早產兒支氣管肺發育不良抗氧化治療的研究進展

朱寧,劉恒，祝如愿,黃莉

(1. 東南大學 醫學院，江蘇 南京 210009； 2. 東南大學附屬中大醫院 兒科，江蘇 南京 210009)

隨著圍產醫學的發展以及新生兒救治技術的進步，早產兒的存活率不斷提高，然而支氣管肺發育不良(bronchopulmonary dysplasia,BPD)的發病率也逐漸升高。這與早產兒高氧暴露、機械通氣、炎癥和感染性等并發癥導致的活性氧(reactive oxygen species,ROS)或氧自由基(oxygen free radical,OFRs)增加有關[1]。早產兒肺發育不完善，出生后對氧較依賴，因此特別容易受到氧化應激(oxidative stress,OS)的損傷；同時，OS可造成呼吸道上皮損傷、肺泡表面活性物質失活并加重炎癥反應[2]，進一步增加了早產兒對機械通氣的需求，形成惡性循環。因此,OS引起的氧自由基損傷是許多新生兒呼吸系統疾病的致病因素，這些疾病又被稱為“新生兒氧自由基病”，BPD即為其中之一[3]。由此可知，OS參與了BPD的病理生理過程。維持好氧化與抗氧化作用之間的平衡，減少氧自由基蓄積對機體的損傷可能是有效預防或輔助治療BPD的重要手段之一。研究[1]顯示，抗氧化治療可以預防OS相關疾病，提高新生兒免疫力，增強新生兒活力。現就OS在BPD發病機制中的作用以及BPD抗氧化治療的研究進展作一綜述。

1 BPD概述

1967年，Northway等[4]首次報道了一組以肺組織嚴重炎癥和呼吸道廣泛纖維化為特征的疾病，命名為BPD，即“舊BPD”。隨著產前激素、肺泡表面活性物質以及保護性肺通氣策略的應用，近年來BPD的臨床癥狀以及影像學特征較20世紀60年代發生了顯著改變。與“舊BPD”不同，早產破壞了胎兒肺泡和血管發育的正常程序，導致了以肺泡及肺血管發育停滯為特征的“新BPD”，任何新生兒氧依賴(氧濃度>21%)超過28 d即可診斷為BPD[5]。

肺發育主要分為3個時期，即胚胎期、胎兒期和產后期，出生后肺發育包括經典和持續肺泡化以及微血管成熟階段[6]。由此可見，新生兒出生時肺并沒有發育完全，出生后肺將繼續發育、成熟。若胎兒在胎兒期的正常肺發育因早產而受到阻滯，或早產兒出生后肺受到高氧、炎癥因子等不利因素的干擾，則會導致BPD的發生[6]。輔助通氣策略幫助早產兒未成熟的肺得到足夠的氧合并保證其發育，使大量早產兒受益、存活率增高。在彌補早產兒肺通氣和換氣功能不足的同時，呼吸道長期直接暴露于高氧環境中，且肺組織細胞又是氧化損傷的主要靶點，因此這些長期或早期暴露于高氧的早產兒成為了BPD的高危人群。

目前，BPD的發病率逐年上升。我國BPD主要見于胎齡<32周、尤其是<30周的早產兒[7]。BPD高危因素包括過肺發育不成熟、感染、微量元素的缺乏、氧中毒、機械通氣過程中的氣壓傷及容量傷、炎癥因子損傷等。其中主要危險因素是高氧暴露誘導的ROS或OFRs的增加和蓄積[8]。抗氧化治療通過減少ROS或OFRs的產生和蓄積，可以減輕OS損傷，從而達到預防或治療BPD的目的。

2 OS與BPD

OS是指體內氧化與抗氧化失衡的一種狀態，這種狀態會合并或誘發炎癥反應從而導致氧化中間產物的蓄積。氧化作用、抗氧化能力、炎癥反應三者相互獨立又相互聯系、相輔相成(圖1)。由于早產兒呼吸系統發育不完全，早期對輔助通氣和高濃度氧依賴，在合并感染或自身炎癥反應的條件下，導致ROS或OFRs的產生增加。而早產兒在出生前誘導內源性抗氧化劑產生的能力有限，無法在分娩后進一步誘導內源性抗氧化反應，及時清除ROS和OFRs的能力不足，造成氧化中間產物蓄積，產生OS損傷[9]。研究[10]顯示，早產兒出生時血超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)和谷胱甘肽過氧化物酶(GPX)活性顯著低于足月兒。此外，早產兒還表現出非酶類抗氧化劑缺乏，包括維生素A、D和E[11]。因此，早產兒抗氧化以及防止氧化損傷的能力不足。

圖1 氧化應激與BPD

早產兒的內源性抗氧化酶體系缺陷和抗氧化應激系統不完善，因此短時間內高氧暴露可誘發一連串的OS反應，導致氧化損傷。高氧誘導的損傷主要包括肺泡上皮和血管內皮細胞的壞死或凋亡，導致肺泡結構破壞、血管通透性增加，炎癥細胞大量募集[12]。高氧可誘導Ⅱ型肺泡上皮細胞(AECⅡ)的凋亡增加并抑制其增殖，進一步參與調控肺泡和血管的重塑，這是BPD發生機制的關鍵環節[13]。此外，在肺發育過程中，許多生長因子參與調控肺泡成熟及血管發育過程，如血管內皮生長因子(VEGF)，其具有促進肺組織內皮細胞生長、血管內皮細胞增殖等作用[14]。過量的ROS可通過OS抑制VEGF表達從而導致肺血管發育的停滯[15]。

早產兒對炎癥和感染性并發癥的易感性增加，從而增強了OS反應；OS也會誘導機體的炎癥反應，并共同形成BPD的致病基礎。ROS或OFRs可以作為生物過程中的第二信使和信號傳感器，使OS影響許多與炎癥反應相關的轉錄因子[8]，如核因子(NF-κB)。NF-κB可被OS激活，活化的NF-κB具有調節細胞凋亡、介導多種炎癥因子產生和活化的能力[16]。臨床研究[17]顯示，BPD患兒肺泡灌洗液中NF-κB濃度明顯高于非BPD患兒，且NF-κB的活化可能是導致BPD的關鍵步驟。在高氧暴露期間，由單核巨噬細胞、淋巴細胞、上皮細胞等產生的大量趨化因子誘導的炎癥細胞募集是導致肺損傷的重要機制[18]。多種促炎因子及炎癥介質可被OS激活，從而導致炎癥級聯反應[19]，如IL-1、IL-6、IL-17、IL-8和單核細胞趨化蛋白1(MCP-1)等。對氧依賴的BPD早產兒其氣管吸出物及支氣管肺泡灌洗液中的MCP-1和IL-8水平較足月兒顯著升高[20]。

如上所述，考慮OS在BPD的發病機制中起著重要作用，由此推斷抗氧化策略有助于預防或治療BPD患兒。

3 BPD的抗氧化治療

抗氧化劑是“任何能延緩或防止特定底物氧化的物質”。抗氧化療法旨在增強酶和非酶抗氧化劑活性，包括SOD、CAT、GPX、外源性維生素和微量營養素等，以減少ROS和OFRs的蓄積。

3.1 SOD

SOD是預防BPD最有前景的抗氧化劑之一。超氧陰離子(·O2)是O2受單一電子還原的產物，在體內可由SOD清除。SOD主要有3種亞型。動物模型研究結果[21]表明，SOD3表達減少的新生小鼠表現出肺泡和肺血管發育受損。SOD3的表達和活性在新生兒BPD模型中顯示出低水平狀態[22]。這些研究結果表明，SOD3在肺正常發育中具有重要作用。

氣管內注射重組人SOD(rhSOD)可減少機械通氣造成的早產兒肺損傷[23]。目前樣本量最多的一項試驗[24]包含了302名出生體質量<1 200 g的早產兒，他們分別接受了氣管內rhSOD或安慰劑治療。研究發現，剛出生的早產兒應用rhSOD能夠減輕其早期肺損傷，從而改善患兒校正年齡1歲時的臨床狀況，但沒有降低BPD的發生率。雖然rhSOD可以降低OS疾病——早產兒視網膜病變(ROP)的發生風險，但這種治療在改善肺功能方面的長期療效尚不清楚[25]。近5年來，尚缺乏關于rhSOD的臨床隨機對照研究數據。盡管早期療效不顯著，rhSOD對肺仍存在潛在益處。但將該藥作為BPD的預防用藥，還須進一步進行動物實驗以及臨床研究。

3.2 微量元素

許多在妊娠晚期經胎盤轉移給胎兒的營養物質是內源性和外源性抗氧化功能的基礎。微量元素，包括銅、鋅、鐵和硒等，是正常抗氧化功能所必需的物質，他們作為過渡金屬可以通過變價而催化許多氧化還原反應，并且可以活化內源性抗氧化劑以清除ROS。SOD的3種亞型均需要金屬離子才能活化。SOD1和SOD3是分別定位于細胞質及線粒體膜間(SOD1)和細胞外間隙(SOD3)的Cu/Zn SOD，SOD2是定位于線粒體基質的Mn SOD[26]。

研究[27]表明微量礦物質的補充能優化總抗氧化能力。體內的GPX作為一種強抗氧化劑能清除脂質過氧化物，阻斷自由基引發的惡性循環，從而保護細胞免受氧化損傷[28]。GPX富含硒，因此硒缺乏時，GPX活性降低，機體的抗氧化能力下降。一項Meta分析[27]探討了硒補充劑對早產兒短期發病率的影響。結果表明，低血漿硒與早產兒并發癥的增加有關，包括BPD發生率、氧依賴天數的增加，以及不良呼吸結果的風險增加。關于硒的補充，該Meta分析發現，極早早產兒補充硒可以降低晚期膿毒癥的發生率，但是不能降低BPD發生率。雖然缺乏硒不能完全解釋早產兒的自由基損傷和OS，但足夠的硒水平在理論上增強了內源性抗氧化防御水平，減輕了OS的影響及與早產相關疾病的負擔[29]。目前,缺乏多中心數據以確定一個合理的補充硒的策略。

3.3 維生素

維生素A是主要的外源性抗氧化劑之一，能夠阻止自由基誘導的脂質過氧化反應，并且可以清除OFRs[30]。維生素A還可以調節和促進機體多種細胞的生長及分化，如肺泡上皮細胞，促使胎肺成熟，維持呼吸道內皮的完整性以及逆轉高氧等病理因素對肺發育進程的干擾[31]。Kiatchoosakun等[32]在2014年進行了一項雙盲隨機對照試驗(RCT)，研究結果發現補充維生素A能顯著減少氣管插管時間、氧療天數以及住院時間，且沒有明顯的副作用，因此應給予需要呼吸支持或氧療的早產兒常規補充維生素A。Gadhia等[33]于2014年進行的回顧性隊列研究表明，早期吸入一氧化氮(iNO)與維生素A補充劑聯合治療可以降低早產兒發生BPD的風險。Basu等[34]2019年的一項RCT證明，每天口服維生素A 10 000 IU，連服28 d，可減少呼吸窘迫綜合征的極低出生體質量兒對氧的需要量并降低死亡率。在上述研究中，只有少數提示維生素A的補充與BPD發病率降低有關。使用維生素A已經證明對早產兒有一定的益處，并且風險較小，因此繼續向早產兒補充維生素A仍然是有必要的。今后，需要進行更大規模的試驗，以便提出更明確的指導建議。

維生素D是一種類固醇激素，除調節鈣、磷代謝外，還廣泛參與基因調控、免疫、肺的發育及修復。Cetinkaya等[35]發現，早產兒及其母體體內維生素D水平較低與BPD的發生有關。相反，Joung等[36]未發現維生素D水平與BPD或其他早產兒疾病之間有任何關聯。早產兒較易發生維生素D 缺乏，但維生素 D 缺乏與 BPD 發病是否相關需要進一步研究。同時，Fort等[37]研究發現,補充維生素D不能改善極早早產兒肺部情況。總之，維生素D在BPD中的臨床應用仍存有爭議，其抗氧化作用也尚未得到一致證實，需要更深入的研究以評估維生素D在BPD防治中的作用。

維生素E是一種強大的抗氧化劑，可以清除人體中的脂質過氧自由基[38]。慧婷婷等[39]研究發現，補充維生素E對BPD的發生有一定的預防作用。此外，維生素E的亞型，α、γ-生育酚具有有效的抗炎作用。孕婦在懷孕期間攝入的α-生育酚已被證明是胎兒呼吸系統發育的重要生長因子[40]。目前，國內外對于維生素E防治BPD的臨床效果仍存有較大爭議。近些年來，尚缺乏大樣本、高質量的研究以證明維生素E在BPD防治中的益處和風險。

目前，關于維生素在治療或預防BPD中的益處和風險的證據不足，無法就補充維生素提出循證醫學的建議。

3.4 母乳

母乳含有多種營養物質和生物活性物質，可以滿足新生兒生長發育的需要，幫助新生兒增強天然的免疫和抗菌功能。因此，母乳可以通過降低感染的風險來減少BPD的發生[41]。此外，母乳具有許多抗氧化成分，包括大量的生育酚、胡蘿卜素等，可以減輕早產兒OS損傷，以降低BPD的發病率[42]。2016年一項多中心的隊列研究[43]納入了1 433例胎齡<32周的極低出生體質量兒，發現純母乳喂養組的BPD發生率明顯低于純配方奶喂養組。Huang等[44]于2019年分析了包含8 661名早產兒的17項隊列研究和5項RCT，發現純母乳喂養或部分母乳喂養可以降低早產兒BPD的風險。Villamor-Martinez等[45]也于2019年分析了11項觀察性研究和7項RCT，發現母乳喂養可使極早早產兒和極低出生體質量兒BPD的發生率降低。受倫理因素限制，母乳喂養預防早產兒BPD的隨機對照臨床試驗較少，多數以觀察性研究為主，因此存在納入研究的異質性大、證據質量不高等問題。現有結果表明，母乳喂養可能降低早產兒BPD的發生率，但需更多高質量研究進一步驗證。

3.5 產前抗氧化

許多旨在通過抗氧化改善OS損傷的治療方法都集中在新生兒期。產前因素，如宮內感染、炎癥和生長受限等，對早產兒肺部疾病的發展有很大的促進作用。有研究[46]表明，母親妊娠時合并絨毛膜羊膜炎，胎兒出生后BPD發生率明顯增高。孕婦一旦確診為絨毛膜羊膜炎立即進行抗感染治療，可降低新生兒感染的發生率和死亡率[47]。產前及時抗感染治療，可以通過降低新生兒感染的發生率，間接減輕OS損傷，改善胎兒的妊娠結局。此外，胎兒是在宮內相對低氧的環境中發育，出生后需氧量突然增加，OS的風險也隨之增加。大多數情況下足月兒很容易適應這種轉變，但早產兒從子宮內直接過渡到外界環境存在著諸多風險。因此，幫助早產兒在其出生時對宮外高氧環境作出防御的療法可能會有效減少氧化損傷。在這方面，N-乙酰半胱氨酸(NAC)具有直接和間接的抗氧化性能。它的游離硫醇基團能夠直接與ROS的親電基團相互作用。NAC還能發揮間接抗氧化作用，與其作為谷胱甘肽前體的作用有關。最近，一項研究[48]評估了NAC在暴露于絨毛膜羊膜炎的胎兒中的神經保護作用。試驗顯示，在接受NAC治療的胎兒中，腦血流灌注指數得到改善，并且炎癥的發生減少。這些發現表明，抗氧化療法的時機可能是提高療效的關鍵因素。

除酶及非酶抗氧化劑外，非抗氧化劑藥物，如糖皮質激素、咖啡因也能通過減輕早產兒的OS損傷來預防或治療BPD。糖皮質激素能促進肺抗氧化酶的生成，減輕肺水腫和炎癥反應，抑制炎癥細胞浸潤及纖維細胞增生，從而減輕OS損傷[49]，對BPD有一定療效。但由于近期的不良反應及遠期的神經發育不良結局，糖皮質激素給藥方式、時機、劑量等仍存在較大爭議[50]。目前，咖啡因對BPD的防治作用得到越來越多的重視與肯定。咖啡因不僅可以減輕肺部炎癥損傷、改善肺組織結構，還能改善高氧造成的肺泡結構簡單化、促進肺泡正常發育[51]。但咖啡因對早產兒有一定的不良反應，如興奮、心動過速等。臨床使用時應密切監測患兒生命體征。

近年來，隨著對BPD病因及發病機制研究的不斷深入，BPD的防治也取得了較大進展，但BPD治療尚無統一標準。抗氧化治療僅是輔助防治早產兒BPD的方法之一。雖然各種動物模型或臨床試驗表明了抗氧化治療對新生兒的益處，但大部分尚未明確其可以降低BPD的發生率或死亡率。須進一步大規模臨床試驗來證明抗氧化治療對BPD的益處以及明確各種抗氧化治療的具體方法。

4 抗氧化治療BPD的局限性

給予早產兒“適當劑量”的外源性抗氧化劑本身就是一個挑戰。首先，關于抗氧化劑的治療水平知之甚少。一般來說，劑量的假設是基于對晚期早產兒抗氧化水平的有限研究，但關于極早早產兒的數據較少[23]。其次，理想的治療水平是一個動態的目標，取決于疾病發生、發展的狀態。再次，內源性或外源性抗氧化劑的半衰期較短，如rhSOD[23]。最后，外源性抗氧化劑給藥的主要挑戰是向持續存在OS的組織部位充分遞送。因此，需要提高抗氧化劑的靶向傳遞能力。吸入輸送系統開發的最新進展包括使用微米和納米顆粒，使藥物在肺中持續、穩定的釋放[52]。例如，針對肺血管內皮受體的抗體偶聯蛋白和納米顆粒已被成功用于遞送NADPH氧化酶(NOX)抑制劑、SOD和CAT，以保護肺血管免受OS的影響[53]。

5 抗氧化治療BPD的前景

氧化還原穩態對于細胞的正常生物學活動是必不可少的。當機體內源性抗氧化物質不足以中和過量的ROS或OFRs時，便會導致OS損傷，因而氧化/抗氧化失衡是早產兒BPD發展的重要因素。抗氧化劑可能是對抗這種常見損傷的一種重要的武器。但是，目前對新生兒氧化損傷機制的認識仍然存在較大差異，且關于抗氧化劑作用的研究和文獻并不多見。因此，需要更加完善的研究及觀察去證實OS在BPD發生、發展中的作用以及評估抗氧化劑在治療BPD中的臨床潛力。其中，母乳是新生兒獲取營養物質最好的來源，也是一種天然、廉價、易于獲取的治療藥物，有助于降低BPD這種花費昂貴的多因素疾病的發生風險。但母乳成分復雜，對于母乳中具體的有效抗氧化成分目前仍不甚明確，這需要進一步的研究來加以確定。同時，母乳存在明顯的個體差異。目前關于母乳喂養臨床研究的隨機對照試驗較少，相關證據質量不高，未來需更多高質量的多中心、大樣本、前瞻性研究進一步探索母乳在BPD防治中的作用。