2023新生兒高膽紅素血癥腦損傷機制及治療研究進展

2023新生兒高膽紅素血癥腦損傷機制及治療研究進展摘要新生兒高膽紅素血癥發(fā)病率高，未及時有效治療可引起膽紅素腦病、感音神經(jīng)性耳聾、眼球運動障礙、牙釉質(zhì)發(fā)育不良等嚴重并發(fā)癥，其中高膽紅素血癥引起的腦損傷可能導(dǎo)致永久性神經(jīng)系統(tǒng)后遺癥。為進一步提高高膽紅素血癥所致腦損傷的診治水平，本文著重于綜述高膽紅素血癥誘導(dǎo)腦損傷的機制，并介紹其防治方法的相關(guān)進展。新生兒高膽紅素血癥是新生兒期的常見疾病之一。由于高水平血清間接膽紅素具有神經(jīng)毒性，而且神經(jīng)系統(tǒng)不同區(qū)域?qū)δ懠t素的敏感性不同，故表現(xiàn)出不同程度及不同部位的神經(jīng)功能障礙，以海馬、下丘腦、大腦皮層等部位損傷較為顯著［1］。此外，膽紅素在一定條件下具有神經(jīng)系統(tǒng)保護作用［2］。目前新生兒高膽紅素血癥腦損傷機制尚不確切，故進一步探究該機制，對更好地預(yù)防和治療膽紅素引起的腦損傷有重要意義。一、新生兒高膽紅素血癥腦損傷的發(fā)病機制大約60%足月兒和80%早產(chǎn)兒在生后第1周出現(xiàn)黃疸［3］。據(jù)統(tǒng)計，每650~1000名新生兒中有1例胎齡>35周新生兒出現(xiàn)短暫的高膽紅素血癥（>25mg/dl）［4］。膽紅素超過正常上限并透過血腦屏障后，可在新生兒大腦基底神經(jīng)節(jié)和黑質(zhì)等區(qū)域的神經(jīng)核團異常沉積，引起不同程度神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙。目前膽紅素誘導(dǎo)的神經(jīng)元損傷機制尚不完全清楚，現(xiàn)有研究熱點包括興奮性毒性、炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、基因表達調(diào)控等方面。（一）興奮性毒性膽紅素造成的神經(jīng)系統(tǒng)損傷可能由于神經(jīng)元的興奮性毒性所致［5,6,7］，其機制可能與興奮性神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸的代謝、神經(jīng)細胞膜的信號傳導(dǎo)、鈣依賴的神經(jīng)細胞凋亡途徑、自主神經(jīng)功能等多因素有關(guān)［8,9］。鈣穩(wěn)態(tài)的喪失在其中扮演著重要角色。星形膠質(zhì)細胞、神經(jīng)元等神經(jīng)細胞暴露于膽紅素后，神經(jīng)細胞釋放谷氨酸增加，導(dǎo)致神經(jīng)細胞死亡［8,9］。而Tastekin等［10］也發(fā)現(xiàn)，左旋肉堿可能選擇性地增加代謝型谷氨酸受體的親和力，降低神經(jīng)細胞外谷氨酸水平，減少小腦顆粒細胞膽紅素中毒。谷氨酸在細胞外增加可使谷氨酸受體長時間激活導(dǎo)致線粒體衰竭。隨著線粒體衰竭時間的延長，依賴腺苷三磷酸的離子泵失效，去極化時間延長，進而Ca2+流入量增加、自由基的產(chǎn)生增加，最終細胞凋亡。此外，膽紅素可在線粒體和（或）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜水平引發(fā)神經(jīng)毒性級聯(lián)反應(yīng)，從而改變神經(jīng)細胞興奮性及細胞膜介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)［11］。Rauti等［12］發(fā)現(xiàn)，未結(jié)合膽紅素可誘導(dǎo)鈣依賴性鈣蛋白酶和Caspase-12的表達，鈣依賴性細胞凋亡途徑被激活，引起神經(jīng)細胞凋亡。除此之外，Rauti等［12］還評估了細胞內(nèi)鈣儲存的作用，提出內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+儲存為膽紅素毒性的主要原因。Mesner等［13］動物實驗顯示，膽紅素可導(dǎo)致大鼠對CO2的強換氣反應(yīng)減弱，對低氧通氣的抑制增強；?zdemir等［14］臨床研究顯示，膽紅素可引起新生兒心率減慢。以上說明膽紅素可能抑制了腦干、心臟的自主神經(jīng)功能，但關(guān)于膽紅素引起神經(jīng)元興奮性毒性的機制仍有更多探索空間。（二）氧化應(yīng)激當活性氧或活性氮的產(chǎn)生超過抗氧化防御能力時將發(fā)生氧化應(yīng)激。體內(nèi)生理水平的膽紅素是一種有效的抗氧化劑，可防止脂質(zhì)過氧化，而高濃度的未結(jié)合膽紅素透過血腦屏障可誘導(dǎo)氧化應(yīng)激反應(yīng)［15］。Jayanti等［16］報道膽紅素通過誘導(dǎo)脂質(zhì)過氧化和蛋白質(zhì)氧化、增加細胞內(nèi)活性氧類產(chǎn)生、破壞還原型谷胱甘肽和氧化型谷胱甘肽的平衡，引起氧化應(yīng)激并參與神經(jīng)元損傷。未結(jié)合膽紅素一方面可刺激神經(jīng)元產(chǎn)生谷氨酸，谷氨酸與N-甲基-D-天冬氨酸受體結(jié)合，使神經(jīng)元型一氧化氮合酶（nitricoxidesynthase，NOS）被激活并產(chǎn)生一氧化氮；另一方面可誘導(dǎo)NOSmRNA的表達［17］，兩種方式均可進一步引起亞硝酸鹽積累，破壞氧化還原平衡狀態(tài)，從而擾亂神經(jīng)細胞穩(wěn)態(tài)、引起線粒體功能受損。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)主要作用于正常的蛋白質(zhì)折疊過程，在氧化應(yīng)激條件下，可能改變正常蛋白質(zhì)折疊伴侶蛋白還原/氧化形式的比例，從而擾亂蛋白質(zhì)的正常折疊；此外，氧化應(yīng)激可抑制錯誤折疊蛋白質(zhì)的降解，以上兩種途徑共同導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能紊亂，即內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。為了消除錯誤折疊蛋白質(zhì)，氧化折疊機制被過度激活，從而導(dǎo)致大量活性氧（reactiveoxygenspecies，ROS）產(chǎn)生，由此加重氧化應(yīng)激。這種惡性循環(huán)的后果是一種持久的氧化狀態(tài)［18］，使神經(jīng)元功能受影響致使腦損傷。目前膽紅素對神經(jīng)系統(tǒng)區(qū)域選擇性損傷的原因與各腦區(qū)不同水平氧化應(yīng)激之間的關(guān)聯(lián)值得進一步探索。（三）炎癥反應(yīng)炎癥是高膽紅素血癥腦損傷的一個關(guān)鍵因素，神經(jīng)系統(tǒng)暴露于持續(xù)高水平的游離膽紅素，在疾病早期可誘導(dǎo)炎癥標志物的激活。He等［19］發(fā)現(xiàn)隨著膽紅素水平的升高，腫瘤壞死因子α（tumornecrosisfacor-α，TNF-α）和核因子κB（nuclearfactor-kappaB，NF-κB）轉(zhuǎn)錄水平升高，其中NF-κB的激活可上調(diào)非活性Nod樣受體蛋白3（nod-likerecepterorprotein3，NLRP3）、白細胞介素（interleukin，IL）1β前體和IL-18前體等炎性小體相關(guān)成分的轉(zhuǎn)錄，促進TNF-α、IL-1β和IL-6等神經(jīng)炎癥因子的釋放，繼而誘導(dǎo)凋亡途徑及產(chǎn)生膠質(zhì)瘢痕，最終導(dǎo)致神經(jīng)細胞發(fā)生炎癥和壞死。Zhou等［20］發(fā)現(xiàn)膽紅素能顯著誘導(dǎo)膠質(zhì)細胞TNF-α和誘導(dǎo)型NOS的表達，增加促炎因子釋放，提示膠質(zhì)細胞與神經(jīng)元共培養(yǎng)可以顯著增強膽紅素的神經(jīng)毒性。此外，隨著膽紅素水平的升高，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激標志物及各種炎癥因子轉(zhuǎn)錄水平逐漸升高，炎癥效應(yīng)與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可能在膽紅素神經(jīng)毒性中發(fā)揮協(xié)同作用［21］。Schiavon等［22］也通過動物模型全基因組表達分析認為，炎癥和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可能是膽紅素聽覺通路神經(jīng)毒性的關(guān)鍵機制。綜上，膽紅素可通過增加炎癥因子表達、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激等強化炎癥反應(yīng)，進一步損傷神經(jīng)系統(tǒng)。（四）基因表達調(diào)控膽紅素誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性可能與基因表達調(diào)控機制有關(guān)。組蛋白乙酰化在調(diào)控少突膠質(zhì)細胞分化和髓鞘產(chǎn)生、中樞神經(jīng)系統(tǒng)生理發(fā)育、脫髓鞘后的修復(fù)過程中都發(fā)揮一定作用。Vianello等［23］在高膽紅素血癥動物模型中發(fā)現(xiàn)，小腦組蛋白3第14位賴氨酸乙?；c年齡有關(guān)，其45%的啟動子基因參與了中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育?；騿幼拥囊阴；?去乙?；鸬幕虮磉_變化可能會引起神經(jīng)功能失調(diào)致使腦損傷。Tan等［24］發(fā)現(xiàn)高膽紅素血癥增加了核受體Car和Pxr的表達，而核受體Car和Pxr的表達改變可能增加了膽紅素的神經(jīng)毒性。此外，腦膽紅素含量與CYP信使RNA的表達呈密切的負相關(guān)［25］，這種差異可能與基因調(diào)控有關(guān)。還有人研究了血紅素加氧酶1（hemeoxygenase-1，HO-1），已知HO-1是血紅素分解代謝為膽綠素的限速酶，HO-1基因啟動子的多態(tài)性可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄活性，從而增強或減弱HO-1表達，從而調(diào)節(jié)膽紅素的產(chǎn)生，但目前HO-1基因啟動子的多態(tài)性與膽紅素血癥的相關(guān)性尚不確切。二、高膽紅素血癥腦損傷的新型防治方式目前光療退黃、白蛋白輸注、換血療法是治療新生兒高膽紅素血癥的主要手段，以上治療對預(yù)防高膽紅素血癥腦損傷有重要意義，但隨著人們對藥物效應(yīng)機制的深入了解，更多藥物有望被應(yīng)用于防治新生兒高膽紅素血癥腦損傷。而且由于新生兒神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育潛能大，對于遺留有重度腦損傷的患兒，尚有希望通過新的治療方法促進神經(jīng)損傷的修復(fù)，改善預(yù)后。（一）藥物治療1.抗氧化劑：近年來，在動物實驗中，褪黑素、葉酸、促紅細胞生成素、?；撬崦撗跄懰帷⒔S素等抗氧化劑均可抑制氧化應(yīng)激，從而起到減輕高膽紅素血癥腦損傷的作用，其中，Luo等［26］使用褪黑素10mg/kg對溶血所致的高膽紅素血癥小鼠模型進行治療，發(fā)現(xiàn)褪黑素減輕了炎癥因子釋放、提高了腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain-derivedneurotrophicfactor，BDNF）水平、增加了腦組織谷胱甘肽的儲備。Wang等［27］使用葉酸mg/（kg·d）共7d對溶血所致的高膽紅素血癥小鼠模型進行治療，發(fā)現(xiàn)葉酸通過降低白蛋白的賴氨酸同型半胱氨酸化減輕了高膽紅素血癥誘導(dǎo)的腦損傷。Memisoglu等［28］取大鼠重組促紅細胞生成素5000U/kg，稀釋在含有0.1%牛血清白蛋白作為載體的磷酸鹽緩沖鹽水中，治療溶血所致的高膽紅素血癥新生大鼠模型，發(fā)現(xiàn)促紅細胞生成素處理后大鼠IL-1β、NF-κB等炎癥因子水平降低，BDNF升高。Gazzin等［29］在高膽紅素血癥新生Gunn大鼠模型實驗中發(fā)現(xiàn)，姜黃素主要以抗氧化應(yīng)激作用減輕Gunn大鼠標志性的小腦發(fā)育不全、恢復(fù)組織學(xué)特征、消除大鼠行為異常。上述藥物尚未行臨床試驗，安全性仍需進一步探索。2.抗炎藥物及抑制膽紅素生成的藥物：近年來，在動物實驗中觀察到米諾環(huán)素、二甲胺四環(huán)素等藥物以劑量依賴方式起效，通過抗炎和神經(jīng)保護特性，減少炎癥因子誘導(dǎo)型NOS和TNF-α的表達，降低小腦神經(jīng)元凋亡［30］。其中Zhou等［31］在大鼠模型急性溶血所致膽紅素升高前15min予米諾環(huán)素干預(yù)，實驗組在劑量為50mg/kg時取得了最好的干預(yù)效果，防止了膽紅素誘導(dǎo)的急性腦干聽覺誘發(fā)電位異常。此外，Vodret等［30］認為抗炎藥物起效途徑不影響血漿膽紅素水平，故提出抗炎藥物與其他目前已知的降低膽紅素水平的治療方法如輸注白蛋白、光療退黃等方式相結(jié)合，可能顯著改善膽紅素引起的腦損傷。針對不同的炎癥反應(yīng)通路抗炎可能是今后高膽紅素血癥腦損傷治療的新方向。膽紅素由血紅素分解代謝而來，主要有HO-1參與。鋅原卟啉是HO-1的抑制劑，F(xiàn)ujiwara等［32］采用鋅原卟啉100μmol/（kg·d）處理缺乏尿苷二磷酸葡萄糖醛酸基轉(zhuǎn)移酶的小鼠，結(jié)果顯示給藥組血清總膽紅素水平顯著低于對照組，從而避免小鼠發(fā)生高膽紅素誘導(dǎo)的腦損傷。但該藥在人體中的安全性及有效性仍有待研究。3.中藥：近年來，人們也在不斷探索中藥預(yù)防膽紅素血癥所致腦損傷的應(yīng)用。Han等［33］提出茵梔黃口服液可改善δ-氨基乙酰丙酸和新生霉素誘導(dǎo)的新生大鼠高膽紅素血癥。陳艷敏等［34］對新生兒予中藥處方（玉米須5g、田基黃9g、竹葉9g、車前草3g、勾藤9g、白茅根15g、綿茵陳3g、蟬蛻9g、甘草15g）藥浴，結(jié)果顯示，藥浴組新生兒高膽紅素血癥發(fā)生率低于對照組，黃疸出現(xiàn)時間晚于對照組。中藥藥浴對新生兒的刺激性相對較小，可行性更高，故中藥外用和光療退黃等方式結(jié)合在未來值得更多嘗試。4.其他藥物：Deliktas等［35］取2日齡白化大鼠的星形膠質(zhì)細胞，并將其暴露于未結(jié)合膽紅素，結(jié)果顯示使用咖啡因可以有效減輕膽紅素引起的大鼠星形膠質(zhì)細胞凋亡，但其療效、安全性、持續(xù)時間和最佳劑量等仍不確定。通過亞甲基藍或細胞色素氧化膽紅素可以逆轉(zhuǎn)或限制膽紅素的活性，但療效及安全性亦不確定。（二）外泌體及外源性神經(jīng)營養(yǎng)因子治療外泌體是一種由細胞內(nèi)多泡體與細胞膜融合后釋放到細胞外的膜性囊泡，具有與干細胞類似的神經(jīng)修復(fù)再生和保護能力，是無細胞治療的新型策略，不僅可以逆轉(zhuǎn)一些神經(jīng)元中的病理表型，還可避免干細胞移植過程中出現(xiàn)的排異反應(yīng)和致瘤等風險。Williams等［36］報道，在創(chuàng)傷性腦損傷動物模型中，使用間充質(zhì)干細胞來源的外泌體可減輕神經(jīng)損傷的嚴重程度并促進其盡快恢復(fù)。由此，外泌體用于治療高膽紅素血癥腦損傷也值得期待。Yuan等［37］發(fā)現(xiàn)用50ng/ml的BDNF對體外培養(yǎng)的膽紅素損傷神經(jīng)元（培養(yǎng)8d的大鼠大腦皮層神經(jīng)元）具有保護作用，可改善膽紅素對神經(jīng)元活動的影響，細胞凋亡率也顯著降低。（三）干細胞治療干細胞一方面能夠分化為神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細胞樣細胞，促進神經(jīng)生長，改善感覺和運動功能；另一方面可以經(jīng)自身分泌或幫助臨近腦組織分泌修復(fù)因子局限腦損傷。近年來，關(guān)于干細胞在腦損傷中應(yīng)用的研究越來越多，包括創(chuàng)傷性腦損傷、高膽紅素血癥腦損傷、缺氧缺血性腦病等研究領(lǐng)域。Amini等［38］選用苯肼和磺胺惡唑誘導(dǎo)溶血形成核黃疸動物模型，通過鞘內(nèi)注射進行干細胞移植，結(jié)果顯示干細胞處理組基底節(jié)和小腦的凋亡明顯減少，同時反映聽力損傷的指標ABR波平均閾值降低。上述實驗說明干細胞可能在高膽紅素血癥腦損傷的治療中起一定作用。Yang等［39］在高膽紅素血癥動物模型中，根據(jù)立體定位坐標將干細胞注射入蒼白球，評估移植后不同時間點移植細胞的存活和發(fā)育，結(jié)果顯示移植的干細胞在腦中存活并產(chǎn)生了豐富的軸突側(cè)支，有望用于恢復(fù)核黃疸中的基底神經(jīng)節(jié)信號傳導(dǎo)。但由于注射細胞數(shù)目有限及免疫排斥等因素的作用，移植細胞于蒼白球中整體存活率較低，增加注射細胞數(shù)目或者使用免疫抑制劑有望應(yīng)用于干細胞移植。而且隨著自體干細胞的出現(xiàn)，干細胞治療的排斥反應(yīng)大大降低，為干細胞治療提供了更多機會。（四）其他亞低溫治療在腦損傷中被廣泛應(yīng)用。有實驗顯示，將小鼠大腦中的海馬神經(jīng)元暴露于未結(jié)合膽紅素中培育，中度低體溫（32℃）神經(jīng)元死亡率和線粒體膜電位損失最低，但深度低體溫（29℃）不利于神經(jīng)元存活［40］。另外，深部刺激對高膽紅素血癥腦損傷后期的改善也引起廣泛關(guān)注，有研究對深部腦刺激膽紅素腦病患者的隨訪顯示，膽紅素腦病患者的語調(diào)、運動控制、睡眠得到一定程度的改善［41］。綜上所述，高膽紅素血癥腦損傷的發(fā)病機制是多元化的，