任 青，盧憲梅

(1.聊城市人民醫(yī)院兒科，山東 聊城 252000；2.山東大學齊魯醫(yī)院兒科，山東 濟南 250012)

促紅細胞生成素與早產兒腦白質損傷的關系研究

任 青，盧憲梅

(1.聊城市人民醫(yī)院兒科，山東 聊城 252000；2.山東大學齊魯醫(yī)院兒科，山東 濟南 250012)

早產兒腦白質損傷(WMD)是神經系統(tǒng)傷殘的主要原因之一。影像學是WMD的確診依據(jù)。目前研究認為，促紅細胞生成素(EPO)可促進早產兒腦發(fā)育并對腦損傷有保護作用。EPO腦保護的主要機制是抗凋亡、抗氧化、抗炎癥、抗驚厥和促進腦血管新生等。同時，EPO基因又存在多態(tài)性，可能與早產兒WMD的個體易感性差異相關聯(lián)。

早產兒；腦白質損傷；促紅細胞生成素；基因多態(tài)性

隨著圍產醫(yī)學的發(fā)展，早產兒成活率日益增加。報道顯示10%左右的早產兒會發(fā)生腦性癱瘓，約25%～50%的早產兒會出現(xiàn)感覺、認知和行為發(fā)育障礙。這些神經系統(tǒng)傷殘主要是腦白質損傷(white matter damage，WMD)所致[1-3]，嚴重影響兒童的健康成長和人口素質，早產兒腦性癱瘓(cerebral palsy，CP)占全都小兒CP病例的25～35%[4]。因此，探索早產兒WMD的發(fā)病機制，尋求有效的預防及治療方法備受關注，而促紅細胞生成素(erythropoietin，EPO)作為一種新的神經保護因子，逐漸被人們所認識，成為近年研究的熱點。

1 早產兒腦白質損傷的機制

1.1 早產兒腦白質損傷的病理與發(fā)病機理

WMD是早產兒腦損傷的主要形式，包括局灶型白質損傷、廣泛型白質損傷、囊性腦室周圍白質軟化(periventricular leukomalacia，PVL)，以及點狀腦白質損傷和T2加權彌漫過高信號強度(DESHI)。WMD病理特點包括腦白質凝固性壞死、少突膠質細胞損傷、髓鞘損害、軸突損傷、星形細胞反應性膠質化和小膠質細胞浸潤等[5]。目前認為早產兒WMD與早產兒腦發(fā)育不成熟、缺氧缺血和感染/炎癥反應有關[6-7]。局灶性WMD與終末區(qū)長、短穿支動脈遠端發(fā)育不成熟有關。彌漫型WMD則主要發(fā)生在個別長穿支動脈間的邊緣區(qū)或短穿支動脈終末區(qū)。早產兒腦血管自主調節(jié)能力差，處于“壓力被動性腦循環(huán)”狀態(tài)，腦血流量增加和腦血流調節(jié)受損，均易引起腦損傷。少突膠質細胞(oligodendrocytes，OLs)前體包括先祖細胞(pre-progenitor cells，PP)、早期少突膠質祖細胞(early oligodendrocyte progenitor cells，early OPC)、晚期少突膠質祖細胞(1ate oligodendrocyte progenitor cells，late OPC)，OLs易損性為成熟依賴性，不同發(fā)育階段的OLs對缺氧缺血的易損性不同，晚期OPC最為易損，但Pre-OLs成熟依賴的易損性機制還不甚清楚[8]。

OLs分化過程中，對凋亡和壞死都非常敏感。缺氧缺血和感染共同激活氧自由基攻擊、興奮性氨基酸毒性和細胞因子作用，導致OLs前體細胞死亡和凋亡，以及髓鞘發(fā)育分化障礙。氧自由基(oxygen free radical，OFR)主要攻擊pre-OLs線粒體，激活凋亡誘導因子和半胱天冬酶-3(Caspase-3)，進而導致pre-OLs凋亡[9-10]。清除OFR可減輕WMD[11]。興奮性谷氨酸毒性作用通過受體和非受體途徑介導，缺氧缺血時，NMDA及AMPA/Kainate受體所控離子通道開放，大量Ca2+內流，加重突觸后細胞內Ca2+超載，激活蛋白水解酶、磷脂酶和核酸內切酶，導致神經元變性壞死。近年發(fā)現(xiàn)多種免疫細胞和細胞因子參與了WMD的發(fā)生，宮內感染和缺血缺氧等刺激中樞神經系統(tǒng)巨噬細胞、內皮細胞、神經元、星形細胞和小膠質細胞，迅速表達高水平的腫瘤壞死因子(TNF)-α、白介素(IL)-6、IL-1β、IL-10、IL-12和趨化因子等[12-14]，有研究認為IL-6≥1.077×10-7g/L是WMD發(fā)生的獨立危險因素[15]。細胞因子增加血腦屏障的通透性，激活小膠質，并引發(fā)以小膠質為起始的級聯(lián)反應。

1.2 早產兒腦白質損傷的影像學改變

影像學是腦白質病變的唯一確診依據(jù)。頭顱超聲是診斷PVL最主要的手段。頭顱MRI則能更可靠的探測到輕中度腦白質損傷，如微小彌漫白質損傷、點狀病變和T2加權DEHSI[16]。MRI彌散加權成像(DWI)通過表觀彌散系數(shù)(ADC)值定量評估水分子的彌散程度，從而評估腦損傷程度，國內外已應用于新生兒腦白質損傷的早期診斷和識別。彌散張量成像(diffuse tensor imaging，DTI)可顯示出神經纖維的傳導通路或神經纖維束的走向、繞行、交叉及中斷、破壞等，是目前唯一可以無創(chuàng)觀察和定量腦白質纖維束的檢查方法。磁敏感加權成像(T2 Star weighted angiography，SWAN)序列是一個多回波、高分辨率的3D梯度回波序列，對出血性病變的顯示極為敏感。因此，頭顱MRI已經成為評估早產兒白質成熟和損害的一個有重要價值的工具[17]。

1.3 早產兒腦白質損傷的其他評價指標

髓鞘蛋白(MBP)反映OLs及髓鞘結構和功能。細胞因子IL-6是腦損傷的特異性標志物[18]。S100B蛋白主要分布于中樞神經系統(tǒng)和周圍神經系統(tǒng)，早產兒WMD時S100B蛋白通過細胞間隙進入腦脊液和血液，其含量變化與臨床癥狀、體征及影像學改變密切相關。神經元特異性烯醇化酶(neuron specificenolase，NSE)是糖酵解途徑的關鍵酶，可作為評判早產兒WMD的重要指標，且與神經元的損傷呈正相關。腦型肌酸激酶同工酶(CPK-BB)主要存在于大腦、小腦及垂體的膠質細胞和神經元胞質中，早產兒WMD早期CPK-BB增高程度與預后有關。

2 促紅細胞生成素對早產兒腦發(fā)育和腦損傷的保護作用

2.1 促紅細胞生成素的來源

EPO是一種含唾液酸的酸性糖蛋白，主要來源于腎臟及胚胎肝臟，EPO存在于包括腦、心臟、血管和腎臟等非造血系統(tǒng)組織中，為內源性細胞因子激素。缺氧、缺血、某些代謝異常(如低血糖)等因素與其產生相關。缺氧誘導因子、胰島素及胰島素樣生長因子、腫瘤壞死因子及γ-干擾素均可刺激某些腦細胞中EPO的產生。

2.2 促紅細胞生成素對腦的作用

EPO通過激活其受體(EPOR)而實現(xiàn)功能，EPOR分為同二聚體和異二聚體，同二聚體主要分布于前體紅細胞，異二聚體分布在神經元和神經膠質等細胞。在人類的腦組織中廣泛分布著EPO和EPOR，EPOR表達于中樞神經系統(tǒng)發(fā)育過程中的許多細胞上，包括神經祖細胞、神經元、星形膠質細胞和少突膠質細胞[19]。EPO及其受體的表達水平在早產兒腦發(fā)育和腦損傷中具有重要的作用和地位。在正常生理條件下EPO具有促使神經元增生、肥大、樹突增多、功能增強和分化良好的神經發(fā)育作用。EPO通過調節(jié)與記憶相關的神經網絡中細胞的可塑性和細胞間的連接來提高神經網絡的功能。EPO可刺激軸突再生長、神經突起形成、神經樹狀結構的生長、神經電活性及調節(jié)神經細胞內鈣離子濃度、神經遞質的合成與釋放等[20]。

EPO是一種重要的神經營養(yǎng)因子和神經保護因子，具有抗凋亡作用[21-22]，還有抗氧化、抗炎癥和促進腦血管新生的作用[23-24]。經腹或皮下注射EPO能提高新生動物或新生兒的神經行為能力[25]。應用納米級的EPO可治療鼠腦室周圍白質軟化[26]。動物實驗顯示，EPO可使O4+/GFP+少突細胞前體、NeuN+/GFP+神經元顯著增加，而GFAP+/GFP+星形膠質細胞則明顯減少[27]。EPO在哺乳動物的神經保護和神經再生功能是通過Janus-酪氨酸激酶-2(Janus kinase-2，JAK-2)、轉錄激活子-5(signal transducer and activator of transcription-5，Stat5)和核轉錄因子-κB(nuclear transcription factor κB，NF-κB)的磷酸化，以及磷酸肌醇-3-激酶(phosphoinositol-3-kinase，PI3K)、蛋白激酶B(AKT)和腦源性神經營養(yǎng)因子(brain derived neurotrophic factor，BDNF)信號通路所介導[28]。通過激活JAK-2/Stat5通路而阻止神經元凋亡；通過磷酸化NF-κB、PI3K和AKT途徑，促進抗氧化信號通路轉導激活，發(fā)揮抗氧化作用；通過PI3K/AKT依賴機制阻止興奮性神經毒性作用；通過PI3K/AKT和細胞外信號調節(jié)激酶信號轉導通路刺激血管內皮生長因子的分泌和血管生成[29]；通過增加抗凋亡基因Bcl-2，Bcl-XL表達水平，抑制促凋亡基因Bax表達，調節(jié)凋亡/抗凋亡基因的平衡和抑制Caspase激活發(fā)揮抗凋亡作用；以及抑制炎癥細胞因子，減輕炎癥反應[30]，EPO可通過抑制炎癥細胞浸潤和神經脫髓鞘來促進神經功能的恢復。此外，EPO可促進神經干細胞(neural stem cells，NSCs)的增殖和分化，還可顯著促進缺血后損傷的神經元軸突延伸，促進神經修復和再生，并有抗驚厥作用[31-32]。因此，EPO通過多種信號途徑發(fā)揮神經保護作用，是腦發(fā)育和腦損傷的重要細胞因子激素。臨床和動物試驗表明EPO具有抑制細胞凋亡、腦水腫、興奮性神經毒性、炎癥反應和氧化應激損傷等神經保護作用[24]。

3 促紅細胞生成素基因存在多態(tài)性與早產兒腦白質損傷的易感性

3.1 促紅細胞生成素基因存在多態(tài)性

研究發(fā)現(xiàn)EPO基因存在多態(tài)性。rs1617640位于EPO基因啟動子區(qū)域(轉錄起始位點上游1 125bp)，人類EPO基因位于染色體7q21上，含有5個外顯子和4個內含子，EPO由193個氨基酸序列合成，經過轉化其活性蛋白為165個氨基酸多肽，隨后發(fā)生高度糖基化，其分子量為18.4kD。其單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism，SNP)G/G基因型與EPO基因的轉錄活性及血清中EPO的水平有關。骨髓異常增生綜合征患者EPO rs1617640基因型(G/G，G/T，T/T)的分布明顯不同于對照組和白血病組[33]。糖尿病患者有3個EPO基因SNP(rs507392 CC基因型，rs1617640 GG基因型，rs551238 CC基因型)與視網膜病變相關[34]。EPO基因缺氧反應元件序列C3434T是缺氧誘導因子-1(HIF-1)與EPO結合位點，其多態(tài)性與高血壓有關，CC基因型患者血壓水平高于CT/TT基因型患者[35]。

3.2 早產兒腦白質損傷個體易感性

早產兒WMD雖然與腦組織發(fā)育不成熟、缺氧缺血和感染/炎癥反應有關，但一些極低甚至超低出生體重兒、絨毛膜炎、窒息缺氧甚或機械通氣的早產兒并未發(fā)生腦白質損傷。因此，早產兒WMD存在個體易感性差異。

3.3 以上二者可能相關聯(lián)

有研究表明，EPO基因啟動子區(qū)域rs1617640位點的單核苷酸多態(tài)性G/G基因型與EPO基因的轉錄活性及血清中EPO的水平有關，缺氧反應元件序列C3434T是HIF-1與EPO結合位點，因而這2個基因的多態(tài)性可能與腦組織EPO基因的轉錄活性及其蛋白水平有關，并影響其在神經發(fā)育和神經保護中的作用，導致早產兒WMD的發(fā)生和發(fā)展，與早產兒WMD的易損性和損傷后的轉歸存在一定的關聯(lián)性。

4 展望

作為內源性細胞因子激素的EPO對早產兒腦發(fā)育和腦損傷具有非常重要的作用，可能提高遠期神經預后。但EPO基因多態(tài)性與早產兒WMD的易感性有何關聯(lián)？闡明EPO基因多態(tài)性在早產兒WMD發(fā)生中的作用，若能從基因角度揭示早產兒WMD的易感性機制，可能為進一步探討合理應用外源性EPO防治早產兒WMD提供科學依據(jù)。

此外，由于客觀條件、倫理等限制，應用外源性EPO預防或治療早產兒WMD，相關的臨床研究較少。是否由此可能干擾內源性EPO表達水平而擾亂正常的發(fā)育模式？其次EPO誘導NSCs增殖，可能對于多能干細胞具有反饋抑制作用，以及是否會干擾正常凋亡過程而影響新生腦發(fā)育？是否會有長期應用的不良反應，如紅細胞增多、神經纖維退化、神經肌肉接頭減少及多器官退化等，以及EPO的生血管作用是否與早產兒視網膜病變的發(fā)生相關，還有待進一步研究。

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[專業(yè)責任編輯：劉黎明]

Relationship between erythropoietin and white matter damage of premature infants

REN Qing1, LU Xian-mei2

(1.DepartmentofPediatrics,LiaochengPeople’sHospital,ShandongLiaocheng252000,China;2.DepartmetnofPediatrics,QiluHospitalofShandongUniversity,ShandongJinan250012,China)

White matter damage (WMD) of premature infants is one of the significant causes leading to neurological disabilities, and imaging is the way to identify the disease. Up to now, researches have found that erythropoietin (EPO) could not only improve brain development, but have protective effect on preterm neonatal brain injury. The fundamental mechanism of EPO is its ability of inhibiting apoptosis, anti-oxidation, anti-inflammatory, anti-epilepsy, and angiogenesis. Meanwhile, there are gene polymorphisms in EPO gene, which maybe relate with the individual susceptibility difference in WMD of premature infants.

premature infants; white matter damage (WMD); erythropoietin (EPO); gene polymorphisms

2015-01-23

國家自然科學基金資助項目(11471152)

任 青(1972-)，女，副主任醫(yī)師，碩士，主要從事新生兒疾病的診療工作。

盧憲梅，教授。

10.3969/j.issn.1673-5293.2015.04.086

R725

A

1673-5293(2015)04-0893-03