机械通气加剧早产胎羊气管内脂多糖诱导的全身与脑干炎症：揭示呼吸支持与宫内炎症的协同损伤效应

《Brain Communications》：Mechanical ventilation amplifies intratracheal lipopolysaccharide-induced plasma and brainstem inflammation in preterm fetal sheep

本研究针对宫内感染/炎症显著增加早产儿出生后需呼吸支持（常为机械通气）的风险这一临床难题，研究人员在早产胎羊模型中探讨了气管内脂多糖（LPS）暴露后24小时机械通气对脑干呼吸相关中枢炎症的协同效应。结果发现，机械通气放大了LPS诱导的全身（血浆）和中枢（脑脊液）炎症反应，并上调了脑干中肿瘤坏死因子（TNF）和前列腺素内过氧化物合酶-2（PTGS2）的mRNA表达。尽管通气未进一步加剧LPS引起的脑干胶质细胞活化和细胞死亡等组织学炎症，但研究揭示了“二次打击”（通气）在已有炎症基础上加剧系统性炎症的潜在风险，提示对暴露于宫内炎症的早产儿，即使短时间（24小时）的呼吸支持也可能通过加剧神经炎症而影响其呼吸控制功能，为临床干预提供了新视角。

　　

在生命最初的脆弱时刻，早产儿不仅要面对未成熟器官的挑战，还常常遭遇宫内感染或炎症的“初次打击”。更严峻的是，这些宝宝出生后大多需要机械通气的生命支持，这构成了潜在的“二次打击”。大脑深处被称为“生命中枢”的脑干，负责着呼吸、心跳等基本生命功能，其发育极易受到炎症的影响。临床观察发现，暴露于宫内炎症的早产儿，不仅需要呼吸支持的风险更高，支持时间也更长，并且日后出现呼吸暂停等问题的几率也更大。那么，这“双重打击”——宫内炎症加上出生后的机械通气——会对发育中的脑干产生怎样协同的、甚至是雪上加霜的影响？这个问题如同一个谜团，困扰着新生儿科医生和科学家。以往的研究多集中于单一因素，而两者叠加的效应，特别是对脑干呼吸控制中枢的直接影响，尚不清晰。

为了解开这个谜题，由Kayla Vidinopoulos、Robert Galinsky和Graeme R. Polglase等领衔的研究团队在《Brain Communications》上发表了一项重要研究。他们利用与人类胎儿发育阶段相似的早产胎羊模型，精心设计实验，模拟了临床常见的场景：先有宫内炎症（通过气管内注入LPS模拟），随后给予24小时的低潮气量机械通气。这种“在子宫内通气”的技术，巧妙地将通气的影响与出生后其他复杂因素（如血流动力学波动）分离开来，使得研究人员能够更精确地观察通气本身与炎症的相互作用。

研究发现，当机械通气这个“二次打击”紧随LPS炎症之后，会产生显著的协同放大效应。与仅接受LPS或仅接受通气的胎羊相比，“LPS+通气”组的胎羊血液和脑脊液中的多种炎症因子水平显著升高，脑干组织中与炎症和前列腺素合成相关的基因表达也更为活跃。然而，在显微镜下观察脑干组织的病理变化时，一个有趣的现象出现了：LPS暴露本身已经足以引起脑干呼吸中枢的显著炎症反应（表现为星形胶质细胞和小胶质细胞的数量增加和活化），而后续24小时的机械通气并未使这种组织学的炎症景象进一步恶化。这意味着，宫内炎症是驱动脑干局部炎症的主要推手，而机械通气则更像一个“系统炎症的放大器”，它加剧了全身和中枢神经系统的炎症分子风暴，但在这个早期时间点（24小时），可能还不足以改写由LPS主导的局部组织炎症剧本。

这项研究揭示了一个关键机制：对于早产儿，即使是为期不长的机械通气，如果施加在已有宫内炎症的背景上，也可能通过加剧系统性炎症和脑干特定分子通路（如PTGS2/PGE₂通路，该通路已知会抑制呼吸）的激活，对脆弱的呼吸控制网络构成额外威胁。这提示临床医生，对于有宫内感染/炎症迹象的早产儿，在提供必要呼吸支持的同时，应更加关注其潜在的神经炎症风险，并探索针对炎症通路的保护性策略。

研究人员为开展此项研究，主要应用了几项关键技术：首先是建立了早产胎羊（妊娠115±3天，足月147天）的在子宫内机械通气模型，该模型能精确控制通气参数（目标潮气量3-5 mL/kg），并排除了出生后过渡期复杂生理变化的干扰。其次，通过气管内注射脂多糖来模拟宫内感染/炎症引发的肺部炎症。研究过程中系统监测了胎羊的动脉血气和生理生化指标。在分子水平，采用多重微球免疫分析法检测了系列血浆和脑脊液样本中的细胞因子浓度；通过实时定量PCR分析了脑干组织大量炎症、细胞损伤及前列腺素合成相关基因的mRNA表达。在组织病理学层面，利用免疫荧光和免疫组织化学技术对脑干多个呼吸相关中枢（如pre-B?tzinger复合体、RTN/pFRG等）的星形胶质细胞、小胶质细胞、STAT3蛋白表达及细胞凋亡进行了定量和形态学分析。

研究结果

胎儿生理生化指标变化

通气本身影响了动脉血pH值和氧分压。LPS暴露则导致胎羊出现高碳酸血症、氧饱和度下降和酸中毒，表明炎症增加了代谢需求。而“LPS+通气”的组合进一步加剧了氧合不足和代谢性酸中毒，提示两种刺激在加重生理应激方面存在协同作用。

循环炎症标志物

血浆炎症因子动态变化显示，LPS暴露是驱动IL-1β和IP-10升高的主要因素。而机械通气在LPS背景上，特异性地显著放大了IL-6、IL-10和TNF的升高幅度，尤其是在通气开始后的3-12小时内。对24小时炎症因子总量的分析（曲线下面积）进一步证实，VENT_LPS组的IL-6和IL-10累积水平显著高于其他各组。

脑脊液炎症蛋白

在实验终点采集的脑脊液分析显示，VENT_LPS组的IL-6蛋白浓度显著高于CONT_LPS组，表明通气加剧了LPS诱导的中枢神经系统内部的炎症。此外，LPS暴露（无论是否通气）均显著升高了脑脊液中TNF和IP-10的水平。

脑干mRNA表达

对整个脑干组织的基因表达分析发现，VENT_LPS组的TNF和PTGS2的mRNA表达水平显著高于CONT_LPS组，提示通气在LPS基础上特异性地增强了脑干内与炎症和前列腺素E2合成关键酶相关的分子信号。而LPS暴露则普遍下调了IL-18、NFκB、CASP3、CASP8、HSP70和TLR4等基因的表达，这可能是一种反馈调节或时间点特异的反应。

髓质组织病理学

LPS暴露（CONTLPS和VENTLPS）显著增加了所有检测的脑干呼吸中枢（RTN/pFRG、pre-B?tC、NA、NTS、RN）中IBA1阳性的小胶质细胞总数以及具有活化形态（阿米巴样）的小胶质细胞数量。星形胶质细胞的数量在RTN/pFRG、pre-B?tC和RN中也因LPS暴露而增加。然而，24小时的机械通气并未在LPS引起的变化基础上，进一步显著增加这些胶质细胞的数目或活化程度。

STAT3阳性细胞

STAT3是细胞炎症反应的关键信号分子。研究发现，在pre-B?tC和NTS等区域，CONTLPS组的STAT3+细胞数已高于对照组。而在RN中，VENTLPS组的STAT3+细胞数最高。免疫荧光双标显示，STAT3与星形胶质细胞、小胶质细胞和神经元共定位，表明这些细胞都参与了炎症反应。

TUNEL阳性细胞（细胞凋亡）

仅在RN中，VENT_SAL组的凋亡细胞数量高于CONT_LPS组，这提示单纯通气在特定区域可能诱发细胞死亡，但其机制与LPS引起的炎症不同。

相关性分析

分析显示，血浆中累积的IL-6、TNF、IP-10水平以及脑脊液中的IP-10浓度，与pre-B?tC和RTN/pFRG区域的小胶质细胞和星形胶质细胞数量呈显著正相关。这表明全身和中枢的炎症水平与脑干呼吸中枢的神经炎症严重程度密切相关，特别是TNF，显示出最强的相关性。

研究结论与意义

本研究明确证实，在早产胎羊模型中，24小时的低潮气量机械通气能够放大由气管内LPS暴露所引发的全身性和脑干炎症反应。尽管在本次研究的急性期（24小时），通气并未显著加剧LPS诱导的脑干组织学炎症（胶质细胞增生），但它显著增强了系统性炎症反应和脑干内特定的促炎分子信号（如PTGS2）。PTGS2是合成前列腺素E2 (PGE₂)的限速酶，而PGE₂是已知的强效呼吸抑制剂。因此，这种“双重打击”后加剧的炎症环境，特别是PTGS2/PGE₂通路的上调，很可能通过改变脑干呼吸中枢的神经元兴奋性，损害早产儿的自主呼吸控制和应对低氧/高碳酸血症等生理挑战的能力，从而可能解释为何这类患儿需要更长时间和更高级别的呼吸支持。

研究的深刻意义在于，它揭示了对于已有宫内炎症的早产儿，即使短时间（24小时）的机械通气——这在临床实践中相当常见——也可能通过加剧神经炎症而对发育中的呼吸控制网络产生不利影响。考虑到早产儿实际接受通气的时间往往远长于24小时，这种协同损伤效应在更长时间尺度上可能会变得更加明显。因此，该研究强调了对有宫内炎症背景的早产儿，在实施机械通气时，需要更加警惕其对神经发育的潜在影响，并呼吁未来研究探索抗炎策略（如靶向TNF或前列腺素通路）作为辅助治疗，以保护脑干功能，改善这类高危患儿的呼吸结局和长期神经系统预后。