心脏病如何阻碍新生儿的大脑

许多患有先天性心脏病(CHD)的儿童 - 美国最常见的主要出生缺陷 - 维持脑损伤,往往导致行为,思维和学习方面的问题。 现在,研究人员首次描述了心脏畸形引起的脑氧缺乏是如何阻碍新生儿大脑的,这为即使在婴儿出生前就可以使用的潜在疗法开辟了道路。

结果是“非常令人兴奋,”波士顿儿童医院儿童神经病学家凯特琳罗林斯说。 她说:“这种研究使我们能够开始了解脑损伤背后的细胞机制。” 她补充说,在未来,我们可能会用针对细胞异常的药物改变大脑发育过程,并在怀孕期间提供。

在胎儿最需要的时候,CHD会减少向大脑的氧气输送。 这种缺氧被认为是大脑畸变的主要原因,这种畸变首先在妊娠晚期的MRI扫描中可见。 (心脏异常本身通常在妊娠中期进行,常规超声扫描。)直到现在,科学家还不清楚导致大脑问题的潜在细胞过程。

因此,由华盛顿特区儿童国家卫生系统科学家领导的一个研究小组向新生仔猪提供了低氧水平的新生仔猪,其大脑发育过程及其高度进化的大脑结构在很多方面反映了人类的生命。 当仔猪2天大时,科学家们将荧光标记的细胞追踪器注入脑室区域(SVZ)。 在新生哺乳动物中,SVZ是前体细胞的最大仓库,迁移到不同的大脑区域,并分化成多种细胞类型。

第二天,研究小组开始剥夺小猪的氧气 - 他们呼吸的空气含氧量为10.5%,而不是我们呼吸的空气中正常值的21%。 当动物14天大时,研究人员杀死它们并检查它们的大脑。 研究小组在对照组中做了同样的事情,这组小猪没有被剥夺氧气,在他们的大脑中注射荧光跟踪器,并在14天时杀死动物检查他们的大脑。 此外,该小组检查了9名在0至36日之间死亡的婴儿的大脑,其中4名来自冠心病,5名来自其他原因。

心脏病如何阻碍新生儿的大脑

大脑中的细胞层“贮存”,其中神经元通常出生在新生哺乳动物中 - 在这种情况下,是仔猪。

Paul Morton / Shruti Ramachandra

研究小组今天在“ 科学转化医学”杂志上报告说,在生命最初几周的正常大脑发育过程中, 。 在人类中,这就是前额后面的区域,这是更高思想的位置。 在那里,细胞分化成中间神经元,神经元是神经元的一个重要子类别,被称为“抑制性”,因为它们通过“兴奋性”神经元来遏制射击。 激发和抑制之间的平衡使得大脑的这个执行区域能够最佳地发挥作用:做出判断,综合事实和解决问题。

在缺氧小猪中,来自SVZ中前体的神经元的产生严重受损,并且额皮质中的神经元和中间神经元的数量也显着减少。 猪的大脑体重较小,体重也比正常猪的体重小。 他们的表面也有较少的褶皱,已知这些褶皱对于更高的认知功能至关重要。

在生命的第一个月死亡的CHD人类婴儿的大脑也显示出SVZ中神经前体细胞的消耗。 他们的大脑重量明显低于没有冠心病的大脑,他们的皮质处理信息的灰质较少。

作者只能从尸检样本中推断,在人类婴儿中发生了从SVZ到前额皮质的类似神经元迁移。 但他们的推论得到了人类婴儿尸检样本的强烈支持,这些样本是在去年秋天发表在“ 科学”杂志上的各种原因中死亡的最初几个月。

科学家说,婴儿的大脑在生命的最初几周仍在发育,这提供了一个治疗机会之窗。 “这些细胞在出生后继续生长是非常重要的,”儿童国家的心脏外科医生,该论文的资深作者理查德乔纳斯说。 “这可能有助于一个孩子的先天性心脏问题在生命早期得到解决,因为它为大脑提供了一种细胞机制,可以随时赶上并正常发育。”

儿科医生和心脏外科医生是第一个承认这些基本细胞发现不能转化为这些新生儿的直接治疗的人。 但他们仍然很兴奋。 “这是一篇很棒的论文,”加拿大多伦多儿童医院的新生儿神经病学家史蒂文·米勒说。 “这是第一步,”他说,因为它提供了一种治疗目标:以某种方式刺激SVZ开始补充细胞库,从而导致CHD中脆弱的,耗尽的中间神经元。

这项研究有一些缺点 - 仔猪没有真正模拟人类冠心病,因为他们没有心脏异常,因此胎儿只有在出生后才会被剥夺氧气。

加利福尼亚大学旧金山分校的神经科学家Arnold Kriegstein也认为,虽然科学家发现抑制性中间神经元在缺氧小猪的大脑中显着耗尽,但仅凭这一点无法解释动物整体大脑尺寸的急剧缩小。皮质皱褶的数量减少“中间神经元是故事的一部分,但不是关于大脑如何受到这种[缺氧]影响的整个故事。”