2023新生儿高胆红素血症脑损伤机制及治疗研究进展

2023新生儿高胆红素血症脑损伤机制及治疗研究进展摘要新生儿高胆红素血症发病率高，未及时有效治疗可引起胆红素脑病、感音神经性耳聋、眼球运动障碍、牙釉质发育不良等严重并发症，其中高胆红素血症引起的脑损伤可能导致永久性神经系统后遗症。为进一步提高高胆红素血症所致脑损伤的诊治水平，本文着重于综述高胆红素血症诱导脑损伤的机制，并介绍其防治方法的相关进展。新生儿高胆红素血症是新生儿期的常见疾病之一。由于高水平血清间接胆红素具有神经毒性，而且神经系统不同区域对胆红素的敏感性不同，故表现出不同程度及不同部位的神经功能障碍，以海马、下丘脑、大脑皮层等部位损伤较为显著［1］。此外，胆红素在一定条件下具有神经系统保护作用［2］。目前新生儿高胆红素血症脑损伤机制尚不确切，故进一步探究该机制，对更好地预防和治疗胆红素引起的脑损伤有重要意义。一、新生儿高胆红素血症脑损伤的发病机制大约60%足月儿和80%早产儿在生后第1周出现黄疸［3］。据统计，每650~1000名新生儿中有1例胎龄>35周新生儿出现短暂的高胆红素血症（>25mg/dl）［4］。胆红素超过正常上限并透过血脑屏障后，可在新生儿大脑基底神经节和黑质等区域的神经核团异常沉积，引起不同程度神经系统功能障碍。目前胆红素诱导的神经元损伤机制尚不完全清楚，现有研究热点包括兴奋性毒性、炎症反应、氧化应激、基因表达调控等方面。（一）兴奋性毒性胆红素造成的神经系统损伤可能由于神经元的兴奋性毒性所致［5,6,7］，其机制可能与兴奋性神经递质谷氨酸的代谢、神经细胞膜的信号传导、钙依赖的神经细胞凋亡途径、自主神经功能等多因素有关［8,9］。钙稳态的丧失在其中扮演着重要角色。星形胶质细胞、神经元等神经细胞暴露于胆红素后，神经细胞释放谷氨酸增加，导致神经细胞死亡［8,9］。而Tastekin等［10］也发现，左旋肉碱可能选择性地增加代谢型谷氨酸受体的亲和力，降低神经细胞外谷氨酸水平，减少小脑颗粒细胞胆红素中毒。谷氨酸在细胞外增加可使谷氨酸受体长时间激活导致线粒体衰竭。随着线粒体衰竭时间的延长，依赖腺苷三磷酸的离子泵失效，去极化时间延长，进而Ca2+流入量增加、自由基的产生增加，最终细胞凋亡。此外，胆红素可在线粒体和（或）内质网膜水平引发神经毒性级联反应，从而改变神经细胞兴奋性及细胞膜介导的信号传导［11］。Rauti等［12］发现，未结合胆红素可诱导钙依赖性钙蛋白酶和Caspase-12的表达，钙依赖性细胞凋亡途径被激活，引起神经细胞凋亡。除此之外，Rauti等［12］还评估了细胞内钙储存的作用，提出内质网Ca2+储存为胆红素毒性的主要原因。Mesner等［13］动物实验显示，胆红素可导致大鼠对CO2的强换气反应减弱，对低氧通气的抑制增强；Özdemir等［14］临床研究显示，胆红素可引起新生儿心率减慢。以上说明胆红素可能抑制了脑干、心脏的自主神经功能，但关于胆红素引起神经元兴奋性毒性的机制仍有更多探索空间。（二）氧化应激当活性氧或活性氮的产生超过抗氧化防御能力时将发生氧化应激。体内生理水平的胆红素是一种有效的抗氧化剂，可防止脂质过氧化，而高浓度的未结合胆红素透过血脑屏障可诱导氧化应激反应［15］。Jayanti等［16］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。未结合胆红素一方面可刺激神经元产生谷氨酸，谷氨酸与N-甲基-D-天冬氨酸受体结合，使神经元型一氧化氮合酶（nitricoxidesynthase，NOS）被激活并产生一氧化氮；另一方面可诱导NOSmRNA的表达［17］，两种方式均可进一步引起亚硝酸盐积累，破坏氧化还原平衡状态，从而扰乱神经细胞稳态、引起线粒体功能受损。内质网主要作用于正常的蛋白质折叠过程，在氧化应激条件下，可能改变正常蛋白质折叠伴侣蛋白还原/氧化形式的比例，从而扰乱蛋白质的正常折叠；此外，氧化应激可抑制错误折叠蛋白质的降解，以上两种途径共同导致内质网功能紊乱，即内质网应激。为了消除错误折叠蛋白质，氧化折叠机制被过度激活，从而导致大量活性氧（reactiveoxygenspecies，ROS）产生，由此加重氧化应激。这种恶性循环的后果是一种持久的氧化状态［18］，使神经元功能受影响致使脑损伤。目前胆红素对神经系统区域选择性损伤的原因与各脑区不同水平氧化应激之间的关联值得进一步探索。（三）炎症反应炎症是高胆红素血症脑损伤的一个关键因素，神经系统暴露于持续高水平的游离胆红素，在疾病早期可诱导炎症标志物的激活。He等［19］发现随着胆红素水平的升高，肿瘤坏死因子α（tumornecrosisfacor-α，TNF-α）和核因子κB（nuclearfactor-kappaB，NF-κB）转录水平升高，其中NF-κB的激活可上调非活性Nod样受体蛋白3（nod-likerecepterorprotein3，NLRP3）、白细胞介素（interleukin，IL）1β前体和IL-18前体等炎性小体相关成分的转录，促进TNF-α、IL-1β和IL-6等神经炎症因子的释放，继而诱导凋亡途径及产生胶质瘢痕，最终导致神经细胞发生炎症和坏死。Zhou等［20］发现胆红素能显著诱导胶质细胞TNF-α和诱导型NOS的表达，增加促炎因子释放，提示胶质细胞与神经元共培养可以显著增强胆红素的神经毒性。此外，随着胆红素水平的升高，内质网应激标志物及各种炎症因子转录水平逐渐升高，炎症效应与内质网应激可能在胆红素神经毒性中发挥协同作用［21］。Schiavon等［22］也通过动物模型全基因组表达分析认为，炎症和内质网应激可能是胆红素听觉通路神经毒性的关键机制。综上，胆红素可通过增加炎症因子表达、内质网应激等强化炎症反应，进一步损伤神经系统。（四）基因表达调控胆红素诱导的神经毒性可能与基因表达调控机制有关。组蛋白乙酰化在调控少突胶质细胞分化和髓鞘产生、中枢神经系统生理发育、脱髓鞘后的修复过程中都发挥一定作用。Vianello等［23］在高胆红素血症动物模型中发现，小脑组蛋白3第14位赖氨酸乙酰化与年龄有关，其45%的启动子基因参与了中枢神经系统发育。基因启动子的乙酰化/去乙酰化引起的基因表达变化可能会引起神经功能失调致使脑损伤。Tan等［24］发现高胆红素血症增加了核受体Car和Pxr的表达，而核受体Car和Pxr的表达改变可能增加了胆红素的神经毒性。此外，脑胆红素含量与CYP信使RNA的表达呈密切的负相关［25］，这种差异可能与基因调控有关。还有人研究了血红素加氧酶1（hemeoxygenase-1，HO-1），已知HO-1是血红素分解代谢为胆绿素的限速酶，HO-1基因启动子的多态性可以调节转录活性，从而增强或减弱HO-1表达，从而调节胆红素的产生，但目前HO-1基因启动子的多态性与胆红素血症的相关性尚不确切。二、高胆红素血症脑损伤的新型防治方式目前光疗退黄、白蛋白输注、换血疗法是治疗新生儿高胆红素血症的主要手段，以上治疗对预防高胆红素血症脑损伤有重要意义，但随着人们对药物效应机制的深入了解，更多药物有望被应用于防治新生儿高胆红素血症脑损伤。而且由于新生儿神经系统的发育潜能大，对于遗留有重度脑损伤的患儿，尚有希望通过新的治疗方法促进神经损伤的修复，改善预后。（一）药物治疗1.抗氧化剂：近年来，在动物实验中，褪黑素、叶酸、促红细胞生成素、牛磺酸脱氧胆酸、姜黄素等抗氧化剂均可抑制氧化应激，从而起到减轻高胆红素血症脑损伤的作用，其中，Luo等［26］使用褪黑素10mg/kg对溶血所致的高胆红素血症小鼠模型进行治疗，发现褪黑素减轻了炎症因子释放、提高了脑源性神经营养因子（brain-derivedneurotrophicfactor，BDNF）水平、增加了脑组织谷胱甘肽的储备。Wang等［27］使用叶酸mg/（kg·d）共7d对溶血所致的高胆红素血症小鼠模型进行治疗，发现叶酸通过降低白蛋白的赖氨酸同型半胱氨酸化减轻了高胆红素血症诱导的脑损伤。Memisoglu等［28］取大鼠重组促红细胞生成素5000U/kg，稀释在含有0.1%牛血清白蛋白作为载体的磷酸盐缓冲盐水中，治疗溶血所致的高胆红素血症新生大鼠模型，发现促红细胞生成素处理后大鼠IL-1β、NF-κB等炎症因子水平降低，BDNF升高。Gazzin等［29］在高胆红素血症新生Gunn大鼠模型实验中发现，姜黄素主要以抗氧化应激作用减轻Gunn大鼠标志性的小脑发育不全、恢复组织学特征、消除大鼠行为异常。上述药物尚未行临床试验，安全性仍需进一步探索。2.抗炎药物及抑制胆红素生成的药物：近年来，在动物实验中观察到米诺环素、二甲胺四环素等药物以剂量依赖方式起效，通过抗炎和神经保护特性，减少炎症因子诱导型NOS和TNF-α的表达，降低小脑神经元凋亡［30］。其中Zhou等［31］在大鼠模型急性溶血所致胆红素升高前15min予米诺环素干预，实验组在剂量为50mg/kg时取得了最好的干预效果，防止了胆红素诱导的急性脑干听觉诱发电位异常。此外，Vodret等［30］认为抗炎药物起效途径不影响血浆胆红素水平，故提出抗炎药物与其他目前已知的降低胆红素水平的治疗方法如输注白蛋白、光疗退黄等方式相结合，可能显著改善胆红素引起的脑损伤。针对不同的炎症反应通路抗炎可能是今后高胆红素血症脑损伤治疗的新方向。胆红素由血红素分解代谢而来，主要有HO-1参与。锌原卟啉是HO-1的抑制剂，Fujiwara等［32］采用锌原卟啉100µmol/（kg·d）处理缺乏尿苷二磷酸葡萄糖醛酸基转移酶的小鼠，结果显示给药组血清总胆红素水平显著低于对照组，从而避免小鼠发生高胆红素诱导的脑损伤。但该药在人体中的安全性及有效性仍有待研究。3.中药：近年来，人们也在不断探索中药预防胆红素血症所致脑损伤的应用。Han等［33］提出茵栀黄口服液可改善δ-氨基乙酰丙酸和新生霉素诱导的新生大鼠高胆红素血症。陈艳敏等［34］对新生儿予中药处方（玉米须5g、田基黄9g、竹叶9g、车前草3g、勾藤9g、白茅根15g、绵茵陈3g、蝉蜕9g、甘草15g）药浴，结果显示，药浴组新生儿高胆红素血症发生率低于对照组，黄疸出现时间晚于对照组。中药药浴对新生儿的刺激性相对较小，可行性更高，故中药外用和光疗退黄等方式结合在未来值得更多尝试。4.其他药物：Deliktas等［35］取2日龄白化大鼠的星形胶质细胞，并将其暴露于未结合胆红素，结果显示使用咖啡因可以有效减轻胆红素引起的大鼠星形胶质细胞凋亡，但其疗效、安全性、持续时间和最佳剂量等仍不确定。通过亚甲基蓝或细胞色素氧化胆红素可以逆转或限制胆红素的活性，但疗效及安全性亦不确定。（二）外泌体及外源性神经营养因子治疗外泌体是一种由细胞内多泡体与细胞膜融合后释放到细胞外的膜性囊泡，具有与干细胞类似的神经修复再生和保护能力，是无细胞治疗的新型策略，不仅可以逆转一些神经元中的病理表型，还可避免干细胞移植过程中出现的排异反应和致瘤等风险。Williams等［36］报道，在创伤性脑损伤动物模型中，使用间充质干细胞来源的外泌体可减轻神经损伤的严重程度并促进其尽快恢复。由此，外泌体用于治疗高胆红素血症脑损伤也值得期待。Yuan等［37］发现用50ng/ml的BDNF对体外培养的胆红素损伤神经元（培养8d的大鼠大脑皮层神经元）具有保护作用，可改善胆红素对神经元活动的影响，细胞凋亡率也显著降低。（三）干细胞治疗干细胞一方面能够分化为神经元和星形胶质细胞样细胞，促进神经生长，改善感觉和运动功能；另一方面可以经自身分泌或帮助临近脑组织分泌修复因子局限脑损伤。近年来，关于干细胞在脑损伤中应用的研究越来越多，包括创伤性脑损伤、高胆红素血症脑损伤、缺氧缺血性脑病等研究领域。Amini等［38］选用苯肼和磺胺恶唑诱导溶血形成核黄疸动物模型，通过鞘内注射进行干细胞移植，结果显示干细胞处理组基底节和小脑的凋亡明显减少，同时反映听力损伤的指标ABR波平均阈值降低。上述实验说明干细胞可能在高胆红素血症脑损伤的治疗中起一定作用。Yang等［39］在高胆红素血症动物模型中，根据立体定位坐标将干细胞注射入苍白球，评估移植后不同时间点移植细胞的存活和发育，结果显示移植的干细胞在脑中存活并产生了丰富的轴突侧支，有望用于恢复核黄疸中的基底神经节信号传导。但由于注射细胞数目有限及免疫排斥等因素的作用，移植细胞于苍白球中整体存活率较低，增加注射细胞数目或者使用免疫抑制剂有望应用于干细胞移植。而且随着自体干细胞的出现，干细胞治疗的排斥反应大大降低，为干细胞治疗提供了更多机会。（四）其他亚低温治疗在脑损伤中被广泛应用。有实验显示，将小鼠大脑中的海马神经元暴露于未结合胆红素中培育，中度低体温（32℃）神经元死亡率和线粒体膜电位损失最低，但深度低体温（29℃）不利于神经元存活［40］。另外，深部刺激对高胆红素血症脑损伤后期的改善也引起广泛关注，有研究对深部脑刺激胆红素脑病患者的随访显示，胆红素脑病患者的语调、运动控制、睡眠得到一定程度的改善［41］。综上所述，高胆红素血症脑损伤的发病机制是多元化的，