摘要
背景
新生儿生发基质出血-脑室内出血及其继发的出血后脑积水(PHH)是早产儿神经疾病发病率和死亡率的主要原因。PHH的临床前模型表明血红蛋白和铁介导的细胞损伤在PHH的发病机制中起作用，但这些模型通常表现出轻度至中度脑室扩大表型——这种程度在人类患者中甚至可能不需要干预。我们旨在建立一种严重的脑室内出血(IVH)临床前模型，以重现需要神经外科干预的严重脑积水表型，并确定导致早产儿IVH后严重脑积水的致病性血液降解产物。
方法
将无菌生理盐水(7.5 µL/g, n = 20)、血红蛋白(Hb, 120 mg/mL, n = 25)、铁(1.2 mg/mL, FeCl₃, n = 49)或溶血红细胞(RBC, 7.5 µL/g, n = 41)双侧注入出生后第3天的Sprague Dawley幼鼠侧脑室。使用11.7 T MRI在出生后第5、12、19和26天评估脑室体积，并在各组之间进行比较。通过扫描电子显微镜(SEM)表征脑室室管膜和脉络丛形态。使用普鲁士蓝染色(Perls stain)评估室管膜和脉络丛的铁沉积。监测脑积水的临床和行为表现。
结果
溶血红细胞和铁的脑室内注射导致严重脑积水，其特征是明显的脑室扩大和圆顶状颅骨。受严重影响的脑积水幼鼠表现出体重增长不良和早期死亡。对照组(生理盐水)和血红蛋白注射组幼鼠在出生后第5天至第26天的任何时间点均未表现出脑积水表型或显著的脑室扩大。虽然在出生后第26天，铁和溶血红细胞注射组幼鼠的脑室体积明显大于生理盐水和血红蛋白注射组幼鼠(p < 0.0001)，但铁注射组幼鼠的脑室扩大最为严重。与生理盐水注射组相比，铁注射组(p < 0.0001)和溶血红细胞注射组(p = 0.024)脑积水幼鼠的室管膜和脉络丛铁沉积(普鲁士蓝染色)显著增加。扫描电子显微镜显示，铁和溶血红细胞注射的脑积水幼鼠室管膜纤毛剥脱和脉络丛形态发生改变。
结论
脑室内游离铁对新生大鼠IVH后PHH的发展至关重要，而脑室内血红蛋白并未引起脑积水。PHH的特征是脑室室管膜纤毛和脉络丛的形态学变化，反映了铁介导的细胞损伤。
数据可用性
本研究期间生成和/或分析的数据可根据合理要求从通讯作者处获取。
代码可用性
用于组织学图像分析的LabVIEW代码可根据合理要求从通讯作者处获取。
参考文献
- Christian EA, Jin DL, Attenello F, Wen T, Cen S, Mack WJ, 等. 2000-2010年美国早产儿脑室内出血和脑积水住院趋势. J Neurosurgery: Pediatr. 2016;17(3):260–9.
- Holste KG, Xia F, Ye F, Keep RF, Xi G. 脑室内出血后脑积水中的神经炎症机制：综述. Fluids Barriers CNS. 2022;19(1):28.
- Ellenbogen JR, Waqar M, Pettorini B. 早产儿出血后脑积水的管理. J Clin Neurosci. 2016;31.
- Ballabh P. 早产儿脑室内出血：疾病机制. Pediatr Res. 2010;67(1):1–8.
- Nagy Z, Obeidat M, Máté V, Nagy R, Szántó E, Veres DS, 等. 早产新生儿脑室内出血的发生率和发病时间. JAMA Pediatr. 2025;179(2).
- BR P, AE S, BJ AM, A, SL M. 早产脑室内出血的发病机制. Developmental neuroscience. 2025.
- Ding Y, Zhang T, Wu G, McBride DW, Xu N, Klebe DW, 等. 星形胶质细胞增生抑制通过脑脊液系统增加脑脊液重吸收从而减轻脑室内出血后的脑积水. Experimental Neurology. 2019;320.
- Dawes W. 新生儿脑室内出血后的继发性脑损伤：纤毛室管膜的作用. Front Pead. 2022;10.
- Karimy JK, Reeves BC, Damisah E, Duy PQ, Antwi P, David W, 等. 获得性脑积水炎症的致病机制和治疗靶点. Nat Reviews Neurol. 2020;16(5).
- Valente EM, Rosti RO, Gibbs E, Gleeson JG. 神经发育障碍中的原发性纤毛. Nat Reviews Neurol. 2014;10(1):27–36.
- Groulx-Boivin E, Paquette M, Khairy M, Beltempo M, Dudley R, Ferrand A, 等. 早产新生儿出血后脑室扩张的自发缓解与神经发育. Pediatr Res. 2023;94(4).
- Mahaney KB, Buddhala C, Paturu M, Morales D, Limbrick DD Jr, Strahle JM. 人新生儿脑脊液中脑室内出血清除：与脑积水的关联. Stroke. 2020;51(6):1712–9.
- Strahle JM, Garton T, Bazzi AA, Kilaru H, Garton HJ, Maher CO, 等. 血红蛋白和铁在新生儿脑室内出血后脑积水中的作用. Neurosurgery. 2014;75(6):696–706.
- Gao C, Du H, Hua Y, Keep RF, Strahle J, Xi G. 红细胞溶解和铁在脑室内出血后脑积水中的作用. J Cereb Blood Flow Metabolism. 2014;34(6):1070–5.
- Cao S, Hua Y, Keep RF, Chaudhary N, Xi G. 米诺环素对老年大鼠脑内出血引起的铁过载的影响：通过磁共振成像进行脑铁定量. Stroke. 2018;49(4):995–1002.
- Zhang J, Shi X, Chen Z, Geng J, Wang Y, Feng H, 等. 依达拉奉通过激活Nrf2/HO-1通路减轻大鼠铁介导的脑积水和行为障碍. J Stroke Cerebrovasc Dis. 2018;27(12).
- AS AMBC, R, S S, P B. 新生小鼠脑室内出血模型的组织病理学和功能表征. Neuroscience. 2025;572.
- JH L, YS C, SY A, SI S, WS P. 地塞米松不能预防新生大鼠严重脑室内出血后的脑积水. PloS one. 2018;13(10).
- Castaneyra-Ruiz L, Ledbetter J, Lee S, Rangel A, Torres E, Romero B, 等. 脑室内二甲基亚砜(DMSO)以剂量依赖性模式诱导脑积水. Heliyon. 2024;10(5).
- KG M, MF W, S B, T O. 枸橼酸抗凝与凝血酶生成动力学. JTH. 2007;5(10).
- Altman J, Sudarshan K. 实验室大鼠运动功能的出生后发育. Anim Behav. 1975;23:896–920.
- MacLellan CL, Langdon KD, Churchill KP, Granter-Button S, Corbett D. 大鼠脑内出血后认知功能评估. Behav Brain Res. 2009;198(2):321–8.
- Singh N, Bansal Y, Bhandari R, Marwaha L, Singh R, Chopra K, 等. 柚皮素逆转大鼠脑室内胶原酶诱导的脑内出血的神经行为和生化改变. Pharmacology. 2017;100(3–4):172–87.
- Ohmura Y, Kuniyoshi Y. 从人类胎儿年龄确定啮齿类动物年龄的转化模型. Sci Rep. 2017;7(1).
- BD S, LJ N-H, K B, K G, DM F. 啮齿类动物和人类大脑发育：确定跨物种成熟和损伤易感性的基准. Progress in neurobiology. 2013;106–107.
- Zeiss CJ. 啮齿类动物和人类出生后中枢神经系统发育的比较里程碑. Toxicol Pathol. 2021;49(8).
- Tucker AM, Aquilina K, Chakkarapani E, Hobbs CE, Thoresen M, Tucker AM, 等. 大鼠振幅整合脑电图和爆发间期的发展. Pediatr Res. 2009;65(1).
- Christian EA, Melamed EF, Peck E, Krieger MD, McComb JG, Christian EA, 等. 早产儿脑室内出血继发脑积水的外科管理. J Neurosurgery: Pediatr. 2016;17(3).
- Mahaney KB, Buddhala C, Paturu M, Morales DM, Smyser CD, Limbrick DD, 等. 早产出血后脑积水早期严重脑室扩大与脑脊液铁和铁蛋白升高相关. J Neurosurgery: Pediatr. 2022;30(2):169–76.
- Ramagiri S, Pan S, DeFreitas D, Yang PH, Raval DK, Wozniak DF, 等. 去铁胺通过脉络丛介导的铁清除预防新生儿出血后脑积水. Translational Stroke Res. 2023;14(5):704–22.
- Miller BA, Pan S, Yang PH, Wang C, Trout AL, DeFreitas D, 等. 通过脑室内注射血红蛋白建立新生儿脑室内出血模型. J Visualized Experiments: JoVE. 2022;186.
- Zamorano M, Olson SD, Haase C, Herrera JJ, Huang S, Sequeira DJ, 等. 新生儿脑室内出血大鼠模型中的先天免疫激活和白质损伤依赖于发育阶段. Exp Neurol. 2023;367:114472.
- Lolansen SD, Rostgaard N, Barbuskaite D, Capion T, Olsen MH, Norager NH, 等. 出血后脑积水与炎症升高和通过脉络丛转运蛋白激活导致的脑脊液过度分泌相关. Fluids Barriers CNS. 2022;19(1):62.
- Pan S, Hale AT, Lemieux ME, Raval DK, Garton TP, Sadler B, 等. 铁稳态和出血后脑积水：综述. Front Neurol. 2024;14:1287559.
- Dixon SJ, Lemberg KM, Lamprecht MR, Skouta R, Zaitsev EM, Gleason CE, 等. 铁死亡：一种铁依赖性的非凋亡性细胞死亡形式. Cell. 2012;149(5):1060–72.
- Eid R, Arab NT, Greenwood MT. 铁介导的毒性与程序性细胞死亡：综述与现有范式的再审视. Biochim Et Biophys Acta (BBA)-Molecular Cell Res. 2017;1864(2):399–430.
- Meng Z, Liu C, Chen C, Di F, Zhang S, Liang X, 等. 出血后脑积水中铁死亡的诱导. Brain Res. 2023;1798:148133.
- Zhao J, Chen Z, Xi G, Keep RF, Hua Y. 去铁胺减轻大鼠创伤性脑损伤后的急性脑积水. Translational Stroke Res. 2014;5:586–94.
- Schmidt M, Ondreka N. 动物脑积水. Pediatric hydrocephalus. 2019;53.
- Dorner RA, Soares BP, Robinson S, Allen MC, Perin J, Burton VJ. 早产儿出血后脑室扩张的临床影像学与神经行为评估关系. Front Physiol. 2019;10:64.
- Robert SM, Reeves BC, Kiziltug E, Duy PQ, Karimy JK, Mansuri MS, 等. 脉络丛将先天免疫与脑积水中的脑脊液失调联系起来. Cell. 2023;186(4):764–85. e21.
- Sadegh C, Xu H, Sutin J, Fatou B, Gupta S, Pragana A, 等. 针对脉络丛的NKCC1过表达治疗出血后脑积水. Neuron. 2023;111(10):1591–608. e4.
- Robinson S, Heck T, Patel R, Vijayakumar B, Helmbrecht H, Kitase Y, 等. 在大鼠中模拟早产儿出血后脑积水. J Vis Exp. 2025;217.
- JP M, MM G, LC R, D D-P AJJ, D S. 人新生儿脑室内出血的脑室区破坏. J Neuropathol Exp Neurol. 2017;76(5).
- L C-R, DM M, AM JPMSLB, I, JM S. 血液暴露导致体外脑室区破坏和胶质细胞活化. J Neuropathol Exp Neurol. 2018;77(9).
致谢
我们感谢斯坦福大学医学院Canary中心成像设施经理Edwin Chang在使用11.7 T MRI方面的技术支持。
资金支持
本工作得到了美国国立卫生研究院转化科学促进中心通过奖项编号KL2TR003143(Mahaney)的支持。本文内容完全由作者负责，不一定代表美国国立卫生研究院的官方观点。本工作还得到了斯坦福大学母婴健康研究所教师学者奖(Mahaney)、斯坦福SPARK试点项目(Mahaney/Rajadas)、Robert和Janice McNair基金会的McNair医学研究所(Patel)以及韩国国家研究基金会(RS-2023-00211956)(Kim)的支持。
作者信息
作者与所属机构
- 美国加利福尼亚州斯坦福94305，斯坦福大学医学院神经外科
Kwang-Min Kim, Arokoruba Oboba Cheetham-West, Megan Phillips, Kelly B. Mahaney
- 韩国仁川21999，加图立大学医学院生理学系
Kwang-Min Kim
- 美国田纳西州纳什维尔37232，范德比尔特大学药理学系
Mohamed Rafiuddin Ahmed
- 美国加利福尼亚州斯坦福94305，卡内基华盛顿研究所植物生物学系
Andrey V. Malkovskiy
- 美国加利福尼亚州斯坦福94305，斯坦福大学医学院医学系
Venkata Raveendra Pothineni, Kyle D. Brewer, Jayakumar Rajadas
- 美国德克萨斯州休斯顿77030，德克萨斯大学MD安德森癌症中心神经肿瘤学系
Chirag B. Patel
- 美国德克萨斯州休斯顿77030，德克萨斯大学MD安德森癌症中心癌症生物学项目，德克萨斯大学休斯顿健康科学中心生物医学科学研究生院
Chirag B. Patel
- 美国德克萨斯州休斯顿77030，德克萨斯大学MD安德森癌症中心神经科学研究生项目，德克萨斯大学休斯顿健康科学中心生物医学科学研究生院
Chirag B. Patel
- 美国加利福尼亚州斯坦福94305，斯坦福大学医学院心血管研究所高级药物递送和再生生物材料实验室
Kyle D. Brewer, Jayakumar Rajadas
作者贡献
K.B.M. 构思并监督项目。K.-M.K., M.R.A., M.P., J.R., C.B.P. 和 K.B.M. 设计了研究。K.-M.K. 和 K.B.M. 撰写了手稿。M.R.A. 和 M.P. 进行了立体定向手术。K.-M.K., V.R.P., A.O.C.-W., K.D.B. 和 C.B.P. 进行了MR扫描。K.-M.K., A.O.C.-W., M.P. 和 K.D.B. 分析了MR图像。K.-M.K. 和 M.P. 处理了大脑进行SEM和组织学实验。K.-M.K. 和 M.P. 进行了SEM。A.V.M. 开发了用于组织学图像分析的LabView代码。M.P. 和 A.O.C.-W. 进行了神经行为学实验。
通讯作者
通讯作者：Kelly B. Mahaney。
道德声明
伦理批准和同意参与
所有动物实验均按照斯坦福大学机构动物护理和使用委员会(IACUC)批准的方案进行，并按照机构APLAC指南执行。
出版同意
不适用。
竞争利益
作者声明无竞争利益。
其他信息
出版商说明
Springer Nature对已发表地图和机构隶属关系中的司法权声明保持中立。
权利与许可
开放获取 本文根据知识共享署名4.0国际许可协议许可，允许在任何媒介或格式中使用、分享、改编、分发和复制，只要您适当注明原始作者和来源，提供知识共享许可链接，并指出是否进行了修改。本文中的图像或其他第三方材料包含在文章的知识共享许可中，除非在材料的署名行中有其他说明。如果材料不包含在文章的知识共享许可中，且您的预期使用不被法定法规允许或超出了许可使用范围，您将需要直接从版权所有者处获得许可。要查看此许可的副本，请访问
【全文结束】
