早产儿支气管肺发育不良抗氧化治疗的研究进展

朱宁,刘恒，祝如愿,黄莉

(1. 东南大学 医学院，江苏 南京 210009； 2. 东南大学附属中大医院 儿科，江苏 南京 210009)

随着围产医学的发展以及新生儿救治技术的进步，早产儿的存活率不断提高，然而支气管肺发育不良(bronchopulmonary dysplasia,BPD)的发病率也逐渐升高。这与早产儿高氧暴露、机械通气、炎症和感染性等并发症导致的活性氧(reactive oxygen species,ROS)或氧自由基(oxygen free radical,OFRs)增加有关[1]。早产儿肺发育不完善，出生后对氧较依赖，因此特别容易受到氧化应激(oxidative stress,OS)的损伤；同时，OS可造成呼吸道上皮损伤、肺泡表面活性物质失活并加重炎症反应[2]，进一步增加了早产儿对机械通气的需求，形成恶性循环。因此,OS引起的氧自由基损伤是许多新生儿呼吸系统疾病的致病因素，这些疾病又被称为“新生儿氧自由基病”，BPD即为其中之一[3]。由此可知，OS参与了BPD的病理生理过程。维持好氧化与抗氧化作用之间的平衡，减少氧自由基蓄积对机体的损伤可能是有效预防或辅助治疗BPD的重要手段之一。研究[1]显示，抗氧化治疗可以预防OS相关疾病，提高新生儿免疫力，增强新生儿活力。现就OS在BPD发病机制中的作用以及BPD抗氧化治疗的研究进展作一综述。

1 BPD概述

1967年，Northway等[4]首次报道了一组以肺组织严重炎症和呼吸道广泛纤维化为特征的疾病，命名为BPD，即“旧BPD”。随着产前激素、肺泡表面活性物质以及保护性肺通气策略的应用，近年来BPD的临床症状以及影像学特征较20世纪60年代发生了显著改变。与“旧BPD”不同，早产破坏了胎儿肺泡和血管发育的正常程序，导致了以肺泡及肺血管发育停滞为特征的“新BPD”，任何新生儿氧依赖(氧浓度>21%)超过28 d即可诊断为BPD[5]。

肺发育主要分为3个时期，即胚胎期、胎儿期和产后期，出生后肺发育包括经典和持续肺泡化以及微血管成熟阶段[6]。由此可见，新生儿出生时肺并没有发育完全，出生后肺将继续发育、成熟。若胎儿在胎儿期的正常肺发育因早产而受到阻滞，或早产儿出生后肺受到高氧、炎症因子等不利因素的干扰，则会导致BPD的发生[6]。辅助通气策略帮助早产儿未成熟的肺得到足够的氧合并保证其发育，使大量早产儿受益、存活率增高。在弥补早产儿肺通气和换气功能不足的同时，呼吸道长期直接暴露于高氧环境中，且肺组织细胞又是氧化损伤的主要靶点，因此这些长期或早期暴露于高氧的早产儿成为了BPD的高危人群。

目前，BPD的发病率逐年上升。我国BPD主要见于胎龄<32周、尤其是<30周的早产儿[7]。BPD高危因素包括过肺发育不成熟、感染、微量元素的缺乏、氧中毒、机械通气过程中的气压伤及容量伤、炎症因子损伤等。其中主要危险因素是高氧暴露诱导的ROS或OFRs的增加和蓄积[8]。抗氧化治疗通过减少ROS或OFRs的产生和蓄积，可以减轻OS损伤，从而达到预防或治疗BPD的目的。

2 OS与BPD

OS是指体内氧化与抗氧化失衡的一种状态，这种状态会合并或诱发炎症反应从而导致氧化中间产物的蓄积。氧化作用、抗氧化能力、炎症反应三者相互独立又相互联系、相辅相成(图1)。由于早产儿呼吸系统发育不完全，早期对辅助通气和高浓度氧依赖，在合并感染或自身炎症反应的条件下，导致ROS或OFRs的产生增加。而早产儿在出生前诱导内源性抗氧化剂产生的能力有限，无法在分娩后进一步诱导内源性抗氧化反应，及时清除ROS和OFRs的能力不足，造成氧化中间产物蓄积，产生OS损伤[9]。研究[10]显示，早产儿出生时血超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)活性显著低于足月儿。此外，早产儿还表现出非酶类抗氧化剂缺乏，包括维生素A、D和E[11]。因此，早产儿抗氧化以及防止氧化损伤的能力不足。

图1 氧化应激与BPD

早产儿的内源性抗氧化酶体系缺陷和抗氧化应激系统不完善，因此短时间内高氧暴露可诱发一连串的OS反应，导致氧化损伤。高氧诱导的损伤主要包括肺泡上皮和血管内皮细胞的坏死或凋亡，导致肺泡结构破坏、血管通透性增加，炎症细胞大量募集[12]。高氧可诱导Ⅱ型肺泡上皮细胞(AECⅡ)的凋亡增加并抑制其增殖，进一步参与调控肺泡和血管的重塑，这是BPD发生机制的关键环节[13]。此外，在肺发育过程中，许多生长因子参与调控肺泡成熟及血管发育过程，如血管内皮生长因子(VEGF)，其具有促进肺组织内皮细胞生长、血管内皮细胞增殖等作用[14]。过量的ROS可通过OS抑制VEGF表达从而导致肺血管发育的停滞[15]。

早产儿对炎症和感染性并发症的易感性增加，从而增强了OS反应；OS也会诱导机体的炎症反应，并共同形成BPD的致病基础。ROS或OFRs可以作为生物过程中的第二信使和信号传感器，使OS影响许多与炎症反应相关的转录因子[8]，如核因子(NF-κB)。NF-κB可被OS激活，活化的NF-κB具有调节细胞凋亡、介导多种炎症因子产生和活化的能力[16]。临床研究[17]显示，BPD患儿肺泡灌洗液中NF-κB浓度明显高于非BPD患儿，且NF-κB的活化可能是导致BPD的关键步骤。在高氧暴露期间，由单核巨噬细胞、淋巴细胞、上皮细胞等产生的大量趋化因子诱导的炎症细胞募集是导致肺损伤的重要机制[18]。多种促炎因子及炎症介质可被OS激活，从而导致炎症级联反应[19]，如IL-1、IL-6、IL-17、IL-8和单核细胞趋化蛋白1(MCP-1)等。对氧依赖的BPD早产儿其气管吸出物及支气管肺泡灌洗液中的MCP-1和IL-8水平较足月儿显著升高[20]。

如上所述，考虑OS在BPD的发病机制中起着重要作用，由此推断抗氧化策略有助于预防或治疗BPD患儿。

3 BPD的抗氧化治疗

抗氧化剂是“任何能延缓或防止特定底物氧化的物质”。抗氧化疗法旨在增强酶和非酶抗氧化剂活性，包括SOD、CAT、GPX、外源性维生素和微量营养素等，以减少ROS和OFRs的蓄积。

3.1 SOD

SOD是预防BPD最有前景的抗氧化剂之一。超氧阴离子(·O2)是O2受单一电子还原的产物，在体内可由SOD清除。SOD主要有3种亚型。动物模型研究结果[21]表明，SOD3表达减少的新生小鼠表现出肺泡和肺血管发育受损。SOD3的表达和活性在新生儿BPD模型中显示出低水平状态[22]。这些研究结果表明，SOD3在肺正常发育中具有重要作用。

气管内注射重组人SOD(rhSOD)可减少机械通气造成的早产儿肺损伤[23]。目前样本量最多的一项试验[24]包含了302名出生体质量<1 200 g的早产儿，他们分别接受了气管内rhSOD或安慰剂治疗。研究发现，刚出生的早产儿应用rhSOD能够减轻其早期肺损伤，从而改善患儿校正年龄1岁时的临床状况，但没有降低BPD的发生率。虽然rhSOD可以降低OS疾病——早产儿视网膜病变(ROP)的发生风险，但这种治疗在改善肺功能方面的长期疗效尚不清楚[25]。近5年来，尚缺乏关于rhSOD的临床随机对照研究数据。尽管早期疗效不显著，rhSOD对肺仍存在潜在益处。但将该药作为BPD的预防用药，还须进一步进行动物实验以及临床研究。

3.2 微量元素

许多在妊娠晚期经胎盘转移给胎儿的营养物质是内源性和外源性抗氧化功能的基础。微量元素，包括铜、锌、铁和硒等，是正常抗氧化功能所必需的物质，他们作为过渡金属可以通过变价而催化许多氧化还原反应，并且可以活化内源性抗氧化剂以清除ROS。SOD的3种亚型均需要金属离子才能活化。SOD1和SOD3是分别定位于细胞质及线粒体膜间(SOD1)和细胞外间隙(SOD3)的Cu/Zn SOD，SOD2是定位于线粒体基质的Mn SOD[26]。

研究[27]表明微量矿物质的补充能优化总抗氧化能力。体内的GPX作为一种强抗氧化剂能清除脂质过氧化物，阻断自由基引发的恶性循环，从而保护细胞免受氧化损伤[28]。GPX富含硒，因此硒缺乏时，GPX活性降低，机体的抗氧化能力下降。一项Meta分析[27]探讨了硒补充剂对早产儿短期发病率的影响。结果表明，低血浆硒与早产儿并发症的增加有关，包括BPD发生率、氧依赖天数的增加，以及不良呼吸结果的风险增加。关于硒的补充，该Meta分析发现，极早早产儿补充硒可以降低晚期脓毒症的发生率，但是不能降低BPD发生率。虽然缺乏硒不能完全解释早产儿的自由基损伤和OS，但足够的硒水平在理论上增强了内源性抗氧化防御水平，减轻了OS的影响及与早产相关疾病的负担[29]。目前,缺乏多中心数据以确定一个合理的补充硒的策略。

3.3 维生素

维生素A是主要的外源性抗氧化剂之一，能够阻止自由基诱导的脂质过氧化反应，并且可以清除OFRs[30]。维生素A还可以调节和促进机体多种细胞的生长及分化，如肺泡上皮细胞，促使胎肺成熟，维持呼吸道内皮的完整性以及逆转高氧等病理因素对肺发育进程的干扰[31]。Kiatchoosakun等[32]在2014年进行了一项双盲随机对照试验(RCT)，研究结果发现补充维生素A能显著减少气管插管时间、氧疗天数以及住院时间，且没有明显的副作用，因此应给予需要呼吸支持或氧疗的早产儿常规补充维生素A。Gadhia等[33]于2014年进行的回顾性队列研究表明，早期吸入一氧化氮(iNO)与维生素A补充剂联合治疗可以降低早产儿发生BPD的风险。Basu等[34]2019年的一项RCT证明，每天口服维生素A 10 000 IU，连服28 d，可减少呼吸窘迫综合征的极低出生体质量儿对氧的需要量并降低死亡率。在上述研究中，只有少数提示维生素A的补充与BPD发病率降低有关。使用维生素A已经证明对早产儿有一定的益处，并且风险较小，因此继续向早产儿补充维生素A仍然是有必要的。今后，需要进行更大规模的试验，以便提出更明确的指导建议。

维生素D是一种类固醇激素，除调节钙、磷代谢外，还广泛参与基因调控、免疫、肺的发育及修复。Cetinkaya等[35]发现，早产儿及其母体体内维生素D水平较低与BPD的发生有关。相反，Joung等[36]未发现维生素D水平与BPD或其他早产儿疾病之间有任何关联。早产儿较易发生维生素D 缺乏，但维生素 D 缺乏与 BPD 发病是否相关需要进一步研究。同时，Fort等[37]研究发现,补充维生素D不能改善极早早产儿肺部情况。总之，维生素D在BPD中的临床应用仍存有争议，其抗氧化作用也尚未得到一致证实，需要更深入的研究以评估维生素D在BPD防治中的作用。

维生素E是一种强大的抗氧化剂，可以清除人体中的脂质过氧自由基[38]。慧婷婷等[39]研究发现，补充维生素E对BPD的发生有一定的预防作用。此外，维生素E的亚型，α、γ-生育酚具有有效的抗炎作用。孕妇在怀孕期间摄入的α-生育酚已被证明是胎儿呼吸系统发育的重要生长因子[40]。目前，国内外对于维生素E防治BPD的临床效果仍存有较大争议。近些年来，尚缺乏大样本、高质量的研究以证明维生素E在BPD防治中的益处和风险。

目前，关于维生素在治疗或预防BPD中的益处和风险的证据不足，无法就补充维生素提出循证医学的建议。

3.4 母乳

母乳含有多种营养物质和生物活性物质，可以满足新生儿生长发育的需要，帮助新生儿增强天然的免疫和抗菌功能。因此，母乳可以通过降低感染的风险来减少BPD的发生[41]。此外，母乳具有许多抗氧化成分，包括大量的生育酚、胡萝卜素等，可以减轻早产儿OS损伤，以降低BPD的发病率[42]。2016年一项多中心的队列研究[43]纳入了1 433例胎龄<32周的极低出生体质量儿，发现纯母乳喂养组的BPD发生率明显低于纯配方奶喂养组。Huang等[44]于2019年分析了包含8 661名早产儿的17项队列研究和5项RCT，发现纯母乳喂养或部分母乳喂养可以降低早产儿BPD的风险。Villamor-Martinez等[45]也于2019年分析了11项观察性研究和7项RCT，发现母乳喂养可使极早早产儿和极低出生体质量儿BPD的发生率降低。受伦理因素限制，母乳喂养预防早产儿BPD的随机对照临床试验较少，多数以观察性研究为主，因此存在纳入研究的异质性大、证据质量不高等问题。现有结果表明，母乳喂养可能降低早产儿BPD的发生率，但需更多高质量研究进一步验证。

3.5 产前抗氧化

许多旨在通过抗氧化改善OS损伤的治疗方法都集中在新生儿期。产前因素，如宫内感染、炎症和生长受限等，对早产儿肺部疾病的发展有很大的促进作用。有研究[46]表明，母亲妊娠时合并绒毛膜羊膜炎，胎儿出生后BPD发生率明显增高。孕妇一旦确诊为绒毛膜羊膜炎立即进行抗感染治疗，可降低新生儿感染的发生率和死亡率[47]。产前及时抗感染治疗，可以通过降低新生儿感染的发生率，间接减轻OS损伤，改善胎儿的妊娠结局。此外，胎儿是在宫内相对低氧的环境中发育，出生后需氧量突然增加，OS的风险也随之增加。大多数情况下足月儿很容易适应这种转变，但早产儿从子宫内直接过渡到外界环境存在着诸多风险。因此，帮助早产儿在其出生时对宫外高氧环境作出防御的疗法可能会有效减少氧化损伤。在这方面，N-乙酰半胱氨酸(NAC)具有直接和间接的抗氧化性能。它的游离硫醇基团能够直接与ROS的亲电基团相互作用。NAC还能发挥间接抗氧化作用，与其作为谷胱甘肽前体的作用有关。最近，一项研究[48]评估了NAC在暴露于绒毛膜羊膜炎的胎儿中的神经保护作用。试验显示，在接受NAC治疗的胎儿中，脑血流灌注指数得到改善，并且炎症的发生减少。这些发现表明，抗氧化疗法的时机可能是提高疗效的关键因素。

除酶及非酶抗氧化剂外，非抗氧化剂药物，如糖皮质激素、咖啡因也能通过减轻早产儿的OS损伤来预防或治疗BPD。糖皮质激素能促进肺抗氧化酶的生成，减轻肺水肿和炎症反应，抑制炎症细胞浸润及纤维细胞增生，从而减轻OS损伤[49]，对BPD有一定疗效。但由于近期的不良反应及远期的神经发育不良结局，糖皮质激素给药方式、时机、剂量等仍存在较大争议[50]。目前，咖啡因对BPD的防治作用得到越来越多的重视与肯定。咖啡因不仅可以减轻肺部炎症损伤、改善肺组织结构，还能改善高氧造成的肺泡结构简单化、促进肺泡正常发育[51]。但咖啡因对早产儿有一定的不良反应，如兴奋、心动过速等。临床使用时应密切监测患儿生命体征。

近年来，随着对BPD病因及发病机制研究的不断深入，BPD的防治也取得了较大进展，但BPD治疗尚无统一标准。抗氧化治疗仅是辅助防治早产儿BPD的方法之一。虽然各种动物模型或临床试验表明了抗氧化治疗对新生儿的益处，但大部分尚未明确其可以降低BPD的发生率或死亡率。须进一步大规模临床试验来证明抗氧化治疗对BPD的益处以及明确各种抗氧化治疗的具体方法。

4 抗氧化治疗BPD的局限性

给予早产儿“适当剂量”的外源性抗氧化剂本身就是一个挑战。首先，关于抗氧化剂的治疗水平知之甚少。一般来说，剂量的假设是基于对晚期早产儿抗氧化水平的有限研究，但关于极早早产儿的数据较少[23]。其次，理想的治疗水平是一个动态的目标，取决于疾病发生、发展的状态。再次，内源性或外源性抗氧化剂的半衰期较短，如rhSOD[23]。最后，外源性抗氧化剂给药的主要挑战是向持续存在OS的组织部位充分递送。因此，需要提高抗氧化剂的靶向传递能力。吸入输送系统开发的最新进展包括使用微米和纳米颗粒，使药物在肺中持续、稳定的释放[52]。例如，针对肺血管内皮受体的抗体偶联蛋白和纳米颗粒已被成功用于递送NADPH氧化酶(NOX)抑制剂、SOD和CAT，以保护肺血管免受OS的影响[53]。

5 抗氧化治疗BPD的前景

氧化还原稳态对于细胞的正常生物学活动是必不可少的。当机体内源性抗氧化物质不足以中和过量的ROS或OFRs时，便会导致OS损伤，因而氧化/抗氧化失衡是早产儿BPD发展的重要因素。抗氧化剂可能是对抗这种常见损伤的一种重要的武器。但是，目前对新生儿氧化损伤机制的认识仍然存在较大差异，且关于抗氧化剂作用的研究和文献并不多见。因此，需要更加完善的研究及观察去证实OS在BPD发生、发展中的作用以及评估抗氧化剂在治疗BPD中的临床潜力。其中，母乳是新生儿获取营养物质最好的来源，也是一种天然、廉价、易于获取的治疗药物，有助于降低BPD这种花费昂贵的多因素疾病的发生风险。但母乳成分复杂，对于母乳中具体的有效抗氧化成分目前仍不甚明确，这需要进一步的研究来加以确定。同时，母乳存在明显的个体差异。目前关于母乳喂养临床研究的随机对照试验较少，相关证据质量不高，未来需更多高质量的多中心、大样本、前瞻性研究进一步探索母乳在BPD防治中的作用。