过去几十年，生物学标志物作为无创工具在很多疾病的早期诊断及监测中被广泛应用。在围生医学，随着高危新生儿的存活率增高，越来越迫切需要可监测新生儿脑损伤的生物学标志物应用于临床。因为新生儿脑损伤的临床表现较为隐匿，当临床表现和监测参数发生变化时往往已错过最佳治疗时机，所以早期发现脑损伤的高危新生儿非常关键。这些生物学标志物的应用可使临床医师在疾病的早期即进行干预，并监测这些干预的有效性。然而，目前尚无足够充分的研究保证这些标志物常规应用于临床。现总结目前研究较多的生物学标志物，如激活素A、S100B蛋白、胶质纤维酸性蛋白、肾上腺髓质素、神经特异性烯醇化酶、白细胞介素-6、转化生长因子-β、尿酸、有核红细胞、血红素氧化酶-1在监测新生儿脑损伤中的作用。
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围生期窒息(perinatal asphyxia，PA)在足月儿的发生率为0.2%～0.4%，其中20%发生致命的新生儿缺氧缺血性脑病(hypoxic－ischemic encephalopathy，HIE)，而25%的存活儿可发生永久性脑损害。缺氧缺血通过改变脑血流量调节机制和引起大脑脉管自动调节失调导致脑出血和脑损伤，选择性神经元坏死，旁矢状面，尤其是顶枕部区域的脑损害、局灶或多灶的脑损害是最常见的脑损伤。在早产儿，60%的脑损伤归因于围生期事件[1]，早产儿15%～20%的PA并发症为脑室内出血(intraventricular hemorrhage，IVH)，其他常见的脑损伤包括出血后脑积水(posthemorrhagic hydrocephalus，PHH)及脑室周围白质软化(periventricular leukomalacia，PVL)。PHH是IVH最严重的并发症之一，是由于血凝块导致脑脊液(cerebrospinal fluid，CSF)重吸收障碍后脑室进行性增大，与IVH的严重程度直接相关，Ⅱ～Ⅳ级IVH患儿中约1/4会出现该并发症[2]。PVL是脑室周围白质局灶坏死和神经胶质增生，在胎龄<32周的早产儿中高发，是早产儿脑性瘫痪的最常见原因。由于新生儿期脑损伤严重影响患儿的生存质量，给家庭和社会带来沉重的负担，一直以来都是新生儿学科的研究重点之一。
最近的动物模型及人体研究显示，脑损伤治疗的时间窗是有限的，即在缺氧缺血损伤后的最初6 h。然而，新生儿脑损伤的临床表现较为隐匿，目前诊断基于临床、影像学及实验室参数，当临床症状和监测参数发生变化时，往往已错过最佳治疗时机。过去几十年，生物学标志物作为无创工具在很多疾病的早期诊断及治疗中被广泛应用，随着基因组学、蛋白组学及分子病理学的进步发现了许多有潜在临床价值的脑损伤生物学标志物[3,4]，随着对脑损伤发病机制认知的深入，发现更多的新标志物可帮助临床医师早期发现高危患儿，对指导治疗及改善预后非常关键。
一个理想的围生期脑损伤标志物需要满足以下条件：(1)高度的敏感性及特异性；(2)半衰期短，可长期监测疾病的进展；(3)与诊断脑损伤及损害范围的金标准，如磁共振成像(MRI)显著相关；(4)检测方法简单，可快速获得结果，重复性好，价格低；(5)拥有健康新生儿的参考曲线；(6)在不同体液，如尿、血、CSF、羊水、唾液及奶中均有表达，尤其可在非侵袭性体液中检测出。在新生儿脑病的监测及治疗中迫切需要这样的理想标志物，现总结目前研究较多的生物学标志物，如激活素A(Activin A)、S100B蛋白、胶质纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein，GFAP)、肾上腺髓质素(adrenomedullin，AM)、神经特异性烯醇化酶(neuron specific enolase，NSE)、白细胞介素-6(IL-6)、转化生长因子-β(TGF-β)、尿酸(uric acid，UA)、有核红细胞(nucleated red blood cells，NRBC)、血红素氧化酶-1(hemeoxygenase－1，HO-1)在监测新生儿脑损伤中的作用。
Activin A属于TGF-β超家族成员，由2个βA亚基组成，其受体在新生儿及早产儿脑组织中广泛存在[5]，可在不同体液，如CSF、血、尿中表达[6,7,8,9,10,11]。越来越多的证据显示不同的脑损伤(如PA、HIE、IVH)均上调Activin A的表达[7,8,9,10,12]，其表达增加代表不同原因导致的急性神经损伤的共同反应[12]，目前Activin A表达增加的功能尚不清楚。一些实验研究指出Activin A可促进神经元的分化和增殖[12]，保护大鼠纹状体神经元不受神经毒损伤[13]。关于缺氧缺血损伤，单侧的缺氧缺血脑损伤模型损伤1 h Activin A的表达即在非结扎半球的齿状回中显著上调；损伤24 h在非结扎侧半球的海马、皮质及杏仁核中显著上调；损伤后第5天，在梗死区的中心可发现Activin A的表达，提示Activin A在缺氧缺血后的血管生成中可能发挥重要作用[14]。
研究表明，窒息足月新生儿CSF中Activin A水平显著增高，重度HIE的新生儿尤其明显，提示窒息缺氧可触发Activin A的释放。报道指出，Activin A表达水平在阈值之上的新生儿发展为HIE的概率高达100%[7]，且其表达在缺氧缺血早期其他生物学标志物表达改变之前即出现变化。最新的研究显示，窒息足月儿出生后立即收集尿液评估其中Activin A的表达水平，中重度HIE较轻度HIE及对照组显著增高，其表达>0.08 ng/L预测中重度HIE的敏感性达83.3%、特异性达100.0%[8]。
IVH早产儿出生72 h内评估脐带血中Activin A的表达水平，结果表明，IVH早产儿Activin A水平显著增高，敏感性为100%、特异性为93%，可独立预测IVH早产儿[9]。同样，IVH早产儿尿中Activin A的表达水平较对照组显著升高[10]。
因此，Activin A是一个预测HIE足月儿及IVH早产儿的有效生物学标志物，然而，仍需要大量关于该生物学标志物的进一步研究，如目前鲜有数据提示Activin A与MRI显示脑损害范围的相关性等。
S100B蛋白是S100蛋白家族的成员之一，主要富集于中枢神经系统(central nervous system，CNS)的星形胶质细胞和垂体前叶细胞，存在于多种体液，如CSF、血、尿、羊水、唾液及奶中[4,15]，CSF中表达最高，与新生儿脑损伤的范围及预后密切相关。据报道，S100B可能发挥双重作用，低剂量时有益，高剂量时有害，原因可能为高水平的S100B蛋白导致星形胶质细胞释放有神经毒性的NO[16]。动物模型显示，缺氧缺血1 h后S100B蛋白的表达即显著增加[17]；而剥夺氧气、葡萄糖或血清等模拟其他脑损伤的细胞模型中，星形胶质细胞亦释放大量S100B蛋白，提示S100B是不同脑损伤的有效生物学标志物。
足月HIE患儿在临床、实验室检查或超声发现前的48～72 h血液S100B蛋白水平即显著增高[18,19]。Nagdyman等[19]报道了PA及HIE足月儿的脐带血S100B蛋白水平显著增高，外周血S100B蛋白水平在出生后6 h达到高峰，24 h逐渐下降。出生后2 h S100B蛋白水平达到8.5 μg/L对HIE预测的敏感性为71%，特异性为90%[19]。脑损伤新生儿尿液S100B蛋白的水平较健康新生儿显著增高，其在出生后最初的尿液中达到0.28 μg/L预测脑损伤不良预后的敏感性为100.0%，特异性为87.3%，出生12 h及72 h尿液中该值的敏感性及特异性分别上升到100.0%及98.2%[20]。
IVH早产儿血液中的S100B蛋白水平也显著增高，且亦早于临床、实验室或超声诊断之前[21]，血液中S100B蛋白水平达到0.72 μg/L，预测IVH的敏感性为100.0%，特异性为99.3%[22]。IVH早产儿尿液中的S100B蛋白水平也在早期即显著增高，出生后72 h达高峰。出生2 h S100B蛋白水平达到0.70 μg/L，预测IVH的敏感性为100.0%，特异性为100.0%[23]。
GFAP是星形胶质细胞独有的细胞骨架蛋白，位于CNS的白质和灰质中，是脑组织特异性的分子标志物，在脑损伤后迅速释放，因星形胶质细胞增生而表达增加[24]。PA足月儿出生12～48 h CSF中的GFAP水平较对照组增加5倍，与HIE的严重程度一致[25]。此外，HIE新生儿GFAP水平可用于监测接受亚低温治疗的患儿[26]，对脑功能异常HIE患儿的预测能力强于其他临床指标。在早产儿中的研究结果显示，PA早产儿的GFAP水平增高，预后较差的早产儿升高更明显[26,27]；早产儿出生后立即检测血中GFAP水平可能预测PVL的发生、发展，有助于早期干预[28]。
AM最早是从人嗜铬细胞瘤中分离出来的，能够增加环磷酸腺苷的产生[29]，主要表达于神经元及内皮组织[30]，可在CSF、血及羊水中检测出，主要功能是扩张血管[29]，其他功能包括神经调节[31]及抑制凋亡[32]。缺氧[33]及炎症[34]可导致AM的表达上调，与形成新生血管有关[4]。有研究提示，AM的表达水平与PA、HIE、IVH相关[35,36]。PA发展为IVH的新生儿出生时及出生后12 h的AM水平较未发展为IVH的PA新生儿及对照组显著增高。此外，AM可能参与了缺氧后脑血管自身调节的紊乱，可预测不良预后的高危新生儿[35]。然而，目前尚无新生儿期AM水平的参考曲线，AM水平、脑损害范围(MRI)和短长期预后的相关性也需要进一步的深入研究。
NSE是一种糖酵解酶，对CNS的损伤有高度的敏感性和特异性，主要存在于神经元及神经内分泌细胞的胞质中，是神经元损伤非常敏感的标志物。研究表明，CSF及血液中NSE的水平与PA和HIE相关[37]，当神经元受损时，胞质中的NSE迅速释放入CSF中，导致NSE的水平增高；在血脑屏障发育不成熟或受损的情况下，CSF中的NSE进入血液中，导致血液中NSE水平也随之升高，其水平可反映神经元死亡的程度，尽早了解脑损伤程度[38]。然而，值得注意的是，NSE也存在于血小板及红细胞上，所以NSE水平亦与溶血程度相关，但此相关性仅维持较短的时间，如体外循环20 min后，因为长期的NSE总浓度中还包含脑组织中释放的NSE[39]。因此，在决定是否检测NSE水平前应先评估溶血指标，如游离血红蛋白水平等[40]。同样的，目前尚缺乏NSE围生期的参考曲线及NSE水平、脑损伤范围(MRI)及短长期预后的相关性。
IL-6是一种由T淋巴细胞和巨噬细胞产生的炎性细胞因子，促进胶质细胞分泌神经营养因子，刺激星形胶质细胞增生，进而加快脑损伤后神经细胞的恢复。研究表明，HIE时IL-6水平明显升高，导致脑细胞的水肿或坏死，与HIE的严重程度和预后密切相关，而孕母血清IL-6水平与新生儿发生HIE的风险无关[41]。此外，很多研究指出IL-6是早产儿神经系统不良预后的早期生物学标志物：Heep等[42]指出血清IL-6水平可独立预测IVH的发展；Poralla等[43]指出IL-6水平的增加与IVH极早产儿存在相关性；Sorokin等[44]的一项前瞻性研究报道孕母IL-6水平升高与IVH的发生率相关。值得注意的是，Kassal等[45]检测了69例极低出生体质量儿脐带血中IL-6的水平，IVH患儿的IL-6水平明显增高；然而，另一项前瞻性研究表明，有或无IVH的早产儿脐带血IL-6的水平比较差异无统计学意义[46]，因此，脐带血IL-6的水平与早产儿IVH发生的相关性需要进一步的研究探索。
TGF-β是一种多功能细胞因子，能调节细胞的增殖和分化。近年来的研究表明，TGF-β在缺氧缺血所致的神经元死亡中起保护性作用，但其机制尚未明确。动物实验表明，缺氧缺血脑损伤可诱导TGF-β核酸的表达，从损伤后24 h内开始，第3天达高峰[47]；缺氧缺血性脑损伤时TGF-β在CSF中的水平升高，外周血循环中的水平降低，推测是由于外周血中的TGF-β通过血脑屏障进入颅内，以及受损组织对TGF-β过度利用，导致其在外周血中的水平降低[48]。目前临床上PHH被研究最多的标志物之一是TGF-β。Whitelaw等[49]指出PHH早产儿CSF中TGF-β的水平较无神经损伤的早产儿明显增高。然而，Heep等[50]指出PHH及对照组CSF中TGF-β的水平没有不同，但持续高TGF-β水平与脑白质损伤之间有相关性。Lipina等[51]提出行内窥镜第三脑室手术的PHH患儿中，CSF中TGF-β水平增高的患儿手术失败、需要分流器的比例明显增高，因此，推论TGF-β是预测手术是否成功的有效标志物。
HIE患儿机体缺氧缺血再灌注时，黄嘌呤氧化酶利用组织重新获得的氧将次黄嘌呤转变为黄嘌呤，继而将黄嘌呤转化为UA，同时产生大量氧自由基，故UA的测定可反映体内自由基的水平[52]。Perlman和Risser[53]指出生第1天UA水平增加的早产儿会出现IVH，但Sysyn和Rozycki[54]未能观察到早产儿IVH与UA的明显相关性，故仍需大样本的研究阐明UA在IVH中的预测作用。
NRBC是未成熟的红细胞，通常存在于骨髓等造血组织和器官中，在缺氧的情况下，机体促红细胞生成素(erythopietin，EPO)合成增加，在EPO的刺激下，造血系统会过早释放NRBC进入血循环中，使血循环中的血红蛋白量增加从而增加氧气的携带能力而改善机体缺氧状况。因此，NRBC比例升高是机体缺氧的标志[55]。很多研究主张在出生时检出NRBC反映了围生期缺氧[56]，可以用来评估PA导致脑损伤的严重程度及早期预后[57]。这个标志物也被用来早期预测早产儿PVL的发生、发展。Silva等[58]配对比较了176个<32周PVL或脑室扩大的早产儿与无脑损伤对照组的NRBC数量，结果显示脑白质损伤的早产儿中NRBC明显增多。然而，有报道指出急性和慢性缺氧均导致NRBC增多，表明这个标志物无法预测缺氧的时间[59]。此外，Marom等[60]在一项回顾性的病例对照研究中未找到预测PVL的绝对NRBC数值。因此，尚需要进一步研究去评估NRBC在预测早产儿脑损伤中的作用。
HO-1是血红素氧化酶(HO)家族中的一员，具有抗氧化、抗炎和抗凋亡等作用[61]。HIE时缺氧、氧化应激、内源性NO增加等多种因素导致HO-1的表达增加，继而减轻缺氧缺血后的脑损伤[62]，因此，检测血中HO-1的表达可反映HIE患儿的病情严重程度，对HIE的诊断及指导恢复期治疗具有一定价值。然而，仍缺乏围生期PA、HIE、IVH情况下及不同体液中HO-1的参考曲线及与脑损伤程度(MRI)和短长期随访的相关性。
目前，越来越多的证据显示这些生物学标志物是早期预测新生儿脑损伤的有用工具，然而，在用于临床指导前尚有许多问题需要进一步探索：(1)用不同的技术及测定方法(如酶联免疫吸附试验、化学发光、气相层析法等)测量同一个标志物；(2)每种生物学标志物用不同测量技术及在不同体液中的参考曲线，尤其是在非侵袭性体液如尿液和唾液中的检测结果；(3)与胎龄、性别及分娩方式相关的参考曲线等。这些工作需要多学科的协作，包括新生儿学专家、重症监护医学专家、儿科医师、生物化学家、神经科学家以及生产厂家的共同努力，许多研究仍在进行，结果值得期待。未来，这些生物学标志物的研究可能为早期诊断新生儿脑损伤、改善患儿的预后做出巨大贡献。
