早产儿脑病（EoP）神经病理学图景的演变：从局灶性损伤到多细胞及环路层面的发育成熟障碍

《Brain Sciences》：From Lesion to Dysmaturation: The Evolving Neuropathological Landscape of Encephalopathy of Prematurity

　　

早产儿脑病（EoP）是一种复杂的神经发育障碍，涵盖早产儿的脑损伤与脑发育成熟障碍，在过去数十年间经历了重大的概念转变。早期的神经病理学研究强调局灶性囊性PVL，而当代队列主要呈现为弥漫性白质损伤（DWMI）。DWMI的标志性特征包括由少突胶质细胞（OL）谱系细胞分化失败所驱动的髓鞘化低下或髓鞘化延迟，并伴有轴索病变和反应性胶质增生。近期的研究认识已将这一框架拓展至孤立性白质异常之外，证实了神经元、胶质细胞及神经环路在白质与灰质结构中广泛的发育成熟障碍。在细胞与分子层面，弥漫性损伤的基础在于前少突胶质细胞（pre-OLs）对氧化应激、兴奋性毒性及促炎级联反应的选择易感性，其导致分化停滞与持续性髓鞘化低下，而非祖细胞耗竭。与此同时，活化的小胶质细胞与星形胶质细胞与上述氧化、兴奋性毒性及炎症通路相互作用，导致树突分枝形成、中间神经元迁移及突触修剪的破坏，进而损害神经环路组装。因此，EoP日益被理解为一种多因素神经发育障碍，由破坏性损伤、发育性成熟障碍、代偿性神经可塑性与内源性修复之间的动态相互作用所塑造。这些机制性认识为治疗开发提供了关键启示。虽然传统神经保护与神经修复策略仍属必要，但靶向抑制性信号与细胞外基质屏障以促进OL分化与髓鞘化，同时通过多模式干预（如肠-脑轴调控与环境丰富化）促进神经可塑性，为改善功能结局提供了前所未有的机会。

引言部分指出，全球每年约10%的婴儿为早产（胎龄小于37周），早产仍是新生儿死亡与发病的首位原因，存活者主要负担为影响感觉、运动、认知、注意、社会情绪与行为领域的神经发育障碍。早产儿脑损伤最初于20世纪60年代被描述为囊性脑室周围白质损伤（WMI），即经典的脑室周围白质软化（PVL）。随着新生儿重症监护的进步，大囊性白质病变日益少见，弥漫性白质损伤（DWMI）成为主要形式，其以弥漫性胶质增生、散在细胞损伤、轴索病变、少突胶质细胞（OL）谱系发育成熟障碍及髓鞘化延迟为特征。近期神经影像研究显示，除白质病理外，白质与灰质结构均存在广泛发育成熟障碍，并与存活婴儿的高级认知缺陷相关。据此引入早产儿脑病（EoP）概念，将脑发育成熟障碍置于该障碍的核心神经病理基础。这一从破坏性细胞与组织丢失向以发育成熟障碍为中心的观念转变，源于发育神经生物学的进展与早产临床格局的演变，其核心在于认识到损伤后果本质上由早产脑的发育状态所塑造。

在"早产儿脑损伤的历史视角"部分，2.1"以病灶为中心的时代"回顾了Banker与Larroche于1962年描述的PVL，即侧脑室周围白质的坏死性病变，由凝固性坏死伴周围胶质增生构成，可演变为囊肿、胶质瘢痕、白质丢失及脑室扩大或室壁变形。经典PVL范式确立了局灶性白质坏死与脑性瘫痪的强关联，数十年来治疗开发集中于明确坏死性白质损伤的血管、缺氧缺血、炎症及细胞机制并防止明显的组织破坏。2.2"弥漫性白质损伤时代"指出，至21世纪初已明确早产儿WMI不再主要呈典型囊性PVL，而表现为更细微的非囊性病变，这反映了极早产（<32周）与超早产（<28周）婴儿存活率的显著提高以及磁共振成像（MRI）尤其是弥散加权技术的进步。基于尸检组织学研究，DWMI以微胶质增生与星形胶质增生、散在退变细胞、轴索病变、前少突胶质细胞（pre-OL）选择易感性、少突胶质祖细胞（OPC）分化停滞、髓鞘化低下或延迟为特征。DWMI模型成为机制研究与以促进OL分化及髓鞘再生为目标的治疗开发的核心框架。2.3"以发育成熟障碍为中心的时代"介绍了系列与定量MRI、功能MRI、弥散张量成像（DTI）及磁共振波谱（MRS）等现代神经影像工具的应用，发现大脑皮质、丘脑、基底节及小脑等多个脑区存在常规成像难以检出的异常成熟事件；弥散MRI显示白质各向异性分数广泛降低，提示微结构发育异常。尸检研究记录到中间神经元发育破坏及树突与突触发育成熟障碍，而鲜有 overt 细胞死亡的证据。这些证据支持将早产脑损伤视为超越OL-轴索单位的复杂发育成熟障碍，即EoP概念，其涵盖白质与灰质、胶质增生、OL分化停滞与髓鞘化低下、神经元与中间神经元发育成熟障碍、皮质微结构改变及深部灰质生长受损，且发育成熟障碍可继发于WMI，也可在无明显WMI时作为原发性发育紊乱出现。

在"从整合系统视角看EoP的神经病理学"部分，3.1"发育依赖的细胞易感性"阐明神经模式形成、神经发生、胶质发生、轴索生长、突触发生、环路成熟与髓鞘化等发育程序按时间有序、部分重叠且具区域特异性的方式展开，每种谱系与发育状态由不同分子程序支撑，从而赋予对炎症、缺氧缺血、代谢应激及兴奋性毒性等常见环境应激的差异易感性。OL谱系进展由Notch与Wnt/β-catenin等相互关联的转录网络精确调控，pre-OLs或晚期祖细胞是早产儿中的主要群体，对肿瘤坏死因子-α（TNFα）及缺氧缺血尤为易感，这至少部分归因于抗氧化剂、Ca²⁺通透性AMPA与海人藻酸受体及促/抗凋亡蛋白在OL谱系中的差异表达。神经元同样表现出发育阶段依赖的缺氧缺血与兴奋性毒性易感性，神经干细胞一般较具耐受性，而未成熟神经元对急性损伤更易感，且未成熟与成熟神经元对代谢衰竭及谷氨酸介导损伤的易感性存在区域差异。3.2"OL分化阻滞与髓鞘化失败"指出该核心病理特征主要由内源性抑制性信号通路汇聚激活及慢性炎症、氧化应激与细胞外基质（ECM）重塑构成的敌意微环境驱动。反应性星形胶质细胞通过释放内皮素-1诱导Jagged-1表达并激活Notch信号，其分泌的骨形态发生蛋白-4（BMP4）与OPC中的Wnt/β-catenin通路协同作用；正常发育中这些通路作为"刹车"防止OL过早分化，而在EoP发病中被重新激活并高水平表达，导致OL分化阻滞与髓鞘化障碍。炎症细胞因子（TNFα、IL-1β、IL-6、IL-17及TGFβ1）主要来源于活化的小胶质细胞与星形胶质细胞，血脑屏障（BBB）受损时亦来自外周免疫系统，其通过NFκB、P38MAPK、ERK1/2及PI3K/Akt/mTOR通路干扰OL发育。此外，LINGO-1、Jagged-1及多唾液酸化神经细胞黏附分子（PSA-NCAM）等轴索表面蛋白在发育中作为允许性信号，损伤后持续上调，构成涉及OL与神经元的复杂调控网络；反应性星形胶质细胞还促进高分子量透明质酸（HA）及硫酸软骨素蛋白聚糖在ECM中积聚，形成干扰OPC募集、迁移与分化的生化与物理屏障。3.3"超越细胞死亡：神经元、突触与环路发育成熟障碍"指出，现代EoP队列在白质与灰质均表现出更广泛的发育成熟障碍事件，涉及OL、神经元、树突与突触发育破坏及皮质微结构改变；板下神经元的紊乱在实验与临床研究中均有充分记录，其在妊娠晚期对轴索导向与皮质分层至关重要。EoP主要表现为认知与行为问题，与孤独症谱系障碍（ASD）及注意缺陷多动障碍（ADHD）存在重叠，提示兴奋/抑制性神经传递破坏等共享机制；尸检分析显示WMI早产儿大脑皮质钙视网膜蛋白阳性中间神经元显著减少及神经元分枝延迟，超早产伴脑损伤婴儿皮质上层生长抑素与钙结合蛋白阳性中间神经元显著减少。现代EoP亦日益被理解为影响网络连接与皮质微结构构筑的全局性突触病变，围产期 insult 可在神经元死亡有限时破坏环路组装，实验显示炎症 insult 后皮质锥体投射神经元树突分枝与树突棘密度降低而无明显神经元丢失，与EoP婴儿在无明显组织丢失或空洞形成时出现微结构改变相一致，表现为整体拓扑成熟延迟或局部网络属性改变；电生理与脑电图分析进一步揭示半球同步性破坏、小世界网络组织出现延迟及持续至后期发育的频段特异性网络异常，新生儿结构连接指标与远期运动及语言结局强相关。环路层面易感性部分归因于环路发育的长期、高度分阶段与区域异质性，小胶质细胞通过CX3CL1–CX3CR1信号等机制在神经发生与突触发生调控中发挥关键作用，其稳态扰动可改变环路组装与成熟；然而，将早期突触病变与后期网络功能障碍及行为联系起来的直接纵向证据仍然稀少。3.4"从区域互联的视角"指出灰质发育成熟障碍可在部分无明显WMI的早产队列中出现，但多数研究中灰白质异常共存并相互作用；丘脑-皮质-板下系统在妊娠中晚期尤为脆弱，早产队列中丘脑体积减小可预测皮质体积降低、额颞叶体积减小及白质微结构异常；小脑与支持认知、语言、情感及社会功能的皮质与皮质下网络相互连接，早产儿小脑体积减小与生长减慢不仅与运动控制不良相关，也与认知、语言、注意、社会情绪及行为缺陷相关。3.5"髓鞘-轴索单位与小胶质细胞的交互"阐明OL与髓鞘除促进轴索传导外还提供必要的代谢与营养支持以维持轴索完整性，而OL谱系进展与髓鞘化受轴索信号与活动依赖性神经元线索主动塑造，神经元与OL谱系细胞间直接的突触或类突触通讯进一步凸显二者关系的精细性。轴索-OL通讯受周围小胶质细胞生态位高度调控，小胶质细胞通过营养信号与吞噬作用（包括清除异常靶向的髓鞘）调节OL谱系发育与髓鞘化及髓鞘稳态；转基因清除小胶质细胞而保留其他中枢神经系统巨噬细胞的实验表明小胶质细胞并非发育性OL成熟或髓鞘包绕所必需，但对维持髓鞘结构完整性至关重要，集落刺激因子1受体（CSF1R）致死性突变导致小胶质细胞完全缺失的10月龄患者表现为癫痫、胼胝体发育不全及脑白质营养不良。这些发现支持将髓鞘化视为动态调控的多细胞过程。3.6"髓鞘化失败与环路发育成熟障碍相互交织"指出髓鞘化失败长期被视为WMI存活者神经功能障碍的主要驱动因素，但现代EoP队列更广泛复杂的神经结局可能反映环路层面的破坏。髓鞘除促进轴索传导外，还通过为轴索提供能量与代谢支持、同步锋电位时序及稳定振荡活动来优化网络效率，故髓鞘化失败可破坏轴索传导效率及发育中神经环路的时间协调与可塑性。反之，轴索病变与网络功能障碍可反向损害髓鞘化，因髓鞘形成与修复依赖轴索-胶质细胞相互作用的双向性；生理条件下神经元以活动依赖方式调控OL与髓鞘可塑性，而近期研究显示与成年动物不同，早期发育中神经元活动降低OL分化与髓鞘化，提示活动依赖性髓鞘重塑具有高度情境依赖性；神经元亦可通过旁分泌机制调控OL成熟与髓鞘化，如结节性硬化复合症（TSC）小鼠模型中神经元TSC缺失经增加神经元结缔组织生长因子（CTGF）分泌介导OL分化阻滞与髓鞘化低下。上述证据提示髓鞘化失败与神经元发育成熟障碍相互强化，但二者因果关系在EoP中仍难以确立。3.7"EoP中的BBB完整性与功能障碍"指出BBB通过调节外周循环与中枢神经系统间细胞与分子交换维持脑稳态，早产儿BBB虽传统上被认为是未成熟的，但功能性屏障在胎儿发育早期即已建立，其成熟持续至生后早期；缺氧缺血、全身炎症及颅内出血可损害发育中脑的BBB完整性，但损伤的严重程度与持续时间因 insult 性质、发育阶段及脑区而异。临床研究多集中于神经退行性疾病，围产期脑损伤后BBB功能障碍的直接证据仍稀缺，现有数据多依赖脑脊液与血清白蛋白比值及循环生物标志物等间接指标；多数用于保护BBB完整性的实验试剂具有更广泛的生物学效应，难以确定神经保护获益是否直接源于BBB保护。3.8"发育性神经可塑性：重建、适应与潜在适应不良"指出发育中脑具备依据环境输入或损伤进行适应与重建的能力，生命最初1000天是神经可塑性最强的时期；在损伤与敌意环境因素破坏的背景下，神经可塑性可被视为损伤诱导的发育轨迹重定向。围产期 insult 可触发内源性修复程序，包括腹侧室管膜下区（V-SVZ）的活跃神经发生及损伤白质内的少突胶质发生，但结构性补充并不转化为功能能力，因SVZ与海马的内源性神经发生通常短暂且数量不足，新生成的OPC与神经母细胞常因分化抑制因子升高及星形胶质增生与小胶质细胞活化驱动的反应性微环境而无法完成终末分化与髓鞘化或整合入功能性神经环路；环境丰富化可在损伤后的时间窗内通过驱动OL成熟挽救髓鞘化与行为结局。当损伤扰乱环路组装的时间序列而非仅引起直接细胞死亡时，神经可塑性可能变为过度代偿或适应不良。

在"EoP的发病机制：外周免疫输入与胶质细胞活化"部分，4.1"母体与胎盘免疫"阐明胎儿脑发育受母体-胎盘-胎儿三元调控，胎盘提供神经生长因子（NGF）、脑源性神经营养因子（BDNF）、神经营养因子-3（NT-3）、别孕烷醇酮、多巴胺及5-羟色胺等神经营养与神经调质因子，母体与胎盘来源的生理水平细胞因子（尤其IL-6与TNFα）直接调控神经干细胞增殖、命运决定、突触发生及早期小胶质细胞定植；母体免疫激活（MIA）、缺氧缺血及胎盘功能不全等产前环境风险因素可损害胎盘内分泌功能并触发炎症介质、活性氧及应激激素产生，部分通过小胶质细胞活化扰乱神经发生与突触发生的时间动力学。4.2"母体与新生儿微生物群"指出母体微生物群除调节全身免疫功能外，还通过胎盘传递微生物代谢物与免疫信号间接影响胎儿脑发育；早产与EoP相关的MIA、母体肥胖、应激及抗生素暴露等风险因素可通过调节母体微生物群组成影响胎儿发育。子代微生物组于出生时建立并在生后数月迅速成熟，与突触发生及活动依赖性环路精细化的密集期重合；微生物群-肠-脑轴主要通过下丘脑-垂体轴与迷走神经通路发挥作用，微生物代谢物亦可穿过发育中的BBB。早产儿常见的新生儿重症监护病房（NICU）暴露如感染、广谱抗生素使用、配方奶喂养及长期住院，可通过破坏肠道微生物群稳态（双歧杆菌与乳杆菌等有益共生菌耗竭、克雷伯菌及其他肠杆菌科致病共生菌扩增）驱动全身炎症、损害肠道与BBB完整性并改变代谢信号，从而促成白质与灰质发育成熟障碍；母乳喂养与早期皮肤接触等干预具有临床相关性。4.3"胶质细胞在早期脑发育中作为免疫活性细胞"阐明小胶质细胞与星形胶质细胞利用经典免疫通路编排神经发生、神经元分化与迁移、突触发生与网络发育及髓鞘化，其发育功能多由细胞因子、补体级联及Toll样受体信号介导。微胶质增生与星形胶质增生是EoP婴儿尸检脑中最可重复的组织学标志，传统上被视为经炎症通路驱动OL与神经元损伤的主要因素；鉴于其在稳态下调控正常神经发育的不可或缺作用，其活化后的致病作用可从稳态功能丧失与向促炎、氧化及兴奋性毒性表型转变的双重框架理解，但活化胶质细胞亦可能发挥清除碎片、提供营养支持及促进组织修复的有益效应，其功能后果本质上依赖情境。近年来从经典抗体形态学分析向单细胞与空间转录组学的转变揭示了反应性胶质细胞的显著表型多样性。

在"新兴治疗开发"部分，文章指出目前尚无针对EoP早产儿的靶向治疗，临床照护主要为支持性。正在进行的治疗开发集中于三条主线：促进内源性OL成熟与髓鞘化、抑制炎症与氧化应激、替代或增强受损修复细胞群。靶向抑制性经典通路及ECM组分是克服OL分化阻滞与髓鞘化失败的活跃策略，如通过基因缺失或药理学抑制剂阻断组胺H2受体以拮抗Wnt/β-catenin信号，可加速缺氧缺血后新生小鼠的pre-OL分化、髓鞘成熟及功能恢复；经间充质干细胞来源细胞外囊泡或鼻内递送表皮生长因子（EGF）抑制Notch/Jagged1信号可解除谱系阻滞并增强髓鞘碱性蛋白表达。营养因子策略包括胰岛素样生长因子-1（IGF-1）、EGF、转化生长因子-β1（TGFβ1）、胶质细胞系源性神经营养因子（GDNF）及经典神经营养素，但其大分子入脑递送仍是主要障碍。细胞替代治疗如OPC移植可在新生脑损伤动物模型中存活、迁移、分化为成熟髓鞘化OL并改善功能结局，但同样面临抑制性微环境。OL靶向治疗的成功可能依赖同时减轻炎症与氧化应激并降低分化抑制信号的联合策略，米诺环素、N-乙酰半胱氨酸（NAC）、维生素E与K及促红细胞生成素（EPO）等药物已在动物模型与临床试验中研究。此外，鉴于婴儿脑具有显著神经可塑性，优化NICU环境与经验可能成为促进脑成熟的重要治疗策略，如优化早期营养（尤其宏量营养素摄入与母乳喂养）可促进白质微结构成熟、增加灰质体积并改善认知结局，母乳中第三丰富的固体成分母乳寡糖（HMOs）可作为益生元、抗微生物诱饵及免疫调节剂塑造婴儿肠道微生物群与免疫发育；通过发育性照护项目（如NIDCAP）、父母人声暴露、抚触及积极亲子互动改善NICU体验，可利用活动依赖性神经可塑性直接对抗结构性脑发育成熟障碍，临床试验显示皮肤接触与白质微结构成熟改善正相关。在"展望"部分，文章指出未来EoP研究的重大挑战在于确立特定神经病理特征与远期神经结局间的因果关系，整合先进神经影像、空间与单细胞转录组学、环路层面功能评估及纵向神经发育评价将有助于解决这些问题；治疗方面，药理学与细胞替代方法仍至关重要，而环境丰富化等行为干预可能代表EoP临床照护的新前沿。