咖啡因治療早產(chǎn)兒呼吸暫停的研究進展*

文詩雨，馬 紅，李 悅，陸 超，王永慶，劉 艷，孫魯寧**

1南京醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院臨床藥理研究室，南京 210029;2南京醫(yī)科大學藥學院，南京 211166;3江蘇省婦幼保健院兒科，南京 210036;4江蘇省衛(wèi)生健康發(fā)展研究中心，南京210036

早產(chǎn)兒呼吸暫停（apnea of prematurity，AOP）是新生兒重癥監(jiān)護中最常見的臨床問題之一[1]?？Х纫蛴捎诎踩秶?，不良反應小，半衰期長，成為治療AOP 的首選藥物。通?？Х纫虻挠行е委熝獫{藥物濃度是5～25 μg·mL-1，毒性濃度為40～50 μg·mL-1[2]。目前治療AOP 的常規(guī)方案為使用枸櫞酸咖啡因負荷劑量20 mg·kg-1，維持劑量為每天5 mg·kg-1[3]；但對于咖啡因治療的最佳劑量和時機，還沒有達成的標準化共識方案。由于早產(chǎn)兒的生理特點，特別是肝腎功能不全和身體發(fā)育不全，導致早產(chǎn)兒呼吸暫停治療的維持劑量的選擇仍有很大差異[4]。當劑量過大時，可能出現(xiàn)心動過速、喂養(yǎng)不耐受、癲癇、神經(jīng)行為缺陷和小腦損傷增加等不良反應[4-6]。

現(xiàn)對咖啡因在治療早產(chǎn)兒呼吸暫停中的血藥濃度監(jiān)測，建立群體藥代動力學模型，評估CYP1A2 酶的活性以及分析酶基因多態(tài)性等方面進行綜述，以利于在臨床治療過程中充分考慮每個患者的綜合情況，制定出安全、有效、經(jīng)濟的個體化治療方案。

1 咖啡因在早產(chǎn)兒呼吸暫停中的應用

1.1 咖啡因對早產(chǎn)兒呼吸暫停的治療作用

病理性AOP 是指呼吸暫停超過20秒，或任何呼吸暫停并伴有皮膚紫紺或蒼白、肌張力減退，或心動過緩。中樞性AOP 是因缺乏呼吸驅動導致，可能與早產(chǎn)兒中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育不成熟有關，或由疾病或藥物治療引起[1]。

咖啡因是一種常用于治療AOP 的甲基黃嘌呤類藥物，可通過拮抗腺苷受體，刺激呼吸中樞，增加外周化學感受器對CO2的敏感性，舒張平滑肌，增加心輸出量和耗氧量，增加橫膈肌活動幅度等發(fā)揮作用[1]。2013年，商品化的枸櫞酸咖啡因在我國上市，并批準在應用的同時進行臨床安全性多中心評估[1]。2020年，一項關于枸櫞酸咖啡因治療AOP 的前瞻性、開放標簽、單臂研究在中國早產(chǎn)兒群體中展開，確定了咖啡因治療復發(fā)性間歇性缺氧和心動過緩早產(chǎn)兒原發(fā)性呼吸暫停的療效[7]。

1.2 咖啡因在早產(chǎn)兒呼吸暫停治療中的臨床應用

1977年，Aranda JV 等[8]首次發(fā)表咖啡因用于治療AOP 的研究；兩年后他們又建議使用咖啡因負荷劑量為20 mg·kg-1，維持劑量為每天5 mg·kg-1，以使血藥濃度達到治療濃度的范圍[9]。Koch G 等[10]提出需要每1～2 周增加1 mg·kg-1的枸櫞酸咖啡因維持量，即首次給予枸櫞酸咖啡因負荷劑量20mg·kg-1，維持劑量每24 小時5 mg·kg-1后，第2 周維持劑量調整為6 mg·kg-1·d-1，第3 周至第4 周為7 mg·kg-1·d-1，第5 周至第8 周為8 mg·kg-1·d-1，以維持出生8周內咖啡因血藥濃度的穩(wěn)定。

一項隨機對照試驗提出較高的維持劑量（10mg·kg-1·d-1vs 5 mg·kg-1·d-1）可降低早產(chǎn)兒拔管失敗和呼吸暫停的發(fā)生率，且不增加不良反應的發(fā)生[11]。Mohammed S 等[12]比較了高劑量（負荷劑量40 mg·kg-1·d-1，維持劑量20 mg·kg-1·d-1）和低劑量（負荷劑量20 mg·kg-1·d-1，維持劑量10 mg·kg-1·d-1）檸檬酸咖啡因對AOP 和機械通氣成功拔管的有效性和安全性，同樣提出較高劑量咖啡因可以減少AOP 發(fā)生率和早產(chǎn)兒機械通氣拔管失敗率。關于用藥時機的研究，一項在中國的多中心研究提出，早產(chǎn)兒早期（出生后72 h 內）應用咖啡因可顯著縮短咖啡因應用時間、用氧時間和住院時間[13]。一項單中心回顧性隊列研究比較了極低出生體重新生兒早期（出生0～2天）和晚期（出生3 天或以上）給予咖啡因治療的情況，并對大劑量（10 mg·kg-1·d-1）和小劑量（5 mg·kg-1·d-1）咖啡因進行二次分析，結果表示，早期攝入咖啡因可顯著降低支氣管肺發(fā)育不良（bronchopulmonary dysplasia，BPD）的發(fā)生率或全因死亡率，而接受大劑量咖啡因的患者動脈導管未閉發(fā)生率較低[14]。另外，停藥時間需經(jīng)醫(yī)生權衡早期或晚期停用枸櫞酸咖啡因的風險而定。有研究認為，住院最后1 周內停用咖啡因的患兒其使用時間較長，但住院時間更短，停用咖啡因后呼吸支持強度增加的情況更少見，且中/重度BPD 的發(fā)生率更低[15，16]。總之，早期預防性、較高劑量地應用咖啡因可能是有益的。

雖然咖啡因安全范圍較大，但在同樣負荷劑量下，維持劑量高的檸檬酸咖啡因更容易引起心動過速等不良反應[4]。還有研究提出，與低劑量咖啡因相比，高劑量咖啡因與神經(jīng)行為缺陷和小腦損傷增大有關[5]。而當咖啡因與麻醉類藥物聯(lián)合使用時，咖啡因（>17.1μg·mL-1）可能會與神經(jīng)細胞凋亡增加有關[17]?？Х纫虻睦鄯e劑量和持續(xù)時間還與早產(chǎn)兒的骨量減少具有強相關性，這也提示需要確定有效治療AOP所需的最低咖啡因的劑量[18]。高劑量的咖啡因與癲癇發(fā)病率增加和出生后前60 天體重增加的趨勢相關，并且咖啡因能延遲早產(chǎn)兒的胃排空時間，是喂養(yǎng)不耐受的危險因素[6]。有研究提出當咖啡因濃度>14.5μg·mL-1時與較低的肺損傷發(fā)生率相關[19]，而過高的濃度可能通過與腺苷A2a 受體作用加重損傷[20]。咖啡因的治療窗口可能取決于患兒發(fā)育、性別、氧暴露及其他因素[21]，故進一步明確咖啡因血藥濃度的影響因素，有利于制定個體化用藥方案并優(yōu)化治療結果。

2 咖啡因的血藥濃度監(jiān)測

咖啡因的血藥濃度監(jiān)測可減少不良反應的發(fā)生率、優(yōu)化療效和診斷測試的準確性，才有助于個體化給藥，特別有利于治療無反應或有肝、腎功能障礙的患者[22]。

2.1 咖啡因的藥動學、藥效學研究

咖啡因（137X）在體內主要經(jīng)肝臟代謝，已發(fā)現(xiàn)其在多種酶的作用下生成副黃嘌呤（17X）、茶堿（13X）、可可堿（37X）等15 種代謝物[23]。因早產(chǎn)兒體內肝酶不成熟，咖啡因的代謝受限制，其半衰期長達101 h[24]?？Х纫虻那宄脱獫{半衰期在出生后的前兩周基本保持不變，兩周后清除才開始增加。因此，在服用咖啡因超過兩周的早產(chǎn)兒中，血清濃度可能不僅取決于患兒的藥物遺傳特征，還取決于實際年齡，以使患兒每公斤體重的劑量保持不變[19]。早產(chǎn)兒體內還存在茶堿向咖啡因轉化的特殊途徑，茶堿作為咖啡因的一種活性代謝物，會進一步增加咖啡因負荷[25]。這可能是導致心動過速等副作用的部分原因，并且咖啡因-茶堿轉化率的變化可能會導致個體反應的變動性[26]。

有研究認為，在對咖啡因進行治療藥物監(jiān)測時，可同時考慮藥效學影響，Yu T 等[26]研究了心率、呼吸頻率、呼吸暫停發(fā)生率及不良反應與咖啡因血清濃度的關系，發(fā)現(xiàn)心動過速和咖啡因血清濃度之間具有顯著關聯(lián)性，使用高劑量檸檬酸咖啡因普遍會增加新生兒心動過速的風險。有文獻報道，當咖啡因在1.94 μg·mL-1時，便開始對腺苷受體產(chǎn)生拮抗作用，當濃度達到20 μg·mL-1時，可能會進入反應的平臺期，此時可以考慮繼續(xù)增加劑量，同時應注意濃度過高則可能與其他分子靶點相互作用，如GABA-A 受體（生理抑制濃度約54 μg·mL-1）、乙酰膽堿酯酶（生理抑制濃度約34 μg·mL-1），否則會產(chǎn)生心動過速等不良反應，所以當使用較高劑量治療時，應充分考慮藥效學的影響[25]。另外，還可通過評估咖啡因濃度與治療結局的關系，以確定最佳的藥物治療濃度。Abdel-Hady H 等[24]指出，咖啡因濃度和短期結果之間有很強的相關性，認為咖啡因濃度>14.5 μg·mL-1與≤29 周出生的早產(chǎn)兒慢性阻塞性肺疾病的減少密切相關。

2.2 咖啡因防止早產(chǎn)兒呼吸暫停的群體藥代動學研究

由于臨床試驗的倫理問題及頻繁抽血困難，可供研究的患者數(shù)量有限，早產(chǎn)兒臨床藥代動力學數(shù)據(jù)稀少。因此，群體藥代動力學（population pharmacokinetics，PPK）采用的稀疏采樣方式，非常適用于早產(chǎn)兒的藥代動力學（pharmacokinetics，PK）研究[27，28]。

Guo A 等[28]和Gao XB 等[29]采用非線性混合效應模型法（nonlinear mixed effects modeling，NONMEM），將當前體重（current weight，CW）和出生后年齡（postnatal age，PNA）、胎齡（gestational age，GA）、矯正胎齡（postmenstrual age，PMA）等作為影響咖啡因藥代動力學參數(shù)的重要預測因子，建立并驗證了PPK 模型，補充了我國早產(chǎn)兒呼吸暫停患者的咖啡因藥代動力學數(shù)據(jù)，為個體化治療提供參考。

基于生理的藥代動力學（physiologically based pharmacokinetic，PBPK）模型結合了生理參數(shù)（如人口統(tǒng)計學、器官大小及與年齡相關的發(fā)育變化等）和藥物特性（如脂溶性、相關酶和轉運蛋白等）[30]，解決了傳統(tǒng)PK 模型可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)稀少、代表性弱等問題，最終用于預測患者的藥物暴露，有助于優(yōu)化藥物劑量調整[31]。Abduljalil K 等[32]利用Simcyp Simulator V17 成功開發(fā)了早產(chǎn)兒PBPK 模型，將GA、PNA、PMA 和給藥劑量等作為主要協(xié)變量，通過早產(chǎn)兒PBPK 模型預測組織濃度，使藥效學效應（或毒性）可以與組織中的局部濃度聯(lián)系起來。Aranda JV 等[25]采用稀疏采樣和NONMEM 建立PPK 方法對新生兒咖啡因PK 進行研究并建立PBPK 模型，結合生理學和機械性變量（如PNA、GA、藥物劑量等）來預測目標新生兒人群在特定條件下（如呼吸機依賴）的咖啡因劑量，這可能會有利于新生兒進行個體化用藥。通過建立這些模型，也有利于對個體患者的治療進行長期監(jiān)測。

3 基因多態(tài)性與咖啡因代謝水平

3.1 人細胞色素CYP1A2 酶活性的評估

CYP1A2 酶在咖啡因體內代謝中起主導作用，其活性受年齡、性別、食物、種族等的影響[33]。咖啡因是用于評估CYP1A2 酶活性最常用的探針藥物[34]。通過檢測咖啡因及其代謝物水平反映CYP1A2 酶個體間的變異，為評估CYP1A2 酶的表型提供信息。在對于早產(chǎn)兒群體的研究中，常用咖啡因代謝產(chǎn)物比率，如13X/137X、37X/137X、17X/137X、（13X+37X+17X）/137X 來評價CPY1A2 酶的活性[35]。通常CYP1A2 酶活性與咖啡因清除率呈顯著正相關，從而影響咖啡因的代謝過程進而影響體內濃度，因此可通過分析CYP1A2 酶活性來進一步調整咖啡因的給藥劑量。目前尚無文獻報道通過監(jiān)測CYP1A2 酶活性來直接指導臨床劑量調整，但有將CYP1A2 基因多態(tài)性納入PPK 或PBPK 研究，通過建立數(shù)學模型，將其與臨床效應等建立量效關系，從而為臨床治療提供參考。

3.2 基因多態(tài)性

在治療開始前借助CYP1A2 酶基因多態(tài)性分析評估患者的酶活性，可能有利于個體化治療的選擇，也可以用于發(fā)現(xiàn)相關的藥物相互作用或其他的影響因素。

Hakooz NM 等[33]研究表明，CYP1A2 酶活性存在明顯的個體內和個體間變異。如攜帶CYP1A2*1A 等位基因的個體是“快速” 咖啡因代謝者，而變異的CYP1A2*1F 攜帶者是“緩慢”咖啡因代謝者。Nehlig A等[36]研究發(fā)現(xiàn)在中國人群中，CYP1A2 酶活性似乎是呈三態(tài)分布的，有慢型（12%～13%）、中間型（51%～67%）和快型（20%～37%）。有研究指出，早產(chǎn)兒CYP1A2 酶活性隨著年齡增長而升高；但與CYP1A2基因型無關[27]。Gao XB 等[29]研究提出，在早產(chǎn)兒人群中CYP1A2 基因型（如rs2069514、rs2069521 等）對咖啡因清除率無影響。He X 等[37]用Massarray 系統(tǒng)進行基因分型，發(fā)現(xiàn)腺苷受體基因ADORA1、ADORA2A、ADORA3 的多態(tài)性，尤其是芳香烴受體基因AHR（rs4410790）和腺苷脫氨酶基因ADA（rs521704）的多態(tài)性、在咖啡因治療的早產(chǎn)兒患者的個體反應中可能起著關鍵作用。Guo HL 等[38]研究發(fā)現(xiàn)CLOCK 基因多態(tài)性在咖啡因治療的早產(chǎn)兒患者的個體反應中起到重要作用，并且認為AHR、ADORA2A、CLOCK 基因突變體可能會在咖啡因治療過程中存在相互影響。

4 結語

咖啡因是常用于治療AOP 的藥物，大多數(shù)早產(chǎn)新生兒不需要進行血漿咖啡因濃度的常規(guī)監(jiān)測。但是對于臨床應答不充分或出現(xiàn)毒性癥狀的患兒，則應在咖啡因血漿濃度監(jiān)測后，適時進行劑量調整。引入群體藥代動力學及對咖啡因代謝相關酶基因多態(tài)性進行研究，綜合考慮胎齡、出生體重、遺傳變異等協(xié)變量因素，建立數(shù)學模型，進而預測血藥濃度，可為臨床用藥及劑量調整提供參考價值。同時，今后還需要作更多樣本量的隨機對照試驗，對咖啡因劑量和用藥時機進行安全性和有效性研究。