朱寧,劉恒，祝如愿,黃莉

(1. 東南大學(xué) 醫(yī)學(xué)院，江蘇 南京 210009； 2. 東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院 兒科，江蘇 南京 210009)

隨著圍產(chǎn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展以及新生兒救治技術(shù)的進步，早產(chǎn)兒的存活率不斷提高，然而支氣管肺發(fā)育不良(bronchopulmonary dysplasia,BPD)的發(fā)病率也逐漸升高。這與早產(chǎn)兒高氧暴露、機械通氣、炎癥和感染性等并發(fā)癥導(dǎo)致的活性氧(reactive oxygen species,ROS)或氧自由基(oxygen free radical,OFRs)增加有關(guān)[1]。早產(chǎn)兒肺發(fā)育不完善，出生后對氧較依賴，因此特別容易受到氧化應(yīng)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(zhì)失活并加重炎癥反應(yīng)[2]，進一步增加了早產(chǎn)兒對機械通氣的需求，形成惡性循環(huán)。因此,OS引起的氧自由基損傷是許多新生兒呼吸系統(tǒng)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(yù)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(yù)防OS相關(guān)疾病，提高新生兒免疫力，增強新生兒活力。現(xiàn)就OS在BPD發(fā)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(chǎn)前激素、肺泡表面活性物質(zhì)以及保護性肺通氣策略的應(yīng)用，近年來BPD的臨床癥狀以及影像學(xué)特征較20世紀(jì)60年代發(fā)生了顯著改變。與“舊BPD”不同，早產(chǎn)破壞了胎兒肺泡和血管發(fā)育的正常程序，導(dǎo)致了以肺泡及肺血管發(fā)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(fā)育主要分為3個時期，即胚胎期、胎兒期和產(chǎn)后期，出生后肺發(fā)育包括經(jīng)典和持續(xù)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(fā)育完全，出生后肺將繼續(xù)發(fā)育、成熟。若胎兒在胎兒期的正常肺發(fā)育因早產(chǎn)而受到阻滯，或早產(chǎn)兒出生后肺受到高氧、炎癥因子等不利因素的干擾，則會導(dǎo)致BPD的發(fā)生[6]。輔助通氣策略幫助早產(chǎn)兒未成熟的肺得到足夠的氧合并保證其發(fā)育，使大量早產(chǎn)兒受益、存活率增高。在彌補早產(chǎn)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(huán)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(chǎn)兒成為了BPD的高危人群。

目前，BPD的發(fā)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(chǎn)兒[7]。BPD高危因素包括過肺發(fā)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(dǎo)的ROS或OFRs的增加和蓄積[8]?？寡趸委熗ㄟ^減少ROS或OFRs的產(chǎn)生和蓄積，可以減輕OS損傷，從而達到預(yù)防或治療BPD的目的。

2 OS與BPD

OS是指體內(nèi)氧化與抗氧化失衡的一種狀態(tài)，這種狀態(tài)會合并或誘發(fā)炎癥反應(yīng)從而導(dǎo)致氧化中間產(chǎn)物的蓄積。氧化作用、抗氧化能力、炎癥反應(yīng)三者相互獨立又相互聯(lián)系、相輔相成(圖1)。由于早產(chǎn)兒呼吸系統(tǒng)發(fā)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(yīng)的條件下，導(dǎo)致ROS或OFRs的產(chǎn)生增加。而早產(chǎn)兒在出生前誘導(dǎo)內(nèi)源性抗氧化劑產(chǎn)生的能力有限，無法在分娩后進一步誘導(dǎo)內(nèi)源性抗氧化反應(yīng)，及時清除ROS和OFRs的能力不足，造成氧化中間產(chǎn)物蓄積，產(chǎn)生OS損傷[9]。研究[10]顯示，早產(chǎn)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(chǎn)兒還表現(xiàn)出非酶類抗氧化劑缺乏，包括維生素A、D和E[11]。因此，早產(chǎn)兒抗氧化以及防止氧化損傷的能力不足。

圖1 氧化應(yīng)激與BPD

早產(chǎn)兒的內(nèi)源性抗氧化酶體系缺陷和抗氧化應(yīng)激系統(tǒng)不完善，因此短時間內(nèi)高氧暴露可誘發(fā)一連串的OS反應(yīng)，導(dǎo)致氧化損傷。高氧誘導(dǎo)的損傷主要包括肺泡上皮和血管內(nèi)皮細胞的壞死或凋亡，導(dǎo)致肺泡結(jié)構(gòu)破壞、血管通透性增加，炎癥細胞大量募集[12]。高氧可誘導(dǎo)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(diào)控肺泡和血管的重塑，這是BPD發(fā)生機制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[13]。此外，在肺發(fā)育過程中，許多生長因子參與調(diào)控肺泡成熟及血管發(fā)育過程，如血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)，其具有促進肺組織內(nèi)皮細胞生長、血管內(nèi)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(dǎo)致肺血管發(fā)育的停滯[15]。

早產(chǎn)兒對炎癥和感染性并發(fā)癥的易感性增加，從而增強了OS反應(yīng)；OS也會誘導(dǎo)機體的炎癥反應(yīng)，并共同形成BPD的致病基礎(chǔ)。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(yīng)相關(guān)的轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)細胞凋亡、介導(dǎo)多種炎癥因子產(chǎn)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(dǎo)致BPD的關(guān)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(chǎn)生的大量趨化因子誘導(dǎo)的炎癥細胞募集是導(dǎo)致肺損傷的重要機制[18]。多種促炎因子及炎癥介質(zhì)可被OS激活，從而導(dǎo)致炎癥級聯(lián)反應(yīng)[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(chǎn)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(fā)病機制中起著重要作用，由此推斷抗氧化策略有助于預(yù)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(zhì)”?？寡趸煼ㄖ荚谠鰪娒负头敲缚寡趸瘎┗钚裕⊿OD、CAT、GPX、外源性維生素和微量營養(yǎng)素等，以減少ROS和OFRs的蓄積。

3.1 SOD

SOD是預(yù)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(chǎn)物，在體內(nèi)可由SOD清除。SOD主要有3種亞型。動物模型研究結(jié)果[21]表明，SOD3表達減少的新生小鼠表現(xiàn)出肺泡和肺血管發(fā)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(tài)[22]。這些研究結(jié)果表明，SOD3在肺正常發(fā)育中具有重要作用。

氣管內(nèi)注射重組人SOD(rhSOD)可減少機械通氣造成的早產(chǎn)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(zhì)量<1 200 g的早產(chǎn)兒，他們分別接受了氣管內(nèi)rhSOD或安慰劑治療。研究發(fā)現(xiàn)，剛出生的早產(chǎn)兒應(yīng)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(fā)生率。雖然rhSOD可以降低OS疾病——早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變(ROP)的發(fā)生風(fēng)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(guān)于rhSOD的臨床隨機對照研究數(shù)據(jù)。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(yù)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(jīng)胎盤轉(zhuǎn)移給胎兒的營養(yǎng)物質(zhì)是內(nèi)源性和外源性抗氧化功能的基礎(chǔ)。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(zhì)，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(yīng)，并且可以活化內(nèi)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(zhì)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(zhì)的Mn SOD[26]。

研究[27]表明微量礦物質(zhì)的補充能優(yōu)化總抗氧化能力。體內(nèi)的GPX作為一種強抗氧化劑能清除脂質(zhì)過氧化物，阻斷自由基引發(fā)的惡性循環(huán)，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(chǎn)兒短期發(fā)病率的影響。結(jié)果表明，低血漿硒與早產(chǎn)兒并發(fā)癥的增加有關(guān)，包括BPD發(fā)生率、氧依賴天數(shù)的增加，以及不良呼吸結(jié)果的風(fēng)險增加。關(guān)于硒的補充，該Meta分析發(fā)現(xiàn)，極早早產(chǎn)兒補充硒可以降低晚期膿毒癥的發(fā)生率，但是不能降低BPD發(fā)生率。雖然缺乏硒不能完全解釋早產(chǎn)兒的自由基損傷和OS，但足夠的硒水平在理論上增強了內(nèi)源性抗氧化防御水平，減輕了OS的影響及與早產(chǎn)相關(guān)疾病的負擔(dān)[29]。目前,缺乏多中心數(shù)據(jù)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(dǎo)的脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，并且可以清除OFRs[30]。維生素A還可以調(diào)節(jié)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(nèi)皮的完整性以及逆轉(zhuǎn)高氧等病理因素對肺發(fā)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(jié)果發(fā)現(xiàn)補充維生素A能顯著減少氣管插管時間、氧療天數(shù)以及住院時間，且沒有明顯的副作用，因此應(yīng)給予需要呼吸支持或氧療的早產(chǎn)兒常規(guī)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(lián)合治療可以降低早產(chǎn)兒發(fā)生BPD的風(fēng)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(zhì)量兒對氧的需要量并降低死亡率。在上述研究中，只有少數(shù)提示維生素A的補充與BPD發(fā)病率降低有關(guān)。使用維生素A已經(jīng)證明對早產(chǎn)兒有一定的益處，并且風(fēng)險較小，因此繼續(xù)向早產(chǎn)兒補充維生素A仍然是有必要的。今后，需要進行更大規(guī)模的試驗，以便提出更明確的指導(dǎo)建議。

維生素D是一種類固醇激素，除調(diào)節(jié)鈣、磷代謝外，還廣泛參與基因調(diào)控、免疫、肺的發(fā)育及修復(fù)。Cetinkaya等[35]發(fā)現(xiàn)，早產(chǎn)兒及其母體體內(nèi)維生素D水平較低與BPD的發(fā)生有關(guān)。相反，Joung等[36]未發(fā)現(xiàn)維生素D水平與BPD或其他早產(chǎn)兒疾病之間有任何關(guān)聯(lián)。早產(chǎn)兒較易發(fā)生維生素D 缺乏，但維生素 D 缺乏與 BPD 發(fā)病是否相關(guān)需要進一步研究。同時，F(xiàn)ort等[37]研究發(fā)現(xiàn),補充維生素D不能改善極早早產(chǎn)兒肺部情況?？傊?，維生素D在BPD中的臨床應(yīng)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(zhì)過氧自由基[38]?；坻面玫萚39]研究發(fā)現(xiàn)，補充維生素E對BPD的發(fā)生有一定的預(yù)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(tǒng)發(fā)育的重要生長因子[40]。目前，國內(nèi)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(zhì)量的研究以證明維生素E在BPD防治中的益處和風(fēng)險。

目前，關(guān)于維生素在治療或預(yù)防BPD中的益處和風(fēng)險的證據(jù)不足，無法就補充維生素提出循證醫(yī)學(xué)的建議。

3.4 母乳

母乳含有多種營養(yǎng)物質(zhì)和生物活性物質(zhì)，可以滿足新生兒生長發(fā)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(fēng)險來減少BPD的發(fā)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(chǎn)兒OS損傷，以降低BPD的發(fā)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(zhì)量兒，發(fā)現(xiàn)純母乳喂養(yǎng)組的BPD發(fā)生率明顯低于純配方奶喂養(yǎng)組。Huang等[44]于2019年分析了包含8 661名早產(chǎn)兒的17項隊列研究和5項RCT，發(fā)現(xiàn)純母乳喂養(yǎng)或部分母乳喂養(yǎng)可以降低早產(chǎn)兒BPD的風(fēng)險。Villamor-Martinez等[45]也于2019年分析了11項觀察性研究和7項RCT，發(fā)現(xiàn)母乳喂養(yǎng)可使極早早產(chǎn)兒和極低出生體質(zhì)量兒BPD的發(fā)生率降低。受倫理因素限制，母乳喂養(yǎng)預(yù)防早產(chǎn)兒BPD的隨機對照臨床試驗較少，多數(shù)以觀察性研究為主，因此存在納入研究的異質(zhì)性大、證據(jù)質(zhì)量不高等問題?，F(xiàn)有結(jié)果表明，母乳喂養(yǎng)可能降低早產(chǎn)兒BPD的發(fā)生率，但需更多高質(zhì)量研究進一步驗證。

3.5 產(chǎn)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(chǎn)前因素，如宮內(nèi)感染、炎癥和生長受限等，對早產(chǎn)兒肺部疾病的發(fā)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(fā)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(fā)生率和死亡率[47]。產(chǎn)前及時抗感染治療，可以通過降低新生兒感染的發(fā)生率，間接減輕OS損傷，改善胎兒的妊娠結(jié)局。此外，胎兒是在宮內(nèi)相對低氧的環(huán)境中發(fā)育，出生后需氧量突然增加，OS的風(fēng)險也隨之增加。大多數(shù)情況下足月兒很容易適應(yīng)這種轉(zhuǎn)變，但早產(chǎn)兒從子宮內(nèi)直接過渡到外界環(huán)境存在著諸多風(fēng)險。因此，幫助早產(chǎn)兒在其出生時對宮外高氧環(huán)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(fā)揮間接抗氧化作用，與其作為谷胱甘肽前體的作用有關(guān)。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(jīng)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(shù)得到改善，并且炎癥的發(fā)生減少。這些發(fā)現(xiàn)表明，抗氧化療法的時機可能是提高療效的關(guān)鍵因素。

除酶及非酶抗氧化劑外，非抗氧化劑藥物，如糖皮質(zhì)激素、咖啡因也能通過減輕早產(chǎn)兒的OS損傷來預(yù)防或治療BPD。糖皮質(zhì)激素能促進肺抗氧化酶的生成，減輕肺水腫和炎癥反應(yīng)，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(yīng)及遠期的神經(jīng)發(fā)育不良結(jié)局，糖皮質(zhì)激素給藥方式、時機、劑量等仍存在較大爭議[50]。目前，咖啡因?qū)PD的防治作用得到越來越多的重視與肯定?？Х纫虿粌H可以減輕肺部炎癥損傷、改善肺組織結(jié)構(gòu)，還能改善高氧造成的肺泡結(jié)構(gòu)簡單化、促進肺泡正常發(fā)育[51]。但咖啡因?qū)υ绠a(chǎn)兒有一定的不良反應(yīng)，如興奮、心動過速等。臨床使用時應(yīng)密切監(jiān)測患兒生命體征。

近年來，隨著對BPD病因及發(fā)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(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)?？寡趸委焹H是輔助防治早產(chǎn)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(fā)生率或死亡率。須進一步大規(guī)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(chǎn)兒“適當(dāng)劑量”的外源性抗氧化劑本身就是一個挑戰(zhàn)。首先，關(guān)于抗氧化劑的治療水平知之甚少。一般來說，劑量的假設(shè)是基于對晚期早產(chǎn)兒抗氧化水平的有限研究，但關(guān)于極早早產(chǎn)兒的數(shù)據(jù)較少[23]。其次，理想的治療水平是一個動態(tài)的目標(biāo)，取決于疾病發(fā)生、發(fā)展的狀態(tài)。再次，內(nèi)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(zhàn)是向持續(xù)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(tǒng)開發(fā)的最新進展包括使用微米和納米顆粒，使藥物在肺中持續(xù)、穩(wěn)定的釋放[52]。例如，針對肺血管內(nèi)皮受體的抗體偶聯(lián)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(wěn)態(tài)對于細胞的正常生物學(xué)活動是必不可少的。當(dāng)機體內(nèi)源性抗氧化物質(zhì)不足以中和過量的ROS或OFRs時，便會導(dǎo)致OS損傷，因而氧化/抗氧化失衡是早產(chǎn)兒BPD發(fā)展的重要因素?？寡趸瘎┛赡苁菍惯@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(guān)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(fā)生、發(fā)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(yǎng)物質(zhì)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(fā)生風(fēng)險。但母乳成分復(fù)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(guān)于母乳喂養(yǎng)臨床研究的隨機對照試驗較少，相關(guān)證據(jù)質(zhì)量不高，未來需更多高質(zhì)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。