妊娠期睡眠呼吸障碍中神经元损伤的脐带血生物标志物

《Scientific Reports》：Umbilical cord blood biomarkers of neuronal injury in sleep-disordered breathing during pregnancy

　　

睡眠呼吸障碍（sleep-disordered breathing, SDB）在妊娠期间可能损害胎儿发育与脑成熟。泛素C末端水解酶-L1（Ubiquitin C-terminal hydrolase-L1, UCH-L1）与胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein, GFAP）是神经元损伤与细胞应激的生物标志物，可为该背景下胎儿易损性提供见解。研究人员在85例于妊娠晚期接受医院多导睡眠监测（polysomnography, PSG）妇女的新生儿脐带血中测定了UCH-L1与GFAP浓度，评估了呼吸暂停低通气指数（apnea-hypopnea index, AHI，以及快速眼动（rapid eye movement, REM）-AHI）与夜间平均血氧饱和度（mean nocturnal oxygen saturation, mSaO2）。SDB表型（阻塞性睡眠呼吸暂停（obstructive sleep apnea, OSA）n=14；REM-OSA n=25；mSaO2 ≤95% n=31）的UCH-L1或GFAP与对照组相比无显著差异。然而，暴露于较短呼吸暂停低通气（apnea-hypopnea, AH）事件的新生儿UCH-L1水平更高，且母体AH长度与mSaO2均与所述UCH-L1浓度呈负相关。总体而言，母体SDB并未广泛与UCH-L1和GFAP水平的差异相关联。尽管如此，与非传统指标（如AH长度与mSaO2）相关的升高新生儿UCH-L1提示胎儿细胞应激，并凸显其作为神经发育风险早期生物标志物的潜力。

研究背景方面，睡眠呼吸障碍（sleep-disordered breathing, SDB）涵盖影响睡眠期间氧合与通气的多种状况，包括习惯性打鼾、上气道阻力增加、阻塞性睡眠呼吸暂停（obstructive sleep apnea, OSA）、快速眼动睡眠OSA（REM-OSA）及夜间低氧血症。妊娠诱发一系列生理与激素变化及睡眠结构改变，可能使女性易患或加重SDB。OSA在妊娠期普遍存在，可能损害母体健康，并结合间歇性缺氧与遗传及表观遗传变化，潜在影响胎儿发育。REM-OSA是一种在女性中更常见且倾向于聚集于轻度至中度总体OSA严重程度的独特表型；REM睡眠以脑代谢需求增加、交感神经系统激活增强及血流动力学变异性增大为特征，当被阻塞事件中断时，可能导致比非快速眼动（non-rapid eye movement, NREM）呼吸暂停更严重的胎儿低氧血症。REM-OSA已独立与不良心脏代谢结局、妊娠期炎症生物标志物、夜间血糖水平升高及妊娠期糖尿病（Gestational diabetes mellitus, GDM）风险增加相关，也与较低新生儿出生体重及脐带血转录组学改变相关，支持在妊娠期与传统OSA标准一并针对性研究。平均夜间血氧饱和度（mean nocturnal oxygen saturation, mSaO₂）是夜间低氧血症的替代指标，尽管多数研究关注低于90%的阈值，但新兴证据表明较高水平（如mSaO₂ ≤95%）的风险可能增加，其与成人结构性脑改变及死亡率增加相关，在孕妇中与胎儿生长受限相关。妊娠晚期尤为关键，代表称为“脑生长突增”的快速脑成熟阶段；神经发育理论提出，母体健康状况导致的正常脑成熟中断可能增加日后神经精神疾病风险。SDB在妊娠期可能影响发育中神经系统，导致神经发育受损与长期神经精神后果，但现有证据有限，需纵向研究充分了解影响。同时考虑到漏诊率高，强调早期识别与监测妊娠期SDB至关重要。近年来，除用于评估SDB的无创方法外，血清生物标志物在筛查与评估疾病严重程度方面日益受到关注；检测与SDB相关的细胞分子变化有助于减少诊断与治疗延迟，反映神经损伤的生物标志物可为评估SDB疾病负担提供途径。泛素C末端水解酶-L1（Ubiquitin C-terminal hydrolase-L1, UCH-L1）与胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein, GFAP）常用于评估创伤性脑损伤（traumatic brain injury, TBI），具有高组织特异性以支持诊断价值：UCH-L1主要在神经元表达并参与蛋白降解途径，GFAP主要在星形胶质细胞表达并贡献于星形胶质细胞骨架，这些标志物反映从神经元与轴突损伤到胶质激活的不同神经损伤方面，常与血脑屏障破坏、脑灌注改变及神经炎症相关。除轻度TBI外，UCH-L1与GFAP也有助于识别涉及缺氧或脑干功能障碍状况中的神经元损伤，并可作长期神经发育结局的预测因子。婴儿猝死综合征（Sudden infant death syndrome, SIDS）的主要病理与呼吸调节不足及觉醒机制功能障碍相关，常见于SDB；SIDS神经病理学研究揭示轻微脑干异常，如以GFAP检测的反应性胶质增生及应激诱导蛋白UCH-L1产生增加，均提示先前缺氧缺血损伤，指出SIDS与SDB间共同病理生理途径（包括脑干功能障碍与缺氧诱导的细胞应激反应），强化在母体SDB与胎儿神经发育背景下研究这些指标的必要性。脐带血含有反映胎儿暴露于不良母体状况的分子特征，其分析提供评估宫内环境及识别可能与损害胎儿氧输送的母体状况相关的早期神经生物学改变的机会；相应发现脐带血GFAP与UCH-L1水平随缺氧缺血性脑病严重程度增加而升高。基于此，研究人员旨在通过在脐带血中量化UCH-L1与GFAP这两个与细胞应激及神经炎症相关的生物标志物，探讨暴露于母体SDB（OSA、REM-OSA及mSaO₂≤95%）胎儿的潜在神经生物学改变，以洞察母体SDB对胎儿脑发育的影响。该研究发表于《Scientific Reports》。

为开展研究，研究人员从既往前瞻性研究中选取在妊娠晚期于三家西班牙大学医院（Son Espases、Araba及Miguel Servet）招募的单胎孕妇，排除既往OSA诊断、并发症妊娠（妊娠期高血压、子痫前期及其他显著产科并发症）、其他慢性疾病（糖尿病、肺、心脏或肾脏疾病）及因母胎疾病即将分娩者，最终纳入85例并在分娩时收集脐带血；所有女性在招募时于睡眠单元接受标准多导睡眠监测（polysomnography, PSG），以30秒 epoch 标准定义呼吸暂停（气流缺乏<90%至少10秒）与低通气（气流减少30%–90%至少10秒伴mSaO₂下降≥3%或最终觉醒），计算呼吸暂停低通气指数（AHI）、REM-AHI及AH长度，预设表型为OSA（AHI≥5 h^-1）、REM-OSA（REM-AHI≥5 h^-1）及夜间低氧血症（mSaO₂≤95%）；脐带血采集于EDP管，离心分离血浆并-80°C冻存，解冻后再次离心，使用Alinity平台通过免疫分析法同时评估GFAP与UCH-L1；统计分析采用Mann–Whitney U检验比较连续变量，卡方或Fisher精确检验用于分类变量，Spearman等级相关评估睡眠参数与生物标志物关系，按AH长度第50百分位数分层并开展GDM与非GDM亚组分析，以p<0.05为显著，使用SPSS 26版分析。

研究结果部分保留小标题并说明如下。研究参与者：共纳入85例孕妇，中位年龄36岁，孕前体重指数（body mass index, BMI）为22.9（20.9–26.8）kg/m²，肥胖（BMI>30 kg/m²）6例（7.1%），29.4%为孕前吸烟者；按AHI分为OSA 14例、REM-OSA 25例、AHI<5 h^-1 71例及REM-AHI<5 h^-1 60例，31例女性mSaO₂≤95%；OSA女性孕前BMI高于非OSA，体重更重且肥胖比例更高（21.4% vs 4.2%），AHI≥5 h^-1及mSaO₂≤95%女性总睡眠时间更短、N3睡眠比例更高、N1–N2睡眠比例更低，REM-OSA女性觉醒指数显著高于REM-AHI<5 h^-1，OSA、REM-OSA及mSaO₂≤95%参与者夜间氧合指标（最低SaO₂、氧减饱和指数（desaturation oxygen index, ODI）及SaO₂<90%睡眠时间占比（CT90%））更差；AH长度第50百分位数为18.8秒，夜间mSaO₂在AH长度百分位<50时显著更低，但按AH长度第50百分位数分层的孕妇一般特征、其余PSG参数及睡眠症状无显著差异。OSA与妊娠及新生儿结局：新生儿胎龄及1分钟与5分钟Apgar评分各组间总体相似，但REM-OSA女性新生儿出生体重与出生体重百分位数中位数更低。GFAP与UCH-L1脐带血浓度：依据母体SDB（OSA、REM-OSA或mSaO₂ ≤95%）的GFAP或UCH-L1脐带血水平无显著差异；尽管差异未达统计显著，REM-OSA女性GFAP浓度高于无REM睡眠相关OSA者（194.2（130.4–279.6）vs 163.7（109.6–237.3）pg/mL，p=0.12）；然而，来自AH持续时间较短（AH长度百分位<50）女性的新生儿脐带血UCH-L1水平显著更高；限于非GDM妊娠的亚分析显示，AH长度百分位<50分类女性UCH-L1浓度显著更高，且mSaO₂≤95%时UCH-L1水平亦更高，GDM组分析未发现差异；所有参与者双变量分析显示脐带血UCH-L1浓度与AH长度及mSaO₂呈显著负相关（Rho ?0.31与?0.25），UCH-L1与其他睡眠参数（AHI、REM-AHI、最低SaO₂、CT90%、氧减饱和指数）无显著关联，GFAP水平与PSG变量亦无显著关联。

讨论部分总结：研究人员在暴露于SDB的妊娠脐带血中评估神经元损伤生物标志物以评价其是否反映早期神经应激；GFAP与UCH-L1水平在母体SDB新生儿与非SDB妊娠新生儿间无显著差异，但脐带血UCH-L1水平在AH持续时间较短女性中显著更高，并与AH长度及mSaO₂呈负相关；此外在非GDM妊娠亚分析中，母体mSaO₂≤95%及AH长度百分位<50者UCH-L1水平升高，表明尽管妊娠期SDB可能未广泛诱导可检测的胎儿星形胶质或神经元应激，AH长度可能代表胎儿细胞应激（表现为UCH-L1升高）的特定触发因素。母体SDB（含OSA）在孕妇中普遍，其与不良产科结局（如宫内生长受限、子痫前期、早产及胎儿窘迫紧急分娩）的关联已确立，但SDB导致负面结局的机制尚不清楚；母体缺氧与氧化应激可能损害胎盘功能，导致间歇性胎儿低氧血症及炎症与血液学途径激活，这对解释包括UCH-L1与GFAP在内的胎儿生物标志物改变至关重要。UCH-L1是高度丰富的可溶性神经元蛋白，在蛋白降解与细胞内应激适应中起关键作用，广泛用于急性脑损伤生物标志物；GFAP主要在星形胶质细胞表达的中间丝蛋白，被视为结构神经元损伤更特异的指标；这些生物标志物改变见于多种神经发育状况（缺氧缺血性脑病（hypoxic-ischemic encephalopathy, HIE）、新生儿脓毒症相关脑病、新生儿脑损伤、SIDS及TBI）。脑损伤是致神经发育损害的多种因素非特异神经损伤结果，早期检测常受神经影像与神经生理技术复杂性与可及性限制；UCH-L1与GFAP等血清生物标志物为评估新生儿脑损伤提供快速可及替代方案，HIE新生儿UCH-L1升高与不良神经发育结局相关，新生儿模型证据支持其在检测脑损伤与分层严重程度的作用，对早期诊断、靶向干预及改善长期结局具潜在意义；尽管这些生物标志物在急性状况（如TBI）呈快速峰降动力学，其在妊娠期OSA的行为可能反映慢性间歇性缺氧而非单次急性损伤，这一脆弱发育窗口的延长暴露可能导致累积性胎儿损伤。越来越多证据表明AH事件持续时间与严重程度可能比总体频率在决定胎儿与母体应激反应中更关键；既往研究显示较短AH事件女性母体与脐带血蛋白羰基水平更高、夜间氧饱和度更低，提示短暂但反复缺氧发作可触发急性氧化应激反应，与当前观察到暴露于相对轻度母体缺氧与较短呼吸暂停持续时间的胎儿UCH-L1升高一致，支持胎儿神经细胞对较短呼吸阻塞事件更敏感的观点；因此尽管传统指标AHI具信息性，阻塞事件持续时间与低氧血症可能更好反映妊娠期OSA对胎儿细胞应激的生物学影响。本研究人群主要表现为轻度OSA，mSaO₂为96%（95–97），故使用mSaO₂≤95%作为夜间低氧血症指标；尽管该阈值在成人通常视为正常范围，甚至轻度夜间低氧血症可能与不良结局相关；既往成人研究显示mSaO₂（而非AHI或ODI）与海马、丘脑、壳核及额叶皮层等缺氧敏感区结构性脑改变更强相关，大面积队列研究显示SaO₂<95%睡眠时间百分比独立预测全因死亡率；近期孕妇研究显示即使轻度低氧血症可能损害胎儿发育，母体mSaO₂为94–95%可独立预测胎儿生长受限；本研究根据mSaO₂阈值95%的差异性脐带血UCH-L1表达进一步强调夜间低氧血症（即使轻中度）作为神经应激决定因素的重要性，其负面影响可能强于间歇缺氧或去饱和事件数量本身。动物模型显示SDB诱导神经炎症、小胶质细胞激活、氧化应激、神经元损伤及突触可塑性受损；儿童SDB与记忆缺陷及认知功能障碍相关，并显示与A及夜间低氧血症标志物的剂量依赖关系；成人研究受人体测量、睡眠研究类型及记忆评估方法异质性限制而有限，但SDB与工作记忆损害显著相关，中枢神经系统结构改变与低氧血症及睡眠片段化相关，且持续气道正压可改善这些改变；成人OSA中GFAP及其他神经元应激标志物（如c-Fos蛋白）较对照显著升高，并与间歇性缺氧及AHI相关。REM-OSA在儿童中相对常见并与记忆巩固损害相关；妊娠期REM-OSA与较低出生体重及脐带血差异基因表达相关，提示对胎儿发育的不利影响；本研究一致观察到REM-OSA母亲新生儿出生体重更低，REM睡眠以高脑活动、交感激活及心率变异性为特征，结合阻塞呼吸事件的缺氧发作与血流动力学不稳定，可能使胎儿脑尤其易受OSA影响；值得注意的是脐带血GFAP水平在REM-OSA病例中更高，尽管差异未达统计显著（可能因统计效能有限），但可能提示REM-OSA对星形胶质损伤的特异性影响。宫内暴露于GDM与神经发育障碍风险增加相关，也与神经元活动及脑白质发育改变相关，证据支持GDM暴露后代存在胶质增生与神经炎症改变；但此背景下UCH-L1与GFAP作为生物标志物的差异表达尚未研究；本分析中排除GDM人群后夜间低氧血症差异显著，可能解释为GDM中神经元损伤标志物可能已升高，从而掩盖SDB对这些生物标志物的额外影响。据研究人员所知，这是首项使用自动化Alinity平台（较传统ELISA重现性与敏感性改善）定量母体SDB诊断母亲脐带血UCH-L1与GFAP的研究；临床角度看，脐带血UCH-L1测量可能有助于识别因母体SDB经历应激的胎儿，从而支持更密切监测与及时干预。但本研究存在局限：样本量较小（尤其OSA女性n=14），可能限制统计效能并增加II类错误风险；跨多种SDB表型与多导睡眠参数（OSA、REM-OSA、mSaO₂≤95%、AH长度）进行多重次级比较而未正式校正多重检验，结果应解释为探索性与假设生成而非验证性；神经发育过程最易受缺氧或炎症损伤主要发生在妊娠早期，本队列仅纳入第三孕期评估女性，无早期三 trimester SDB信息，无法捕获潜在早期改变且生物标志物动态跨孕程未知；多数参与者为轻度OSA，限制中重度形式影响进一步分析；大多数为高加索女性，结果可能不适用于其他族裔背景；胎儿循环UCH-L1可能非脑特异性，也可源自胎盘与其他胎儿组织，人类胎儿UCH-L1研究甚少且多数数据来自混合动静脉脐带血样本。

研究结论部分翻译：总之，本研究为妊娠期SDB对胎儿神经元应激生物标志物影响提供了新证据。总体而言，UCH-L1与GFAP浓度在有与无SDB的妊娠间无显著差异；尽管REM-OSA表型中GFAP水平似乎更高，但这些差异未达统计显著性；相反，当女性AH持续时间较短时UCH-L1水平显著升高，并与AH长度及mSaO₂呈负相关；此外在非GDM妊娠中，母体mSaO₂≤95%时UCH-L1脐带血水平更高。这些发现表明AH持续时间与mSaO₂≤95%阈值可能代表新兴PSG指标，强调其作为胎儿福祉决定因素的潜在相关性；因此OSA管理正转向基于表型的方法，超越对传统AHI指标的单一依赖。然而，仍需纵向研究确定这些生物标志物对出生后神经发育的预后价值，并阐明其对中至长期神经精神后遗症的预测效用。

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