維生素D與早產兒肺部疾病關系研究進展

王煒綜述 劉小燁，李月梅審校

維生素D(VD)是具有多種生物學效應的類固醇激素前體，研究發現，維生素D在維持肌肉骨骼功能、調節激素分泌、免疫系統功能及調節細胞增殖和分化等方面發揮著重要作用[1]。維生素D缺乏和呼吸系統疾病的關系也日益受到大家的關注，但大多數研究多集中于成人和兒童呼吸系統疾病，且有些報道的數據相互矛盾，特別是在病例控制、流行病學及前瞻性和介入研究方面[2]。對于早產兒的研究較少，亦沒有明確的結論[3]。目前研究認為，維生素D有可能通過調節肺臟細胞的生物功能及免疫功能對早產兒肺部疾病產生重要影響[4]，而在胎兒肺的形成過程中維生素D也發揮著重要作用，有可能通過影響細胞的生長和分化而影響胎兒的肺發育[5]。流行病學研究發現，維生素D缺乏與早產兒呼吸窘迫綜合征(NRDS)、支氣管肺發育不良(BPD)的發生具有相關性[6]。現就維生素D與早產兒肺部疾病的研究進展作一綜述。

1 維生素D和維生素D受體

維生素D是一種類固醇衍生物，人類主要通過2種途徑來獲得維生素D：內源性途徑和外源性途徑[7]。內源性維生素D是由于人體皮膚中的7-脫氫膽固醇經日光照射后轉化為膽骨化醇，此種維生素D為維生素D3，人體中大約80%維生素D來自皮膚產生的維生素D3。外源性維生素D主要從食物中獲得，其中來源于動物的為維生素D3，來源于植物的為維生素D2，兩者的生理作用相同。維生素D在體內需要經過2次羥化后才能發揮生物學效應。維生素D3首先在肝臟中由25-羥化酶羥化為25(OH)D3，繼而在腎臟中由1α-羥化酶(Cyp27b1)進一步羥化為1,25(OH)2D3[8]。1,25(OH)2D3是維生素D在體內存在的活性形式，但它的半衰期只有4 h，而25(OH)D3的半衰期為15 d，所以通常以血清25(OH)D3的濃度來評估維生素D水平[9]。正常情況下大部分(85%)1,25(OH)2D3在維生素D結合蛋白轉運下,與靶器官的維生素D受體(VDR)結合，形成配體—受體復合物而發揮生物學效應。維生素D對維持血鈣、磷水平的穩定發揮著重要作用。但近年來隨著研究的深入，發現維生素D主要的活化酶、滅活酶和受體在體內多種組織細胞中廣泛存在，除了小腸、腎臟、骨骼外，還有呼吸道上皮細胞、胎盤、皮膚、乳腺、胰腺、前列腺、結腸腫瘤細胞、單核細胞、巨噬細胞及激活的T、B淋巴細胞等[10-11]。而且人體近3%基因組受維生素D的調控，提示維生素D可能具有非常廣泛的生物學作用[12]。目前維生素D缺乏對多器官系統疾病狀態的影響已成為研究的活躍領域。維生素D在許多疾病中發揮著重要的保護作用，如肺部疾病、癌癥、感染、自身免疫性疾病、心血管系統疾病、代謝綜合征等。其主要通過炎性抑制、免疫調節、誘導抗菌肽、抗纖維化等多種途徑發揮作用[13]。在某些條件下，研究者已經嘗試通過補充維生素D來減輕和改善疾病過程。研究同時發現在支氣管和肺泡上皮細胞除了存在維生素D受體外，還存在高度表達的1α-羥化酶(Cyp27b1)，它可以將25(OH)D3轉化成活性的1,25(OH)2D3[14]，提示維生素D有可能不通過受體而直接在肺局部發揮作用。

2 維生素D與胎肺發育的關系

目前在肺發育和成熟方面，活性維生素D3已經被證實是與肺成熟密切相關的一個旁分泌因子[15]。有關嚙齒類動物的實驗室研究表明，維生素D主要通過以下幾個方面來促進肺成熟：(1)維生素D可增加肺泡上皮細胞間質分化物質的表達，增加Ⅱ型肺泡上皮細胞(ATⅡ)的增殖及肺泡間隔的厚度[16]；(2)維生素D在肺泡化最活躍的時期可以抑制細胞的凋亡，從而增加肺泡數量[17]；(3)維生素D可以促進胎肺ATⅡ細胞糖原水平下降，增加肺表面活性物質相關磷脂的合成和表面活性物質的分泌，促進血管內皮細胞增生，從而促進肺泡化的進程[18]；(4)維生素D可以抑制肺纖維母細胞的分化和增殖及膠原蛋白的合成從而減輕氣道重構[19]；(5)維生素D可以上調VDR在肺內的表達，而VDR的激活可以抑制平滑肌細胞的增生[20]；(6)維生素D還能夠抑制肺上皮細胞中天冬氨酸蛋白水解酶-3的活化，從而減輕高氧所誘導的肺上皮細胞凋亡及炎性反應的發生，而這種作用是通過維生素D下調Toll樣受體4的活化來實現的[21]。

動物實驗研究發現，孕婦維生素D缺乏與胎兒肺發育密切相關。Saadoon等[22]認為維生素D缺乏可損害氣道和肺泡發育，限制肺功能。該研究發現維生素D缺乏孕鼠所產幼鼠的氣管管徑減少，氣管軟骨的面積和厚度變小，肺泡結構簡單化，從而使氣道阻力增加，氣道和肺泡順應性降低；而出生后補充維生素D可改善肺功能和肺泡數量，但不能改善已經發生的氣管狹窄。Chen等[23]研究亦發現，維生素D缺乏小鼠肺組織中肺表面活性物質相關蛋白b(sp-b)和過氧化蛋白5(Prdx 5)的表達明顯降低，而肺中膠原蛋白1型(CoL1A1)的產生增多。認為維生素D缺乏可能通過降低肺表面活性物質的產生、抗氧化應激能力和促進膠原合成而導致肺泡化后期肺結構和功能的改變。Lykkedegn等[24]研究發現，妊娠期維生素D缺乏可致大鼠早產、存活時間縮短及血氧飽和度、肺質量及出生體質量均下降，而這又導致大鼠更容易發生呼吸衰竭。臨床研究亦發現孕婦維生素D缺乏與新生兒呼吸系統疾病有一定的相關性[25]。以上研究將孕婦維生素D缺乏與新生兒出生后肺功能的改變聯系起來,為研究維生素D與新生兒肺疾病關系提供了理論基礎。

3 維生素D與NRDS及BPD的關系

維生素D對早期肺發育和新生兒肺部疾病的影響越來越受到大家的關注,然而目前關于維生素D對人類胎兒和新生兒肺部疾病影響的證據仍然不多。NRDS和BPD是早產兒的主要肺部并發癥。產前應用糖皮質激素，產后早期應用肺表面活性物質和經鼻持續氣道正壓(NCPAP)或機械通氣是現代治療NRDS的重要手段[26]。盡管治療技術有了改進，但在極早的早產兒中，NRDS仍然是一種嚴重的、高病死率的疾病。而且相當一大部分早產兒可能伴有BPD，這是一種以肺泡發育受損和炎性反應為特征的慢性炎性反應性肺病[27]。事實上，在臨床實踐中，許多早產兒，特別是極低出生體重兒在出生后很長一段時間需要氧氣支持。

3.1 維生素D與NRDS 早產及肺表面活性物質(PS)缺乏是引起NRDS的重要原因[28]。胎兒肺發育成熟要經歷5個階段：胚胎期、 假腺期、 微管期、 囊泡期及肺泡期。PS的合成是在微管末期(大概妊娠24周時)開始，以后分泌逐漸增多。肺表面活性物質主要由Ⅱ型肺泡上皮細胞(ATⅡ)產生，ATⅡ細胞與基底膜上方的ATⅠ細胞、成纖維細胞及膜下的其他間質細胞直接接觸。成纖維細胞被認為是通過旁分泌作用影響PS的生物合成。在分娩前，成纖維細胞分泌一種多肽，刺激ATⅡ細胞合成表面活性物質的限速酶[29],圍產期肺成熟是一個高度調控的過程，而維生素D可通過多種途徑促進肺表面活性物質的分泌。Lykkedegn等[24]通過動物實驗對維生素D刺激胎肺成熟的大量研究認為，維生素D缺乏或不足是呼吸窘迫綜合征的一個常見的、可改變的危險因素，臨床研究也支持此觀點[30]。Mohamed-Hegazy等[31]認為維生素D缺乏是NRDS發生的獨立危險因素。Gatera 等[32]亦發現超早產兒呼吸窘迫綜合征的發生率明顯增高，而高維生素D水平可使呼吸窘迫綜合征的風險降低3.34倍。Yang 等[33]研究認為，維生素D缺乏是否導致NRDS發生與胎齡有關，該研究將早產兒分為3組:<30周、30～34周、>34周，僅觀察到胎齡<30周早產兒中NRDS組維生素D水平顯著低于非NRDS組。Ustun等[34]亦發現NRDS組患兒維生素D水平明顯低于無NRDS組，但其未對胎齡和維生素D及NRDS的關系進行更進一步探討；同時該研究首次報道了維生素D受體(VDR)多態性與早產兒NRDS的關系。研究發現，在單因素分析中，維生素D受體的多態性位點Taqi、ct和cc與NRDS的風險增加有關，而FokI位點與NRDS無相關性。在多因素Logistic回歸分析中，變異Taqi基因型增加了NRDS的風險。NRDS組不同FokI基因型和Taqi基因型血清維生素D水平差異無顯著性。

3.2 維生素D與BPD 目前，維生素D缺乏和早產兒BPD的關系也是大家關注的重點，但臨床證據尚不多見，且觀點并不一致。Yang 等[33]將早產兒分為3組，<30周，30～34周，>34周，分別觀察3組患兒發生BPD是否與維生素D缺乏有關，結果顯示BPD患兒主要集中在胎齡<30周。胎齡<30周和胎齡30～34周2組患兒中BPD組維生素D水平顯著低于非BPD組，且維生素D濃度與氧支持持續時間有良好的相關性。此外，死亡患兒的維生素D濃度明顯低于出院時的存活嬰兒。因此認為維生素D補充至少對胎齡<30周早產兒有益。Mao 等[35]研究發現，BPD組患兒生后24 h維生素D水平顯著低于非BPD組，補充維生素D 2周或4周后，BPD組和非BPD組維生素D濃度均逐漸升高，且2組之間的維生素D濃度相當。BPD組早產兒生后2周、4周血中維生素D水平明顯高于24 h。但未發現維生素D缺乏與BPD的嚴重程度相關。而Kazzi等[36]卻發現極低出生體重兒維生素D缺乏的程度與RDS和BPD的嚴重程度相關。

肺發育不成熟、急性肺損傷和損傷后異常修復是導致BPD的3個主要環節，而肺血管的生長和重建是修復的一個重要部分。陳慧等[16]應用高氧誘導新生小鼠BPD模型，發現在BPD狀態下增加維生素D供給可增加肺組織質量，肺組織受損情況減輕；同時血管內皮生長因子(VEGF)、VEGF受體2(VEGFR2)mRNA表達也增多，且隨著維生素D濃度的升高，VEGF、VEGFR2表達量也隨之升高。認為高濃度維生素D更有助于肺的保護及肺血管的生長。顧廉潔等[37]研究也發現，生命早期予以適量維生素D干預,可能通過上調 VEGF、SP-A、SP-B等因子的表達而對BPD的發生起到一定的保護作用。維生素D缺乏易導致肺部炎性反應，而炎性反應是BPD發生發展的共同病理生理基礎，維生素D可能通過炎性細胞因子間接調節BPD的發生。例如，Chen等[38]用1,25(OH)2D3處理高氧暴露動物，可明顯降低炎性細胞因子和腫瘤壞死因子α的表達，減少高氧所致的肺損傷。Liu等[6]研究顯示，維生素D可通過調控多種免疫細胞，改變細胞因子如干擾素-γ的分泌，影響免疫應答，從而改善炎性反應誘發BPD模型的肺泡發育；而Mao 等[35]研究認為，維生素D和白細胞介素-10(IL-10)參與了BPD的發生，而腫瘤壞死因子α(TNF-α)、IL-1β、IL-6等水平在BPD組和非BPD組沒有差異。維生素D受體同樣參與了BPD的發生，在由脂多糖誘發的急性肺損傷模型中發現，維生素D受體缺乏會降低肺泡上皮細胞防御功能，而給予維生素D治療則可以保護肺泡上皮細胞的屏障功能并能夠減輕脂多糖引起的炎性反應[39]。Koroglu 等[40]還發現維生素D結合蛋白或維生素D受體的多態性很可能改變25(OH)D3的生物利用水平，維生素D受體 Fok I多態性與BPD發生風險增加有關。

以上研究結果雖有差異，但基本上認為低維生素D水平有可能通過影響肺結構、肺功能及增加肺部炎性反應而導致BPD的發生。然而還有一些研究結論卻完全相反。Joung等[41]發現維生素D狀態與早產兒的肺或其他疾病之間沒有任何關聯。這一發現與Fort等[42]的觀察結果一致，認為補充維生素D并不能改善BPD。鄭戈[43]亦認為新生兒低維生素D水平是NRDS發生的獨立危險因素，但與新生兒BPD的發生無關。總之，維生素D在早產兒BPD發生中的作用仍然存在爭議，應進一步行大樣本、多中心的RCT研究，以深入探討維生素D在預防和治療NRDS和BPD方面的作用。

4 維生素D補充

通過對維生素D與NRDS、BPD關系的研究，大多數學者認為早產兒常見的呼吸系統疾病如NRDS、BPD的發生有可能與維生素D缺乏相關。研究發現，孕母容易發生維生素D缺乏，且孕母維生素D和新生兒臍帶血維生素D水平呈顯著正相關，孕母維生素D缺乏可導致新生兒維生素D缺乏[44]。Wang 等[45]研究認為，孕婦維生素D缺乏癥是新生兒維生素D缺乏的獨立危險因素，越來越多的證據表明，孕婦維生素D缺乏可能損害胎兒的生長，并導致一系列不良妊娠結局，包括早產、宮內生長遲緩(IUGR)、小于胎齡兒(SGA)和新生兒低出生體質量等；同時，由于生后營養等多種因素的影響，使得早產兒維生素D缺乏癥也很常見[46]。鑒于多項動物和臨床研究認為維生素D缺乏與新生兒NRDS、BPD發生相關，建議給孕母及新生兒合理補充維生素D，有助于提高孕婦和新生兒的維生素D水平并減少新生兒不良結局。但目前給孕婦和新生兒補充何種劑量的維生素D可達到最佳的預防效果尚無定論，需進一步臨床研究[47-48]。在生命早期進行營養干預，給予孕婦及新生兒補充一定劑量的維生素D，有可能成為預防和治療早產兒肺疾病的一種新途徑。

5 維生素D安全性

在我國人群中維生素D缺乏非常普遍，發生率高達30%～50%，尤其多見于孕婦及新生兒[49]。而早產兒出生時維生素D不足或缺乏可高達95.7%[50]。人體無法自身合成維生素D，光照減少及攝入量不足則成為維生素D缺乏的主要原因。而對于孕婦和早產兒口服補充維生素D是改善維生素D缺乏的最佳方法。我國建議對于早產兒出生后即應補充維生素D 800～1 000 IU/d，3個月后改為400 IU/d。 歐洲內分泌協會臨床實踐指南認為給予維生素D缺乏的嬰幼兒每天2 000 IU或每周50 000 IU維生素D制劑，連續應用6周， 可以顯著改善患兒維生素D缺乏而且不會導致維生素D過量[50]。按照指南建議給予新生兒維生素D制劑是非常安全的，同時由于個體差異存在，為了進一步確保早產兒獲得適宜而無毒性的維生素D，可在應用維生素D制劑2～4周后監測血清25(OH)D3水平以指導臨床用藥。