《Journal of Physiology》：The effects of therapeutic drugs on brain development in infants with fetal growth restriction
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这篇综述系统探讨了针对胎儿生长受限（FGR）的产前及产后神经保护治疗策略。文章重点分析了硫酸镁（MgSO4）、褪黑素、西地那非、伊布芬、载姜黄素纳米颗粒及细胞疗法等药物如何作用于FGR相关的脑损伤机制（如神经血管单元（NVU）功能障碍、神经炎症、血脑屏障（BBB）通透性改变），并评估其在大型动物模型（如绵羊、猪）中的疗效与安全性，为改善FGR患儿神经发育预后提供了重要的临床前依据。
引言
胎儿生长受限（FGR）指胎儿因胎盘功能障碍导致氧和营养供应不足，未能达到预期生长潜力。FGR与死亡或发病风险增加相关，其中包括脑发育不良。FGR婴儿脑体积减小，存在弥漫性、多细胞神经病理变化，导致神经功能障碍。宫内胎儿缺氧会引发“脑保护”的血流动力学反应，即通过脑血管舒张优先将心输出量导向大脑。这种反应在FGR胎儿中持续存在，导致脑血管发育改变和血脑屏障（BBB）通透性增加。目前正在研究针对FGR的产前和产后药物治疗，包括改善胎儿生长和/或脑发育的疗法。鉴于FGR中BBB功能障碍可能导致药物进入胎儿脑部的量增加，因此需考虑其对短期和长期脑生长及健康的影响。
FGR相关的脑损伤
脑发育为终身结构和功能奠定基础。慢性胎儿缺氧会破坏神经元（灰质）发育和连接，并对白质发育产生不利影响，这些共同构成了FGR相关的功能和认知缺陷的基础。尽管存在“脑保护”反应，但大量临床和临床前研究表明，FGR胎儿的大脑并未免受结构性改变和长期神经异常的影响。事实上，FGR中脑保护的存在与高达60%的儿童在2-5岁随访时出现神经发育缺陷相关。多普勒超声显示，FGR胎儿脑血管对胎盘功能不全和缺氧的反应首先表现为大脑前动脉搏动指数降低，导致血流优先流向脑前部区域。随着缺氧延长和/或加重，血流优先转向大脑中动脉，以牺牲大脑前动脉供血的额叶为代价，重新分配血流至基底节和顶叶皮层区域。这些脑区灌注波动可能产生显著不利后果，因为妊娠晚期是白质和灰质发育的关键时期。临床前研究表明，FGR会不利影响少突胶质细胞谱系细胞的成熟，并减少白质体积。对FGR婴儿的随访显示，与正常生长婴儿相比，其白质体积减少，白质微结构破坏。FGR中的脑灰质也未能幸免，在婴儿期和儿童期观察到皮质和海马体积缺陷，这可能与神经元树突生长轨迹减少有关。
FGR中神经血管单元（NVU）发育的改变
NVU描述了脑血管细胞（内皮细胞、紧密连接和基底层）、包裹血管的胶质细胞（星形胶质细胞和周细胞）以及大脑神经元和少突胶质细胞之间的细胞相互作用。临床前研究表明，FGR等围产期损伤会改变NVU的发育和功能。在FGR羔羊脑中发现，关键白质区域（包括脑室周围和皮质下白质以及脑室下区）的血管密度和增殖血管数量显著降低。在FGR仔猪的顶叶皮层也观察到类似变化，血管长度和分支点减少。这些血管生长（血管生成）的减少可能是由血管内皮生长因子表达降低所介导。然而，血管生成发育也部分由血管周细胞介导，而FGR羔羊白质血管上的周细胞也受到不利影响。周细胞覆盖减少可介导血管张力改变，并增加血脑屏障（BBB）渗漏和出血风险。对新生FGR羔羊和仔猪的研究表明，BBB功能可能在白质内受到不利影响，有白蛋白外渗、组织微出血以及星形胶质细胞对脑血管的终足附着减少的证据，这可能增加血管通透性。紧密连接蛋白occludin在早产FGR羔羊的白质中也显著失调。这些研究表明NVU功能障碍与FGR相关，并得到FGR大脑中神经炎症上调的发现支持，包括系统性炎症细胞浸润。
FGR大型动物模型中的神经保护药物
由于新生婴儿的脆弱性，特别是极早产和FGR极小的婴儿，需要通过转化研究流程评估新疗法。大型动物模型（如猪和羊）是研究FGR对发育中大脑影响的优秀模型，因为其神经病理学特征明确，且可实施产前和产后治疗。仔猪是研究新生儿脑障碍的理想模型，因为与人类相似，其脑生长突增期发生在围产期。FGR仔猪在出生后早期时间点表现出白质和灰质破坏，伴有细胞凋亡和神经炎症。磁共振成像（MRI）显示，FGR仔猪出生后3天BBB被破坏。胎羊是宫内产前研究的首选动物模型，可实时监测胎盘功能不全和FGR的影响。在胎羊研究中，单侧脐动脉结扎（SUAL）诱导的FGR模型显示白质髓鞘形成和灰质神经元缺陷，以及MRI显示的脑体积减少和白质结构紊乱。在细胞水平上，FGR仔猪和羔羊的NVU显著破坏，白质血管上的周细胞和星形胶质细胞附着改变，并伴有小胶质细胞激活和促炎细胞因子增加。
产前治疗
硫酸镁
硫酸镁（MgSO4）常用于产科，作为早产儿产前神经保护疗法。meta分析显示，MgSO4显著降低早产儿患脑瘫以及死亡或脑瘫的风险，但学龄期随访未显示其预防脑瘫或其他神经发育障碍的积极益处。其神经保护机制可能包括调节脑细胞死亡通路、抑制NMDA-谷氨酸受体活性以降低细胞兴奋性，和/或减少异常脑炎症。MgSO4可自由通过胎盘和胎儿BBB。绵羊研究表明，母体给予MgSO4可降低脑癫痫样活动，但并未减少弥漫性白质或灰质损伤。鉴于FGR的神经病理学通常包括弥漫性白质和灰质损伤，目前的给药方案可能对广泛的FGR脑损伤不具有神经保护作用。个体参与者数据meta分析未发现MgSO4治疗效果在包括先兆子痫等亚组中存在差异。一项回顾性研究显示，在极早产FGR胎儿中，产前MgSO4暴露与18-36月龄校正年龄时死亡或显著神经发育障碍的复合几率降低相关，但未显示其降低脑瘫风险。FGR中的神经病理学在产前期间因慢性胎儿缺氧而显现，并在出生时已存在，因此产时MgSO4能否纠正这种损伤仍需考虑。神经炎症和氧化应激是FGR大脑损伤的主要病理过程，这些与MgSO4的神经保护潜力重叠，为进一步研究其用于FGR妊娠提供了基础。
褪黑素
褪黑素因其强抗氧化特性、能通过胎盘和BBB以及既定的安全性，被提议为围产期脑损伤的强效神经保护候选药物。其神经保护作用包括清除自由基、抑制一氧化氮合酶和减少脂质过氧化。此外，褪黑素还具有全身性和脑抗炎及免疫调节特性。研究表明，褪黑素可以降低系统性促炎细胞因子和脑内神经炎症的细胞标志物。此外，褪黑素能增加神经营养生长因子（如脑源性生长因子）的表达，这些因子对神经元发育至关重要，并在FGR中受到不利影响。在胎羊研究中，母体在妊娠晚期每日给予6毫克褪黑素，相对于未治疗的FGR羔羊，显示出对胎儿脑皮质下白质密度和组织的神经保护作用，并稳定了BBB，维持了血管稳态。在早发性FGR绵羊模型中，母体每日静脉注射6毫克褪黑素超过一个月，显著减轻了与FGR相关的胎儿脑小胶质细胞增生和星形胶质细胞增生，并改善了白质发育。新生儿羔羊研究表明，静脉注射褪黑素可使脑皮层褪黑素浓度增加七倍，并显示出显著的神经保护功效。在早产胎羊中，将循环褪黑素浓度提高约70倍的治疗对缺氧缺血后的白质发育具有高度神经保护作用。这些发现为当前一项安慰剂对照试验（PROTECT Me）奠定了基础，该试验旨在检验在严重早发性FGR妊娠中补充产前褪黑素是否能改善幸存者2岁时的神经发育。
西地那非柠檬酸盐
西地那非柠檬酸盐（商品名万艾可）作为一种强效血管扩张剂，在21世纪初被研究用于FGR。它是一种选择性5型磷酸二酯酶（PDE-5）抑制剂，通过释放一氧化氮促进血管舒张。在FGR孕妇的子宫肌层小动脉离体实验中，西地那非增加了血管的内皮依赖性舒张。在缺氧妊娠大鼠中，西地那非治疗诱导了胎儿体重增加。然而，一项妊娠绵羊研究显示，母体西地那非治疗导致子宫血流量急性减少以及胎儿缺氧、低血压和心动过速等不良反应。尽管如此，STRIDER试验（西地那非治疗预后不良的早发性胎儿生长受限）于2014年启动。英国和澳大利亚的STRIDER试验完成并未发现母体西地那非能延长妊娠或改善妊娠或胎儿生长结局。该试验最大的分支在荷兰，但因中期分析报告显示西地那非治疗组新生儿死亡更常见而提前停止。一项系统评价和meta分析显示，与安慰剂相比，西地那非柠檬酸盐显著增加了FGR婴儿的出生体重，但对出生胎龄或胎儿/新生儿死亡率没有改变。西地那非能高速率通过胎盘和BBB，绵羊研究表明产前西地那非改变了胎儿血流动力学，在多个血管床引起强烈而广泛的胎儿血管舒张反应。在FGR胎儿中，西地那非引起的广泛血管舒张以牺牲脑保护反应为代价重新分配心输出量，这对发育中的FGR胎儿可能有害。在2岁时，STRIDER试验的婴儿广泛显示西地那非暴露组与安慰剂组在神经发育功能上无差异，但西地那非暴露组认知延迟率几乎增加了三倍，这表明需进一步表征产前西地那非对发育中大脑的影响。除了研究西地那非改善FGR胎儿生长外，其作为成人及新生儿神经病理（包括新生儿脑病）的神经保护剂也已被评估。鉴于其与STRIDER试验相关的安全性问题，它很可能不会被采纳为高危FGR婴儿的可接受疗法。
鉴于西地那非在STRIDER试验中的负面结果，临床研究已转向另一种PDE-5抑制剂他达拉非，据报道其不以活性形式通过胎盘，且半衰期比西地那非更长。日本正在开展一项针对FGR妊娠的他达拉非全国性临床随机试验。早期证据表明，产前暴露于他达拉非的婴儿神经发育状况正常，临床前证据也支持他达拉非可减少FGR小鼠脑白质和海马缺氧损伤。总体而言，PDE-5抑制剂（无论是西地那非还是他达拉非）作为FGR妊娠中的子宫胎盘血管扩张剂显示出前景，但必须继续注意这些药物的强血管舒张作用，特别是在它们通过胎盘并对胎儿血流动力学有直接作用的情况下。
产后治疗
仅约50%的FGR在产前被检出，因此评估改善脑发育的产后疗法也很重要。FGR新生儿神经病理学的核心介质是神经炎症，因此首选的产后神经保护疗法主要针对神经炎症反应。在FGR仔猪和羔羊中检测到出生后脑小胶质细胞和星形胶质细胞反应增强，可能表现为慢性脑炎症，这与脑发育的显著破坏相关。
伊布芬
伊布芬是一种非甾体抗炎药（NSAID），常用于早产儿动脉导管未闭（PDA）的闭合。其通过抑制环加氧酶发挥抗炎作用，介导其神经保护效用。近期研究表明，给FGR仔猪产后施用临床相关剂量的伊布芬具有有益效果。在新生FGR仔猪中，出生后口服伊布芬3天可减少神经元和白质损伤以及细胞凋亡。这可能是由于伊布芬治疗降低了FGR仔猪脑中的炎症反应，激活的小胶质细胞、星形胶质细胞和促炎细胞因子数量减少。更近的研究显示，伊布芬不仅减少了激活的小胶质细胞，还增强了星形胶质细胞终足与血管的相互作用，这可能改善FGR大脑中BBB的稳定性。伊布芬还减弱了血浆蛋白渗漏，并减少了T细胞向FGR脑部的浸润，这些都强烈表明BBB通透性降低。这些发现表明，产后给予伊布芬通过调节炎症状态、直接稳定NVU的细胞相互作用以及随后降低BBB对循环因子的通透性，来恢复神经元和白质。在FGR仔猪研究中，伊布芬的循环和脑水平尚未检测，但类似方案的人体研究显示口服伊布芬吸收良好。目前尚不清楚伊布芬是直接还是间接发挥神经保护作用。最后，伊布芬是否对FGR人类新生儿脑有神经保护益处仍有待确定。一项近期研究显示，对SGA早产儿产后使用伊布芬（第1天10毫克/千克，第2、3天5毫克/千克）并未改善2-3岁时的认知或功能残疾。这可能受样本量小或PDA患儿病情重的影响，但也表明需要进一步研究阐明伊布芬对无PDA的FGR新生儿的具体效应。
纳米颗粒
载姜黄素的纳米颗粒已在小动物新生儿脑损伤模型和FGR仔猪模型中显示出前景。姜黄素是香料姜黄中的天然抗炎剂，可调节小胶质细胞活化并减少促炎细胞因子产生，并在阿尔茨海默病、成人中风和创伤性脑损伤模型中提供神经保护。姜黄素在成人高剂量下安全，但因疏水性和水溶性差，其通过BBB和进入脑部受限。将姜黄素载入纳米颗粒可克服此限制，通过改变分子溶解性增强递送。研究表明，载姜黄素纳米颗粒可进入脑部，并在新生缺氧缺血大鼠中提供神经保护。制剂研究表明，载姜黄素聚合物纳米颗粒可重复生产且稳定，载药量高（39%），包封效率高（>95%）。使用该制剂的研究发现，在FGR和正常生长仔猪中，鼻内给药优于静脉给药。静脉给药显示颗粒大量存在于血液和其他器官，而鼻内给药导致脑部浸润更优。此外，鼻内给药后4小时，颗粒已显著积聚在顶叶皮层和小脑的脑实质中，而静脉给药后未观察到。纳米颗粒与小胶质细胞共定位，鼻内给药后48小时在脑组织学上仍可见，即使循环颗粒已无法量化。颗粒的快速清除可能导致48小时后器官（包括脑）中含量几乎检测不到；然而，脑中仍有颗粒可见。因此，脑中微量颗粒可能仍持续有效，但这是否在该FGR模型中产生神经保护作用尚不清楚。鉴于大鼠新生儿缺氧缺血研究中载姜黄素纳米颗粒治疗后的神经保护结果令人鼓舞，其在FGR婴儿中应用的可能性存在，研究将继续探索其治疗潜力。
细胞疗法
细胞疗法治疗多种新生儿疾病是一个不断发展的研究领域。细胞可从脐带血、脐带组织和胎盘中相对大量分离，这些来源的细胞普遍具有高度的多能性，使其成为有吸引力的新生儿治疗选择，在新生儿肺或脑损伤中研究最多。包括间充质基质细胞（MSCs）、脐带血细胞（UCBCs）和胎盘组织来源细胞在内的多种细胞已在新生儿脑病中测试了神经保护功效，尽管大多数研究针对早产儿，但近期研究已开始表征细胞在FGR临床前动物模型中的功能和潜在神经保护作用。
脐带血提供了异质性细胞来源，具有一系列潜在的神经保护特性，包括免疫调节、抗炎和抗凋亡能力。大量研究表明，UCBCs有潜力减轻新生儿损伤进展并改善长期结局。在早产FGR绵羊中，静脉注射UCBCs降低了肿瘤坏死因子α的表达，减少了小胶质细胞活化，并增强了NVU完整性。该研究中，少量UCBCs存在于FGR脑实质内。
内皮集落形成细胞（ECFCs）是内皮细胞的前体形式，具有增殖和血管生成潜力。研究表明，当与MSCs共同给药时，ECFCs的血管生成潜力增强。这种组合在免疫活性小鼠中也不需要免疫抑制治疗，突出了其作为同种异体疗法的潜力。近期一项在足月FGR猪中进行的研究，单次给药联合了来自健康足月胎盘的MSCs和ECFCs。在出生后第4天，有证据表明脑血管稳定性增强、BBB通透性降低、抗炎介质表达增加以及白质和灰质细胞完整性改善。该研究是少数包含单独MSCs组的临床前大型动物模型之一。单独施用MSCs未显示对血管密度有稳健改变，也无改善星形胶质细胞表达的能力，表明MSCs和ECFCs的组合通过作用于FGR中的多个细胞靶点提供更好的神经保护。
细胞疗法的临床应用，特别是自体UCBCs，现已取得进展，包括近期完成了一项对极早产儿施用自体UCBCs的可行性和安全性试验。该队列中超过三分之一的婴儿被诊断为FGR，尽管试验效力不足以检测神经发育结局，但观察FGR与非FGR婴儿的效应差异将是有趣的。总体而言，这些发现证明了细胞疗法在治疗FGR新生儿脑损伤方面的广泛潜力。然而，在给药时间、剂量和疗效评估方面存在显著的方法学异质性。临床前方法的标准化，加上长期结局和疗效判定标准的纳入，将有助于细胞疗法更快、更有针对性地转化到临床环境。
我们能否检测到这些药物进入脑部？
评估这些药物是否通过胎盘和胎儿血脑屏障或直接进入新生儿脑部非常重要。如上所述，产前药物硫酸镁、西地那非和褪黑素可通过胎盘和胎儿BBB进入发育中的大脑，对胎儿和脑发育产生不同程度的影响。然而，比较不同物种产前治疗研究结果时，一个关键因素是胎盘结构存在明显差异，这可能影响药物转运和发现。目前缺乏比较不同胎盘亚型（具有不同滋养层侵入程度和细胞层）药物转运的研究，特别是在FGR背景下，并且普遍认为胎盘营养和底物转运研究不足。这使得难以确定上述治疗的“神经保护剂量”。此外，已确定FGR大脑中BBB受损，这对于药物进入是有利还是不利可能取决于化合物的具体应用。硫酸镁和褪黑素均为产前给药，目标是为神经保护，前者在早产前急性给予，后者在FGR诊断后长时间（数天至数周）给予。硫酸镁和褪黑素的临床试验正在进行中，报告FGR出生儿童的长期功能结局对于进一步表征和优化FGR的神经保护至关重要。
对于产后药物，已有纳米颗粒和干细胞在脑中的可视化证据，表明它们可直接进入脑部。为了可视化UCBCs，细胞用羧基荧光素琥珀酰亚胺酯标记，以便在FGR绵羊研究中追踪脑内细胞。羧基荧光素琥珀酰亚胺酯标记的细胞显示少量弥漫性分布，主要位于治疗动物白质血管附近。UCBCs的益处可能由其混合细胞群介导，事实上，一项新生缺氧缺血大鼠研究表明，UCBCs及其亚型细胞的周围免疫调节作用至少介导了部分神经保护益处，表明细胞进入脑部可能并非必要。大多数检查UCBCs神经保护益处的临床前研究报告称，它们发挥强烈的抗炎作用，进而抗炎作用介导神经保护。许多研究假设MSCs可能调节UCBCs的抗炎作用，尽管足月来源UCBC中MSCs比例非常低；因此，其他细胞类型可能介导脑中观察到的积极效应。一项在缺氧缺血新生大鼠中进行的研究比较了不同脐带血来源细胞的抗炎和抗凋亡作用，表明是ECFCs介导了最强的益处，尽管该研究未评估细胞是否进入脑部。然而，在仔猪FGR模型中，使用MSCs和ECFCs均显示出神经保护作用，并在脑中观察到人细胞的可视化，使用人特异性Lamin A/C抗体标记。表达Lamin A/C的细胞被发现植入微血管血管系统，并在FGR脑实质内有弥漫性标记证据。目前尚不清楚这些细胞是MSCs还是ECFCs，但假设它们更可能是ECFCs，因为MSCs在48小时内消散，而ECFCs保持静止。
已确定伊布芬可直接进入脑部。使用大鼠脑原位灌注技术测量了脑伊布芬摄取，该技术可控制灌注液成分，并精确测量脑摄取超过10^4范围。伊布芬显示以可饱和方式快速穿过BBB。然而，尚未测量FGR仔猪脑中的伊布芬。目前尚不清楚FGR仔猪伊布芬治疗后观察到的神经保护反应是直接还是间接的。
载姜黄素纳米颗粒已被证明不仅能进入脑部，还能浸润到脑实质中的受损细胞。鼻内给药后脑中纳米颗粒含量更高，表明该途径可直接将纳米颗粒递送入脑，绕过血流和BBB。鼻内纳米颗粒给药后直接进入脑部得到支持，给药后4小时血浆颗粒浓度低。该研究未研究积累机制；然而，研究表明颗粒可能通过嗅觉和三叉神经路由的细胞外途径直接进入仔猪脑。细胞外运输通过被动扩散可以解释顶叶皮层和小脑之间颗粒生物分布的均匀性。未来关于纳米颗粒如何在新生儿鼻腔中积累和移动的研究应阐明这些机制。
这里提出的产后治疗选择主要针对其抗炎能力，目前尚不清楚哪种疗法更优，每种疗法进入脑部和介导神经保护益处的能力不同。事实上，直接进入脑部对于减轻炎症和介导神经发育益处是否必要仍存在争议。此外，FGR婴儿出生后慢性缺氧和营养不良的解决是否能使脑发育正常化尚不清楚。然而，对急性缺氧缺血后神经炎症谱的随访研究显示，小胶质细胞和星形胶质细胞激活持续数周至数月，持续炎症与神经功能障碍相关。这表明，在FGR婴儿中寻求一种抗炎和/或促进生长的产后疗法是值得的。
局限性
评估治疗药物的脱靶效应非常重要，这在胎儿或新生儿研究中尤为突出，加上FGR的复杂性更是如此。例如，干细胞可能参与脱靶植入事件，如在肺、肝、脾和肾中。对全身递送干细胞在新生儿动物模型中脱靶归巢和积累的研究有限。担忧是静脉递送可能导致外周器官池化，特别是在肺部小血管中。这种池化可能降低有效性，并可能与肺部并发症相关。另一方面，FGR婴儿常因器官生长改变而患有多系统并发症，因此上述药物的治疗益处可能超出脑部。例如，载姜黄素纳米颗粒在肝和肾中可见，而这些器官在FGR婴儿中已知功能受损。外周毒性可能是个问题，药物可能对其他器官产生负面影响。伊布芬可能对新生儿肾脏和胃肠道等器官有毒性。然而，胃肠道事件罕见，脱水显著导致肾损伤；因此，不应给腹泻和呕吐患者服用伊布芬。姜黄素在成人和儿童中具有强大的安全性，但在罕见的高剂量情况下，尤其是有预先存在肝脏问题的患者中可能引起肝损伤。迄今为止的研究在妊娠期间使用了相对高剂量的褪黑素给药，据报道是安全的。当对窒息羔羊产后施用褪黑素时，褪黑素治疗的羔羊睡眠时间显著延长，这是唯一注意到的负面效应。最后，STRIDER试验的结果应作为警示，并强调在规划试验时需考虑所有临床前和临床结果。西地那非对FGR婴儿脑部的直接影响尚不清楚，但研究表明母体给药的西地那非通过胎盘并引起广泛血管舒张，从而消除了FGR胎儿中存在的脑保护反应，突显了FGR婴儿是特定的高危人群。在评估这项工作的转化能力时，必须考虑上述额外的局限性；首先，胎盘结构和功能在物种间不同，并且在FGR中受到不同影响；其次，BBB受FGR影响，这两个因素各自改变了药物向胎儿和脑部的转运。此外，迄今为止进行的许多研究都是在极早产或急性缺氧缺血背景下进行的，将其转化为胎盘功能不全和慢性胎儿缺氧的治疗需要进一步研究。
结论
FGR胎儿脑灰质和白质发育轨迹因宫内长期缺氧而受到不利改变。这种宫内缺氧环境引发胎儿的适应性脑保护血流动力学反应，舒张脑血管并收缩外周血管，优先将血液分流至脑部。长期的脑保护，如胎盘功能不全和FGR中所见，显著改变了BBB的细胞组成，导致对循环因子（包括药物）的血管通透性增加。改善胎儿生长或靶向神经保护的治疗干预是FGR中迫切需要的，本文表明有一些产前和产后神经保护药物疗法显示出前景。文献综述表明，此处描述的每种药物疗法都存在知识空白，神经保护药物尤其如此，目前缺乏优化神经保护剂量的知识。此外，FGR婴儿中血脑界面通透性增加是有利（允许神经保护治疗直接进入脑部）还是不利，仍相对未知。这些研究强调，持续研究对于确保这些疗法不仅提供优化的短期益处，而且不在未来造成任何不良反应至关重要，从而有助于改善FGR婴儿的整体健康和神经发育。
