维生素D与早产儿肺部疾病关系研究进展

王炜综述 刘小烨，李月梅审校

维生素D(VD)是具有多种生物学效应的类固醇激素前体，研究发现，维生素D在维持肌肉骨骼功能、调节激素分泌、免疫系统功能及调节细胞增殖和分化等方面发挥着重要作用[1]。维生素D缺乏和呼吸系统疾病的关系也日益受到大家的关注，但大多数研究多集中于成人和儿童呼吸系统疾病，且有些报道的数据相互矛盾，特别是在病例控制、流行病学及前瞻性和介入研究方面[2]。对于早产儿的研究较少，亦没有明确的结论[3]。目前研究认为，维生素D有可能通过调节肺脏细胞的生物功能及免疫功能对早产儿肺部疾病产生重要影响[4]，而在胎儿肺的形成过程中维生素D也发挥着重要作用，有可能通过影响细胞的生长和分化而影响胎儿的肺发育[5]。流行病学研究发现，维生素D缺乏与早产儿呼吸窘迫综合征(NRDS)、支气管肺发育不良(BPD)的发生具有相关性[6]。现就维生素D与早产儿肺部疾病的研究进展作一综述。

1 维生素D和维生素D受体

维生素D是一种类固醇衍生物，人类主要通过2种途径来获得维生素D：内源性途径和外源性途径[7]。内源性维生素D是由于人体皮肤中的7-脱氢胆固醇经日光照射后转化为胆骨化醇，此种维生素D为维生素D3，人体中大约80%维生素D来自皮肤产生的维生素D3。外源性维生素D主要从食物中获得，其中来源于动物的为维生素D3，来源于植物的为维生素D2，两者的生理作用相同。维生素D在体内需要经过2次羟化后才能发挥生物学效应。维生素D3首先在肝脏中由25-羟化酶羟化为25(OH)D3，继而在肾脏中由1α-羟化酶(Cyp27b1)进一步羟化为1,25(OH)2D3[8]。1,25(OH)2D3是维生素D在体内存在的活性形式，但它的半衰期只有4 h，而25(OH)D3的半衰期为15 d，所以通常以血清25(OH)D3的浓度来评估维生素D水平[9]。正常情况下大部分(85%)1,25(OH)2D3在维生素D结合蛋白转运下,与靶器官的维生素D受体(VDR)结合，形成配体—受体复合物而发挥生物学效应。维生素D对维持血钙、磷水平的稳定发挥着重要作用。但近年来随着研究的深入，发现维生素D主要的活化酶、灭活酶和受体在体内多种组织细胞中广泛存在，除了小肠、肾脏、骨骼外，还有呼吸道上皮细胞、胎盘、皮肤、乳腺、胰腺、前列腺、结肠肿瘤细胞、单核细胞、巨噬细胞及激活的T、B淋巴细胞等[10-11]。而且人体近3%基因组受维生素D的调控，提示维生素D可能具有非常广泛的生物学作用[12]。目前维生素D缺乏对多器官系统疾病状态的影响已成为研究的活跃领域。维生素D在许多疾病中发挥着重要的保护作用，如肺部疾病、癌症、感染、自身免疫性疾病、心血管系统疾病、代谢综合征等。其主要通过炎性抑制、免疫调节、诱导抗菌肽、抗纤维化等多种途径发挥作用[13]。在某些条件下，研究者已经尝试通过补充维生素D来减轻和改善疾病过程。研究同时发现在支气管和肺泡上皮细胞除了存在维生素D受体外，还存在高度表达的1α-羟化酶(Cyp27b1)，它可以将25(OH)D3转化成活性的1,25(OH)2D3[14]，提示维生素D有可能不通过受体而直接在肺局部发挥作用。

2 维生素D与胎肺发育的关系

目前在肺发育和成熟方面，活性维生素D3已经被证实是与肺成熟密切相关的一个旁分泌因子[15]。有关啮齿类动物的实验室研究表明，维生素D主要通过以下几个方面来促进肺成熟：(1)维生素D可增加肺泡上皮细胞间质分化物质的表达，增加Ⅱ型肺泡上皮细胞(ATⅡ)的增殖及肺泡间隔的厚度[16]；(2)维生素D在肺泡化最活跃的时期可以抑制细胞的凋亡，从而增加肺泡数量[17]；(3)维生素D可以促进胎肺ATⅡ细胞糖原水平下降，增加肺表面活性物质相关磷脂的合成和表面活性物质的分泌，促进血管内皮细胞增生，从而促进肺泡化的进程[18]；(4)维生素D可以抑制肺纤维母细胞的分化和增殖及胶原蛋白的合成从而减轻气道重构[19]；(5)维生素D可以上调VDR在肺内的表达，而VDR的激活可以抑制平滑肌细胞的增生[20]；(6)维生素D还能够抑制肺上皮细胞中天冬氨酸蛋白水解酶-3的活化，从而减轻高氧所诱导的肺上皮细胞凋亡及炎性反应的发生，而这种作用是通过维生素D下调Toll样受体4的活化来实现的[21]。

动物实验研究发现，孕妇维生素D缺乏与胎儿肺发育密切相关。Saadoon等[22]认为维生素D缺乏可损害气道和肺泡发育，限制肺功能。该研究发现维生素D缺乏孕鼠所产幼鼠的气管管径减少，气管软骨的面积和厚度变小，肺泡结构简单化，从而使气道阻力增加，气道和肺泡顺应性降低；而出生后补充维生素D可改善肺功能和肺泡数量，但不能改善已经发生的气管狭窄。Chen等[23]研究亦发现，维生素D缺乏小鼠肺组织中肺表面活性物质相关蛋白b(sp-b)和过氧化蛋白5(Prdx 5)的表达明显降低，而肺中胶原蛋白1型(CoL1A1)的产生增多。认为维生素D缺乏可能通过降低肺表面活性物质的产生、抗氧化应激能力和促进胶原合成而导致肺泡化后期肺结构和功能的改变。Lykkedegn等[24]研究发现，妊娠期维生素D缺乏可致大鼠早产、存活时间缩短及血氧饱和度、肺质量及出生体质量均下降，而这又导致大鼠更容易发生呼吸衰竭。临床研究亦发现孕妇维生素D缺乏与新生儿呼吸系统疾病有一定的相关性[25]。以上研究将孕妇维生素D缺乏与新生儿出生后肺功能的改变联系起来,为研究维生素D与新生儿肺疾病关系提供了理论基础。

3 维生素D与NRDS及BPD的关系

维生素D对早期肺发育和新生儿肺部疾病的影响越来越受到大家的关注,然而目前关于维生素D对人类胎儿和新生儿肺部疾病影响的证据仍然不多。NRDS和BPD是早产儿的主要肺部并发症。产前应用糖皮质激素，产后早期应用肺表面活性物质和经鼻持续气道正压(NCPAP)或机械通气是现代治疗NRDS的重要手段[26]。尽管治疗技术有了改进，但在极早的早产儿中，NRDS仍然是一种严重的、高病死率的疾病。而且相当一大部分早产儿可能伴有BPD，这是一种以肺泡发育受损和炎性反应为特征的慢性炎性反应性肺病[27]。事实上，在临床实践中，许多早产儿，特别是极低出生体重儿在出生后很长一段时间需要氧气支持。

3.1 维生素D与NRDS 早产及肺表面活性物质(PS)缺乏是引起NRDS的重要原因[28]。胎儿肺发育成熟要经历5个阶段：胚胎期、 假腺期、 微管期、 囊泡期及肺泡期。PS的合成是在微管末期(大概妊娠24周时)开始，以后分泌逐渐增多。肺表面活性物质主要由Ⅱ型肺泡上皮细胞(ATⅡ)产生，ATⅡ细胞与基底膜上方的ATⅠ细胞、成纤维细胞及膜下的其他间质细胞直接接触。成纤维细胞被认为是通过旁分泌作用影响PS的生物合成。在分娩前，成纤维细胞分泌一种多肽，刺激ATⅡ细胞合成表面活性物质的限速酶[29],围产期肺成熟是一个高度调控的过程，而维生素D可通过多种途径促进肺表面活性物质的分泌。Lykkedegn等[24]通过动物实验对维生素D刺激胎肺成熟的大量研究认为，维生素D缺乏或不足是呼吸窘迫综合征的一个常见的、可改变的危险因素，临床研究也支持此观点[30]。Mohamed-Hegazy等[31]认为维生素D缺乏是NRDS发生的独立危险因素。Gatera 等[32]亦发现超早产儿呼吸窘迫综合征的发生率明显增高，而高维生素D水平可使呼吸窘迫综合征的风险降低3.34倍。Yang 等[33]研究认为，维生素D缺乏是否导致NRDS发生与胎龄有关，该研究将早产儿分为3组:<30周、30～34周、>34周，仅观察到胎龄<30周早产儿中NRDS组维生素D水平显著低于非NRDS组。Ustun等[34]亦发现NRDS组患儿维生素D水平明显低于无NRDS组，但其未对胎龄和维生素D及NRDS的关系进行更进一步探讨；同时该研究首次报道了维生素D受体(VDR)多态性与早产儿NRDS的关系。研究发现，在单因素分析中，维生素D受体的多态性位点Taqi、ct和cc与NRDS的风险增加有关，而FokI位点与NRDS无相关性。在多因素Logistic回归分析中，变异Taqi基因型增加了NRDS的风险。NRDS组不同FokI基因型和Taqi基因型血清维生素D水平差异无显著性。

3.2 维生素D与BPD 目前，维生素D缺乏和早产儿BPD的关系也是大家关注的重点，但临床证据尚不多见，且观点并不一致。Yang 等[33]将早产儿分为3组，<30周，30～34周，>34周，分别观察3组患儿发生BPD是否与维生素D缺乏有关，结果显示BPD患儿主要集中在胎龄<30周。胎龄<30周和胎龄30～34周2组患儿中BPD组维生素D水平显著低于非BPD组，且维生素D浓度与氧支持持续时间有良好的相关性。此外，死亡患儿的维生素D浓度明显低于出院时的存活婴儿。因此认为维生素D补充至少对胎龄<30周早产儿有益。Mao 等[35]研究发现，BPD组患儿生后24 h维生素D水平显著低于非BPD组，补充维生素D 2周或4周后，BPD组和非BPD组维生素D浓度均逐渐升高，且2组之间的维生素D浓度相当。BPD组早产儿生后2周、4周血中维生素D水平明显高于24 h。但未发现维生素D缺乏与BPD的严重程度相关。而Kazzi等[36]却发现极低出生体重儿维生素D缺乏的程度与RDS和BPD的严重程度相关。

肺发育不成熟、急性肺损伤和损伤后异常修复是导致BPD的3个主要环节，而肺血管的生长和重建是修复的一个重要部分。陈慧等[16]应用高氧诱导新生小鼠BPD模型，发现在BPD状态下增加维生素D供给可增加肺组织质量，肺组织受损情况减轻；同时血管内皮生长因子(VEGF)、VEGF受体2(VEGFR2)mRNA表达也增多，且随着维生素D浓度的升高，VEGF、VEGFR2表达量也随之升高。认为高浓度维生素D更有助于肺的保护及肺血管的生长。顾廉洁等[37]研究也发现，生命早期予以适量维生素D干预,可能通过上调 VEGF、SP-A、SP-B等因子的表达而对BPD的发生起到一定的保护作用。维生素D缺乏易导致肺部炎性反应，而炎性反应是BPD发生发展的共同病理生理基础，维生素D可能通过炎性细胞因子间接调节BPD的发生。例如，Chen等[38]用1,25(OH)2D3处理高氧暴露动物，可明显降低炎性细胞因子和肿瘤坏死因子α的表达，减少高氧所致的肺损伤。Liu等[6]研究显示，维生素D可通过调控多种免疫细胞，改变细胞因子如干扰素-γ的分泌，影响免疫应答，从而改善炎性反应诱发BPD模型的肺泡发育；而Mao 等[35]研究认为，维生素D和白细胞介素-10(IL-10)参与了BPD的发生，而肿瘤坏死因子α(TNF-α)、IL-1β、IL-6等水平在BPD组和非BPD组没有差异。维生素D受体同样参与了BPD的发生，在由脂多糖诱发的急性肺损伤模型中发现，维生素D受体缺乏会降低肺泡上皮细胞防御功能，而给予维生素D治疗则可以保护肺泡上皮细胞的屏障功能并能够减轻脂多糖引起的炎性反应[39]。Koroglu 等[40]还发现维生素D结合蛋白或维生素D受体的多态性很可能改变25(OH)D3的生物利用水平，维生素D受体 Fok I多态性与BPD发生风险增加有关。

以上研究结果虽有差异，但基本上认为低维生素D水平有可能通过影响肺结构、肺功能及增加肺部炎性反应而导致BPD的发生。然而还有一些研究结论却完全相反。Joung等[41]发现维生素D状态与早产儿的肺或其他疾病之间没有任何关联。这一发现与Fort等[42]的观察结果一致，认为补充维生素D并不能改善BPD。郑戈[43]亦认为新生儿低维生素D水平是NRDS发生的独立危险因素，但与新生儿BPD的发生无关。总之，维生素D在早产儿BPD发生中的作用仍然存在争议，应进一步行大样本、多中心的RCT研究，以深入探讨维生素D在预防和治疗NRDS和BPD方面的作用。

4 维生素D补充

通过对维生素D与NRDS、BPD关系的研究，大多数学者认为早产儿常见的呼吸系统疾病如NRDS、BPD的发生有可能与维生素D缺乏相关。研究发现，孕母容易发生维生素D缺乏，且孕母维生素D和新生儿脐带血维生素D水平呈显著正相关，孕母维生素D缺乏可导致新生儿维生素D缺乏[44]。Wang 等[45]研究认为，孕妇维生素D缺乏症是新生儿维生素D缺乏的独立危险因素，越来越多的证据表明，孕妇维生素D缺乏可能损害胎儿的生长，并导致一系列不良妊娠结局，包括早产、宫内生长迟缓(IUGR)、小于胎龄儿(SGA)和新生儿低出生体质量等；同时，由于生后营养等多种因素的影响，使得早产儿维生素D缺乏症也很常见[46]。鉴于多项动物和临床研究认为维生素D缺乏与新生儿NRDS、BPD发生相关，建议给孕母及新生儿合理补充维生素D，有助于提高孕妇和新生儿的维生素D水平并减少新生儿不良结局。但目前给孕妇和新生儿补充何种剂量的维生素D可达到最佳的预防效果尚无定论，需进一步临床研究[47-48]。在生命早期进行营养干预，给予孕妇及新生儿补充一定剂量的维生素D，有可能成为预防和治疗早产儿肺疾病的一种新途径。

5 维生素D安全性

在我国人群中维生素D缺乏非常普遍，发生率高达30%～50%，尤其多见于孕妇及新生儿[49]。而早产儿出生时维生素D不足或缺乏可高达95.7%[50]。人体无法自身合成维生素D，光照减少及摄入量不足则成为维生素D缺乏的主要原因。而对于孕妇和早产儿口服补充维生素D是改善维生素D缺乏的最佳方法。我国建议对于早产儿出生后即应补充维生素D 800～1 000 IU/d，3个月后改为400 IU/d。 欧洲内分泌协会临床实践指南认为给予维生素D缺乏的婴幼儿每天2 000 IU或每周50 000 IU维生素D制剂，连续应用6周， 可以显著改善患儿维生素D缺乏而且不会导致维生素D过量[50]。按照指南建议给予新生儿维生素D制剂是非常安全的，同时由于个体差异存在，为了进一步确保早产儿获得适宜而无毒性的维生素D，可在应用维生素D制剂2～4周后监测血清25(OH)D3水平以指导临床用药。