俞惠民-早产儿脑白质损伤的研究进展

早产儿脑白质损伤的研究进展
俞惠民
浙江大学医学院附属儿童医院
浙江大学儿科研究所
概述
⏹围产医学进展，新生儿存活率显著提高
⏹美国每年约出生<500g的的早产57 000例，存活率90%。

⏹后遗症发生率增高，影响生存质量，增加社会负担（视，听，运动，智力）⏹早产儿脑损伤最为重要( 特殊性)
⏹选择易损性(selective vulnerability）
⏹发生率高
选择易损性(selective vulnerability）
⏹速度与程度
⏹慢性、部分窒息常导致大脑弥漫性坏死，皮层为甚
⏹急性、完全窒息主要累及脑干、丘脑及基底神经节
⏹成熟度
⏹早产儿的易损区位于脑室周围的白质区
⏹足月儿的易损区在大脑矢状旁区
早产儿脑损伤的发生率高
⏹早产儿脑损伤的最主要类型PVL的发生率约为8~26%
⏹在应用呼吸机的早产儿中，其发生率可高达38~60 %。

⏹NICU存活的早产儿中，约10 %遗留痉挛性运动缺陷即脑瘫，25~50%遗留认知
或行为缺陷或轻度运动障碍。

早产儿脑损伤类型
神经病理学分类
⏹脑白质损伤（white matter damage, WMD）
⏹脑非实质区(脑室内)出血
⏹脑其他部位（小脑﹑基底神经节﹑脑干等）损伤
早产儿WMD的定义及类型
⏹1962年Banker等:
⏹脑室周围白质软化（periventricular leukomalacia, PVL）
⏹脑白质损伤（WMD）:
⏹一组多相的、普遍的白质异常病变，多见于早产儿。

WMD类型
80年代，Dambska 等认为NWMD包括两种类型：
⏹多灶性坏死（即典型的多灶PVL）；
⏹弥漫性损伤（以伴有肥大星形细胞增生的脑白质组织稀疏化表现为特点）。

Paneth认为NWMD 的病变组成如下：
⏹囊状PVL；
⏹孔洞脑；
⏹缺血和出血性梗死；
⏹脑室扩大。

Leviton 等认为WMD 可被分为4 种类型：
⏹脑白质出血性梗死(局灶型)；
⏹脑白质坏死，即PVL(多灶型)；
⏹弥漫性星形胶质化；
⏹弥漫的凋亡现象(胶质细胞).
Pediatr Neurol 1996; 15 (2): 127-136
WMD的组织学变化
⏹和髓鞘损害(少突胶质细胞)
⏹轴突病变(神经纤维)
⏹反应性星形胶质化
目前，WMD被认为是导致围产期死亡率的重要病因，同时也是导致脑瘫发生的最主要危险因素，存在脑白质损伤者发生脑瘫的危险性将增加15倍
WMD病因
⏹缺氧缺血(脑室周区分水岭梗塞)
⏹孕母围产期宫内感染(细胞因子触发炎性反应)
⏹羊膜腔感染
⏹胎盘炎症
⏹绒毛膜羊膜炎等
⏹其他
⏹低CO2, 应用皮质激素，双胎，高胆红素血症
WMD发病机制
⏹血管解剖学基础（不成熟）
⏹脑血管自动调节功能损伤和被动压力脑循环
⏹少突胶质细胞（OL）前体成熟依赖的易损性
血管解剖和生理因素
⏹早产儿脑白质的血流量极低（1.6~3ml/kg.min,灰质的1/4，成人下限10ml）
⏹早产儿脑室周围系大脑前、中、后动脉的终末供血区域。

在胎龄24~28周左右，
短穿支较少，长穿支的侧支亦发育不全，长短穿支较少汇合，致使脑室周围成为脑血流分布的最少部位。

⏹胎龄愈小，脑室周围的血管发育愈不成熟，发生WMD 的可能性也就愈大。

脑血管自动调节功能损伤和被动压力脑循环
⏹临床不稳定的早产儿（如低氧血症或高
⏹碳酸血症时）或极不成熟早产儿常出现被动压力脑循环。

⏹由于早产儿脑白质CBF非常低，其安全界限极窄，因而极易引起脑白质的血供终
末和边缘区缺血，导致脑血流自动调节功能受损。

⏹临床研究进一步显示早产儿脑血管自动调节功能受损，即被动压力脑循环与PVL
发生有密切联系。

脑穿支动脉肌层未发育完善?
少突胶质细胞（OL）前体成熟依赖的易损性
⏹动物实验证明：不成熟脑白质对缺氧缺血具有易损性。

OL前体细胞是WMD病
变中关键的靶细胞。

在早产儿（孕23-32周）脑白质中，前体细胞约占脑内少突胶质细胞系总数的90%左右，但其数量在孕32周后明显减少，这与32周后PVL的发生下降一致。

⏹OL前体细胞对自由基，谷氨酸，细胞因子的攻击具有明显易损性。

宫内感染与早产儿WMD
⏹宫内感染与早产的关系
⏹宫内感染与WMD的关系
宫内感染,细胞因子与早产
⏹在宫内感染的早产动物模型研究中发现，细胞因子如TNF-α﹑IL-1β﹑IL-6的
mRNA在子宫表达增加
⏹一组41例羊膜早破的孕妇研究发现，羊水和胎儿血浆中IL-6水平在羊水培养阳性
者显著高于羊水培养阴性者。

而且，胎儿血浆中IL-6水平＞11pg/ml者自发性早产的发生率显著高于IL-6水平≤11pg/ml者。

宫内感染与WMD
⏹流行病学资料研究表明宫内感染者发生WMD的危险性将增加2.6倍（RR：2.6；95%CI：1.7-3.9）。

⏹一组Meta分析资料表明，不管是临床绒毛膜羊膜炎还是组织学上的绒毛膜羊膜炎
都是早产儿脑白质损伤的危险因素。

（Wu YW, Colford JM. A meta-analysis. JAMA 2000）
⏹羊膜腔感染的早产儿发生脑室内出血的危险性比无羊膜腔感染者高3～4倍。

（Yoon BH, et al. Am J Obstet Gynecol 1995）
▪胎盘感染的新生儿发生PVL和脑室扩大的危险性增加60%～70%。

（Dammann O, Leviton A. Pediatr Res 1997）
⏹Cai等通过怀孕大鼠注入脂多糖（LPS）建立的动物模型发现宫内感染能导致仔鼠
的脑白质损伤；
Cai ZW, et al. Pediatr Res 2000; 47(1): 64-72
⏹Mallard等发现胎羊缺氧能导致脑白质损伤和皮层下灰质损伤，但胎羊的内毒素血
症却选择性导致脑白质损伤。

Mallard C, et al. Neurochem Res 2003; 28(2): 215–223
⏹Yu HM, et al. Neuropathology 2004; 24(2): 136-143
⏹我们通过对怀孕大鼠注入大肠杆菌建立了宫内感染的动物模型，同时应用HE染色
和免疫组化方法研究新生大鼠脑白质组织病理特点和能反映白质星型胶质化的胶质纤维酸性蛋白（GFAP）的表达变化。

⏹结果发现宫内感染后7日龄大鼠脑白质出现染色淡、结构疏松等病理变化。

GFAP
阳性细胞数在脑室旁白质和海马区明显增多。

由此证明孕母宫内感染确能导致新生大鼠脑白质损伤。

宫内感染导致WMD的发病机制
⏹血管解剖因素
⏹脑血管自主调节功能损伤和被动压力脑循环
⏹少突胶质细胞前体的易损性
⏹脑内的局部免疫反应
⏹孕母宫腔细菌感染,细胞因子触发炎症和免疫反应导致白质损伤
宫内感染时炎症反应特点
宫内感染导致的母体炎症反应和胎儿炎症反应在不同的发育时期有不同的特点。

研究发现在宫内细菌感染后的24h内胎儿就能产生炎症反应如单核细胞浸润等，但炎症反应效应的放大和相关组织的损伤程度随着胎龄的不同将产生不同的结果。

Grüber B,et al. Biol Neonate 1980; 37: 159-164.
⏹比如在孕17-19天胎鼠产生的炎症反应较孕早期明显加重，同样胎儿在孕16-22周
对绒毛膜羊膜炎产生的炎症反应较孕13周明显，这些研究表明发育期是决定胎儿产生炎症反应的重要因素，也提示炎症导致的继发性组织损伤存在一个重要的易损期。

⏹PVL最常见于GA<32W, BW<1500g.
CNS的免疫反应
⏹星形细胞和小胶质细胞是脑内的抗原呈递细胞，激活的小胶质细胞能分泌IL-12
而促进Th1细胞的反应；它们也能产生趋化因子而影响Th1、Th2细胞的募集。

两种细胞也能分泌多种细胞因子，并与这些细胞因子起反应，因此二者在NWMD发病中的作用也日益受到重视。

⏹周围血白细胞(N,M)自局部的渗入被认为是引起WMD 的一个主要原因。

周围血
白细胞被细胞因子激活后能通过不成熟的血脑屏障而进入脑内，进而激活星形细胞和小胶质细胞以及影响少突胶质细胞成熟而导致脑白质损伤。

细胞因子与早产儿WMD
⏹细胞因子是一类由免疫细胞产生的低分子蛋白质，具有调节细胞生长发育以及修
饰免疫等生物功能。

细胞因子在脑白质损伤区的表达水平变化，提示它们参与了WMD的病理损伤过程。

▪Bell等通过对孕大鼠子宫内注入脂多糖LPS,发现TNF-α在宫内炎症刺激后的胎鼠脑组织中表达增加。

（Bell MJ, et al. J Neurosci Res 2002）
▪早期的PVL脑组织中有高水平的TNF-α、IL-1β表达，虽然在后期水平下降，但在弥散的损伤区仍表达增高。

说明细胞因子不仅参与了WMD 早期炎症反应，而且持续到后期的囊腔形成过程.( Mallard C, et al. Neurochem Res 2003; 28(2): 215–223)
▪RT-PCR研究发现早产大鼠在缺氧缺血后，多种细胞因子包括巨噬细胞炎性蛋白-1α（MIP-1α）mRNA，﹑MIP-1βmRNA，MIP-2mRNA﹑TNF-αmRNA﹑IL-1βmRNA的表达增加。

且MIP-2mRNA在缺血缺氧后高峰达24小时，TNF-αmRNA在缺氧缺血后1～24小时内升高，IL-1βmRNA在再灌注恢复后0～12小时内增高。

⏹一组通过超声或活检诊断脑白质损伤的新生儿的资料研究发现羊水中TNF-α﹑
IL-1β﹑IL-6的水平明显高于没有脑白质损伤者；羊水中IL-1β﹑IL-6水平的升高与脑白质损伤的可能性密切相关。

比较细胞因子（TNF-α﹑IL-1β）在PVL脑组织中的不同水平发现宫内感染者明显高于无感染者。

⏹有研究发现在PVL中88%的病例TNF-α﹑IL-1β﹑IL-6表达呈阳性，而在没有PVL
的病例中仅18%表达呈阳性。

参与早产儿WMD的细胞因子
⏹白细胞介素
⏹IL-1β、IL-6、IL-10、IL-12
⏹TNF-α
⏹IFN-γ
⏹趋化因子
⏹巨噬细胞炎性蛋白-1α,(MIP-1α)
细胞因子对白质的损伤作用
▪TNF-α对少突胶质细胞的成熟和分化有抑制作用。

▪高浓度的TNF-α和IL-1β能导致少突胶质细胞凋亡。

▪TNF-α也能导致髓鞘的空洞化。

WMD临床表现(新生儿期)
早期往往无症状
▪下肢肌张力降低
▪颈部伸肌张力增高
▪呼吸暂停和心率缓慢
▪激惹
▪喂养困难
WMD临床表现(后遗症期)
▪脑瘫(半卵圆中心)
⏹WMD发生脑瘫的危险性将增加15倍。

（Michael O’shea T, Dammann O. Clin Perinatol 2000）
▪PVL: 60~100%
▪智力发育迟缓
▪视觉功能障碍(近三角区和枕角视放射)
▪听功能障碍(颞角听放射)
WMD 的防治
⏹预防围产期缺氧缺血
⏹预防孕母宫腔感染
⏹抗生素
⏹细胞因子拮抗剂
⏹抗自由基攻击
⏹脐学血检测WBC或炎症因子预测
研究进展与治疗展望
⏹炎症免疫反应不仅在抗感染过程中有重要作用，而且在组织结构的损伤修复以及
功能恢复中也起关键作用。

⏹因此在围产期宫内感染与新生儿脑白质损伤的机制研究中，炎症反应是否直接导
致脑组织的损伤还是参与组织修复过程是目前的研究热点.
⏹脑白质损伤时炎症介质的激活提示抗炎药物的治疗将是一个很有潜力的干预措
施。

⏹对LPS导致脑白质损伤的研究发现，予IL-1受体拮抗剂治疗能改善脑损伤的程度，
而抗TNF-α抗体治疗虽不能明显减轻脑白质损伤但能够减少脑损伤时增高的IL-1β水平，提示抗炎药物在干预脑白质损伤过程中能起重要作用。

这些研究结果为寻找有效干预WMD的手段，进一步降低早产儿脑瘫发生率提供了实验依据，因而具有重要意义。