新生儿缺氧缺血性脑病（hypoxic-ischemic encephalopathy, HIE）是临近分娩和/或产程中的特殊事件造成胎儿或新生儿生后缺氧导致的急性缺氧缺血性脑损伤，有明确的宫内窘迫或出生时窒息病史，临床特征包括新生儿运动能力低下、意识障碍、癫痫、语言障碍或智力落后等，严重时可致新生儿死亡[1]。近年来，围产技术不断提高，新生儿窒息的发生率逐渐下降，但随着围产医学和儿科重症医学的发展，对新生儿脑损伤的认识和诊断水平也相应提高，缺氧引起的新生儿HIE仍然是致残和死亡的重要原因[1-2]。研究报道HIE患儿中超过50%遗留神经系统后遗症甚至死亡[3]。20世纪末，脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor, BDNF）被发现与窒息后脑损伤有关，之后逐渐用于HIE严重程度和预后的评估。随着干细胞技术的发展和后基因时代的到来，BDNF在新生儿HIE的临床应用价值成为产科和新生儿科领域的关注热点。现将BDNF在新生儿HIE中的研究进展进行综述。
1982年，德国著名神经生物学家Barde等[4]在猪脑中提取到一种可促进受损神经元修复再生的碱性小分子蛋白质，并将其命名为BDNF。同时该研究通过建立动物模型发现，BDNF主要由海马体、皮质区域的神经元细胞合成，广泛分布在骨和软骨、内分泌系统、周围神经系统和中枢神经系统等区域，少量存在于体液中，是体内含量最多的神经营养因子。也有研究指出约50%的BDNF由大脑微血管内皮细胞合成并通过自分泌的方式排出细胞外[5-6]。近年的研究再次强调了大脑微血管内皮细胞在BDNF生成过程中的地位[7-9]。神经元损伤后的修复机制复杂，尚未完全阐明。目前的研究表明，在缺氧环境下BDNF表达增多、含量明显增加，对延缓缺血缺氧后脑损伤进程、改善疾病结局起着重要作用。BDNF在神经系统发挥作用的机制主要包括：（1）BDNF与其高亲和力受体酪氨酸激酶B受体（tyrosine receptor kinase B, TrkB）特异性结合后，引起TrkB自身磷酸化，激活胞外信号调控激酶通路，参与神经元的增生、分化、成熟过程，并在神经元损伤后的修复和突触重建过程中发挥关键作用[10-11]；（2）BDNF通过抑制凋亡前蛋白、上调抗凋亡蛋白的表达阻止细胞凋亡[12]；（3）BDNF可以调节细胞膜上钙离子通道蛋白的表达影响钙离子流，减轻钙离子的超载，从而维持细胞内环境稳定[13]；（4）BDNF通过调整自由基代谢减少细胞内自由基累积、抑制谷氨酸等兴奋性氨基酸的毒性，阻断细胞凋亡程序启动，减少神经元凋亡[14]；（5）窒息时脑部发生血循环和氧输送通路重塑，促进脑血管的再建可以阻断脑损伤进程。研究显示，BDNF不仅可以作为血管生成素直接促进血管再生[15-16]，还可以刺激血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor, VEGF）释放[17]，两者协同作用可以有效促进血管再生和神经元数量增加[18-19]，修复受损脑组织。新生儿HIE的诊断，以往主要根据临床表现、影像学检查和电生理检测，但有漏诊和诊断滞后的情况，错过最佳治疗时间窗，导致预后不良。随着生物检测技术的进步，结合HIE患儿的脑脊液、血清、脐带血、羊水、尿液中分离出的肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α, TNF-α）、白细胞介素-1（interleukin-1, IL-1）、乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase, LDH）等炎症标志物判断是否有组织损伤。然而上述标志物广泛存在于全身各组织，且与损伤后炎症有明显关联，灵敏度和特异度均不高。因此，寻找新的可以有效评估新生儿HIE预后的血清学指标具有重要意义。新生儿HIE主要与胎儿期发生宫内急性或慢性缺氧有关[3,20]，发生后短时间内受损的神经元和神经胶质细胞可释放脑内特异性蛋白质进入血液或脑脊液，如泛素羧基末端水解酶L1、胶质纤维酸性蛋白、S100B蛋白、BDNF等，其表达水平与HIE患儿发病趋势、病情及预后有一定关联[21]，是新生儿HIE的潜在生物学标志物。其中BDNF是目前研究较多的、被认为可以早期判断新生儿HIE脑损伤程度的生化指标[22]，不仅对脑损伤具有较高的灵敏度和特异度，而且具有时效性、可以快速检测及动态监测等特点[10,23]。Liu等[24]发现中重度HIE患儿血BDNF水平在生后24 h、72 h、7 d较轻度组和健康儿显著升高。Stanne等[25]研究显示，发生急性脑缺血缺氧后血清低BDNF水平的患者在2和7年后出现不良结局的风险增加。Wang等[26]研究发现，低血清BDNF与脑缺血缺氧后3个月的神经功能障碍显著相关。以上研究提示BDNF水平可在一定程度上反映新生儿HIE的严重程度和预后，但目前缺乏大样本多中心的研究。另外，单个指标进行HIE的远期结局预测具有局限性[27]。为了更科学、迅速地评估HIE患儿的脑损伤程度，寻找一个或多个有效的辅助指标与BDNF联合检测具有非常重要的临床意义。1.补充外源性BDNF：21世纪初，HIE的治疗主要是对症支持疗法，包括亚低温、高压氧舱、促红细胞生成素治疗等，一定程度上可以改善中至重度HIE患儿的结局、降低病死率，但效果并不理想。考虑到BDNF/TrkB信号通路在神经元的形成与修复过程中的重要作用，提高患儿体内BDNF的含量对于延缓缺血缺氧引起的脑组织病理过程有明显作用，为BDNF用于治疗新生儿HIE提供了理论依据。俞丹[28]通过建立动物模型研究发现，外源性BDNF注入后可以通过胎盘屏障进入胎鼠体内，之后再通过胎鼠血脑屏障进入脑组织发挥保护作用，可能与缺氧环境下胎盘屏障和血脑屏障的通透性增加有关。提示严重缺氧时体内BDNF的应激性升高可能无法起到保护和修复神经元的作用，需要外源性补充BDNF达到治疗浓度。该研究基于BDNF预防宫内缺氧胎儿发展成严重的脑损伤或治疗新生儿缺氧性脑损伤的研究奠定了基础。但BDNF生物半衰期短、血脑屏障通透性差，且外周直接给药的理想时机、部位、浓度均未阐明，以上因素均会影响BDNF的利用率，导致治疗效果欠佳。因此，寻找简便高效的方法来增强内源性BDNF的合成、分泌、与受体的结合效率将是临床医生和基础研究者的共同目标。2. BDNF与干细胞联合移植：随着干细胞生物学的发展，干细胞移植治疗成为一种有效的中枢神经系统疾病的治疗方法。外源性干细胞移植入体内后，可补充受损或凋亡的脑细胞。目前研究涉及的干细胞包括骨髓间充质干细胞（bone mesenchymal stem cells, BMSCs）、脐带基质干细胞、人羊水干细胞等。因以上干细胞分化能力强、免疫原性低、可操作性高，在移植入缺氧动物模型体内后使动物脑组织的受损面积减小、损伤进程减缓、神经功能改善[29-30]。研究显示，BDNF在干细胞再生治疗中与干细胞同时移植至体内可以极大促进干细胞，主要体现在以下方面：（1）干细胞再生疗法的第一个关键步骤是使注入体内的干细胞向大脑损伤区域迁移，因此迁移在大脑修复中起着核心作用。缺氧时BDNF和其他多种神经营养因子的生理水平在24 h内均翻倍，对BMSCs向损伤部位的迁移运动具有保护作用[31]。（2）干细胞经诱导后可以向神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞等分化从而发挥细胞替代作用[29]，BDNF使干细胞的分化能力增加了2~3倍[32]。（3）BDNF可以介导并调节BMSCs分泌轴突生长所需的生物因子，加快轴突生长速率，进一步促进神经元的修复[33]。（4）BDNF可以增强干细胞在小鼠体内的细胞活性，提高细胞的存活率[31]。（5）BMSCs在缺氧环境下可以合成分泌大量BDNF[34-35]，BDNF又有促进干细胞的作用，两者相互影响、协同作用。3. BDNF转基因干细胞：BDNF与干细胞在改善脑损伤方面具有相辅相成的作用。有研究使用重组腺相关病毒[36]或慢病毒载体[37]进行基因转载将BDNF基因输送至干细胞内，将转基因干细胞应用在大鼠模型中，重组干细胞可大量分泌BDNF靶向作用于神经损伤区域，促进神经元的修复与再生。也有研究利用非病毒载体介导BDNF基因的转移。Liu等[38]利用质粒载体将BDNF基因转载至BMSCs，酶联免疫反应结果显示转染的BMSCs比未转染的BMSCs分泌更多BDNF，之后通过免疫细胞化学和实时逆转录聚合酶链反应分析，与未转染的BMSCs相比，转染后的BDNF-BMSCs有更高的增殖、分化能力。Li等[39]应用脂质体介导的基因转染技术制备BDNF转基因间充质干细胞，发现与未转染的间充质干细胞相比，转染后的间充质干细胞存活率提高，基因表达增强，可以有效改善损伤神经组织的修复结局。虽然基因转载至干细胞后，其分泌神经营养因子的水平明显提高，是增强神经修复与再生的有效策略，然而如何增强对环境因素敏感的干细胞的转染效率、进一步提高转基因干细胞植入体内后的存活率和基因表达，使转基因干细胞发挥最大效用，仍然是最具挑战性的课题之一。4. BDNF相关基因修饰：研究证明，BDNF会引起TrkB受体的泛素化降解[40]，导致BDNF的神经元修复作用减弱。为解决这个问题，Osborne等[41]通过体外基因设计，实现了可以编码BDNF配体和TrkB受体的新基因序列，同时产生BDNF和TrkB受体2种成熟的蛋白质。但目前这种新型基因结构在动物模型中的有效性，以及未来进入人类临床研究的安全性尚不可知，需要更多的前瞻性研究验证。通过敲除小鼠BDNF反义RNA（BDNF-antisense RNA, BDNF-asRNA）探索新的治疗方案，BDNF-asRNA与BDNF信使RNA（BDNF-messenger RNA, BDNF-mRNA）特异性结合后限制BDNF的过度表达，敲除后小鼠在缺氧缺血环境下脑组织内的BDNF含量明显升高[42-43]。这种基因修饰的方法可能为新生儿HIE或者其他脑疾病提供了新的治疗途径。5.甲状腺激素促进内源性BDNF合成：甲状腺激素在神经系统的发育成熟过程中至关重要，是促进神经元生长、迁移、突触和髓鞘形成所必需的激素。因此外源性补充甲状腺激素在HIE的神经修复过程中是否起作用、与BDNF/TrkB通路是否有关联也成为学者所关注的问题。经检索，未找到甲状腺激素用于治疗新生儿HIE的文献报道，大多为动物实验研究，均显示甲状腺激素可以促进BDNF的合成，促进损伤的脑组织修复。Mokhtari等[44]通过闭塞大脑中动脉（middle cerebral artery occlusion, MCAo）建立缺血性脑卒中大鼠模型，分别测定对照组、假手术组、MCAo组、MCAo+三碘甲状腺原氨酸（triiodothyronine, T3）组的BDNF mRNA水平和蛋白浓度，并通过水迷宫实验对不同组别大鼠的学习记忆能力进行评分，结果显示与其他组相比，MCAo+T3组大鼠的BDNF mRNA水平及蛋白浓度显著升高，且学习记忆评分高于MCAo组，提示T3可以通过增强BDNF的表达改善神经系统功能。Hung等[45]通过动物实验发现，甲状腺激素可以通过上调BDNF的表达来调控BDNF-TrkB信号通路，减弱缺血缺氧引起的脑损伤。韦春珠等[46]的研究显示，在创伤性脑损伤大鼠模型中，BDNF的表达对甲状腺激素干预具有时间和剂量依赖性，给予中、高剂量的甲状腺激素后，脑组织BDNF表达明显增加，在伤后3 d内持续上升并达到高峰，而低剂量的甲状腺激素干预几乎未见效果，那么甲状腺激素用于HIE的治疗效果与剂量的关系是否也相似，需要更多的研究。另外，由于甲状腺激素生理作用广泛，研究外源性甲状腺激素在神经系统损伤性疾病中的治疗作用时，也要考虑到其在体内累积剂量过高可能引起的不良反应。随着对缺血缺氧后脑组织损伤的病理生理过程认识的不断深入，BDNF在神经元修复中作用机制也在持续探索，为新生儿HIE在内的各种围产期脑损伤的治疗提供了许多新的靶点。随着后基因时代的到来，通过修饰BDNF相关基因或者移植BDNF转基因干细胞，将在更大程度上实现神经系统功能的改善甚至恢复。但目前的研究多是建立动物模型完成的临床前试验，将基于BDNF的干预措施用于患者使其发挥临床效用仍需要更多的研究验证。
