咖啡因治疗早产儿呼吸暂停的研究进展*

文诗雨，马 红，李 悦，陆 超，王永庆，刘 艳，孙鲁宁**

1南京医科大学第一附属医院临床药理研究室，南京 210029;2南京医科大学药学院，南京 211166;3江苏省妇幼保健院儿科，南京 210036;4江苏省卫生健康发展研究中心，南京210036

早产儿呼吸暂停（apnea of prematurity，AOP）是新生儿重症监护中最常见的临床问题之一[1]。咖啡因由于安全范围大，不良反应小，半衰期长，成为治疗AOP 的首选药物。通常咖啡因的有效治疗血浆药物浓度是5～25 μg·mL-1，毒性浓度为40～50 μg·mL-1[2]。目前治疗AOP 的常规方案为使用枸橼酸咖啡因负荷剂量20 mg·kg-1，维持剂量为每天5 mg·kg-1[3]；但对于咖啡因治疗的最佳剂量和时机，还没有达成的标准化共识方案。由于早产儿的生理特点，特别是肝肾功能不全和身体发育不全，导致早产儿呼吸暂停治疗的维持剂量的选择仍有很大差异[4]。当剂量过大时，可能出现心动过速、喂养不耐受、癫痫、神经行为缺陷和小脑损伤增加等不良反应[4-6]。

现对咖啡因在治疗早产儿呼吸暂停中的血药浓度监测，建立群体药代动力学模型，评估CYP1A2 酶的活性以及分析酶基因多态性等方面进行综述，以利于在临床治疗过程中充分考虑每个患者的综合情况，制定出安全、有效、经济的个体化治疗方案。

1 咖啡因在早产儿呼吸暂停中的应用

1.1 咖啡因对早产儿呼吸暂停的治疗作用

病理性AOP 是指呼吸暂停超过20秒，或任何呼吸暂停并伴有皮肤紫绀或苍白、肌张力减退，或心动过缓。中枢性AOP 是因缺乏呼吸驱动导致，可能与早产儿中枢神经系统发育不成熟有关，或由疾病或药物治疗引起[1]。

咖啡因是一种常用于治疗AOP 的甲基黄嘌呤类药物，可通过拮抗腺苷受体，刺激呼吸中枢，增加外周化学感受器对CO2的敏感性，舒张平滑肌，增加心输出量和耗氧量，增加横膈肌活动幅度等发挥作用[1]。2013年，商品化的枸橼酸咖啡因在我国上市，并批准在应用的同时进行临床安全性多中心评估[1]。2020年，一项关于枸橼酸咖啡因治疗AOP 的前瞻性、开放标签、单臂研究在中国早产儿群体中展开，确定了咖啡因治疗复发性间歇性缺氧和心动过缓早产儿原发性呼吸暂停的疗效[7]。

1.2 咖啡因在早产儿呼吸暂停治疗中的临床应用

1977年，Aranda JV 等[8]首次发表咖啡因用于治疗AOP 的研究；两年后他们又建议使用咖啡因负荷剂量为20 mg·kg-1，维持剂量为每天5 mg·kg-1，以使血药浓度达到治疗浓度的范围[9]。Koch G 等[10]提出需要每1～2 周增加1 mg·kg-1的枸橼酸咖啡因维持量，即首次给予枸橼酸咖啡因负荷剂量20mg·kg-1，维持剂量每24 小时5 mg·kg-1后，第2 周维持剂量调整为6 mg·kg-1·d-1，第3 周至第4 周为7 mg·kg-1·d-1，第5 周至第8 周为8 mg·kg-1·d-1，以维持出生8周内咖啡因血药浓度的稳定。

一项随机对照试验提出较高的维持剂量（10mg·kg-1·d-1vs 5 mg·kg-1·d-1）可降低早产儿拔管失败和呼吸暂停的发生率，且不增加不良反应的发生[11]。Mohammed S 等[12]比较了高剂量（负荷剂量40 mg·kg-1·d-1，维持剂量20 mg·kg-1·d-1）和低剂量（负荷剂量20 mg·kg-1·d-1，维持剂量10 mg·kg-1·d-1）柠檬酸咖啡因对AOP 和机械通气成功拔管的有效性和安全性，同样提出较高剂量咖啡因可以减少AOP 发生率和早产儿机械通气拔管失败率。关于用药时机的研究，一项在中国的多中心研究提出，早产儿早期（出生后72 h 内）应用咖啡因可显著缩短咖啡因应用时间、用氧时间和住院时间[13]。一项单中心回顾性队列研究比较了极低出生体重新生儿早期（出生0～2天）和晚期（出生3 天或以上）给予咖啡因治疗的情况，并对大剂量（10 mg·kg-1·d-1）和小剂量（5 mg·kg-1·d-1）咖啡因进行二次分析，结果表示，早期摄入咖啡因可显著降低支气管肺发育不良（bronchopulmonary dysplasia，BPD）的发生率或全因死亡率，而接受大剂量咖啡因的患者动脉导管未闭发生率较低[14]。另外，停药时间需经医生权衡早期或晚期停用枸橼酸咖啡因的风险而定。有研究认为，住院最后1 周内停用咖啡因的患儿其使用时间较长，但住院时间更短，停用咖啡因后呼吸支持强度增加的情况更少见，且中/重度BPD 的发生率更低[15，16]。总之，早期预防性、较高剂量地应用咖啡因可能是有益的。

虽然咖啡因安全范围较大，但在同样负荷剂量下，维持剂量高的柠檬酸咖啡因更容易引起心动过速等不良反应[4]。还有研究提出，与低剂量咖啡因相比，高剂量咖啡因与神经行为缺陷和小脑损伤增大有关[5]。而当咖啡因与麻醉类药物联合使用时，咖啡因（>17.1μg·mL-1）可能会与神经细胞凋亡增加有关[17]。咖啡因的累积剂量和持续时间还与早产儿的骨量减少具有强相关性，这也提示需要确定有效治疗AOP所需的最低咖啡因的剂量[18]。高剂量的咖啡因与癫痫发病率增加和出生后前60 天体重增加的趋势相关，并且咖啡因能延迟早产儿的胃排空时间，是喂养不耐受的危险因素[6]。有研究提出当咖啡因浓度>14.5μg·mL-1时与较低的肺损伤发生率相关[19]，而过高的浓度可能通过与腺苷A2a 受体作用加重损伤[20]。咖啡因的治疗窗口可能取决于患儿发育、性别、氧暴露及其他因素[21]，故进一步明确咖啡因血药浓度的影响因素，有利于制定个体化用药方案并优化治疗结果。

2 咖啡因的血药浓度监测

咖啡因的血药浓度监测可减少不良反应的发生率、优化疗效和诊断测试的准确性，才有助于个体化给药，特别有利于治疗无反应或有肝、肾功能障碍的患者[22]。

2.1 咖啡因的药动学、药效学研究

咖啡因（137X）在体内主要经肝脏代谢，已发现其在多种酶的作用下生成副黄嘌呤（17X）、茶碱（13X）、可可碱（37X）等15 种代谢物[23]。因早产儿体内肝酶不成熟，咖啡因的代谢受限制，其半衰期长达101 h[24]。咖啡因的清除和血浆半衰期在出生后的前两周基本保持不变，两周后清除才开始增加。因此，在服用咖啡因超过两周的早产儿中，血清浓度可能不仅取决于患儿的药物遗传特征，还取决于实际年龄，以使患儿每公斤体重的剂量保持不变[19]。早产儿体内还存在茶碱向咖啡因转化的特殊途径，茶碱作为咖啡因的一种活性代谢物，会进一步增加咖啡因负荷[25]。这可能是导致心动过速等副作用的部分原因，并且咖啡因-茶碱转化率的变化可能会导致个体反应的变动性[26]。

有研究认为，在对咖啡因进行治疗药物监测时，可同时考虑药效学影响，Yu T 等[26]研究了心率、呼吸频率、呼吸暂停发生率及不良反应与咖啡因血清浓度的关系，发现心动过速和咖啡因血清浓度之间具有显著关联性，使用高剂量柠檬酸咖啡因普遍会增加新生儿心动过速的风险。有文献报道，当咖啡因在1.94 μg·mL-1时，便开始对腺苷受体产生拮抗作用，当浓度达到20 μg·mL-1时，可能会进入反应的平台期，此时可以考虑继续增加剂量，同时应注意浓度过高则可能与其他分子靶点相互作用，如GABA-A 受体（生理抑制浓度约54 μg·mL-1）、乙酰胆碱酯酶（生理抑制浓度约34 μg·mL-1），否则会产生心动过速等不良反应，所以当使用较高剂量治疗时，应充分考虑药效学的影响[25]。另外，还可通过评估咖啡因浓度与治疗结局的关系，以确定最佳的药物治疗浓度。Abdel-Hady H 等[24]指出，咖啡因浓度和短期结果之间有很强的相关性，认为咖啡因浓度>14.5 μg·mL-1与≤29 周出生的早产儿慢性阻塞性肺疾病的减少密切相关。

2.2 咖啡因防止早产儿呼吸暂停的群体药代动学研究

由于临床试验的伦理问题及频繁抽血困难，可供研究的患者数量有限，早产儿临床药代动力学数据稀少。因此，群体药代动力学（population pharmacokinetics，PPK）采用的稀疏采样方式，非常适用于早产儿的药代动力学（pharmacokinetics，PK）研究[27，28]。

Guo A 等[28]和Gao XB 等[29]采用非线性混合效应模型法（nonlinear mixed effects modeling，NONMEM），将当前体重（current weight，CW）和出生后年龄（postnatal age，PNA）、胎龄（gestational age，GA）、矫正胎龄（postmenstrual age，PMA）等作为影响咖啡因药代动力学参数的重要预测因子，建立并验证了PPK 模型，补充了我国早产儿呼吸暂停患者的咖啡因药代动力学数据，为个体化治疗提供参考。

基于生理的药代动力学（physiologically based pharmacokinetic，PBPK）模型结合了生理参数（如人口统计学、器官大小及与年龄相关的发育变化等）和药物特性（如脂溶性、相关酶和转运蛋白等）[30]，解决了传统PK 模型可能出现的数据稀少、代表性弱等问题，最终用于预测患者的药物暴露，有助于优化药物剂量调整[31]。Abduljalil K 等[32]利用Simcyp Simulator V17 成功开发了早产儿PBPK 模型，将GA、PNA、PMA 和给药剂量等作为主要协变量，通过早产儿PBPK 模型预测组织浓度，使药效学效应（或毒性）可以与组织中的局部浓度联系起来。Aranda JV 等[25]采用稀疏采样和NONMEM 建立PPK 方法对新生儿咖啡因PK 进行研究并建立PBPK 模型，结合生理学和机械性变量（如PNA、GA、药物剂量等）来预测目标新生儿人群在特定条件下（如呼吸机依赖）的咖啡因剂量，这可能会有利于新生儿进行个体化用药。通过建立这些模型，也有利于对个体患者的治疗进行长期监测。

3 基因多态性与咖啡因代谢水平

3.1 人细胞色素CYP1A2 酶活性的评估

CYP1A2 酶在咖啡因体内代谢中起主导作用，其活性受年龄、性别、食物、种族等的影响[33]。咖啡因是用于评估CYP1A2 酶活性最常用的探针药物[34]。通过检测咖啡因及其代谢物水平反映CYP1A2 酶个体间的变异，为评估CYP1A2 酶的表型提供信息。在对于早产儿群体的研究中，常用咖啡因代谢产物比率，如13X/137X、37X/137X、17X/137X、（13X+37X+17X）/137X 来评价CPY1A2 酶的活性[35]。通常CYP1A2 酶活性与咖啡因清除率呈显著正相关，从而影响咖啡因的代谢过程进而影响体内浓度，因此可通过分析CYP1A2 酶活性来进一步调整咖啡因的给药剂量。目前尚无文献报道通过监测CYP1A2 酶活性来直接指导临床剂量调整，但有将CYP1A2 基因多态性纳入PPK 或PBPK 研究，通过建立数学模型，将其与临床效应等建立量效关系，从而为临床治疗提供参考。

3.2 基因多态性

在治疗开始前借助CYP1A2 酶基因多态性分析评估患者的酶活性，可能有利于个体化治疗的选择，也可以用于发现相关的药物相互作用或其他的影响因素。

Hakooz NM 等[33]研究表明，CYP1A2 酶活性存在明显的个体内和个体间变异。如携带CYP1A2*1A 等位基因的个体是“快速” 咖啡因代谢者，而变异的CYP1A2*1F 携带者是“缓慢”咖啡因代谢者。Nehlig A等[36]研究发现在中国人群中，CYP1A2 酶活性似乎是呈三态分布的，有慢型（12%～13%）、中间型（51%～67%）和快型（20%～37%）。有研究指出，早产儿CYP1A2 酶活性随着年龄增长而升高；但与CYP1A2基因型无关[27]。Gao XB 等[29]研究提出，在早产儿人群中CYP1A2 基因型（如rs2069514、rs2069521 等）对咖啡因清除率无影响。He X 等[37]用Massarray 系统进行基因分型，发现腺苷受体基因ADORA1、ADORA2A、ADORA3 的多态性，尤其是芳香烃受体基因AHR（rs4410790）和腺苷脱氨酶基因ADA（rs521704）的多态性、在咖啡因治疗的早产儿患者的个体反应中可能起着关键作用。Guo HL 等[38]研究发现CLOCK 基因多态性在咖啡因治疗的早产儿患者的个体反应中起到重要作用，并且认为AHR、ADORA2A、CLOCK 基因突变体可能会在咖啡因治疗过程中存在相互影响。

4 结语

咖啡因是常用于治疗AOP 的药物，大多数早产新生儿不需要进行血浆咖啡因浓度的常规监测。但是对于临床应答不充分或出现毒性症状的患儿，则应在咖啡因血浆浓度监测后，适时进行剂量调整。引入群体药代动力学及对咖啡因代谢相关酶基因多态性进行研究，综合考虑胎龄、出生体重、遗传变异等协变量因素，建立数学模型，进而预测血药浓度，可为临床用药及剂量调整提供参考价值。同时，今后还需要作更多样本量的随机对照试验，对咖啡因剂量和用药时机进行安全性和有效性研究。