研究简介:早产是发达国家婴儿发病率和死亡率的主要原因之一。早产儿在出生后，尤其是那些出生非常早的婴儿，其心血管系统会经历突然的成熟变化。研究了早产儿中由胱硫醚γ裂解酶（CSE）部分驱动的微血管循环失调，并提出了一种新的早产儿心血管损害范例。之前认为早产儿的心血管损害主要是由于早产儿循环系统不成熟，导致系统性血管阻力高和心输出量不足，但近期的研究表明，微血管功能和适应性可能是导致早产儿心血管损害的另一个关键因素。特别是在非常早产的婴儿中，他们的外周微血管扩张与足月婴儿相比更为明显，而且这种扩张与不良预后相关，如更低的胎龄、男性以及更高的疾病严重程度评分。硫化氢（H2S）作为一种气体信号分子，在调节微血管张力和循环转换期间可能发挥的生理作用。在成熟的新生儿中，H2S的全身转化与微血管血流正相关，但与血压呈负相关，表明H2S在循环转换期间具有生理作用。而在“高危”早产儿中，出生后H2S的全身转化增加，并且这种增加与所有主要的不良结果风险因素独立相关，如胎龄、产后年龄和男性性别。研究团队通过在早产和足月豚鼠模型上进行实验，评估了微血管血流，并测定了硫化氢（H2S）的主要尿代谢物硫代硫酸盐。实验结果显示，在早产动物中，出生后外周血管的H2S产生能力显著增加，且通过CSE的抑制作用显著降低。此外，尿中的硫代硫酸盐与微血管血流和血管产生H2S的能力呈正相关，而CSE产生的H2S与微血管血流没有直接相关性。


Unisense微呼吸系统的应用


Unisense微呼吸系统用来评估胎儿和新生儿皮肤及心脏样本中硫化氢（H2S）的实时产生。通过向微呼吸瓶中注入组织样本，并添加L-半胱氨酸（底物）和磷酸吡哆醛，实时监测H2S的产生。unisense微呼吸系统可以获得在不同发育阶段和不同组织中H2S产生的动态变化。通过添加丙炔氨酸（PAG），一种CSE抑制剂，能够确定CSE对总H2S产生贡献的比例。比较了早产和足月豚鼠胎儿及新生儿的H2S产生能力，以评估妊娠年龄和出生后时间对H2S产生的影响。


实验结果


在早产动物中，出生后外周血管的H2S产生能力显著增加，且通过CSE的抑制作用显著降低。此外尿中的硫代硫酸盐与微血管血流和血管产生H2S的能力呈正相关，而CSE产生的H2S与微血管血流没有直接相关性。在早产动物新生儿中，H2S产生在胎儿-新生儿转换期间增加，并且CSE对总H2S的贡献在产后增加。CSE依赖性H2S产生与微血管血流的测量相关。H2S在早产儿的微血管张力调节中起着重要作用，并且CSE是H2S产生的关键酶。早产儿的微血管循环失调可能与H2S产生的变化有关，这可能影响新生儿的心血管稳定性。

图1、(A)雄性和(B)雌性豚鼠新生儿的微血管血流。使用激光多普勒流量测量在颈部的皮下微血管血流，以自然对数单位表示（lnPU），在产后10小时和24小时对足月（开放圆圈）和早产（实心圆圈）豚鼠新生儿进行测量。24小时组的动物在产后10小时和24小时都进行了微血管评估。A,与足月雄性相比，早产雄性在产后10小时（足月，n=12;早产，n=12）和24小时（足月，n=6;早产，n=7）的微血管血流显著更高。B,胎龄对雌性在产后10小时（足月，n=11;早产，n=11）或24小时（足月，n=5;早产，n=5）的微血管血流没有影响。*P<0.05与同一性别的相应足月组比较。

图2、皮下血管具有产生硫化氢的能力，这在一定程度上是依赖于胱硫醚γ裂解酶（CSE）的。A,在控制条件下以及添加丙炔氨酸（PAG）后，胎儿产生的总硫化氢（硫化氢的主要尿代谢物），用于确定CSE对总硫化氢产生的贡献（足月雄性，n=5;足月雌性，n=6;早产雄性，n=6;早产雌性，n=6）。B,产后10小时（足月雄性，n=6;足月雌性，n=6;早产雄性，n=6;早产雌性，n=6）。C,产后24小时（足月雄性，n=6;足月雌性，n=5;早产雄性，n=5;早产雌性，n=5）。*P<0.05与同一性别的相应足月组比较，†P<0.05与同一胎龄组内的胎儿时间点比较，‡P<0.05与同一胎龄组内的10小时时间点比较，#P<0.05与相应的总硫化氢产生值比较。

图3、在产后10小时（A-C）和24小时（D-F）微血管血流与总血管硫化氢产生能力的关联。在所有新生儿（图A;n=24）、足月新生儿（图B;n=12）中观察到正相关，但在早产新生儿（图C;n=12）中未观察到。在产后24小时，无论是总体（图D,n=22）还是足月（图E;n=12）或早产（图F;n=10）新生儿，微血管血流与总血管硫化氢产生能力之间均未观察到关联。

图4、收集自胎儿（图A;足月雄性，n=4;足月雌性，n=3;早产雄性，n=4;早产雌性，n=4）和产后24小时的新生儿（图B;足月雄性，n=4;足月雌性，n=3;早产雄性，n=3;早产雌性，n=4）的心脏能够产生硫化氢，当提供过量的底物和辅因子时。添加丙炔氨酸（PAG）表明，在产后心脏中，总硫化氢的一个显著比例是通过依赖CSE的机制产生的。*P<0.05与同一性别的相应足月组比较，†P<0.05与胎儿时间点内的相应胎龄组比较，#P=0.05与相应的总硫化氢产生值比较。

图5、在产后24小时内，通过测量尿中的硫代硫酸盐来评估足月（图A;n=11）和早产（图B;n=12）豚鼠的系统总硫化氢产生。在整个24小时期间，尿中的硫代硫酸盐在早产儿中显著高于足月儿（P=0.002）。在早产组中，随着产后年龄的增长，系统总硫化氢产生增加（*P=0.003），在足月儿中未观察到这种关系。


结论与展望


早产儿心血管损害的部分由胱硫醚γ裂解酶（CSE）驱动的微血管循环失调。硫化氢（H2S）作为一种气体信号分子，在调节微血管张力和循环转换期间可能发挥的生理作用。在成熟的新生儿中，H2S的全身转化与微血管血流正相关，但与血压呈负相关，表明H2S在循环转换期间具有生理作用。而在“高危”早产儿中，出生后H2S的全身转化增加，并且这种增加与所有主要的不良结果风险因素独立相关，如胎龄、产后年龄和男性性别。在成年血管中，硫化氢（H2S）主要由CSE产生。


本研究假设血管CSE活性有助于循环转换期间的微血管张力调节。研究了早产（妊娠62天）和足月（妊娠69天）豚鼠胎儿和新生儿。通过激光多普勒流量测量评估微血管血流。通过高效液相色谱法测定H2S的主要尿代谢物硫代硫酸盐。使用微呼吸系统评估胎儿和产后（10、24小时）皮肤和心脏样本中实时H2S产生。通过丙炔氨酸抑制CSE的贡献。


Unisense微呼吸系统被用来评估胎儿和新生儿皮肤及心脏样本中硫化氢（H2S）的实时产生。微呼吸系统是一种敏感的测量工具，能够检测在生物样本中产生的H2S，使研究人员能够精确测量和分析H2S的产生，这对于理解早产儿心血管功能和微血管循环失调具有重要意义。