膽紅素對新生兒腦組織損傷及其早期監測的研究進展
綜述
作者：杜宜洋 陰懷清
[摘要] 新生兒高膽紅素血症是新生兒期常見的病理狀態之一，嚴重者可因並發膽紅素腦病，造成嚴重的腦組織損傷，從而導致神經係統後遺症，甚至新生兒死亡。因此本文就膽紅素的理化性質、對新生兒腦組織損傷及其早期監測進行簡要總結，以提高人們對膽紅素的認識，並為新生兒高膽紅素血症在臨床中的治療及膽紅素腦病發生率的降低提供一定理論依據。
[關鍵詞] 新生兒；腦組織；膽紅素；早期檢測
[中圖分類號] R445.2 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-9701（2015）20-0157-04
Study progress of bilirubin in neonatal brain tissue injury and its early monitoring
DU Yiyang1 YIN Huaiqing2
1.Shanxi Medical University，Shanxi，Taiyuan 030001，China；2.Department of Pediatrics，the First Affiliated Hospital of Shanxi Medical University，Shanxi，Taiyuan 030001，China
[Abstract] Neonatal hyperbilirubinemia is one of the commonly seen pathological status in neonatal period. The severe case may lead to severe brain tissue injury due to the complication of bilirubin encephalopathy， and thus induce sequelae of nervous system and even cause neonatal death. Therefore， this paper aims to briefly summarize neonatal brain tissue injury and its early monitoring based on the physical and chemical characters of bilirubin， so as to improve people's understanding of bilirubin， and provide certain theoretical evidences for clinical treatment of neonatal hyperbilirubinemia and reduction of incidence rate of bilirubin encephalopathy.
[Key words] Newborns； Brain tissue； Bilirubin； Early monitoring
新生兒高膽紅素血症（hyperbilirubinemia of newborn）是新生兒期中常見的病理狀態之一，約出現在60%～85%的新生兒中[1]，多由於胎兒紅細胞的壽命短及肝髒清除膽紅素功能不成熟而引起[2]，嚴重者可因並發膽紅素腦病（bilirubin encephalopathy）造成不可逆的腦損傷（brain injury，BI），從而導致神經係統後遺症，甚至新生兒死亡，嚴重威脅新生兒的健康，給家庭和社會帶來巨大的負擔。因此，本文就膽紅素對腦組織的損傷及其早期監測進行綜述，對防治膽紅素腦病及後遺症的發生具有一定意義。
1 膽紅素的理化性質
膽紅素是血紅素的一種代謝產物，其主要來源於紅細胞血紅蛋白的分解代謝和肌紅蛋白及細胞色素等的破壞降解，其主要是在肝髒被清除。膽紅素的分類方法有兩種，第一為重氮法，將膽紅素分為直接膽紅素和間接膽紅素。第二為液相色譜分析法，將膽紅素分為非結合膽紅素（unconjugated Bilirubin，UCB），也稱α膽紅素或遊離膽紅素；結合膽紅素（conjugated bilirubin，CB）是由β膽紅素和γ膽紅素組成的；δ膽紅素，又稱delta膽紅素[3]。
新生兒生理性膽紅素升高對機體有一定的保護作用，但病理性膽紅素升高會產生毒害作用[4]。具有親脂性的遊離膽紅素可以通過被動擴散的方式進入到細胞內。80%的遊離膽紅素在pH=7.4、水中的溶解度為70 g/100 gH2O的條件下常以有毒性的二價酸（BH2）形式存在，因此極易通過血腦屏障進入到神經細胞中[5]，從而產生毒性作用損傷神經細胞。
UCB及其白蛋白聯結複合物在一些病理狀態下，如未成熟兒、足月兒缺氧、腦膜炎、敗血症等，易通過受損的血腦屏障（blood-brain-barrier，BBB）後與神經細胞膜的極性基團結合；最終在神經細胞膜中沉積引起不可逆的腦損傷，甚至永久性神經係統後遺症[6]。
2 膽紅素對腦組織的損傷
2.1膽紅素與血腦屏障
血腦屏障是分布在血液和腦組織間的一種動態屏障，由腦毛細血管內皮細胞、基膜和神經膠質膜構成，保護神經組織免受損傷，維持腦組織內環境的相對穩定[7]。
腦微血管內皮細胞（BMEC）具有獨特性能，被認為是血腦屏障的主要成分，它們通過特殊的傳入和傳出運輸係統調節血液中各種物質的通過[8]。Cardoso等[9]研究顯示，暴露於UCB的腦微血管內皮細胞中內皮型一氧化碳合酶含量升高，亞硝酸鹽代謝產物的增加，並釋放細胞因子（如VEGF、IL-6），表明其發生了亞硝基化應激反應。一氧化碳和細胞因子均會增加血腦屏障的通透性。該研究還觀察到與對照組細胞相比，暴露於膽紅素的BMEC中線粒體腫脹明顯，表明線粒體功能受損；BMEC細胞膜上β-鏈蛋白的分布發生變化，從而改變了細胞的通透性[10-12]。BBB完整性的破壞、通透性的改變可致白蛋白等大分子物質進入腦組織，使與之結合的膽紅素更多地進入腦中發揮神經毒性。
2.2 膽紅素與腦組織
膽紅素對腦組織的損傷主要通過聚集、結合、沉積等步驟，其中聚集和結合對腦組織的損傷具有可逆性。Shapiro SM等[13]的研究表明，UCB的神經係統毒性取決於以下因素：細胞類型、發育階段、不同物種、暴露時間及濃度等。有學者發現，在膽紅素作用下，海馬及紋狀體處腦微血管內皮細胞VEGF和 VEGFR-2表達增加，血管內皮細胞增殖並發生遷移形成較多未成熟的血管，白蛋白等大分子物質外滲，促進腦水腫的發生，增加膽紅素的滲出，與白蛋白結合的膽紅素更易停留在腦組織中[14]。
進入腦組織後的膽紅素對神經細胞的損傷作用主要是通過壞死和凋亡的途徑。在損傷早期，膽紅素誘發細胞死亡的重要方式是凋亡，損傷後期的特征為突出的神經元缺失及反應性星形膠質細胞增多或壞死[15-16]。王曉麗等[17]通過使用6種不同膽紅素劑量建立高膽紅素血症及膽紅素腦病模型後發現，使用HE、尼氏染色方法可看出，各組大鼠大腦皮層及海馬等不同部位的神經元數量隨著膽紅素注射劑量的增加而逐漸減少，並出現細胞腫脹、結構紊亂，甚至核固縮、碎裂、溶解等，部分細胞呈嗜酸性變；隨著膽紅素沉積的顆粒在腦組織中逐漸增多，神經元也出現不同程度的凋亡與壞死。
膽紅素引起細胞凋亡的機製涉及線粒體功能障礙、Ca2+超載、某些信號通路激活等環節。當高膽紅素血症時，神經細胞膜上的Na+-K+-ATP酶活性被抑製，從而打破了細胞內外的離子梯度平衡，使細胞出現水腫、呈嗜酸性變甚至出現核凹陷和線粒體腫脹。有研究用不同濃度膽紅素幹預發育中的大鼠腦組織神經細胞，將其分離培養，發現其線粒體腫脹、線粒體膜受損，通透性增加，細胞色素C被廣泛地釋放並聚集在細胞液中[18]，半胱氨酰天冬氨酸特異性蛋白（Caspase）被激活且其底物二磷酸腺苷核糖聚合酶降解，引起細胞凋亡的發生。多功能鈣和鈣調蛋白依賴的蛋白激酶Ⅱ是一種重要酶，它可調控神經遞質的合成和釋放、基因的表達，膽紅素可以通過改變鈣調蛋白激酶Ⅱ，改變細胞內鈣的調節，從而改變神經細胞功能[19]。