心脏病如何影响脑发育

心脏手术后的婴儿。照片来源:阿拉米股票照片

许多儿童患有先天性心脏病，这是美国最常见的出生缺陷之一。这些儿童不仅有心脏功能障碍，而且容易出现中枢神经系统功能障碍，如行为、思维和学习障碍。现在，研究人员首次揭示了心脏畸形引起的脑缺氧如何阻碍新生儿的大脑发育。这为潜在疗法的发展铺平了道路，这些疗法可以在婴儿出生前使用。

波士顿儿童医院的儿童神经学家凯特琳·罗林斯(Caitlin Rollins)认为，这一结果非常令人兴奋，并为理解脑损伤的分子和细胞机制提供了思路，这将有助于为孕妇开发阻断病理过程的药物。

由于心功能不全，冠心病患者氧向脑的转运效率降低，氧不能满足胎脑的基本需求，导致脑缺氧。脑缺氧是脑损伤的主要原因，因此核磁共振成像可用于检测3月胎龄的胎儿脑异常，而常规超声可用于检测心脏异常。但是直到最近，科学家仍然不知道胎儿大脑发育障碍的细胞学基础。

华盛顿国家儿童健康系统的科学家让小猪处于低氧状态。结果表明，冠心病后动物脑病变的病理类型与人类一致。小猪出生两天后，研究人员给动物注射了荧光细胞标记物，这种标记物可以标记大脑心室下区域的细胞。哺乳动物新生儿脑室下区是最大的神经干细胞聚集区，干细胞从这里迁移到多个脑区并分化成各种类型的神经组织细胞。

之后，研究人员给动物10.5%的氧气，这大约是空气中氧气浓度(21%)的一半。在出生后14天，研究人员分析了这些动物的脑组织。对照组动物持续呼吸正常空气，其他操作相同。此外，研究人员对出生后0~36天内死于冠心病的4名儿童和死于其他原因的5名儿童的脑组织进行了比较研究。

结果表明，猪脑室下区神经干细胞产生的神经元在出生一周后迁移到前额叶皮层。这篇研究论文最近发表在科学转化医学杂志上。在人脑中，前额叶皮层主要负责高级思维。这些细胞主要分化为中间神经元，通常是抑制性神经元，可以抑制兴奋性神经元。兴奋和抑制之间的平衡是正常实现高级大脑功能的重要前提，如做出判断、综合事实和解决问题。

持续缺氧时，大脑室下区的神经干细胞受到严重损伤，前额皮质神经元和中间神经元的数量显著减少。他们的大脑体积和重量明显小于对照组，大脑皮层表面的皱纹也明显小于对照组。然而，在人类儿童中，与死于其他原因的儿童相比，死于冠心病的儿童的大脑也显示出脑室下区域神经干细胞数量的减少，以及脑重量和皮质灰质的显著减少。

科学家说，事实上，新生儿的大脑在出生后几周内仍在发育，这为治疗该疾病提供了一个重要的机会。参与这项研究的心脏外科专家理查德·乔纳斯(Richard Jonas)表示，神经元在出生后仍能继续发育，为冠心病儿童脑损伤的早期治疗提供了细胞学基础。

尽管这一发现不能立即转化为临床应用，但它也让儿科和心脏外科医生兴奋不已。加拿大多伦多儿科医院的儿科神经学家史蒂芬·米勒认为这是临床应用的第一步。将来，可以努力刺激心室下区域产生更多的新神经元，以补充患有冠心病的儿童的神经元不足。

这项研究也有一些缺点。这种猪模型不能反映人类心脏病患者的真实情况和子宫内缺氧的过程，只能代表出生后的缺氧。旧金山加利福尼亚大学的神经科学家阿诺德·克里格斯坦也认为，仅仅减少中间抑制神经元不足以解释大脑体积和皮层褶皱的减少。"中间抑制神经元可能只是故事的一部分，而不是全部."他说。(张张编)

中国科学新闻(2017-02-13，第三版国际版)