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围产期脑损伤的机制

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体积 2012年 |文章ID. 561494 | https://doi.org/10.1155/2012/561494

Ryan M. Mcadams,Sandra E. Juul 细胞因子和炎症细胞在围产期脑损伤中的作用“,神经学研究国际 卷。2012年 文章ID.561494 15 页面 2012年 https://doi.org/10.1155/2012/561494

细胞因子和炎症细胞在围产期脑损伤中的作用

学术编辑:塔拉desilva.
收到了 2011年10月15日
修改 2011年11月25日
公认 2011年12月13日
发表 2012年3月11日

抽象的

围产期脑损伤经常使早产的早产并导致显着的长期发病率。细胞因子和炎症细胞是常见途径中的介质,其与各种损伤的围产期脑损伤相关,例如缺氧缺血性损伤,再灌注损伤,毒素介导的损伤和感染。本文研究了目前关于细胞因子相关的围产期脑损伤的知识,并具体探讨了衰减细胞因子介导的脑损伤的策略。

1.介绍

早产影响在美国怀孕[12.5%12是新生儿发病和死亡的主要原因,占儿童长期神经疾病发病率的近一半[3.].发达国家的大多数早产儿生存;然而,5-10%的幸存者发育脑瘫(CP),40-50%的发展认知和行为赤字[4.5.].的发展白质和灰质兴奋毒性,氧化和损伤的炎症形式的延长漏洞是在围产期脑损伤的发病机制中的主要因素。虽然急性灾难性脑损伤发生的某个时候(例如,严重的脑实质出血),损伤白质和灰质区域是最常见的代谢性,感染性和/或炎性疾病,和缺氧缺血性损伤随时间的累积的结果[6.].例如,早期呼吸障碍和全身低血压可沉淀谷氨酸、自由基和细胞因子对发育中的少突胶质细胞和神经元的毒性。晚发性或坏死性小肠结肠炎(NEC)可能使临床病程进一步复杂化。根据发育和遗传敏感性,这些连续事件导致不同的伤害地形模式。

虽然已经有很多专注于早产儿,在皮层和深核结构灰质异常的白质损伤(WMI),和小脑受伤也很常见,并可能有助于认知迟缓,精神运动延迟和CP [发展7.].诸如缺氧缺血,感染和/或炎症等各种煽动事件,可以刺激次要次要反应,包括液体电解质不平衡,区域血流改变,钙介导的细胞损伤,自由基产生,氧化和氧化和亚硝基胁迫,谷氨酸诱导的兴奋毒性,促炎细胞因子产生的干扰,线粒体功能和凋亡细胞死亡[6.8.].这些干扰导致参与固有免疫反应的炎症细胞的激活,包括中性粒细胞、巨噬细胞和固有小胶质细胞,这些细胞可能通过直接或间接导致神经元和前少突胶质细胞(preoligodendrocyte, preOL)细胞死亡或功能障碍的机制传播脑损伤。

细胞因子和炎症细胞是与各种侮辱引起的围产期脑损伤相关的常见途径中的介质[9.-12].需要更好地了解细胞因子在围产期脑损伤中的作用,以促进制定预防和/或治疗脑白质和灰质损伤的策略。

2.影响胎儿和新生儿的细胞因子:它们是什么,它们从哪里来?

细胞因子是小型的细胞信号非结构蛋白,参与调节造血、炎症和免疫细胞增殖和分化。它们根据生物活性分为不同的类别[13].细胞因子一词包含多种可溶性蛋白,包括单因子、白细胞介素(IL)、集落刺激因子、干扰素(IFNs)、肿瘤坏死因子(TNF)和趋化因子[14].这些信使分子连接神经、内分泌和免疫系统[15].细胞因子可以是促炎或抗炎,神经保护或破坏性,具体取决于他们的状态和浓度[16].虽然几乎所有有核细胞都产生细胞因子,但它们主要是由中枢神经系统(CNS)的胶质细胞或免疫细胞(如辅助T细胞和巨噬细胞)产生的[14].诱导细胞因子产生的刺激可能来自遥远的中枢神经系统或中枢神经系统内部。在中枢神经系统内活动的细胞因子的来源可能包括血源和中枢神经系统固有来源,包括免疫细胞、脑内皮细胞、星形胶质细胞、小胶质细胞和神经元[17-19].细胞因子通过与特定的细胞表面受体结合起作用,然后诱导细胞内信号机制,上调或下调转录因子,导致促或抗炎反应。通常具有促炎特性的细胞因子包括TNF-α,inf-γIL-1、IL-6、IL-18,而IL-1受体拮抗剂、IL-4、IL-6、IL-10、IL-11、IL-13、转化生长因子(TGF -)等促炎细胞因子β.促炎细胞因子的可溶性受体也有类似的功能。注意IL-6出现在两种类型中。

3.新生儿和成人免疫应答的差异

胎儿和新生儿的免疫系统反映了发展个人和其主机母体之间独特的相互作用。发育中的胎儿必须避免沉淀出母体的免疫反应的结果在拒绝或早产,但仍必须保护自己免受宫内感染,并从无菌宫内环境宫外环境,具有丰富的抗原性挑战的过渡做好准备。因素导致新生儿免疫系统的这种组合,从它的成年对应不同显著。相比于成人,新生儿免疫应答偏向Th2应答,具有静音Th1应答[20.].受刺激的新生儿单核细胞分泌的促炎th1极化细胞因子TNF-明显减少α和干扰素-γ,而IL-6分泌,具有抗炎和Th2极化特性的细胞因子,是新生儿比成人实际上更大。该响应由腺苷,内源性代谢物的嘌呤与免疫调节性质[介导的21-23].

4.进入大脑的障碍

有三种界面,血液和神经组织之间的分子和细胞交换或发生脑脊髓。这些是由血脑内皮细胞在血液和脑间质性液之间的脑血管内皮细胞形成的血脑屏障(BBB),血液和心室CSF(血液-CSF屏障,BCSFB)和血液和蛛网膜瘤CSF之间的蛛网膜上皮之间的脉络丛上皮细胞[2425].表示血液和脑细胞外流体之间的最大界面两个障碍是BBB,由脑内皮细胞形成,并且BCSFB,由脉络丛上皮细胞形成(图1)[26].BBB也称为“神经血管单元”,由由嵌入的基底薄层包围的复杂密封连接的精细连接的高度专业内皮细胞组成,其中嵌入周细胞和羽毛抗原呈递细胞,具有星形胶质细胞血管外终点的外侵蚀.合成和储存神经活性和血管活性物质的肥大细胞位于BBB的大脑侧的大脑位置,位于星形胶质细胞和神经元过程中[27].除了紧密连接外,粘附连接将内皮细胞连接在一起,为紧密连接的形成提供必要的结构支持,这对于防止血脑屏障的破坏是必要的[26].微血管周围的星形胶质细胞提供与神经元的细胞连接,并在信号转导途径和血脑屏障调节中发挥积极作用[24].在成人中,有五条已知的途径,物质可以通过这些障碍在血液循环和大脑之间传递(图)2)[25].它们是通过副细胞的水途径(通过紧密连接)和跨细胞途径,包括亲脂途径,通过转运蛋白,受体介导的转运,或吸附转运[2528].这些相同的机制是否在胎儿和新生儿中活跃尚不清楚。

从大脑发育的最早阶段开始,血脑屏障就排除了蛋白质和小脂质不溶性标记物在循环血液和脑细胞外液之间的通道[3233].同样,蛋白和脂溶性小分子的细胞旁扩散在BCSFB被脉络膜丛上皮细胞之间的顶端紧密连接所限制[34].然而,这些物质可以通过在脉络丛上皮细胞的跨细胞的机制传递,并且其渗透性在未成熟的高得多相比成人脑[35].Stolp等人研究了脂多糖-(LPS-)诱导的全身性炎症(定义为急性期蛋白或IL-1血液浓度升高)导致的血脑屏障通透性β和tnf-α)在大鼠和负偿化中[33].他们发现,在脑部发育的一个有限时期内,血脑屏障的蛋白渗透性发生了改变,而BCSFB的蛋白渗透性没有发生改变。血脑屏障通透性的增加与脑白质有关,与发育阶段有关,与血脑屏障未成熟无关。

血脑屏障是一种动态结构,可被循环因子或与血脑屏障相关的细胞分泌的化学物质所改变[25].已知成年BBB功能(提高漏洞)包括Bradykinin,组胺,血清素,谷氨酸,嘌呤核苷酸(ATP,ADP,AMP),腺苷,血小板活化因子,磷脂酶A2,花生素,前列腺素,白细胞增生,白细胞增生(IL-1α,IL-1β、il - 6)、肿瘤坏死因子α、巨噬细胞抑制蛋白MIP1和MIP2、自由基和一氧化氮(NO) [25].许多这些因子在缺氧后或感染期间上调。

这并不奇怪则该局部的或全身性炎症/ cytokinemia(例如,绒毛膜羊膜炎和/或胎儿的炎症反应)远程至CNS可能导致BBB / BCSFB与增加的细胞因子进入CNS [破坏3637].活化的CD4 + T淋巴细胞,巨噬细胞和树突细胞必须穿过内皮和实质基础膜和胶林局限性,然后再次进入大脑。产生这些细胞因子产生的免疫细胞的迁移似乎受到内皮底膜的层内皮组合物的超微结构改变的影响,并通过实质基础膜的焦质基质金属蛋白酶(MMP)活性来影响[24].为了突破BCSFB,循环细胞因子/免疫细胞必须穿过有孔的脉络丛毛细血管,进入外中枢神经实质,然后通过平行的紧密连接链或经细胞穿过脉络丛上皮细胞进入脉络丛上皮细胞层。然而,在人类胎儿/新生儿中,炎症介质通过BCSFB进入中枢神经系统的证据尚不明确。

神经血管单元的作用,包括细胞(内皮细胞和上皮细胞、星形细胞和周细胞)和非细胞(例如,为了了解缓解与围产期脑损伤相关的炎症级联反应的潜在机会,需要澄清在血脑屏障和BCSFB之外调节细胞因子进入中枢神经系统的障碍。关于……的信息很少在活的有机体内的屏障功能障碍和可用人胎儿/新生儿属性在体外成年动物模型可能不能准确反映损伤/炎症后神经血管单元功能通透性。例如,虽然实验研究表明LPS可诱发WMI和神经炎症[38],缺乏证据表明LPS进入胎儿/新生儿大脑,导致人类围产期脑损伤。然而,由于小胶质细胞具有脂多糖结合toll样受体(TLR)4受体,似乎是脂多糖诱导的少突胶质细胞死亡所必需的[39这表明LPS可以进入大脑。此外,促炎细胞因子如何影响细胞向内和向外的中枢神经系统屏障传递机制,并改变中枢神经系统屏障功能,可能影响围产期脑损伤,目前尚不清楚。识别胎儿/新生儿中枢神经系统易受炎症介质诱导的屏障破坏和由于中枢神经系统穿透外周有毒分子而导致的后续损伤的时期,是确定药物治疗窗口以进入损伤的脑区所必需的。

血脑屏障可以作为中枢神经系统和外周循环之间的调节导体,建立和维持中枢神经系统的稳态,调节中枢神经系统的营养需求,并控制信号分子的流入和流出[19].通过控制限制性和选择性渗透率来调节CNS和血液之间的免疫细胞运输,BBB似乎具有双重作用40].细胞因子可以破坏血脑屏障[4142]和bcsfb,[43也可以改变饱和神经肽转运体[44]和ATP驱动的药物流出泵活性[45]在不影响BBB完整性。血脑屏障可以分泌细胞因子[46-49并可能积极参与中枢神经系统的炎症反应。血脑屏障和BCSFB机制的功能障碍可能不仅仅是炎症/损伤的结果,还可能构成疾病过程的一部分。脊髓损伤后血液-脊髓屏障通透性增加涉及损伤区域周围内皮细胞炎性细胞因子转运系统的活性上调[50].由血脑屏障调节的免疫介质运输也可能在损伤后的恢复中发挥作用,正如在小鼠低温脑损伤模型中所证明的那样,巨噬细胞促进血脑屏障的早期创伤后重组[51].通过血脑屏障运输的细胞因子的类型和数量因中枢神经系统区域而异,这意味着存在不同的细胞因子特异性调节机制和作用[19].人类胎儿/新生儿BBB还发挥活跃的作用(类似于动物模型),不仅在持续的组织损伤中,还在CNS损伤后的恢复过程中尚不清楚。

5.感染

一个在子宫内诸如幼苗炎的感染可能会引发先天免疫系统反应,导致细胞因子水平升高。微生物在其表面上表达称为病原体相关分子模式(PAMPS)的保守序列,例如LPS和双链RNA。通过免疫细胞上的图案识别受体识别这些PAMPs刺激特异性宿主细胞TLRS [20.].例如,当受到LPS刺激时,TLR4信号通过适配器分子髓细胞分化因子88,激活核因子-κB (NF -κB)途径,导致特征在于产生细胞因子,抗微生物产品的免疫应答,和共刺激分子的调节[52].细胞因子反应可能从滋养细胞,蜕膜和羊皮膜上皮进行[5354,到羊水[5556]到胎儿肺部,然后血流,或通过胎儿胎儿循环的直接血液渗透。在胎盘组织细菌感染后启动促炎细胞因子反应可以导致早产劳动力[57].与早产相关的细胞因子包括IL-1β[58],IL-6 [59],IL-8 [60], TNF -α[61].活化的免疫细胞包括循环中性粒细胞、吞噬巨噬细胞、T细胞和NK细胞,以及中枢神经系统星形胶质细胞和小胶质细胞产生生物介质,包括细胞因子、趋化因子、粘附分子,以及参与与脑损伤相关的免疫炎症过程的复杂分子间相互作用的生长因子[62].胎儿血流中的细胞因子可能有助于胎儿全身炎症反应,最终穿透血脑屏障,导致化学物质和或病原体促进胎儿脑中的炎症级联[12].

6.细胞因子由星形胶质细胞和小胶质细胞表达

CNS与免疫系统之间的相互作用依赖于脑中神经元和胶质细胞中几种细胞因子及其受体的表达[63].在中枢神经系统损伤和修复中发挥重要作用的两种主要反应性胶质细胞是小胶质细胞和星形胶质细胞。这些胶质细胞参与了脑内免疫反应,在其中,它们部分地通过分泌细胞因子、趋化因子、神经营养或神经毒性因子发挥作用[64].细胞因子和它们的受体,如IL-1β和il - 1β受体蛋白,在中枢神经系统中由星形胶质细胞、小胶质细胞和少突胶质细胞(OPCs)组成表达[65].

星形胶质细胞是神经炎性过程中的重要参与者,能够产生许多细胞因子,包括各种白细胞介素,TNF-α和干扰素家庭的成员[66].通过增加的细胞因子表达提出了星形胶质细胞在WMI的发病机制中(IL-1βIL-6和TNF-α)在脑室周围白质软化(PVL)的弥漫性和局灶性成分[6768].活化的小胶质细胞产生细胞因子、趋化因子、自由基、蛋白酶和其他潜在的损伤介质[6970].在LPS刺激下,小胶质细胞表达IL-1β,触发金属蛋白酶组织抑制剂的星形胶质细胞表达(TIMPS)[71].在中枢神经系统损伤和修复过程中,TIMPS通过中和MMP的作用,在调节组织蛋白水解中发挥关键作用。TIMP-1以mmp依赖的方式参与调节皮层神经元的生长和形态[72]并且起着少突胶质细胞的产生和分化[作用7374].小胶质细胞IL-1的作用有待进一步研究β细胞因子信号转导与TIMP表达在围产期脑炎症和修复中的作用。

7.脑损伤有关的产前感染和/或炎症侮辱

宫内感染可能在<30周感染的具有妊娠证据的占高达早产的80%早产25-40%[75].临床绒毛膜羊膜炎与囊性PVL和CP显著相关[76].暴露于临床绒毛膜羊膜炎或组织学绒毛膜羊膜炎的新生儿发生CP的风险分别增加140%和80% [77].蜕膜和胎盘膜的细菌感染激活炎症细胞表面的TLRs,导致促炎细胞因子的释放,并在胎盘中引发局部炎症反应[7879].升高的IL-6浓度从与PVL相关脑白质病变新生儿脐血测量支持宫内炎症和随后的WMI [作用80].围产期脑损伤可能不会对病原体渗透到胎儿的中枢神经系统队伍:宫内单独全身炎症刺激可导致早产儿脑损伤[1081].

绒毛炎可以分为急性和慢性胆小蛋炎[82].传染源的急性胆小炎与羊水IL-6升高的水平相关,并产生羊膜腔的微生物侵袭和宫内感染。免疫血管毒性血管炎的免疫血液炎与升高的羊水CXCL10水平有关,是破坏影响CD8 + T细胞活性的免疫系统激素的可能后果,导致母体抗抗排斥反应。羊水蛋白质组学分析表明,急性幼苗炎和慢性胆小蛋炎可能具有不同病理过程的表现[82].急性和慢性绒毛膜羊膜炎是否也导致围产期脑损伤模式的明显改变尚不清楚。

8.脑损伤有关的与产后感染和/或炎症辱骂

早产儿,已知炎性病症与WMI相关联。这些包括早发[83]和晚期败血症[84,以及NEC [85]并且通常与IL-6,IL-8和TNF的高血浆水平相关联α[86].支气管肺发育不良是另一种早产儿合并症,与炎症(中性粒细胞、巨噬细胞、细胞因子和有毒氧自由基)相关[87],也与WMI风险增加有关[88].

9.细胞因子与脑瘫

CP是儿童期严重身体残疾的最常见原因[89],是描述的多种疾病中的生命特征在于可变运动障碍继发于未指定的病因和脑病理学早期始发的涵盖性术语。早产,围产期感染和新生儿脑病是CP的发展的重要危险因素[90].

9.1。早产儿

Periventriculary WMI是早产低出生体重婴儿残疾的重要原因。在妊娠期之前32周之前,预备群体特别容易受伤和发育逮捕[91].这些细胞的损伤可导致白质束的囊性坏死和/或弥漫性非囊性皮损伴髓鞘缺失[6.].损伤最常发生在流域,脑室分布中,其通常用痉挛性患者临床上对应,最常见的CP形式被诊断为早产儿[9293].炎症,由促炎细胞因子介导,可促进发生在早产儿的WMI [94].在一项96例胎龄≤32周的早产儿的研究中,脐血IL-8浓度升高与CP(1岁时随访诊断)相关[95].另一项针对出生体重≤1000 g婴儿的大型多中心研究( )显示,在未调整和调整后的分析中,与未发生CP的婴儿相比,发生CP的婴儿在0-4天及之后的循环中IL-8浓度更高[96].

巨噬细胞渗透和高水平的TNF-α和il - 1β与出生后不久死亡的缺氧性病变新生儿相比,PVL新生儿的大脑中已被证实[67].这些高浓度的细胞因子可能对少突细胞有直接的细胞毒性作用[97].暴露于LPS暴露于LPS后的神经元细胞毒性通过TLR相关的信号通路通过活化的微胶质介导[98].局灶性和弥漫性PVL均与激活的小胶质细胞有关[8.].活化小胶质细胞释放促炎细胞因子与神经元和胶质细胞死亡有关[99].Pang等人使用从新生大鼠视神经制备的初级OPC培养物,证明lps激活的小胶质细胞通过两种不同的机制以时间依赖性的方式介导OPC死亡[One hundred.].在LPS处理后24小时内发生的早期阶段,通过无依赖性氧化损伤介导,并且在LPS处理后48小时内明显明显的延迟阶段,通过细胞因子介导,通过阻止TNF来防止α活动。这两种不同的损伤机制是否发生在人类围产期脑损伤导致PVL尚不清楚。

起源于神经发育脆弱期的炎症过程可能导致围产期规划。促炎细胞因子、前列腺素或LPS引发的炎症对早产儿中枢神经系统发育的影响可能对个体在童年和成年时期应对环境暴露的能力产生长期影响[36].Lin等人证实,pvl诱导的CP学龄期早产儿血浆中TNF-浓度显著升高α,增加肿瘤坏死因子-α从LPS刺激的外周血单核细胞(PBMC)释放,以及炎症信号分子的mRNA表达,包括TLR4和TNF-α,与正常对照组学龄早产儿相比[101].此外,细胞内PBMC TNF-α在LPS刺激后,CP患儿的水平显著升高,但对照组的水平较低。有PVL史的早产CP患儿是否有长期的免疫反应异常尚不清楚。

9.2。细胞因子,CP和新生儿脑病

母体炎症显著影响胎儿对缺氧缺血的易感性[102-104]以及随后的CP发展[105106].缺氧缺血和感染均可诱导与升高细胞因子相关的全身炎症反应[94107].IL-1浓度升高β、il - 6、TNF -α,脑病新生儿血液中的IL-8与无氧脑代谢增加和异常神经发育结果相关[108].已证实窒息足月婴儿脑脊液中IL-6和IL-8浓度升高,这些细胞因子的鞘内水平与缺氧缺血性脑病的程度相对应[109].

有脑病的足月新生儿患脑病的风险是没有脑病的婴儿的100倍[10].增加的浓度的IL-1βIL-6和TNF-α在羊水中[98和脐带血中的IL-6 [74110继发于母体、胎盘或胎儿感染[97111]与脑WMI和/或CP有关。同样,在一项对73名胎龄≥36周的足月婴儿的研究中,新生儿血液中IL-6和IL-8浓度升高与1岁时诊断为CP有关[9.].

虽然感染和/或炎症会增加CP的风险,但它们可能不是引起脑损伤的充分原因。在一项对高危婴儿的3年随访研究中,Yoon等人报道,在有羊膜腔微生物侵犯记录的婴儿中,只有18%(5/28)被诊断为CP,在有宫内炎症证据的婴儿中,有24%(11/45)被诊断为CP [112].另一项研究比较了炎症细胞因子(IL-1、-6、-8和TNF-)的早期血药浓度α)从64个孩子稍后被诊断为CP到107个对照儿童(所有出生于<32周的胎龄)。早期细胞因子浓度未预测到后期CP [104].

10.双作用的细胞因子

CNS中的炎症会导致显着的脑损伤,包括轴突和髓鞘的伤害,预先丧失预胶,少突胶质细胞和神经元[69].然而,神经炎症也可能是有益的,它可以促进神经保护,动员神经前体进行修复,再髓鞘化,甚至轴突再生[69].一些细胞因子可以具有促炎和抗炎作用。例如,IL-4,IL-10和IL-13是B淋巴细胞的有效活化剂,也有效的抗炎剂,具有抑制促炎细胞因子IL-1和TNF表达的能力[13].肿瘤坏死因子-α和il - 1β可以具有神经保护和破坏性的影响[113].IL-6和IL-8,通常与炎症有关,与外伤性脑损伤患者脑脊液中神经生长因子的释放有关,表明它们在促进中枢神经系统损伤修复和轴突再生中的作用[16].在巨噬细胞中也可以看到双重作用,巨噬细胞是免疫反应的关键介质,特别是它们产生细胞因子的能力。巨噬细胞可以细分为亚型(M1和M2),其中M1巨噬细胞被认为是促炎的,产生TNF-等分子αM2亚群通常被认为具有抗炎作用,产生IL-10、TGF-等分子β, IL-1受体拮抗剂[69].神经免疫反应似乎是一分为二的,促炎细胞因子和抗炎细胞因子的平衡可能影响神经发育结果。在神经保护和神经炎症方面,细胞因子(如损伤时间、类型、位置和持续时间)对促进和平或发动战争的影响还需要进一步研究。

11.细胞因子和遗传易感性围产期脑损伤

围产期脑损伤易感性可能部分由促炎细胞因子和抗炎细胞因子表达平衡的基因决定。编码细胞因子及其受体基因的单核苷酸多态性可能对婴儿围产期脑损伤的风险产生积极或消极的影响。WMI风险增加与IL-8, IL-6, TNF-有关α,和tlr4多态性[10114].

Wu等人最近的一项meta分析表明,CP与IL-6基因多态性有关[115].中度早产婴儿(32-36周胎龄)携带IL-6基因- 174 C等位基因,与IL-6表达上调相关,可能增加四肢瘫痪性CP的风险[114].足月和近期婴儿中IL-6基因的功能多态性(- 174 CC基因型)与11.6%的可归因风险百分比有关[116].在病毒暴露的情况下,IL-6或IL-4多态性已证实偏瘫和四肢瘫痪CP的发展,提示候选细胞因子多态性和胎儿炎症环境之间存在关联,这可能与CP发展的风险有因果关系[114].这一提出的“双重危险”假说将嗜神经病毒暴露和感染的遗传易感性联系在一起,需要在新生儿易感人群研究中进一步证实,以确定CP的病因。例如,纯合子具有高IL-10生产者- 1082 G等位基因的早产儿(妊娠<32周)明显不太可能发生超声定义的PVL [117].

12.围产期脑损伤的细胞因子的生物标志物

脑损伤的准确诊断、预测和预后生物标志物是优化高危新生儿临床治疗的必要条件。理想的生物标志物能够准确地反映脑损伤的程度、损伤的时间和演变,以及对治疗的潜在反应。这些生物标志物将有助于区分那些不需要治疗的婴儿和那些有永久后遗症风险的婴儿;婴儿可能从那些治疗无效的干预中受益,并确定哪些婴儿处于特定治疗的治疗窗口内。在单一时间点测量的单一生化或成像生物标志物不太可能实现所有这些目标。磁共振成像(MRI)和光谱学(MRS)已显示出前景,但大多数预测协议和研究的最佳时机仍未完全确定[118].

在早产儿出生后不久测量血液中的炎症蛋白,包括细胞因子,可能提供关于超声WMI风险的信息(与神经发育结果相关)。在ELGAN研究中,对极低胎龄新生儿(在妊娠28周之前出生)产后头2周的血蛋白进行了连续测量,结果显示脑室扩大、弥漫性脑WMI的超声指标、与血管内皮生长因子受体1、血清淀粉样蛋白A和巨噬细胞炎症蛋白1浓度升高相关β第1天和IL-8第7天[119].一个无回声病变的风险增加,局灶性脑白质损伤的超声指示器,用浓度升高巨噬细胞炎性蛋白1的相关联的β在第1天和细胞间粘附分子1时第7天[119].有趣的是,在同一项研究中,升高的趋化因子活化调节、正常t细胞表达和分泌(RANTES,也称为CCL5)的浓度与降低脑室肿大和回声病变的风险有关。RANTES下调TLR4结扎诱导的IL-6和TNF-α通过提高白细胞介素-10的分泌[120],可能在围产期脑损伤中起抗炎作用。

细胞因子水平升高已被证实与围产期脑损伤有关,并有望作为诊断和/或预后生物标志物与MRI一起用于多模式方法。IL-1水平升高β新生儿脑病婴儿足月分娩后IL-6、IL-8和较低水平的IL-12与大脑氧化代谢受损和30个月时神经发育异常有关,但与新生儿期可检测到的MRI改变无关[108].Procianoy和Silveira报道了高细胞因子浓度与早产婴儿WMI和败血症之间的关系,研究了84名极低出生体重儿、27名(32%)WMI和57名(68%)对照组(无WMI)。临床早发性败血症患儿WMI增加,血浆IL-8、IL-6和TNF-水平升高α.IL-8水平≥100 pg/mL的敏感性为96%,特异性为83%,阴性预测值为98%,提示该趋化因子可能是WMI较好的预测因子[86].虽然脑脊液细胞因子水平升高与WMI有关,但血浆细胞因子浓度可能不能反映脑脊液细胞因子水平或脑内炎症事件[94].因此,依赖于血浆细胞因子作为围产期脑损伤的生物标志物可能会阻止早期识别局部脑炎症。此外,测量细胞因子以评估围产期脑损伤在Nicu设置中尚未经常进行,并且在这些潜在的生物标志物纳入标准诊断测试之前,可能需要更低的,自动化的按需测试。随着时间的推移对这些值的多次评估可以提供更准确的预测值。

13.预防和治疗围产期脑损伤

目前可用于预防或治疗围产期脑损伤的干预措施很少。目前已知的改善早产儿预后的策略包括孕妇产前使用硫酸镁和倍他米松治疗,以及产后新生儿使用咖啡因。对于足月和近期足月婴儿的新生儿脑病,唯一有效的治疗方法是治疗性低温。在预防和治疗新生儿脑损伤方面,还有其他有前景的疗法正在积极研究中,包括褪黑素、促红细胞生成素(Epo)、n -乙酰半胱氨酸、仿Epo制剂、别嘌呤醇和氙气。这些方法中的一些针对抗炎机制,还有一些改善血脑屏障功能,从而防止细胞因子和其他潜在的有害因素进入大脑。下面将探讨这种方法的例子。

13.1。促红细胞生成素

EPO是所有脊椎动物产生的造血生长因子。EPO的功能受体存在于除红细胞祖细胞以外的细胞类型,包括神经元和许多胶质细胞类型。EPO是一个有前途的新型神经保护剂。它广泛可用,价格实惠,并且在25年的红细胞生物研究中有超过25年的安全性。EPO在与其受体结合后触发了几种不同的信号通路。神经保护作用与Janus激酶/ Stat5和NFKB途径的激活相关[121而Stat5和Akt通路在Epo的神经营养效应中是必需的[122].Epo还刺激多种生长因子的表达,包括血管内皮生长因子分泌(VEGF) [123和脑源性神经营养因子(BDNF) [124],这可能是在脑损伤是有益的。有大量的数据来支持其神经保护作用在体外,以及新生儿脑损伤模型[125-131].促红细胞生成素具有抗凋亡作用[128129]和抗炎作用(减少Il-6和IL-8) [132133,它还能促进神经发生,[134135]及保护少突胶质细胞免受伤害[136].这些综合作用可能对早产儿和足月儿缺氧缺血性脑损伤的典型脑损伤具有神经保护作用。已经进行了确定安全性和药代动力学的I/II期研究[137138],进一步的II/III阶段研究正在进行或规划阶段。

13.2。褪黑激素

褪黑激素(n -乙酰-5-甲氧基色胺)是一种自然产生的调节昼夜节律的激素。褪黑素含有抗氧化剂[139及抗凋亡作用[140141].产前施用低剂量的褪黑激素可以降低脑炎症和在多刺鼠细胞凋亡出生窒息[142].在围产期窒息的胎羊模型中,褪黑素可以减少8-异前列腺素的产生,减少大脑中激活的小胶质细胞和tunel阳性细胞[143].在LPS诱导的缺氧缺血性损伤的新生儿啮齿动物模型中,多剂量治疗褪黑素减少45%,但较高剂量治疗不受保护性[144].临床上,褪黑激素在给予窒息时显示有益效果[145]及败血症儿童[146].

13.3。姜黄素

姜黄素,姜黄中的主要活性成分,可以通过抑制NF的激活来防止炎症的发作κB, TNF-的产生α干扰素-γ、NO、iNOS的表达及烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(NOX)的活化[147148].姜黄素已被证明具有与iNOS和NOX激活损伤的抑制LPS诱导的WMI [的新生大鼠模型相关联的保护作用149].

14.针对BBB进行抗击疾病

预防或治疗新生儿脑损伤的另一种方法可能是以血脑屏障为靶点。新生儿的几种病理包括血脑屏障的渗漏增加或功能障碍。因此,使用改善血脑屏障功能的药物可能会改善预后。类固醇、低温、细胞内循环AMP、肾上腺髓质素和去甲肾上腺素能药物均可刺激血脑屏障功能的增加。这些方法正在被研究或用于治疗一些成年人的大脑疾病。例如,地塞米松治疗目前用于减少与脑肿瘤相关的脑水肿[150), Ca2+渠道阻滞剂正在调查中作为缺氧诱导的脑损伤治疗[151152].低体温也能改善血脑屏障功能,是治疗新生儿缺氧缺血性脑损伤的少数经证实有效的疗法之一,且治疗所需的次数最少[153].通过抑制潜在有毒因子(包括组胺、血清素、中性蛋白酶、细胞因子、趋化因子和自由基)的释放来稳定激活的肥大细胞,可以减少血脑屏障的泄漏[154155].

在成人疾病模型中正在研究的另一种方法是改善参与血脑屏障维持的内皮细胞的健康。运动、鱼油、特定的水果、大豆、维生素C、E和红酒的使用可能都是有益的(NNT = 7-9) [25].这些策略的选择可能适用于新生儿脑损伤;然而,每一种都必须研究其安全性、有效性和发展影响。

15.结论

关于细胞因子在人类胎儿/新生儿脑损伤、修复和保护中的具体作用存在很大的知识差距。虽然动物研究已经证明细胞因子在脑损伤中发挥重要作用,但细胞因子相关的脑损伤机制仍有许多问题未得到解答。在人类中,胎儿/新生儿脑损伤知识差距更大(见表)1),在免疫反应和复杂的神经血管屏障机制方面的发育差异,这些机制在调节体循环和大脑之间的界面炎症介质的交通方面发挥着关键作用。了解促炎和抗炎介质之间的平衡,以及它们在正常大脑发育和炎症环境中的作用,是促进神经保护的量身定制治疗的必要条件。


进入大脑的障碍
病原体、炎症介质和炎症细胞是否利用它们进入胎儿和新生儿的大脑
动物和成人模型中的机制?

感染
(i)哪些白细胞群和哪些特定的促炎细胞因子是脑损伤的主要触发因素
早产儿?
 (ii) What is the origin and the role of proteins differentially expressed in amniotic fluid associated with chronic
蛋白质组学分析检测到羊膜炎症病例与急性胆小炎症相比?
(iii)小胶质细胞IL-1的作用β信号转导和TIMP表达在围产期脑炎症和修复中的作用?
(iv) lps激活的小胶质细胞损伤导致PVL的机制是什么?

脑瘫
(i)炎症细胞因子在发生慢性胰腺炎的早产儿中有什么作用?
 (ii) To what extent does an altered inflammatory response and persistent neuroinflammation originating in the perinatal period
在pvl诱发的早产儿CP中发挥长期作用?

细胞因子的双重作用
(i)哪些变量决定了细胞因子的神经保护和神经炎症特性(例如,时间、类型、位置和
受伤的时间)?

细胞因子和遗传易感性围产期脑损伤
(i)哪些细胞因子基因多态性易导致慢性胰腺炎?
 (ii) How do cytokine gene polymorphisms interact with perinatal infections to cause CP?

围产期脑损伤的细胞因子的生物标志物
 (i) Are there accurate diagnostic, predictive, and prognostic cord blood and neonatal plasma cytokines biomarkers that reflect
CSF因子大脑内的水平或炎症事件?
(ii)是否存在与白质损伤相关的特定炎症条件的生物标志物(例如,分化)
在败血症和坏死性小肠结肠炎之间),将提供时间敏感,病原体和治疗的具体信息?

围产期脑损伤的预防和治疗
(i)哪些抗炎细胞因子和治疗将安全有效地改变细胞因子的作用
神经保护和修复?
这类处理的最佳时机是什么?

缩写:TIMP:金属蛋白酶组织抑制剂,LPS:脂多糖,PVL:脑室周围白质软化症,CP:脑性麻痹,CSF:脑脊液。

必须设计针对围产期脑损伤生物标志物的诊断细胞因子谱的未来大型动物研究必须允许在临床上有用的背景下进行评估。虽然脑损伤的新生儿啮齿动物的模型提供了有关脑损伤机制的重要信息,但也是神经保护的机制,必要的是在这些模型中学到的信息在较大的动物模型(胎儿绵羊,仔猪和非人类灵长类动物)中验证,更紧密地反映人脑发展。

例如,对于早期的医院诊断,有必要对继发于感染或细胞因子/炎症的围产期早期脑损伤进行合理的特异性和非常敏感的测试,以促进时间敏感的抗炎策略。这种研究应特别设计,以解决基于生物标志物的信息在传统评估手段(如标准化临床检查、产妇病史、危险因素评估和放射学研究)之外的增量效益。为了确定早期病情恶化的风险,可以通过在早期医院的连续测量获得额外的数据。类似地,对于功能预后,在亚急性环境下的一系列检测可能提供有用的信息。患者异质性(如遗传因素)以及围产期大脑暴露于炎症介质/细胞因子的时间、类型、程度和持续时间可能影响长期神经发育结果。新生儿缺氧缺血性脑病继发的新生儿脑病对准确的生物标志物的需求在婴儿中得到了很好的说明。超过1500名新生儿已经被纳入了使用低温疗法的随机对照试验最佳参赛标准:临床评估(Apgar评分,Sarnat或汤普森分数),实验室评估(乳酸,pH值,碱缺失)和电函数[组合153].虽然这些标准确定了一组高危新生儿,但它们的预测价值很低:未经治疗,三分之一的婴儿表现良好,没有长期神经发育后遗症,三分之二的婴儿死亡或有显著的长期神经发育损害。治疗可使结果改善约15%,但目前无法将受益的婴儿与不受益的婴儿区分开来,也无法将受益的婴儿与不治疗就能康复的婴儿区分开来。

类似地,一种单一生物标志物(例如细胞因子)不太可能足够坚固,以具有临床效用,以引导患有围产期脑损伤的婴儿。因此,一组生物标志物将可能更有用。理想情况下,将来含有血清细胞因子水平和成像方式的未来生物标志物生物标志物将允许早期量身定制的个性化治疗策略,这将在适当的时间促进适当的患者的适当治疗。类似地,在亚急性设定中,生物标志物面板可能是有用的辅助工具与临床信息和射线照相成像相结合,以确定风险分层,以指导患有已知风险因素的患者围产期脑损伤的主要或二次预防潜在脑损伤的侵袭性。

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