22] CHARRIAUT-MARLANGUE C，BONNIN P，GHARIB A，et al.Inhaled nitric oxide reduces brain damage by collateral recruitment in a neonatal stroke model[J].Stroke，2012，43（11）：3078-3084.

[23] OLIVIER P，LORON G，F(xiàn)ONTAINE R H，et al.Nitric oxide plays a key role in myelination in the developing brain[J].

J Neuropathol Exp Neurol，2010，69（8）：828-837.

[24] MA A，KZ A，F(xiàn)GB C，et al.Neuroprotective strategies following perinatal hypoxia-ischemia：taking aim at NOS[J].Free Radic Biol Med，2019，142：123-131.

[25] HEKIERSKI H，PASTOR P，CURVELLO V，et al.Inhaled nitric oxide protects cerebral autoregulation and reduces hippocampal neuronal cell necrosis after traumatic brain injury in newborn and juvenile pigs[J].J Neurotrauma，2019，36（4）：630-638.

[26] TERPOLILLI N A，KIM S W，THAL S C，et al.Inhaled nitric oxide reduces secondarybrain damage after traumatic brain injury in mice[J].J Cereb Blood Flow Metab，2013，33（2）：311-318.

[27] MESTAN K K L，MARKS J D，HECOX K，et al.Neurodevelopmental outcomes of premature infants treated with inhaled nitric oxide[J].New England Journal of Medicine，2005，353（1）：23-32.

[28] PANSIOT J，LORON G，OLIVIER P，et al.Neuroprotective effect of inhaled nitric oxide on excitotoxic-induced brain damage in neonatal rat[J/OL].PLoS One，2010，5（6）：e10916.https：//pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20532231/.

[29] LU Y，TUCKER D，DONG Y，et al.Role of mitochondria in neonatal hypoxic-ischemic brain injury[J].J Neurosci Rehabil，2015，2：1-14.

[30] RODRíGUEZ M， VALEZ V， CIMARRA C， et al.Hypoxic-ischemic encephalopathy and mitochondrial dysfunction： facts， unknowns， and challenges[J].Antioxid Redox Signal， 2020，33（4）：247-262.

[31] JUNG P，HA E，ZHANG M，et al.Neuroprotective role of nitric oxide inhalation and nitrite in a neonatal rat model of hypoxic-ischemic injury[J/OL].PLoS One，2022，17（5）：e0268282.https：//pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35544542/.

（收稿日期：2022-11-14） （本文編輯：田婧）