Возникновение перинатальных гипоксически-ишемических повреждений центральной нервной системы (ЦНС) у новорожденных являются крайне актуальной проблемой для медицинского сообщества, т.к. представляют собой одну из наиболее частых причин заболеваемости и смертности детей неонатального периода и раннего возраста [1–3]. Ввиду еще не сформировавшейся системы антиоксидантной защиты головной мозг (ГМ) плода и новорожденного особенно уязвим к многочисленным эндо- и экзогенным факторам, приводящим к окислительному стрессу с образованием свободных радикалов. Дисбаланс гомеостаза антиоксидантных систем возникает при рождении у всех новорожденных как следствие гипероксического воздействия при переходе от внутриутробной среды с пониженной концентрацией кислорода к внеутробной жизни [4][5]. В еще большей степени подвержены патологическому действию свободных радикалов нейрональные структуры недоношенных детей [6].

Поиск более точных диагностических инструментов для выявления повреждений структур ГМ привел к исследованиям ряда биомаркеров неонатального повреждения ГМ, обнаруживающихся в сыворотке крови при повышении проницаемости гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) [7][8]. ГЭБ – сложная защитно-регуляторная структура ГМ, нейроваскулярная единица которого представлена эндотелием капилляров ГМ, астроцитами, нейронами, перицитами [8]. Плотные межклеточные контакты между эндотелиоцитами позволяют обеспечивать избирательную проницаемость ГЭБ. В случае ишемического или инфекционного поражения ГМ неотъемлемым компонентом патогенеза становится нарушение проницаемости ГЭБ: разрушаются плотные межклеточные контакты и происходит дисрегуляция активности транспортных белков. Вследствие этого ГЭБ перестает быть препятствием для прохождения молекул из системного кровотока как в ГМ, так и в обратном направлении [8–10].

Резкое патологическое увеличение проницаемости называется «прорывом» ГЭБ и приводит к попаданию в сосудистое русло нейроспецифичных белков (НСБ), которые в норме не обнаруживаются в крови. Таким образом, НСБ можно использовать в качестве периферических маркеров повреждения ГЭБ с целью улучшения диагностики с последующей своевременной коррекцией реабилитационных мероприятий [5][9][11].

Цель – выделить перспективные сывороточные биомаркеры повреждения тканей ГМ для скрининга и мониторинга состояния новорожденных.

Поиск публикаций проведен автоматическим и ручным способами. Автоматический поиск выполняли в международных научных базах данных PubMed/MEDLINE, ScienceDirect, Google Scholar, а также в электронной библиотеке eLibrary. Глубина автоматического поиска составила 20 лет. Ручной поиск осуществлен каждым исследователем отдельно в поисковых системах Google и Яндекс. Критерием отбора исследований являлась релевантность публикации заявленной цели обзора.

Использовали ключевые слова и словосочетания на русском и английском языках: «гипоксически-ишемическое повреждение», «головной мозг», «биомаркеры», «сыворотка», “hypoxic ischemic injury”, “brain”, “biomarkers”, “serum”. Затем отсеивали публикации, не связанные с новорожденными, с помощью запросов «новорожденные», “newborn”, а также исследования, которые не относились к клиническим, с помощью ключевых слов «животные», «мыши», «крысы», “animal”, “mice”, “rat”.

Отбор исследований осуществлен с учетом рекомендаций PRISMA [12] (рис. 1). Всего обнаружено 3778 публикаций по изучению биомаркеров повреждения ГМ. После отбора работ, посвященных только новорожденным, в дальнейший анализ было включено 1152 статьи. Примечательно, что в результаты поиска попадали неклинические исследования, что, вероятно, связано с достаточным количеством испытаний на лабораторных животных. По всей видимости, в таких исследованиях слово “newborn” используют по отношению к потомству лабораторных животных. После введения дополнительного оператора поиска NOT с добавлением слов, позволяющих отсеять исследования на животных, данная проблема была решена.

На следующем этапе проводили отсев дублирующих публикаций: исключено 125 статей. Остальные источники проверяли на предмет наличия полнотекстовой версии. Среди всех работ только в 898 случаях был найден полный текст, либо представленный PDF-файлом, либо размещенный на странице сайта. Публикации, полученные из сомнительного источника, нерелевантные или дублирующие результаты других исследований, из обзора исключались. Проведенный отбор позволил вы-явить в общей сложности 52 работы, которые затрагивали тему биомаркеров повреждения ГМ у новорожденных, являлись релевантными, уникальными по представленным результатам и были получены из авторитетных источников.

Преждевременные роды прерывают процесс созревания ГМ, вызывая задержку нервного развития и другие патологии ЦНС в постнатальном периоде. Внутрижелудочковое кровоизлияние (ВЖК), возникающее при повреждении зародышевого матрикса и субвентрикулярной зоны, поражает 20–25% недоношенных новорожденных с массой тела при рождении менее 1500 г [13]. Это связано с незрелостью кровеносных сосудов зародышевого матрикса, высоковаскуляризированной области ГМ, в сочетании с недостаточно сформированными окружающими тканями. Кроме того, перивентрикулярный геморрагический инфаркт, при котором кровоизлияние затрагивает и паренхиматозную ткань, рассматривается как следствие указанных морфофункциональных изменений тканей ГМ.

ВЖК у новорожденных может иметь различные проявления – от острого ухудшения состояния с апноэ, бледностью, ацидозом, гипотензией, выбуханием родничка, судорогами и снижением мышечного тонуса до «клинически молчаливого синдрома», когда отсутствуют симптомы патологии [5][13].

Еще одним важным проявлением поражения ЦНС у недоношенных новорожденных выступает перивентрикулярная лейкомаляция (ПВЛ) – повреждение белого вещества ГМ, связанное с уменьшением коры, таламуса и базальных ганглиев. Изначально образуется очаг некроза нейронов, реактивного глиоза и активации микроглии – все это может в течение нескольких недель перерасти в множественные кистозные поражения (так называемая кистозная ПВЛ). Однако чаще всего очаговый некроз является микроскопическим и переходит в глиальные рубцы, сложно распознаваемые при нейровизуализации [14][15]. ПВЛ провоцирует детский церебральный паралич (ДЦП), когнитивный, поведенческий дефицит и дефицит внимания. Такие методы диагностики, как ультразвуковое исследование (УЗИ) и магнитно-резонансная томография (МРТ), имеют ряд ограничений, связанных с объективностью интерпретации изображения и сложностью выполнения МРТ из-за критического клинического состояния младенцев в первые недели жизни, а также потребности в надлежащей седации новорожденного [16].

ДЦП – группа стабильных нарушений развития моторики и поддержания позы, ведущих к двигательным дефектам, обусловленным непрогрессирующим повреждением и/или аномалией развивающегося ГМ у плода или новорожденного ребенка [17]. Диагноз ДЦП может быть поставлен в первые 6 мес жизни и основан на клинической картине в сочетании с другими диагностическими инструментами, такими как нейровизуализация (УЗИ и МРТ) и раннее стандартизированное двигательное/неврологическое обследование. Несмотря на развитие медицинских технологий за последнее десятилетие, заболеваемость ДЦП среди недоношенных детей остается высокой и поздно верифицируемой, что снижает эффективность реабилитации таких пациентов. Инновационный метод в виде быстрого скринингового теста на сывороточные биомаркеры может иметь решающее значение для своевременной диагностики, реабилитации и улучшения неврологических исходов в этой группе больных [18].

Основными причинами поражения ГМ у доношенных новорожденных являются гипоксически-ишемическая энцефалопатия (ГИЭ), неонатальный инсульт и системные инфекции [19]. Хотя терапевтическая гипотермия в качестве «золотого стандарта» лечения ГИЭ существенно улучшила прогноз исхода заболевания, этот подход можно начинать только у доношенных новорожденных в первые 6 ч жизни [20][21]. Данный способ имеет лишь частичную эффективность, поскольку 45% пациентов все же умирают или имеют нарушения нервно-психического развития, несмотря на проводимое лечение [22].

Первая стадия ГИЭ характеризуется энергетическим дефицитом вследствие гипоксической ишемии, вторая – окислительным метаболизмом с активацией воспалительного и апоптотического каскадов вследствие реперфузии ишемизированной зоны. Все это вызывает увеличение активности липаз, протеаз и эндонуклеаз и продукцию свободных жирных кислот (особенно арахидоновой), повышение активности циклооксигеназы и образование простагландинов, а также высвобождение протеазами супероксидных свободных радикалов, что приводит к поддержанию активного воспалительного каскада [22][23]. Запущенный «порочный круг» способствует дальнейшему высвобождению свободных радикалов и других токсических метаболитов, которые в определенный момент превышают возможности антиоксидантной защиты клеток нивелировать их негативное влияние. Наконец, третья стадия ГИЭ – период после гипоксического инсульта, продолжающийся от нескольких месяцев до нескольких лет, во время которого наблюдается реактивный глиоз с персистирующим воспалением и эпигенетическими изменениями [24][25].

Другой причиной возникновения краткосрочного повреждения ГМ является инсульт, поражающий как артериальные, так и венозные сосуды, с геморрагическим, ишемическим или смешанным компонентом [26–28]. Основное клиническое проявление инсульта – судороги в первые недели жизни [27][29]. Долгосрочные последствия данного поражения представлены эпилептическим синдромом, ДЦП, врожденной гемиплегией, задержкой нервного развития, включая умственную отсталость, задержкой речи и поведенческими отклонениями от младенчества до взрослой жизни.

Важную роль в патологиях ЦНС в неонатальном периоде играют внутриутробные инфекции, в частности инфекции группы TORCH (англ. Toxoplasma – токсоплазменная инфекция, Rubella – краснуха, Cytomegalovirus – цитомегаловирус, Herpes – герпес). В частности, цитомегаловирусная инфекция провоцирует нарушения развития ЦНС и негенетическую сенсорную тугоухость [30].

Таким образом, в целях увеличения точности и сокращения времени постановки диагноза, указывающего на повреждение тканей ЦНС у новорожденных, необходимо разрабатывать и оптимизировать существующие инструменты диагностики. Среди множества разработанных методов наиболее перспективным представляется определение биомаркеров повреждения ГМ в сыворотке крови.

Существует множество биомаркеров, которые изучают с целью поиска взаимосвязи между их наличием или изменением концентрации и фактом повреждения тканей ЦНС у новорожденных.

Дипептидилпептидаза-4

Дипептидилпептидаза-4 (ДПП-4) представляет собой мембраносвязанную сериновую протеазу, которая локализуется в желудочно-кишечном тракте, печени, легких, почках, а также на Т-лимфоцитах, где фермент известен как маркер активации CD26. ДПП-4 и ДПП-4-подобные пептидазы из семейства пролилолигопептидаз гидролизуют нейропептиды, цитокины и пептидные гормоны [5][31]. Предполагается, что эти ферменты могут быть связаны с нарушением целостности структур ГМ, ассоциированным с ишемией. Участие ДПП-4 в процессах воспаления и повреждения нервной ткани при ишемическом поражении ГМ было показано на животных [32].

По данным A.A. Yakovleva et al. [33], активность ДПП-4 в сыворотке крови у новорожденных с ишемией ГМ была значительно выше, чем у новорожденных в контрольной группе. Кроме того, у недоношенных и доношенных детей не наблюдалось различий в уровне активности ДПП-4 при гипоксии. Авторы отметили, что среди доношенных новорожденных с церебральной ишемией максимальная активность ДПП-4 была выявлена у пациентов с синдромом возбуждения и была значительно выше, чем у детей с депрессивным синдромом. Вместе с тем среди недоношенных детей с церебральной ишемией и различной функциональной активностью нервной системы не отмечено значимых различий в активности ДПП-4 в сыворотке [33].

Можно предположить, что ДПП-4 принимает участие в регуляции деятельности ЦНС у доношенных новорожденных. Напротив, у недоношенных детей эти регуляторные механизмы все еще находятся в стадии развития. Известно, что ДПП-4 участвует в передаче сигнала активации Т-хелперов, что приводит к их пролиферации и продукции цитокинов [34]. Поэтому гипоксию можно считать индуктором воспалительной реакции, определяющей повышение активности ДПП-4 в крови у новорожденных [35][36].

Таким образом, определение уровня ДПП-4 в сыворотке крови у новорожденных может стать эффективным инструментом скрининга наличия изменений структур ГМ, обусловленных ишемией.

Цитокины

Гипоксически-ишемическое повреждение активирует многие воспалительные каскады в ЦНС. Было высказано предположение, что ряд воспалительных молекул являются сигнальными биомаркерами ГИЭ, которые достаточно легко измерить путем анализа периферической крови и сопоставить с фазами повреждения при ГИЭ [37].

Микроглия − это резидентные иммунные клетки ГМ, принимающие участие как в защите нейронов от различных факторов, так и в воспалительном ответе ЦНС. В условиях ГИЭ микроглия в избытке вырабатывает провоспалительные цитокины, например фактор некроза опухоли альфа (ФНО-α) и интерлейкин 1β (ИЛ-1β), а также глутамат, оксид азота (NO), активные формы кислорода, вызывающие гибель олигодендроцитов, дегенерацию аксонов и нарушение незрелого ГЭБ [38]. Провоспалительные цитокины могут активировать патологические изменения в развивающемся белом веществе ГМ у новорожденных, индуцируя внутрисосудистое свертывание, тромбоз и вазоконстрикцию, выработку других цитокинов, таких как фактор активации тромбоцитов.

В 2003 г. С. Chiesa et al. [39] сообщили, что ИЛ-6 является информативным диагностическим маркером ГИЭ и задержки нервно-психического развития. Много лет спустя V. Chaparro-Huerta et al. [40] подтвердили эти результаты, показав более высокие уровни ИЛ-6 у пациентов с гипоксией при рождении. Кроме того, было продемонстрировано, что экспрессия генов, кодирующих ФНО-α и ИЛ-1β, увеличивалась в несколько раз у младенцев, страдающих ГИЭ, по сравнению со здоровыми детьми, а экспрессия генов ИЛ-6 повышалась в девять раз [40].

Исследование S. Fotopoulos et al., результаты которого согласуются с более поздними работами, продемонстрировало, что у новорожденных с выявленной асфиксией при родах уровни ИЛ-6 и ИЛ-1β в сыворотке были значительно выше, чем у здоровых детей. Напротив, сывороточные уровни ФНО-α не различались между двумя группами новорожденных [41].

Нейронспецифическая енолаза

Нейронспецифическая енолаза (НСЕ) – высокоспецифичный фермент гликолиза нейронов и периферических нейроэндокринных клеток [42][43]. Так же как ДПП-4 и провоспалительные цитокины, уровень НСЕ существенно нарастал у когорты новорожденных с ГИЭ и асфиксией по сравнению с когортой здоровых детей в ряде клинических исследований [40][44–46]. В упомянутой выше работе V. Chaparro-Huerta et al. [40] выявлена корреляция между уровнем НСЕ в сыворотке крови с тяжестью энцефалопатии и повреждения ГМ. Эти данные согласуются с результатами С. Çeltik et al. [44], D. Giuseppe et al. [45], О. López-Suárez et al. [46]. В свою очередь, N. Nagdyman et al. [47] в схожем исследовании не обнаружили различий в уровне НСЕ у 29 новорожденных с асфиксией и 20 здоровых младенцев.

Бутирилкарнитин

Окисление жирных кислот, также именуемое β-окислением, происходит в митохондриях с участием по меньшей мере 31 фермента или белка-транспортера. Короткоцепочечная ацил-КоА-дегидрогеназа представляет собой фермент, катализирующий первую фазу β-окисления митохондриальных жирных кислот. Повышение уровня бутирилкарнитина является результатом дисфункции этого фермента [5].

В ретроспективном наблюдательном когортном исследовании, проведенном О. López-Suárez et al. [46], был проанализирован ацетилкарнитиновый профиль 67 детей с ранней ГИЭ в перинатальном периоде (1–7-й дни жизни) с целью соотнесения данного профиля с исходом заболевания. В результате обнаружена значительная положительная корреляция между уровнем бутирилкарнитина и НСЕ в сыворотке крови, особенно в 1-й день лечения гипотермией (р=0,002), и изменениями, выявленными в ГМ по данным МРТ при выписке (р=0,037). Следует отметить, что концентрация бутирилкарнитина снижалась у пациентов с благоприятным исходом, в то время как высокие уровни данного биомаркера соотносились с неблагоприятным прогнозом и прогрессированием патологии [46].

Таким образом, бутирилкарнитин, по-видимому, является перспективным прогностическим биомаркером повреждения нейронов при ГИЭ.

Кальций-связывающий белок B S100

Кальций-связывающий белок B S100 (S100B) – один из наиболее широко изученных биологических маркеров повреждения ГМ. В физиологическом состоянии ЦНС он встречается в цитоплазме, а также в ядрах астроцитов. S100B участвует в регулировании уровня кальция, пролиферации клеток, фосфорилировании и деградации белков.

Высвобождение S100B продемонстрировано в эксперименте in vitro при повреждении культуры клеток глии и нейронов [48]. Кроме того, в рекомендациях Скандинавского комитета нейротравматологии (англ. Scandinavian Neurotrauma Committee, SNC) по начальному лечению минимальных, легких и умеренных травм головы у взрослых предлагается включать измерение уровня S100B в качестве инструмента скрининга для принятия решения о проведении компьютерной томографии [7].

Белок S100B начинает секретироваться глией в ответ на метаболическое повреждение и высвобождается в биологические жидкости (ликвор, кровь, моча, слюна, околоплодные воды) на самых ранних стадиях. Обзор F. Michetti et al. [49] обобщил доступные литературные данные относительно чувствительности и специфичности тестирования S100B в моче и сыворотке (временные точки мониторинга до 24 ч) при патологии. Определение уровня S100B в сыворотке крови показало чувствительность от 50% до 73% и специфичность от 74% до 90% в отношении повреждения структур ГМ [49].

Кальций-связывающий белок при физиологических концентрациях выполняет трофическую роль в процессе развития нервной системы, однако его чрезмерная экспрессия может иметь опасные последствия из-за активации индуцибельной NO-синтазы и последующей продукции NO с гибелью астроцитов [50]. Именно на ранней стадии гипоксии концентрация S100B увеличивается как в спинномозговой жидкости, так и в пуповинной крови. V. Chaparro-Huerta et al. методом полимеразной цепной реакции обнаружили существенное увеличение (на 97%) экспрессии генов, кодирующих S100B, в лейкоцитах венозной крови детей с энцефалопатией по сравнению со здоровыми новорожденными [40].

Содержание S100B в сыворотке увеличивается пропорционально тяжести ГИЭ, поражения белого вещества ГМ: при тяжелой асфиксии уровень S100B оказывается высоким сразу после рождения и продолжает расти в течение недели, при легкой форме он лишь незначительно повышается вскоре после рождения и далее снижается [5][51]. При этом у младенцев без признаков асфиксии всегда наблюдаются базовые физиологические уровни белка [52].

Следовательно, определение сывороточной концентрации S100B сразу после рождения позволяет дать прогностическую оценку клинического исхода для новорожденных с асфиксией. Интересно, что заметное повышение уровня белка было обнаружено также у доношенных и недоношенных младенцев с асфиксией, осложненной ВЖК [53][54].

Исследования взаимосвязи уровня S100B и течения патологии продемонстрировали, что более высокие концентрации S100B при беременности с задержкой развития плода указывают на хроническую гипоксию [55]. Поэтому данный белок можно использовать в качестве биомаркера повреждения ГМ у новорожденных с фетальной задержкой развития [51]. D. Gazzolo et al. выявили, что более высокие уровни S100B наблюдались у матерей c задержкой развития плода, у детей которых после рождения развилось ВЖК [56].

Чтобы соответствовать критериям надежного использования S100B в качестве точного скринингового теста, для улучшения прогнозирования результатов могут потребоваться комбинации биомаркеров. Например, сочетание S100B с НСЕ повышает точность раннего выявления повреждений нейронов.

Таким образом, оценка уровня S100B может стать точным прогностическим инструментом, позволяющим выявить риск развития процессов, сопровождающихся поражением ГМ, как на перинатальном этапе, так и в постнатальном периоде развития.

F2-изопростаны

F2-изопростаны (F2-ИП) образуются в результате перекисного окисления липидов (ПОЛ) клеточных мембран вследствие воздействия повреждающих факторов. Белое вещество ГМ недоношенных новорожденных в период между 23-й и 32-й неделями крайне уязвимо к реакциям ПОЛ. Соответственно, можно предположить наличие диагностической значимости F2-ИП как маркеров ПОЛ [57].

M.A. Matthews et al. [58] собрали образцы плазмы крови у 121 недоношенного ребенка на 14-й и 28-й дни после рождения с целью определить прогностическую способность F2-ИП в отношении развития респираторных изменений и повреждения тканей ЦНС. Была составлена регрессионная модель, согласно которой каждое увеличение F2-ИП на 50 единиц прогнозировало снижение когнитивных, коммуникативных и двигательных показателей на 1,9, 1,2 и 2,4 балла соответственно (р<0,001) [58].

В исследовании С. Coviello et al. [59], включавшее 39 пациентов с гестационным возрастом менее 28 нед, изучена возможность использования F2-ИП в качестве биомаркера повреждения ГМ у младенцев. Авторы обнаружили связь между высокими уровнями F2-ИП на 2-е сутки после родов и снижением функциональной активности мозга [59]. Указанные результаты согласуются с данными M.A. Matthews et al. [58]. В более раннем исследовании группы С. Coviello et al. [60], проведенном на 60 недоношенных новорожденных, F2-ИП показал себя как биомаркер, позволяющий выявить наличие повреждения белого вещества c чувствительностью 86% и специфичностью 60% при уровне биомаркера выше 31,8 пг/мл.

Таким образом, измерение концентрации F2-ИП на этапе скрининга помогает выявить патологические изменения структур ГМ у новорожденных, что позволяет рассматривать F2-ИП в качестве биомаркера.

Ядросодержащие эритроциты

Другим выявленным биомаркером повреждения ГМ являются ядросодержащие эритроциты (ЯСЭ) в периферической неонатальной крови, определяемые у новорожденных с выявленной асфиксией и/или внутриутробной инфекцией [61].

Исследование S. Fotopoulos et al. [41] показало, что спустя 24 ч после родов абсолютное количество ЯСЭ в периферической крови у младенцев с выявленной асфиксией и/или инфекцией было значительно выше по сравнению со здоровыми новорожденными. В последующие дни отмечено существенное снижение данного показателя [41]. Эти результаты были подтверждены в работе Р. Florio et al. [62].

Таким обраом, можно согласиться с выводами авторов исследований о возможности использования ЯСЭ в качестве биомаркера повреждения ГМ.

Другие потенциальные биомаркеры

Активин является членом суперсемейства трансформирующего фактора роста β (англ. transforming growth factor beta, TGF-β), который регулирует дифференцировку и пролиферацию широкого пула клеток. Данный белок выполняет нейропротекторную функцию, и его активность увеличивается при механическом и химическом повреждении ГМ. Высокие концентрации активина А в плазме обнаружены как у недоношенных детей с ВЖК, так и у доношенных младенцев с асфиксией от умеренной до тяжелой степени [62].

В качестве биомаркеров патологии ГМ у новорожденных, измеряемых в пуповинной крови, также были предложены эритропоэтин, хемокиновый лиганд 18, 24S-гидроксихолестерин [5]. Однако для оценки возможного использования этих показателей в реальной клинической практике требуется расширение доказательной базы.

ЦНС новорожденных крайне чувствительна и легко подвержена воздействию неблагоприятных факторов, способствующих развитию различных патологий ГМ. Одну из наиболее важных ролей в этой ситуации играет ПОЛ, которое особенно характерно для недоношенных младенцев. В литературе сообщается о наличии связи между биомаркерами окислительного стресса, измеряемыми в первые часы жизни, и «прорывом» ГЭБ в условиях повреждения ГМ.

При патологиях ЦНС в неонатальном периоде вследствие повышения проницаемости ГЭБ в периферической крови можно обнаружить НСБ. Определение концентрации НСБ в сыворотке крови новорожденных представляется эффективным и быстрым диагностическим методом, позволяющим своевременно обнаружить поражение ГМ и начать лечебно-реабилитационные мероприятия. Одним из наиболее изученных и перспективных сывороточных биомаркеров, относящихся к группе НСБ, является S100B.

Для совершенствования инструментов диагностики и внедрения их в реальную клиническую практику необходимо проведение большего числа исследований, посвященных биомаркерам повреждения тканей ЦНС, их корреляции с типом и тяжестью перинатального повреждения ГМ, что позволит улучшить отдаленные результаты лечения и реабилитации детей с нарушениями ЦНС.