胰島素樣生長因子-1對支氣管肺發(fā)育不良的影響研究進展

梁錦燦 李薇

暨南大學(xué)附屬東莞醫(yī)院新生兒科，廣東 523900

胰島素樣生長因子-1（IGF-1）是胎兒生長和肺血管生成與發(fā)育的重要調(diào)節(jié)因子［1］。妊娠晚期是胎兒在宮內(nèi)快速生長和發(fā)育的關(guān)鍵時期，IGF-1迅速增加［2］，新生兒出生后血清IGF-1和胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白-3（IGFBP-3）水平降低，早產(chǎn)兒尤甚，明顯低于相應(yīng)胎齡的胎兒水平。這兩者水平與孕周、胎齡及體質(zhì)量呈正相關(guān)［3-4］。研究表明，早產(chǎn)兒出生后28 d內(nèi)血清IGF-1持續(xù)低表達與支氣管肺發(fā)育不良（BPD）的發(fā)生有強相關(guān)性，BPD患兒較非BPD患兒血清IGF-1水平更低，且隨著胎齡增長，血清IGF-1水平不增加［5］。國內(nèi)外已有報道把重組人胰島素樣生長因子-1/重組人胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白-3（rhIGF-1/rhIGFBP-3）復(fù)合物用作早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變（ROP）和BPD等疾病的試驗性治療?，F(xiàn)將IGF-1對BPD的影響研究進展綜述如下。

1 IGF系統(tǒng)的組成和功能

胰島素樣生長因子（IGF）是一類分子結(jié)構(gòu)與胰島素類似的促生長調(diào)節(jié)因子［6］，在促進個體生長發(fā)育、組織修復(fù)以及調(diào)解物質(zhì)代謝方面有重要作用。IGF系統(tǒng)包括IGF肽類、特異性IGF受體、可溶性高親和IGF結(jié)合蛋白家族，IGF分為IGF-1和IGF-2兩種［6］。IGF-1是一種由70個氨基酸殘基組成的堿性蛋白，分子量7 649 Da［3］。IGF-1基因位于12號染色體（12q23.2）的長臂上，由6個外顯子組成［7］。血液中90%的IGF-1由肝臟分泌，通過血液循環(huán)作用于靶器官而發(fā)揮內(nèi)分泌功能。其在胎兒肺部主要由Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞所合成［8］，但在新生兒肺中幾乎檢測不到IGF-1 mRNA。IGF-1除了具有胰島素樣作用，參與糖脂代謝外［9］，還能刺激細(xì)胞分裂分化、遷移生長、抑制凋亡和基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)［10］。其主要通過結(jié)合特異性IGF-1受體（IGF-1R），以內(nèi)分泌、旁分泌和自分泌方式發(fā)揮其生物學(xué)活性，其生物活性受IGF-R、IGFBP、年齡、能量和蛋白質(zhì)攝入等多種因素影響。IGF能與6種不同的結(jié)合蛋白（IGFBP-1～6）結(jié)合，在宮內(nèi)主要結(jié)合IGFBP-1和IGFBP-2，出生后則以IGFBP-3為主［6］。IGFBP-3是一種含有264個氨基酸的低分子肽類，與IGF-1的親和力較高［3］。約80%的IGF-1與IGFBP-3結(jié)合到不耐酸亞基（ALS）上形成三元復(fù)合物，從而延長IGF-1的半衰期，使之得以在血液中長時間運輸，最終發(fā)揮作用［11］。

2 新型BPD概述和病理生理

1967年Northway等［12］首次報道并命名BPD，提出該病是嚴(yán)重呼吸窘迫綜合征導(dǎo)致的一種慢性肺疾病，是一種長時間高濃度吸氧和氣管插管機械通氣導(dǎo)致的肺損傷。2018年美國國家兒童健康與人類發(fā)展研究所（NICHD）制定了新型BPD的診斷標(biāo)準(zhǔn)：（1）早產(chǎn)兒（胎齡＜32周）伴持續(xù)性器質(zhì)性肺病；（2）經(jīng)影像學(xué)證實存在肺實質(zhì)病變；（3）在矯正胎齡36周時≥3 d需一定方式的呼吸支持或氧療才能維持動脈氧飽和度在90%～95%及以上者。根據(jù)氧依賴程度分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ度［13］。國內(nèi)10家醫(yī)院早產(chǎn)兒BPD發(fā)生率為1.26%，發(fā)病率隨胎齡增加而明顯降低［14］。BPD的發(fā)生是在基因易感性的基礎(chǔ)上由多因素引起，包括產(chǎn)前（如子癇、絨毛膜羊膜炎）和產(chǎn)后危險因素（如呼吸機相關(guān)性肺損傷、炎癥、氧化應(yīng)激）。其中肺損傷包括早期肺發(fā)育停滯（新型BPD）到相對成熟的肺結(jié)構(gòu)受損（舊BPD）［15］。BPD的病理生理改變主要為肺泡和微血管發(fā)育停滯，表現(xiàn)為肺泡變少變大、結(jié)構(gòu)簡單化和囊泡化、肺微血管形態(tài)異常，而肺血管受損及纖維化較輕微［16］。

3 IGF-1對BPD的影響

3.1 IGF-1與肺發(fā)育和肺損傷的關(guān)系IGF-1是宮內(nèi)胎兒生長及新生兒生長發(fā)育的重要物質(zhì)［17］，是肺泡發(fā)育的正向調(diào)節(jié)因子，IGF-1的缺乏會導(dǎo)致早產(chǎn)兒肺部疾病發(fā)生。IGF-1已被證實通過刺激PI3K/AKT途徑促進肺上皮細(xì)胞的增殖［18］，并能調(diào)節(jié)胚胎和機體的生長，其促生長作用具有器官特異性。研究發(fā)現(xiàn)，實驗鼠被敲除IGF-1基因后表現(xiàn)為肌肉發(fā)育不良和肺成熟障礙。另外，IGF-1R基因缺失小鼠也會出現(xiàn)肺發(fā)育不全和膈肌缺損，并死于呼吸衰竭［19］。這表明IGF-1和IGF-1R對肺正常發(fā)育的重要性。IGF-1在肺泡化早期高度表達，這有利于肺泡隔形成。通過促進氣道上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞的增殖分化，使細(xì)胞外基質(zhì)成分增多，促進膠原沉積，進而幫助氣道重塑，促進肺分化和成熟，逆轉(zhuǎn)高氧引起的肺發(fā)育阻滯。同時，IGF-1能刺激肺損傷時的膠原蛋白合成，對肺損傷后修復(fù)起著重要作用［5，20］。Seedorf等［21］在羊膜內(nèi)注射sFlt-1或肉毒素分別模擬子癇前期和絨毛膜羊膜炎致BPD模型中發(fā)現(xiàn)，新生大鼠腹腔注射rhIGF-1/rhIGFBP-3可改善肺泡化和遠(yuǎn)端肺微血管密度，保護肺結(jié)構(gòu)和功能。此外，rhIGF-1/rhIGFBP-3可促進胎兒肺內(nèi)皮細(xì)胞和Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞的增殖，提示IGF-1可能作為促血管生成因子和有絲分裂原，在肺發(fā)育和肺損傷修復(fù)中發(fā)揮作用。

3.2 IGF-1與高氧性肺損傷的關(guān)系 長時間吸入高濃度氧被認(rèn)為是導(dǎo)致BPD的重要促進因素，高氧干擾IGF-1信號進而導(dǎo)致肺發(fā)育受阻滯。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（ERS）與高氧肺損傷密切相關(guān)。已知內(nèi)質(zhì)網(wǎng)常駐細(xì)胞凋亡蛋白酶Caspase-12在ERS下被激活，并可調(diào)控細(xì)胞凋亡。許春花等［22］報道，經(jīng)腹腔注射IGF-1的高氧暴露新生大鼠肺濕重/干重（W/D）值、支氣管肺泡灌洗液（BALF）中的白細(xì)胞數(shù)及肺組織中Caspase-12相對表達量均較未干預(yù)組明顯降低（均P＜0.05）；表明IGF-1能減輕高氧所致肺水腫程度，減少炎性細(xì)胞浸潤，抑制高氧肺組織炎性反應(yīng)，其可能是通過下調(diào)肺組織中ERS相關(guān)細(xì)胞凋亡信號通路Caspase-12蛋白表達，從而減輕高氧肺損傷，促進肺泡和肺血管恢復(fù)［23］。另一方面，c-Jun氨基末端激酶（JNK）信號通路是ERS的凋亡途徑之一，而CCAAT增強子結(jié)合蛋白同源蛋白（CHOP）是凋亡信號分子，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡及生長停止。動物實驗研究表明，暴露于高氧環(huán)境的新生大鼠經(jīng)腹腔注射rhIGF-1后3、7、14 d其肺組織JNK、p-JNK、CHOP表達水平及肺細(xì)胞凋亡指數(shù)均較高氧組明顯降低（均P＜0.05）；提示IGF-1通過抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)細(xì)胞凋亡信號通路，下調(diào)JNK、P-JNK及CHOP蛋白表達水平，從而保護高氧肺組織［24］。BPD的發(fā)生與Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞的增殖、分化及凋亡息息相關(guān)。A549細(xì)胞具有Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞的特性與表型，高氧可抑制A549細(xì)胞的生長并促進其凋亡。反之，IGF-1可減輕高氧對A549細(xì)胞增殖的抑制作用，通過調(diào)節(jié)凋亡調(diào)控蛋白Bcl-2和Bax的比值，拮抗高氧誘導(dǎo)其凋亡的效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，外源性IGF-1干預(yù)后Bcl-2表達明顯增高，Bax表達下降，Bcl-2/Bax比值增大，細(xì)胞凋亡率隨IGF-1藥物濃度的遞增呈劑量依賴性降低，且尚未發(fā)現(xiàn)劑量濃度依賴性的上限［25］。此外，國外研究報道rhIGF-1/rhIGFBP-3可保護高氧誘導(dǎo)BPD模型新生大鼠的肺組織結(jié)構(gòu)，預(yù)防右心室肥大（肺動脈高壓的標(biāo)志）的發(fā)生［21］。

3.3 IGF-1與炎癥的關(guān)系 肺3型固有淋巴細(xì)胞（ILC3s）是一組前哨黏膜免疫細(xì)胞，是最早在黏膜組織（包括新生兒肺）中定居的淋巴細(xì)胞之一。其對于早產(chǎn)兒防御細(xì)菌性肺炎至關(guān)重要，肺ILC3是由ILC前體進化而來，而ILC前體在肺發(fā)育中由成纖維細(xì)胞定義的生態(tài)位中形成。肺泡成纖維細(xì)胞能產(chǎn)生IGF-1，它可促進肺ILC前體的擴增與成熟，從而增加肺ILC3s生成。在患有BPD的早產(chǎn)兒中，表現(xiàn)為ILC3s平衡紊亂，血清IGF-1水平和ILC3s數(shù)量降低。肺發(fā)育阻滯可能會干擾肺黏膜防御系統(tǒng)的發(fā)育，并導(dǎo)致發(fā)生呼吸道感染和炎癥性疾病的風(fēng)險增加。在高氧誘導(dǎo)的BPD新生小鼠模型中，從氣管內(nèi)感染肺炎鏈球菌后表現(xiàn)出對肺炎的易感性，而通過過繼轉(zhuǎn)移對照組小鼠的肺ILC3后，其對肺炎的抵抗力逐漸恢復(fù)［26］。此研究表明，IGF-1可間接促進肺ILC3s的形成，從而減少BPD早產(chǎn)兒炎癥性疾病的發(fā)生。

3.4 IGF-1與BPD發(fā)生率的關(guān)系 出生后4周內(nèi)較低水平的血清IGF-1與BPD發(fā)生明顯相關(guān)，IGF-1對預(yù)測BPD的發(fā)生發(fā)展具有較高敏感性。Y?lmaz等［27］對40例胎齡＜32周早產(chǎn)兒的研究發(fā)現(xiàn)，BPD組患兒出生后第1、3、7、21、28天血清IGF-1水平明顯低于未發(fā)生BPD組患兒（均P＜0.01）。重度BPD組的血清IGF-1水平顯著低于輕至中度BPD組，并確定了出生后第1天（16.17μg/L）、第3天（16.12μg/L）、第7天（18.31μg/L）、第21天（16.59μg/L）和第28天（18.14μg/L）血清IGF-1的臨界值。L?fqvist等［5］對108例平均胎齡在27.2周的極早產(chǎn)兒進行研究，從出生到矯正胎齡36周每周檢測血清IGF-1水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)生后第3～21天BPD患兒較無BPD的患兒血清IGF-1水平明顯偏低（16μg/L比26μg/L，P＜0.001）。在最近的一項Ⅱ期臨床試驗中，rhIGF-1/rhIGFBP-3聯(lián)合治療不能降低ROP的嚴(yán)重程度或發(fā)生率，但可減少重度BPD的極早產(chǎn)兒數(shù)量，并將重度BPD向輕度轉(zhuǎn)變［28］。然而，IGF-1在血液循環(huán)中是一種糖皮質(zhì)激素，而在局部器官（如肺部）被看作是一種細(xì)胞因子，血清和肺部IGF-1表達不一致［29］。國外研究表明，BPD早產(chǎn)兒血清IGF-1水平持續(xù)低表達，而游離IGF-1在肺泡上皮細(xì)胞內(nèi)襯液（ELF）及肺組織中高水平表達［30］。另有研究發(fā)現(xiàn)在BPD早產(chǎn)兒肺組織及BALF中IGF-1水平明顯升高，推測肺上皮細(xì)胞液中的IGF-1參與了BPD的發(fā)病機制［31］。種種跡象說明早產(chǎn)兒肺組織中IGF-1可能與BPD嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。

4 rhIGF-1/rhIGFBP-3的臨床應(yīng)用

近年來國內(nèi)外應(yīng)用rhIGF-1/rhIGFBP-3提高血清IGF-1水平以預(yù)防BPD的研究日漸增多。一項Ⅱ期藥物臨床試驗研究結(jié)果顯示，66.3%接受rhIGF-1/rhIGFBP-3輸注的早產(chǎn)兒血清IGF-1濃度達到了目標(biāo)水平（20～60μg/L），并且耐受性良好，無明顯不良反應(yīng)［32］。但IGF-1的半衰期隨出生體質(zhì)量和胎齡的降低而衰減［11］。成人IGF-1的半衰期約為17 h，而早產(chǎn)兒IGF-1半衰期明顯縮短（＜1 h）。Ley等［2］將rhIGF-1/rhIGFBP-3持續(xù)3 h輸注給5例早產(chǎn)兒，可有效提高血清IGF-1和IGFBP-3的水平，但其半衰期較短（＜1 h）。藥代動力學(xué)劑量模型表明，24 h連續(xù)靜脈輸注≥250μg/kg的rhIGF-1/rhIGFBP-3至少4周，能使大多數(shù)早產(chǎn)兒血清IGF-1增加到目標(biāo)范圍［11］，這與先前的一項Ⅰ期藥代動力學(xué)研究結(jié)果一致［33］。以上研究表明應(yīng)選擇連續(xù)靜脈輸注的方式以維持血清目標(biāo)IGF-1濃度。但連續(xù)靜脈輸注可能會增加感染的風(fēng)險，需要嚴(yán)密監(jiān)測。對于早產(chǎn)兒，考慮到皮下組織稀少，靜脈給藥比皮下給藥更好［2］。rhIGF-1/rhIGFBP-3復(fù)合物可減少rhIGF-1單獨使用時的不良反應(yīng)，尤其是低血糖［11］。與此同時，極早產(chǎn)兒容易并發(fā)胰島素抵抗和β細(xì)胞功能障礙而導(dǎo)致高血糖。出生后第1周IGF-1水平降低與早產(chǎn)兒早期高血糖有關(guān)。rhIGF-1/rhIGFBP-3可能具有降低高血糖的潛力［34-35］。

5 乳源性IGF-1

母乳中含有豐富的IGF-1，其在初乳中含量最高，隨著哺乳的進行而逐漸下降［36］。Alzaree等［37］對60例胎齡＜32周的早產(chǎn)兒進行研究，發(fā)現(xiàn)在矯正胎齡40周時，純母乳喂養(yǎng)組血清IGF-1水平明顯高于配方奶組，血清IGF-1水平顯著高于出生時（均P＜0.05）。這提示早期母乳喂養(yǎng)與早產(chǎn)兒血清IGF-1升高有關(guān)。但經(jīng)過巴氏消毒后的母乳，IGF-1的含量降低了約40%［38］。

6 展望

近年來隨著對BPD的認(rèn)識不斷深入，IGF-1在防治BPD方面受到越來越多學(xué)者的關(guān)注。以上綜述了IGF-1對BPD發(fā)生發(fā)展的影響及其可能的機制。然而，在補充時機、劑量、療程、安全性等一系列問題仍需更深入的探討。rhIGF-1/rhIGFBP-3有望成為未來防治BPD的一線藥物。