医学论文,新生儿缺氧缺血性脑病发病机理研究进展

时间 : 2009-11-30 16:17:12 来源：www.fx120.net

[摘要]

新生儿缺氧缺血性脑病发病机理研究进展　　国外医学妇产科学分册1999年第26卷第1期浙江医科大学附属妇产科医院(310006) 　吴明远综述石一复审校　　摘要新生儿缺氧缺血性脑病是常见临床

　　国外医学妇产科学分册1999年第26卷第1期

浙江医科大学附属妇产科医院（310006）　吴明远综述石一复审校

　　摘要新生儿缺氧缺血性脑病是常见临床发病，发病机理极其复杂。大量临床和动物实验研究表明，主要发病机制包括酸中毒及高能磷酸耗竭，钙离子毒性、兴奋性氨基酸毒性、自由基损伤、炎症细胞及类性细胞因子的作用、有关基因的表达以及细胞凋亡。从分子水平对缺氧缺血性脑病作深入研究，将为寻找特异高效的预防和治疗方法带来希望。

　　关键词：缺氧缺血脑损伤新生儿

　　新生儿缺氧缺血性脑病（HIE）是导致新生儿死亡及影响神经预后的严重疾病，发病机理极为复杂，通过大量临床研究和动物实验，目前对胎儿或新生儿窒息后呼吸及循环的病理生理反应有了较清楚的认识，但对于缺氧缺血性脑损伤的细胞和分子及其机理了解的并不完全，因而也难以找到有效的预防和治疗方法。因此，研究并阐明缺氧缺血性脑损害的细胞和分子基础及其和神经预后的关系可能是开发特异而高效防治方法和希望所在。本文将近年来新生儿HIE发病机理的临床和动物实验研究进展作一综述。

　　酸中毒及高能磷酸耗竭

　　新生儿缺氧缺血后大脑氧气迅速耗竭，导致线粒体呼吸和氧化磷酸化功能障碍，细胞只能依赖葡萄糖的无氧酵解产生能量，但产生的ATP量极其有限，仅为有氧代谢的１/19，同时出现大量的乳酸堆积。细胞内ATP不足以及pH降低使ATP酶依赖的各种离子泵功能丧失，导致细胞内外的离子平衡障碍及细胞水肿，同时还抑制糖酵解途径中关键酶的活性，进一步加重能量代谢的衰竭及细胞内的水肿。酸中素还可降低溶酶体膜稳定性，促使溶酶体酶释放，加速蛋白、核酸及磷脂的水解，使细胞变性坏死[1]。

　　除急性能量代谢障碍外，有部分窒息新生儿在复苏后存在继发性脑细胞内ATP水平的降低，可持续数天，并认为这种状态与继发性细胞损伤密切相关。由于继发ATP耗竭出现在氧气及能量供应恢复正常的细胞内，故一直认为是ATP合成障碍所致，但支持窒息后持继性线粒体功能衰竭而致ATP产生障碍的证据并不充分，相反，大量资料提示窒息后继发性能量消耗增加可能是细胞内ATP浓度降低的原因。研究表明，远在ATP水平下降到危险水平以前，蛋白质合成机制已受到影响，而细胞的调控有赖于受体，速率限制启动酶等短命蛋白的作用，窒息后这些细胞调控蛋白合成的减少将导致抑制性调控的丧失，导致ATP消耗增加及细胞内ATP水平的下降[2]。

　　钙离子毒性

　　正常氧合时，细胞内钙离子浓度对于细胞活动起重要作用。与细胞外间质液钙离子浓度（10-3mol/L）相比，细胞内游离钙离子浓度仅为10-7mol/L。细胞内外巨大的钙离子浓度差的维持有赖于ATP酶依赖的钙泵、Na+/Ca2+交换以及正常的钙离子通道的调控；胞桨内浓度还有赖于内浆网和钙结合蛋白的调节。缺氧缺血时，因ATP不足而导致钠钾泵功能障碍。Na+大量内流使膜位改变，电压敏感钙通道开放，钙离子内流；同时钙泵失活使桨内钙离子排出障碍，也促使细胞内钙超载。另外，胞内钙离子浓度增加可介导兴奋性肿神经递质释放，通过兴奋N-甲基-D-天门氨酸（NMDA）受体进一步使受体门控钙通道开放。细胞内钙离子浓度增加可激活多种重要酶，如蛋白酶，脂肪氧合酶A2并促使黄嘌呤脱氢酶（XD）向黄嘌呤氧化酶（XO）转化，促进自由基形成，导致恶性循环，故细胞内钙超载被认为是细胞死亡的最后共同通路[1～3]。

　　兴奋性氨基酸

　　动物实验及临床研究证实新生儿缺氧缺血后兴奋性氨基酸可从去极化神经末稍释放，脑组织及脑脊液中兴奋性氨基酸浓度升高。谷氨酸等兴奋性氨基酸可激活NMDA受体，使配体门控钙通道开放，促使过多的钙内流，引起细胞毒性。动物实验表明NMDA受体拮抗剂MK801可产生明显的神经保护作用[4]，使用NMDA-R1受体基因的反义寡核昔酸也可使神经元抗缺氧能力提高[5]，均支持兴奋性氨基酸在HIE中起重要作用。兴奋性氨基酸的神经毒性存在年龄及区域的差异，如新生动物对NMDA的兴奋毒性比成年敏感，大脑某些区域如海马区锥体细胞对兴奋性氨基酸特别敏感，虽然猜测这种敏感性差异可能与NMDA受体分布有关，但NMDA受体密度和选择性神经元损伤区域间并无明显的相关性，例如在比较敏感的海马CA4区NMDA受体很少,而在比较有抵抗力的齿状回，NMDA受体较多[6]，原因尚有待进一步研究。另外，采用微透析技术对新生大鼠研究发现，缺氧缺血期间的兴奋性氨基酸浓度高低与脑损伤程度无关，而再灌注期间的浓度高低则与脑梗塞程度有关[7]，提示其神经毒性主要发生在再灌注期间。

　　自由基损伤

　　缺氧缺血时，细胞内高浓度的钙离子激活细胞内钙依赖性蛋白酶，将XD转化为XO。由于缺氧缺血时存在次黄嘌呤的堆积，再灌注时XO将大量次黄嘌呤代谢为黄嘌呤，随后将黄嘌呤转化为尿酸，同时产生超氧阴离子自由基（O2-），后者在过氧化物歧化酶（SOD）作用下进一步转化为过氧化氢（H2O2）、羟自由基（OH・）、羟离子（OH-）和氧分子。另外，在儿茶酚胺和聚胺的自氧化、花生四烯酸代谢以及线粒体电子传递链中也产生超氧阴离子自由基。缺氧缺血时另一重要的自由基来源是一氧化氮（NO），它从血管内皮释放，除介导血管舒张外，还能和氧自由基反应产生超氧氮自由基（如ONOO-），后者具有较长半衰期，故更容易渗透到组织深部。自由基可启动脂质过氧化，膜降解，DNA和RNA破坏，蛋白质氧化等一系列变化，从而造成细胞损伤[8.9]。

　　虽然XO是产生氧自由基的重要原因，但在不同的组织，情况并非一致。研究表明该酶主要存在于肝、肠组织而大脑中几乎不含XO，至多在脑血管内皮细胞内少量存在，但缺氧缺血后肝脏可释放XO并经循环到达大脑而造成损害[8]。

　　炎症细胞及炎性细胞因子的作用

　　新生大鼠缺氧缺血后可见中性粒细胞、活化的巨噬细胞和小神经胶质细胞的聚集以及多种炎性细胞因子基因表达及活性的增加，而中性粒细胞缺乏或使用某些炎症细胞因子抑制剂则可产生神经保护作用[10～12]，表明炎症细胞及炎性细胞因子参与缺氧缺血性脑损伤的发病。

　　一、白细胞介素（IL）

　　与缺氧缺血性脑损伤有关的IL主要有IL-1和IL-6。Hagberg等发现缺氧缺血大鼠脑组织中IL-1α和IL-1β表达增加，而使用IL-1受体拮抗剂后脑损伤程度明显减轻[13]。Schielke等利用白细胞介素转换酶（interlerkinconvertingenzyme，ICE）基因删除的突变小鼠进行脑缺氧缺血实验，发现ICE基因删除小鼠的抗缺氧缺血能力较野生型C57BL/6小鼠明显提高[14]，由于ICE可促使白介素-1β前体裂解为有生物活性的IL-1β，因而该实验也有力支持IL-1β可促进缺氧缺血性脑损伤。除了IL-1外，新生大鼠缺氧缺血脑组织IL-6mRNA及IL-6表达增加，新生儿缺氧缺血性脑损伤后脑脊液IL-6含量也明显升高，且与脑损伤程度正相关，提示IL-6可能与脑损伤有关。目前多数资料认为IL-1β主要由小神经胶质细胞/巨噬细胞产生，激活其他初炎细胞因子（如IL-8、TNF-α），上调粘附分子，并促进血液内中性粒细胞、淋巴细胞和单核细胞聚集，些炎症细胞可释放神经毒性物质如兴奋性氨基酸、一氧化氮、氧自由基以及神经营养、神经保护作用，如促进星形胶质细胞的增殖以及神经生长因子的产生，抑制脱髓鞘并能减轻NMDA受体介导的细胞毒性[13]。

　　二、血小板活化因子（PAF）

　　近来通过对新生大鼠研究发现，PAF在缺氧缺血脑组织中明显升高，而使用PAF抑制剂NB5201后脑损伤程度明显减轻，提示PAF在脑损伤中起重要作用。PAF促进脑损伤的可能机理为：诱导内皮细胞产生白细胞粘附分子，促使炎症细胞局部聚集和激活，并局部产生细胞因子如IL-1β、TNF-α，这些细胞因子又进一步促进PAF产生。PAF升高还可介导神经细胞同游离Ca2+的增加、引起脑血流的下降、增加兴奋性氨基酸的释放，从而促进了脑细胞的损伤[15]。

　　三、内皮素（ET）

　　临床及实验研究表明，新生儿缺氧缺血后组织、脑脊液及血液中ET水平升高，它由内皮细胞，星形胶质细胞及神经元合成并释放，可能通过收缩血管等机理促进脑损伤[16]。

　　缺氧缺血诱导即早基因（immediateearlygene，IEG）及热休克蛋白（heatshockprotein，HSP）的表达

　　一、IEG在缺氧缺血脑损伤时的表达

　　Gunn等[17]对21天龄大鼠HIE模型的研究中，发现缺氧缺血对侧大脑半球的海马、胼胝体、穹束/海马伞和内囊神经元的c-fos蛋白表达增加，而同侧大脑半球只有神经胶质的c-fos蛋白增加，而神经元的c-fos蛋白不增加，但使用NMDA受体拮抗剂MK-801后对侧大脑半球的c-fos的表达受到抑制，而同侧大脑半球神经元的表达则增强。提示缺氧缺血可诱导神经元c-fos的表达，但当损伤严重而导致神经元破坏或死亡时，c-fos的表达将丧失；谷氨酸-NMDA受体激活可能参与了c-fos的诱导。除c-fos外，缺氧缺血尚可诱导c-jun，jun-B，c-myc等其他IEG的快速而短暂的表达增加[18]。IEG参与细胞信息传导，在细胞生长、修复及死亡过程中均发挥重要作用，但脑缺氧缺血后IEG快速诱导对于脑损伤发生的确切意义尚有待继续研究。

　　二、HSP的表达和意义

　　HSP属多肽家族，是细胞内某些功能蛋白的保镖蛋白，在肽链的折叠和伸展、聚合和解聚以及变性蛋白的降解和清除中发挥重要作用，因此在缺血和其他应激反应中可能具有维持细胞蛋白自稳的作用。新生大鼠脑缺氧缺血后可出现HSP的局部表达，但缺氧缺血过于严重时，其表达将受到抑制。虽然HSP的确切作用及机理尚不清楚，但大量资料提示HSP的表达对保护神经细胞具有重要意义，其表达受阻将促进脑损伤。

　　细胞凋亡

　　传统观点一直认为脑缺氧缺血后神经细胞死亡形成只有坏死，但近年来越来越多语气表明，迟发性细胞死亡主要系凋亡所致。动物实验表明，缺氧缺血后受损区域脑组织不但存在凋亡的细胞形态学特征及生化特征，而且存在凋亡相关基因如bax，cfos，cjun，cmyc等的表达。另外，将抗凋亡基因bcl-2及bcl-xl转染到细胞后，细胞抗缺氧缺血能力明显增加，均支持凋亡机制参与了缺氧缺血性细胞损伤的发生[19]。最近，Edwards等[20]对重度窒息死亡新生儿和宫内死亡胎儿的大脑扣带回作形态学分析，表明人类围产儿缺氧缺血性脑损伤时也存在明显细胞凋亡。目前比较一致的观点是严重缺氧缺血常导致坏死，而较轻的缺氧缺血则可通过凋亡造成迟发性细胞死亡。缺氧缺血性细胞凋亡的机制尚不明确，可能与自由基、NO、兴奋性氨基酸及钙超载等因素均有关。由于细胞凋亡是有基因表达参与的主动自杀过程，而且呈迟发性发生，因此该时间差有可能成为治疗HIE的机会之窗。

　　总之，缺氧缺血可启动一系列的细胞-亚细胞的反应，其中许多反应与膜有关，如各种离子泵功能丧失伴膜的去极化，兴奋性神经递质释放增加，NMDA受体激活，跨膜钙内流和膜脂质过氧化等。细胞内变化包括自由基产生、细胞因子和细胞毒性物质释放以及钙离子浓度增高对许多细胞的影响，如酶的激活和基因的诱导等。由于无法对人类大脑进行活体的、侵入性的细胞及分子水平的研究，目前许多研究成果来源于动物实验。虽然新生儿HIE的确切机理至今尚未完全澄清，但随着分子生物学的发展，从分子水平继续对新生儿及新生动物脑缺氧缺血作深入研究必将为HIE防治带来新的希望。

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