氧化應(yīng)激反應(yīng)與新生兒支氣管肺發(fā)育不全的研究進(jìn)展

焦 穎，劉巍巍，韓冬韌

(首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京婦產(chǎn)醫(yī)院新生兒科，北京 100026)

支氣管肺發(fā)育不全(bronchopulmonary dysplasia,BPD)是一種早產(chǎn)兒的慢性肺疾病，是嬰兒肺疾病的主要原因,也是早產(chǎn)兒的主要死亡原因。隨著產(chǎn)前激素的應(yīng)用，新生兒重癥監(jiān)護(hù)室管理質(zhì)量的改善和早產(chǎn)兒尤其是超早產(chǎn)兒存活數(shù)量的增加BPD在過去40多年經(jīng)歷了許多變遷[1]。最早在1967年底,挪威人通過對(duì)早產(chǎn)兒呼吸窘迫綜合征的臨床、影像和病理改變的觀察出版了描述BPD的文章[2]。BPD在早產(chǎn)兒、低出生體重兒和極低出生體重兒中的發(fā)生率高達(dá)25%～35%[3]。BPD可導(dǎo)致患兒住院頻次增加，死亡率升高，并且影響生長發(fā)育及神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育。盡管目前醫(yī)學(xué)界針對(duì)新生兒呼吸衰竭的預(yù)防和治療已經(jīng)做出了很大改善及提高，但對(duì)BPD的成因及治療仍是兒科醫(yī)師需要攻克的一大難題，需要醫(yī)學(xué)界的廣泛關(guān)注[3]。

在新生兒時(shí)期有許多病因可以導(dǎo)致肺損傷，其中由于大量自由基的產(chǎn)生而誘發(fā)的氧化應(yīng)激反應(yīng)是導(dǎo)致肺損傷的主要原因，這一觀點(diǎn)已經(jīng)逐漸引起醫(yī)學(xué)界的廣泛關(guān)注。許多因素可誘發(fā)體內(nèi)產(chǎn)生自由基，氧化應(yīng)激則發(fā)生在自由基的產(chǎn)生超過機(jī)體抗氧化防御能力時(shí)，這一過程在新生兒時(shí)期經(jīng)常出現(xiàn)[4]。新生兒不成熟的抗氧化系統(tǒng)，營養(yǎng)不良，氣道炎癥反應(yīng)以及所使用機(jī)械通氣的類型不當(dāng)均可致氧化應(yīng)激增加，從而導(dǎo)致永久性的肺損傷[5]?，F(xiàn)就炎癥等因素誘發(fā)氧化應(yīng)激的生物化學(xué)過程以及氧化應(yīng)激反應(yīng)導(dǎo)致BPD發(fā)生、發(fā)展的相關(guān)機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 炎癥反應(yīng)誘導(dǎo)氧化應(yīng)激反應(yīng)損傷的生物化學(xué)機(jī)制

炎癥反應(yīng)是誘發(fā)氧化應(yīng)激損傷的重要原因且常同時(shí)存在，因此炎癥導(dǎo)致的胎盤功能紊亂和絨毛膜羊膜炎在BPD的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用[6]。特異性和非特異性炎癥反應(yīng)對(duì)早產(chǎn)兒BPD發(fā)生、發(fā)展的影響已受到廣泛的關(guān)注和研究。在人類的免疫系統(tǒng)中，促炎癥和抗炎癥反應(yīng)以及細(xì)胞因子的產(chǎn)生是一個(gè)變化和復(fù)雜的動(dòng)態(tài)平衡過程。有研究提出，在炎癥和氧化應(yīng)激損傷之間存在特殊的相互作用[7-8]。但這些相互作用的機(jī)制目前尚不十分清楚。當(dāng)感染發(fā)生時(shí)促炎癥細(xì)胞因子(如腫瘤壞死因子、白細(xì)胞介素-1、白細(xì)胞介素-6、白細(xì)胞介素-8)釋放，機(jī)械通氣損傷引起的非特異性炎癥反應(yīng)也可以引起細(xì)胞因子的生成及釋放[7-8]。炎癥反應(yīng)引起氧化應(yīng)激損傷的主要機(jī)制是直接激活炎癥細(xì)胞，特別是粒細(xì)胞。

激活的炎癥細(xì)胞會(huì)釋放大量的氧化自由基和蛋白酶，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞過氧化反應(yīng)的發(fā)生及損傷，增加血管的滲透性，從而導(dǎo)致肺間質(zhì)、肺泡和氣道的水腫。自由基中數(shù)量最多的是超氧化物陰離子，其在細(xì)菌殺傷反應(yīng)的第一階段生成，隨后其他自由基也大量產(chǎn)生，如由超氧化物歧化酶催化的過氧化氫離子，過度金屬酶催化的羥基自由基，過氧化物酶催化的次氯酸。這些物質(zhì)不僅可以殺傷細(xì)菌，也可以導(dǎo)致組織損傷，而且這些物質(zhì)也會(huì)增加血管的通透性，促進(jìn)細(xì)胞因子透過，增加炎癥反應(yīng)和組織水腫。其結(jié)果是滲出的血漿細(xì)胞和炎癥細(xì)胞導(dǎo)致細(xì)胞外部的表面活性物質(zhì)合成障礙[9-10]。此外，促炎癥細(xì)胞因子中的部分細(xì)胞因子可以增加一氧化氮合酶的表達(dá)，一氧化氮合酶可以催化一氧化氮的合成。一氧化氮和超氧化自由基可以聯(lián)合形成過氧化硝酸鹽，這種物質(zhì)可以自發(fā)的分解形成其他有害的代謝產(chǎn)物，如羥基自由基、二氧化氮和二氧化氮陽離子[11]。

過氧化硝酸鹽是一種不穩(wěn)定的物質(zhì)，可以快速地與酪氨酸結(jié)合形成硝基酪氨酸。硝基酪氨酸已經(jīng)被作為慢性肺疾病中過氧化硝酸鹽存在的標(biāo)志物。已證實(shí)在合并BPD的早產(chǎn)兒中，生后的第1個(gè)月中血漿3-硝基酪氨酸含量增多[12]。有研究顯示，肺內(nèi)富氧環(huán)境所致的非特異性炎癥反應(yīng)可以導(dǎo)致一氧化氮及其代謝產(chǎn)物等有毒物質(zhì)增加，這會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致表面活性物質(zhì)失活[13-14]。另一方面，研究顯示，氣管內(nèi)分泌物中腫瘤壞死因子的含量在氣道炎癥反應(yīng)時(shí)增多，且與機(jī)械通氣使用的時(shí)間和BPD的發(fā)生率有關(guān)[15]。有呼吸窘迫的早產(chǎn)兒在小氣道中也會(huì)產(chǎn)生大量的白細(xì)胞介素-10，抗炎癥細(xì)胞因子的存在可預(yù)防BPD的發(fā)生、發(fā)展。相反，Jones等[16]在大部分早產(chǎn)兒氣道樣本中并沒有探測(cè)到白細(xì)胞介素-10的存在，因此早產(chǎn)兒氣道中抗炎癥反應(yīng)的作用機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。

Kemp等[17]的實(shí)驗(yàn)很好地演示了炎癥對(duì)肺成熟影響的復(fù)雜性。在早產(chǎn)小羔羊的羊水中注射內(nèi)毒素，胎兒肺的炎癥反應(yīng)增強(qiáng)，臍帶血內(nèi)毒素劑量增加。其中白細(xì)胞介素-1a是胎兒肺部炎癥反應(yīng)的有效中介物。羊水中注射白細(xì)胞介素-1a會(huì)誘導(dǎo)氣道炎癥反應(yīng)，并且在支氣管肺泡中產(chǎn)生大量的單核細(xì)胞、粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和白細(xì)胞介素-8蛋白。中性粒細(xì)胞產(chǎn)生的過氧化物因子導(dǎo)致了最初的肺損傷，而絨毛膜羊膜炎的存在則會(huì)導(dǎo)致肺組織進(jìn)一步瓦解，肺損傷和修復(fù)同時(shí)存在時(shí)則促進(jìn)BPD的發(fā)生、發(fā)展[17]。

微囊蛋白是一種通過多種信號(hào)通路調(diào)節(jié)肺損傷和重塑的調(diào)節(jié)器。已經(jīng)證實(shí)[16-17]，產(chǎn)前的絨毛膜羊膜炎和胎兒肺部炎癥反應(yīng)能降低微囊蛋白濃度，導(dǎo)致肺部損傷和重塑的失衡，從而促進(jìn)BPD的發(fā)生。絨毛膜羊膜炎會(huì)改變胎兒先天的免疫系統(tǒng)，并且通過降低氣道中淋巴細(xì)胞的反應(yīng)能力導(dǎo)致后天的全身免疫系統(tǒng)和氣道反應(yīng)性改變，使機(jī)體的抗氧化防御機(jī)制減弱，從而影響肺部的成熟及增加BPD的發(fā)生率。此外，在生后肺部感染炎癥時(shí)，噬菌細(xì)胞在肺部調(diào)節(jié)抗微生物的作用是通過釋放溶菌酶素、過氧化物酶、蛋白酶、氧化自由基和一氧化氮來完成的。作為抵抗微生物入侵的重要防御手段，在呼吸爆發(fā)反應(yīng)過程中激活噬菌細(xì)胞和Ⅱ型肺泡細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生大量的氧化自由基，從而導(dǎo)致肺損傷[18-19]。

由于特異性和非特異性炎癥反應(yīng)所致的氧化應(yīng)激反應(yīng)對(duì)肺部損傷的過程復(fù)雜，在不同的孕周會(huì)產(chǎn)生不同的細(xì)胞因子，肺部組織和表面活性物質(zhì)對(duì)不同的細(xì)胞因子有不同的反應(yīng)和結(jié)局，因此仍需要大量的研究進(jìn)一步探討[20]。

2 氧化應(yīng)激反應(yīng)導(dǎo)致BPD發(fā)生、發(fā)展的相關(guān)機(jī)制

2.1氧化應(yīng)激導(dǎo)致BPD的機(jī)制 氧化應(yīng)激反應(yīng)與BPD的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。由于早產(chǎn)兒肺組織中的脂肪和蛋白質(zhì)易受到氧化應(yīng)激反應(yīng)的破壞，因此早產(chǎn)兒更容易發(fā)展成BPD。這些不同的氧化應(yīng)激反應(yīng)過程在生后的前幾天最明顯。從肺損傷進(jìn)展到BPD的過程是在生后的幾個(gè)小時(shí)至幾天中發(fā)生發(fā)展的，并且氧化應(yīng)激反應(yīng)在這一病理過程中起主導(dǎo)作用[21]。氧化應(yīng)激反應(yīng)會(huì)發(fā)生在所有生后的新生兒中，這是由于從宮內(nèi)的低氧環(huán)境過渡到宮外的高氧環(huán)境時(shí)，體內(nèi)會(huì)因?yàn)檠趸^程產(chǎn)生大量的自由基。自由基的來源主要包括炎癥、低氧高氧環(huán)境間的切換、缺血、谷氨酸和鐵離子的大量釋放，這些都會(huì)在圍生期增加胎兒或新生兒的氧化應(yīng)激反應(yīng)。另外，早產(chǎn)兒的抗氧化系統(tǒng)不完善，不能抵抗活性氧類的有害影響，因此會(huì)導(dǎo)致新生兒自由基相關(guān)性疾病，包括BPD[22-23]。

2.2氧化應(yīng)激在BPD纖維化進(jìn)程中的促進(jìn)作用 BPD的特點(diǎn)是組織重塑，分為不同的階段，最終階段是慢性化過程，產(chǎn)生大量的纖維組織增生?；|(zhì)金屬蛋白酶在調(diào)節(jié)纖維化的過程中起重要作用，它們可以減少基質(zhì)蛋白和膠原纖維。基質(zhì)金屬蛋白酶和其抑制劑之間的相互平衡對(duì)肺部纖維化過程的調(diào)節(jié)起重要作用。它們的表達(dá)通過細(xì)胞因子、生長因子和細(xì)胞外基質(zhì)成分調(diào)節(jié)。如前所述，炎癥反應(yīng)可促進(jìn)細(xì)胞因子的釋放，從而誘導(dǎo)氧化應(yīng)激的發(fā)生，而氧化應(yīng)激既可以抑制基質(zhì)金屬蛋白酶的活性也可以增加其抑制劑的活性，因此，會(huì)導(dǎo)致肺部纖維化增加，同時(shí)通過增加膠原酶的活性，引起細(xì)胞外基質(zhì)的斷裂，從而導(dǎo)致BPD的發(fā)生、發(fā)展[24-25]。

高氧血癥和炎癥反應(yīng)可通過呼吸爆發(fā)反應(yīng)產(chǎn)生大量的自由基，從而觸發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng)，促使BPD的發(fā)生。高氧血癥也可以誘發(fā)新生兒BPD中纖維化的進(jìn)程。與此同時(shí)，高氧環(huán)境也會(huì)導(dǎo)致表面活性物質(zhì)蛋白A、表面活性物質(zhì)蛋白B和表面活性物質(zhì)蛋白C85的增加，被氧化的表面活性物質(zhì)蛋白A蛋白也會(huì)使表面活性物質(zhì)生成減少，以及降低機(jī)體免疫防御功能。高氧血癥也可能同時(shí)催化磷酸甘油酯合成的第一步所需的限速酶甘油-3-磷酸?；D(zhuǎn)移酶，此酶對(duì)氧化應(yīng)激損傷十分敏感，從而導(dǎo)致表面活性物質(zhì)磷脂生成減少[26-27]。

2.3氧化應(yīng)激導(dǎo)致BPD發(fā)病機(jī)制的新理論 目前新提出的BPD理論機(jī)制是更多地將其發(fā)生、發(fā)展歸因于肺泡自身的發(fā)育延遲，并可能會(huì)導(dǎo)致永久性的肺泡不發(fā)育，而不是經(jīng)典的BPD理論機(jī)制主要關(guān)注的是肺部纖維增生機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，白三烯4在生后第7天時(shí)含量升高，而白三烯4在炎癥反應(yīng)時(shí)會(huì)大量產(chǎn)生，這一現(xiàn)象則暗示炎癥所導(dǎo)致的一系列復(fù)雜的氧化應(yīng)激損傷是新的BPD發(fā)生、發(fā)展的理論基礎(chǔ)。而在經(jīng)典的BPD理論中，8-羥化脫氧鳥苷在生后第3天時(shí)顯著增高，提示氧化應(yīng)激導(dǎo)致的DNA損傷可能是經(jīng)典BPD的重要發(fā)病機(jī)制[28-29]。

氧化應(yīng)激反應(yīng)也可以使肺表面活性物質(zhì)失活，已有實(shí)驗(yàn)演示了在小鼠中使用高氧并注射次黃嘌呤可以導(dǎo)致炎癥、水腫、蛋白滲出，并且同時(shí)炎癥細(xì)胞會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞外部的表面活性物質(zhì)損傷[30]。

2.4早產(chǎn)兒對(duì)氧化應(yīng)激的防御機(jī)制的特點(diǎn) 動(dòng)物模型已經(jīng)顯示，超氧化物歧化酶是一種保護(hù)機(jī)體免于自由基和細(xì)胞因子誘導(dǎo)損傷的物質(zhì)。超氧化物歧化酶在使用機(jī)械通氣的早產(chǎn)兒中會(huì)減少，但在足月的動(dòng)物中并不減少[31]。硫氧還蛋白和吡哆醇存在于線粒體膜上，可以清除自由基。硫氧還蛋白和吡哆醇也是一種可以激活超氧化物歧化酶的蛋白。在小鼠實(shí)驗(yàn)中[29-30]，這些分子的水平在胚胎時(shí)期較低，但在生后開始增多，特別是在氣管支氣管上皮細(xì)胞和一些肺泡細(xì)胞中。已確認(rèn)在早產(chǎn)動(dòng)物中，高氧血癥和炎癥反應(yīng)時(shí)氣管支氣管上皮細(xì)胞和一些肺泡細(xì)胞中這些抗氧化因子是缺乏的，因此早產(chǎn)動(dòng)物的抗氧化應(yīng)激損傷能力不會(huì)隨著氧化應(yīng)激反應(yīng)的出現(xiàn)而被徹底誘發(fā)[32-33]。

3 應(yīng)對(duì)氧化應(yīng)激反應(yīng)的治療

BPD的發(fā)病是一個(gè)復(fù)雜的過程，目前已有大量數(shù)據(jù)支持特異性和非特異性炎癥產(chǎn)生的自由基介導(dǎo)的氧化應(yīng)激損傷在BPD發(fā)生、發(fā)展中的作用[31]。早產(chǎn)兒持續(xù)用氧到32周后，持續(xù)的高血氧飽和度會(huì)增加BPD的發(fā)生率，且極早產(chǎn)兒即使是短時(shí)間暴露于高濃度氧也會(huì)導(dǎo)致肺部的損傷，最終導(dǎo)致BPD的發(fā)生[31]。這是極早產(chǎn)兒窒息復(fù)蘇時(shí)用氧濃度應(yīng)該從30%～50%開始的原因[34]。個(gè)體化的呼吸支持，最低的氧濃度設(shè)定，減少呼吸暫停的發(fā)生和正常的生長發(fā)育都會(huì)減少BPD的發(fā)生且減低其嚴(yán)重程度。

分娩前激素的治療已廣泛應(yīng)用。產(chǎn)前激素治療可能會(huì)中和炎癥反應(yīng)，這一過程需要依賴微生物對(duì)感染防御系統(tǒng)的反應(yīng)，刺激的時(shí)間，胎兒胎盤的成熟度，胎盤糖皮質(zhì)激素的分泌和遺傳因素，并且不同的情況會(huì)有不同的結(jié)果。因此，產(chǎn)前激素治療抑制炎癥反應(yīng)促進(jìn)肺部成熟的效果存在個(gè)體差異[22]。未來應(yīng)對(duì)氧化應(yīng)激反應(yīng)的治療建議補(bǔ)充酶或非酶的有效抗氧化物質(zhì)以減少自由基導(dǎo)致的損傷，特別是對(duì)BPD和其他的自由基相關(guān)疾病。維生素A、維生素C和維生素E是正常機(jī)體中重要的物質(zhì)，并且有抗氧化防御作用。這些維生素能夠阻止自由基誘導(dǎo)的脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，并且可以清除自由基。在合并BPD的新生兒中，血漿β胡蘿卜素和維生素A的濃度低于正常，可能導(dǎo)致抗氧化防御能力降低。在早產(chǎn)兒中蛋白損傷的血漿標(biāo)志物3-硝基酪氨酸和蛋白碳基越高，發(fā)生BPD的風(fēng)險(xiǎn)越高[35]。在早產(chǎn)兒圍生期的過渡過程中，抗氧化應(yīng)激反應(yīng)防御系統(tǒng)不成熟，各組織細(xì)胞免于自由基的損傷從而免于自由基相關(guān)疾病的能力也不足，這就衍生出外用的抗氧化制劑，如維生素A，E和聯(lián)合超氧化物歧化酶已被用于嘗試治療和預(yù)防BPD的發(fā)生。

一項(xiàng)Meta分析結(jié)果顯示[14],補(bǔ)充維生素A能夠減少BPD，但之后的研究顯示在糾正胎齡18～22個(gè)月時(shí)神經(jīng)系統(tǒng)和肺部的發(fā)育無顯著不同[36]。微量元素，如銅、鋅、鐵和硒對(duì)于維持抗氧化酶的正常功能也十分重要，這些營養(yǎng)元素的補(bǔ)充也能使總體的抗氧化能力優(yōu)化。然而，一些研究顯示在低出生體重兒中更少的微量元素并沒有顯著影響抗氧化酶濃度和BPD的進(jìn)展[37-38]。

早產(chǎn)兒抗氧化物質(zhì)的使用，特別是暴露于氧化應(yīng)激反應(yīng)和處于BPD高危的情況下，對(duì)于預(yù)防和改善自由基的損傷是一個(gè)可行的策略，但仍需要更多的研究支持這一觀點(diǎn)[39]。

4 小 結(jié)

BPD一直是早產(chǎn)兒最嚴(yán)重而復(fù)雜且最受廣泛關(guān)注的疾病。早產(chǎn)兒易受氧化應(yīng)激反應(yīng)和自由基毒性的影響。出生時(shí)，相對(duì)的高氧環(huán)境暴露及氧氣生物利用度增加會(huì)導(dǎo)致血液中自由基增多。其他原因，如炎癥、缺氧、缺血、谷氨酸和離子鐵的釋放均可導(dǎo)致氧化應(yīng)激反應(yīng)的發(fā)生。氧化應(yīng)激在BPD的發(fā)生、發(fā)展中有重要作用，需要更加完善的研究及觀察更好地證實(shí)這一現(xiàn)象和它對(duì)嬰兒健康的影響。抗氧化物質(zhì)在早產(chǎn)兒中的使用，特別是對(duì)暴露于氧化應(yīng)激和有BPD風(fēng)險(xiǎn)的早產(chǎn)兒，可減輕自由基的損傷，但在未來仍需要進(jìn)一步研究支持這一觀點(diǎn)。