殷善开/时海波团队揭示新生儿黄疸合并酸中毒神经毒性的“幕后真凶”

来源：BioArt

新生儿高胆红素血症(俗称“新生儿黄疸”),导致全球每年至少有48万患儿罹患多种中枢神经功能障碍【1】。最常见病症包括神经性耳聋（脑干听觉核团受损）、前庭功能障碍（脑干前庭核受损）和认知功能障碍（海马受损）等等。成年期显症的听神经病患者，大都伴有新生儿高胆红素血症病史【2】。

临床-基础结合模式的研究

对于这种神经性耳聋、或者中枢性前庭功能障碍，就临床干预而言，最重要的就是如何从源头上减少它们的发生。但另一方面，临床一线存在的困惑是，虽然依据血清胆红素浓度来划分黄疸严重程度是“理所当然”的事，但这种划分方式很显然并不那么让人放心：在胆红素浓度并不高的“生理性黄疸”的新生儿当中，也可以出现严重的神经功能损害【3】；而在胆红素浓度显著升高的“病理性黄疸”，也不一定出现神经功能障碍【4】。在胆红素诱发中枢神经毒性的通路上，还埋伏着其他“杀手”吗？

为此，上海交通大学附属第六人民医院耳鼻咽喉头颈外科殷善开、时海波团队，联合上海交通大学基础医学院徐天乐团队，上海交通大学附属儿童医院李晓燕团队等开展了卓有成效的临床-基础相结合的合作研究，揭露了胆红素所致前庭神经毒性的“幕后真凶”。研究成果于2020年2月12日在线发表于Science Translational Medicine，题为：Bilirubin enhances the activity of ASIC channels to exacerbate neurotoxicity in neonatal hyperbilirubinemia in mice（论文第一作者为第六人民医院赖轲博士研究生，共同第一作者包括基础医学院宋兴磊以及第六人民医院石昊松博士研究生。）

导致神经元异常兴奋毒性的“真凶”是它

分析临床现象发现，新生儿高胆红素血症常常伴随有明显的酸中毒。高胆红素和酸中毒都可以导致中枢兴奋毒性。问题在于，两者仅仅是“擦身而过”，还是有深度“交集”？

为解答上述问题，项目组首先开展了相关临床研究。研究人员通过分析分别来源于高胆红素血症、酸中毒及两者合并发生等三组患儿的血清以及脑脊液临床样本，发现脑脊液乳酸脱氢酶（CSF-LDH，一种脑损伤标记物）与年龄、性别、特别是血清总胆红素浓度等因素均无明显相关性。在矫正各种干扰因素之后，三组患儿的CSF-LDH具有显著差异，尤其是高胆红素血症合并酸中毒患儿的CSF-LDH显著高于其他两组。该临床数据揭示，与单一危险因素组相比，高胆红素血症合并酸中毒组患儿，脑损伤尤为明显。因此，高胆红素和酸中毒在临床上确实存在“交集”。问题又来了，两者都具有神经毒性作用，他们之间又是如何相互作用？

传统理论认为，高胆红素血症合并酸中毒时，是由于酸中毒损害了血脑屏障，从而促进了胆红素在中枢的积累，诱发胆红素神经毒性5。研究人员惊奇地发现，与传统观点不同：当高胆红素和酸中毒同时出现时，脑脊液中的胆红素显著激活酸敏感离子通道（Acid-sensing ion channels，ASICs），确切地说是ASIC1a亚型的活性。因此，胆红素与质子（H+）协同激活ASIC1a，诱发神经元超兴奋性，并导致神经元钙超载和死亡。该研究揭示，ASIC1a激活才是胆红素诱发神经毒性的关键机制！

研究人员还进行了一系列在体研究——通过建立高胆红素血症合并酸中毒的动物模型结合ASIC1a基因敲除小鼠，进行特定中枢功能相关的行为学实验，他们发现与单纯的高胆红素血症模型动物或单纯的酸中毒模型动物相比，发育早期经历高胆红素血症合并酸中毒的模型小鼠成年以后，在空间记忆，感觉、运动功能和听力等方面，均表现出比单一危险因素更严重的缺陷，进一步确证了发育早期高胆红素合并酸中毒暴露对远期神经功能的影响依赖ASIC1a。

尤为重要的是，研究人员还发现，即便在相对轻症的pH 7.0-7.3条件下，胆红素协同H+增强ASIC1a活性的作用也很明显，提示在临床上监测黄疸新生儿血气pH值的必要性，对于伴有酸中毒者尤其注意快速且彻底的纠酸治疗。这一发现同时还强调了，单纯依据血清胆红素浓度不能全面评估神经毒性风险。该研究从临床实践中发现重要科学问题的线索，通过与基础科学家紧密合作，揭示常见疾病的新机理，指导相关疾病的循证医学治疗，从而成功实现了“临床-基础-临床”研究的闭环模式。

酸敏感离子通道的“前世今生”

ASICs是一类广泛表达于神经系统的由细胞外H+激活的配体门控离子通道蛋白家族，是中枢神经系统主要的酸感受器，参与多种生理或病理过程6。合作团队之一的徐天乐课题组长期致力于H+/ASICs的生理功能和病理意义及相关分子机制的研究，从动物行为、神经环路以及突触等多个层次揭示了ASICs在突触可塑性、学习记忆、负性情绪、脑卒中以及痛痒觉等发挥广泛的作用。徐天乐团队的系列研究不仅丰富了ASICs领域的理论知识，而且也为转化医学研究提供了潜在的分子靶标。而该研究也进一步凸现了ASICs在脑功能和脑疾病中的重要意义。

论文的评审专家表示，“作者报告了一个新颖而令人兴奋的新发现，即胆红素增强了ASIC1a通道的活性，加剧了新生儿黄疸的神经毒性。这些数据提示了以前尚未发现的机制，高胆红素血症和酸中毒会导致神经元损伤，从而损害新生小鼠以及新生儿患者的大脑功能。该发现对ASICs和胆红素毒性领域都具有重要意义”。

图注：临床-基础相结合的研究模式，阐述高胆红素血症合并酸中毒的协同神经毒性分子新机制。

原文链接：

https://stm.sciencemag.org/content/12/530/eaax1337

参考文献

1. Lawn, J. E. et al. Every Newborn: progress, priorities, and potential beyond survival. Lancet 384, 189-205, doi:10.1016/S0140-6736(14)60496-7 (2014).

2. Dennery, P. A. et al. Neonatal hyperbilirubinemia. The New England Journal of Medicine 344, 581-590, doi:10.1056/NEJM200102223440807 (2001).

3. Lasky, R. E. et al. The effects of aggressive vs. conservative phototherapy on the brainstem auditory evoked responses of extremely-low-birth-weight infants. Pediatric Research 71, 77-84, doi:10.1038/pr.2011.17 (2012).

4. Watchko, J. F. et al. Bilirubin-induced neurologic damage--mechanisms and management approaches. The New England Journal of Medicine 369, 2021-2030, doi:10.1056/NEJMra1308124 (2013).

5. Palmela, I. et al. Time-dependent dual effects of high levels of unconjugated bilirubin on the human blood-brain barrier lining. Frontiers in Cellular Neuroscience 6, 22, doi:10.3389/fncel.2012.00022 (2012).

6. Wemmie, J. A. et al. Acid-sensing ion channels in pain and disease. Nature Reviews. Neuroscience 14, 461-471, doi:10.1038/nrn3529 (2013).