朱振华翻译
摘要
大多数脊椎动物都能在应激状态下合成维生素C。然而，人类已经失去了合成维生素C的能力。维生素C是一种重要的抗氧化剂和许多重要生物反应的酶辅因子。脓毒症导致大量活性氧产生，广泛的内皮、细胞和线粒体损伤导致进行性器官衰竭。在实验性脓毒症模型中，静脉注射维生素C可以减少器官损伤并提高存活率。此外，新出现的证据表明，维生素C、糖皮质激素和硫胺素的联合作用可能协同逆转脓毒症引起的器官功能障碍。这些发现得到了最近一项观察性研究的支持。目前正在进行随机对照试验，以研究这种治疗脓毒症的新方法。
1、前言
抗坏血酸，也被称为维生素C，在医学史上其中发挥了独特的作用。坏血病是一种古老的疾病，是历史上最可怕和毁灭性的灾难之一。最早的文字记载在公元前年的埃及医学著作《埃伯斯莎草纸》(Eberspapyrus)中提到了一种被认为是坏血病的疾病。
早在希波克拉底(Hippocrates)就已经有了临床研究报告，对该病有了全面的了解。在文艺复兴时期，航海者中出现了几次坏血病的流行。苏格兰海军外科医生詹姆斯·林德爵士成功地发现了柑橘类水果具有预防和治疗坏血病的效果，特别是橘子和柠檬。年，他进行了一次随机试验对照研究(在医学史上的第一次)，把12个得了坏血病的水手们分成六组，每组两个人。每一组都用不同的药物治疗。在他发表的论文中得出的结论是柑橘类水果是治疗坏血病最有效的方法(StewartGuthrie,)。在美国内战中报道了3万多例坏血病病例。直到年，他的军队才采取了抗坏血病治疗的措施。年，匈牙利裔美国生理学家AlbertSzent-Gyorgi从卷心菜和动物的肾上腺中分离出维生素C;年，他因这一发现而被授予诺贝尔生理学或医学奖。年，来自北卡罗来纳州雷兹维尔的FredKlenner博士报道了静脉注射维生素C治疗小儿麻痹症和其他病毒性疾病(Klenner,)。维生素C作为一种营养补充品的广泛使用，在很大程度上要归功于两位诺贝尔奖得主LinusPauling的工作使用大剂量口服维生素C(每天18克)预防和治疗普通感冒(Pauling,)。当Pauling认识到这种小分子的显著特性时，他鼓励使用维生素C用于治疗普通感冒和其他病毒性疾病，很大程度上受到了IrwinStone通著作的影响(Stone,,)。两位作者提出了三个基本假设,认为大量维生素C可以口服吸收,直接高血清浓度的维生素C可以杀灭病毒，还认为一个70公斤哺乳动物(比如羊)每天可以合成超过13g的维生素C，但是随后被证实是不正确的。最近，维生素C对许多重要的人类疾病，包括脓毒症和其他炎症性疾病，以及作为癌症患者的辅助治疗，进行了大量的科学研究。本文就维生素C在脓毒症治疗中的应用作一综述。
2、化学结构
抗坏血酸是由大多数哺乳动物的葡萄糖-6-磷酸盐和所有植物的果糖-6-磷酸盐在肝脏中合成的。抗坏血酸是在爬行动物和两栖动物的肾脏中合成的。抗坏血酸是一种6碳分子，有一个环状的5元内酯环。
从化学角度看，维生素C是电子供体，抗坏血酸的电子解释了它所有已知的生理作用。抗坏血酸在产生抗坏血酸自由基的自由基反应中提供了一个电子，但在与次氯酸(HOCL)等其他氧化反应中可以提供两个电子。在足够的还原剂的存在下，两个抗坏血酸自由基的歧化为一个抗坏血酸和脱氢抗坏血酸的分子。脱氢抗坏血酸内酯环的水解不可逆转地将其转化为2,3-diketo-1-gulonicacid，然后转化为草酸并在尿液中排出去。
3、生理作用
大多数哺乳动物都能在肝脏中合成维生素C。在体外实验表明，70公斤的山羊每天能够合成约2-4克维生素C，而一只小鼠合成约0.3g/kg/天(相当于每70公斤男性每天需要的剂量，约2克)。L-gulono-γ-lactone氧化酶是负责催化维生素C生物合成的最后一步的酶，由于L-gulono-γ-lactone氧化酶基因的突变，类人猿和豚鼠已经失去了合成抗坏血酸的能力。合成维生素C的能力是脊椎动物的一种祖先特征，大约2亿年前在硬骨鱼的共同祖先中，这种合成维生素C的能力消失了。为了预防维生素C缺乏和潜在的致命性营养缺乏病坏血病，人类必须通过饮食才能获得足够的维生素C。在能够合成抗坏血酸的动物中，当动物发生应激时，内源性合成维生素C会增加。此外,应激和促肾上腺皮质激素(ACTH)作用于肾上腺，使肾上腺分泌更多的维生素C。因此维生素C的作用更像“应激激素”，而不仅是营养素。
维生素C是一个重要的细胞抗氧化剂，能够清除进入细胞的外源性氧自由基或由细胞内线粒体代谢、NADPH氧化酶、黄嘌呤氧化酶或非耦合一氧化氮合酶(NOS)产生的过多超氧化物酶。此外,维生素C能够使其他抗氧化剂再循环，包括维生素E和四氢生物蝶呤(BH4)。BH4在内皮型一氧化氮合酶(eNOS)的功能中起关键作用。维生素C缺乏导致BH4的不完全再生，导致eNOS的解耦，产生超氧化物和过氧亚硝酸盐。
·维生素C是单氧酶和双氧酶活性的重要辅助因子。这些酶的活性取决于活性位点是否存在还原铁原子或铜原子。在儿茶酚胺生物合成途径中，有两个酶促步骤需要维生素C。维生素C是一种含铜的多巴胺β羟化酶辅助因子。维生素C也通过酶辅助因子BH4的在循环，加速多巴胺的合成。这种反应在大脑和交感神经中很重要，那里的去甲肾上腺素作为神经递质发挥作用，在肾上腺髓质中，去甲肾上腺素转化为肾上腺素。因此，维生素C是肾上腺产生儿茶酚胺的重要辅助因子。在小鼠中敲除SVCT2转运蛋白，导致肾上腺中去甲肾上腺素、肾上腺素和糖皮质激素的合成显著下降。另外，通过与其受体结合，抗坏血酸盐增强α-肾上腺素能和β-肾上腺能的活性，从而通过儿茶酚胺增强其活性。抗坏血酸盐是含铜的肽酰甘胺酸α-酰胺化单氧酶(PAM)的辅因子，这是合成抗利尿激素所必需的。
4、脓毒症患者体内的维生素C水平
众所周知，急性疾病、内毒素血症和脓毒症导致维生素C急性缺乏，其特点是血清和细胞内维生素水平低。内毒素衰竭心肌抗坏血酸在豚鼠心脏早在4小时后，甚至在饮食补充5周后。重症脓毒症患者的血清维生素C水平通常很低或无法检测到，导致急性坏血病状态。最近Carr和他的合作者证明了，%脓毒症患者的维生素C水平较低，88%的患者达到维生素C缺乏水平，38%的人维生素C重度缺乏。维生素C血浆浓度低与器官衰竭的严重程度和死亡率有关。此外，低维生素C水平已被证明可以预测多系统器官衰竭的发展。维生素的急性缺乏C可能是代谢消耗的结果。
5、维生素C在脓毒症中的益处——实验证据
维生素C逆转脓毒症实验模型的微循环损伤和器官功能障碍。Fisher和他的同事已经证明，肠外补充维生素C可以减少器官损伤，并提高脓毒症小鼠的存活率(Fisheretal.,,,)。在这些实验中，维生素C通过多种机制限制了脓毒症的有害后果，包括减少促炎反应、增强内皮和上皮屏障功能以及预防脓毒症相关凝血异常(Fisheretal.,,,)。在70年代早期，Fuller和他的同事证明了，给豚鼠注射亚致死剂量内毒素，与维生素C充足的豚鼠相比，维生素C缺乏的豚鼠死亡率更高(Fuller,Henson,Shannon,Collins,Brunson,)。Gaoetal.等人使用敲除了Gulo?/?基因的小鼠了证明了，在盲肠的结扎和穿孔的脓毒症模型中，Gulo+/+老鼠能够产生内源性维生素C起到保护作用；在这项研究中，给Gulo+/+小鼠补充维生素C具有额外的益处，这表明维生素C除了纠正急性维生素C缺乏外，还有“药理学”作用(Gaoetal.,)。
5.1抗氧化特性
脓毒症的特征是通过诸如烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸酶(NOX)的诱导和线粒体氧化磷酸化和iNOS解偶联,产生过多活性氧(ROS)(Mayarrison,)。另外，活性氧由黄嘌呤氧化酶、脂氧合酶和环氧合酶生成。当抗氧化剂防御系统不堪重负时，ROS可引起脂质、蛋白质和核酸的损伤，从而导致广泛的内皮功能障碍、线粒体功能障碍、细胞损伤和多器官功能障碍。内皮功能障碍是脓毒症时ROS介导的典型表现。不受控制的ROS，使BH4氧化，从而降低了eNOS的活性，而eNOS是产生内皮一氧化氮（eNO）的酶(MayHarrison,)。eNO可以维持微循环流动，抑制血小板聚集和活化的血小板和白细胞的粘附。在没有BH4的情况下，eNOS解耦连，产生超氧化物(O2?)而不是NO。O2?和NO生成一种更具破坏性的活性氧，过氧化亚硝酸盐。
5.2预防线粒体功能障碍
在脓毒症患者中，线粒体损伤和生物能量衰竭可能是导致不可逆器官衰竭和死亡的主要途径(Langleyetal.,;Langley,Tsalik,vanVelkinburgh,Glickman,;Parikh,;Singer,)。脂肪酸代谢的改变与一氧化减少和柠檬酸循环异常似乎是脓毒症线粒体功能障碍的一个特征(Langleyetal.，,)。这些变化导致ATP生成下降和生物能衰竭。另外，受损的线粒体会发生线粒体噬;自噬的作用是清除受损的线粒体(Parikh,;zhang,)。线粒体活性氧(mtROS)的不平衡产生，可能损害线粒体结构、酶功能和生物合成，并在脓毒症的代谢衰竭中发挥作用。此外，线粒体氧化损伤会释放线粒体DNA(mtDNA)，从而放大炎症损伤并可能导致免疫麻痹(Schafer,)。脱氢抗坏血酸通过GLUT1转运体进入到线粒体，在线粒体中转化为抗坏血酸并作为一种有效的抗氧化剂来限制线粒体氧化损伤(Lowes,Webster,Galley,;Sagun,Carcamo,Golde,).抗坏血酸是合成肉碱所必需的，肉碱是脂肪酸运输到线粒体基质和β-氧化所必需的(Langleyetal.,;Sagunetal.,)。在一个实验模型中，DharMascareno和他的同事们证实，在人体内皮细胞中，氧化剂诱导的线粒体损伤和凋亡可以被维生素C抑制(Dhar-Mascareno,Carcamo,Golde,)。使用N-乙酰半胱氨酸的研究在脓毒症患者中被证明是无效的，可能是由于这种药物进入线粒体的能力有限，并且无法使BH4再生(MayHarrison,;Molnar,;Szakmany,)。
5.3预防脓毒症心肌病
在脓毒症中，脓毒症心肌病是脓毒症患者发生器官功能障碍的重要促进因素。最近的实验研究表明，心肌细胞氧化应激的增加与感染性心肌病的发生有关(Haileselassieetal.,)。在细胞水平上,心肌细胞氧化损伤并且伴有蛋白水解作用增加,线粒体损伤,一氧化氮代谢失调,β-肾上腺素能下调和钙处理不当。在实验模型中，氧化还原清除剂的上调限制了脓毒症患者的心功能障碍(Haileselassieetal.,)。Haoetal.等证实，维生素C通过限制钙超载和抑制线粒体渗透性转运孔隙(mPTP)的打开，显著降低心肌氧化损伤，减少凋亡，维持线粒体功能完整性(Haoetal.,)。
5.4保护体循环与微循环的功能
脓毒症微血管功能障碍的一个组成部分是小动脉对血管收缩剂的反应减弱。这种缺陷会导致难治性血管舒张，导致低血压和休克。抗坏血酸的预防性注射能减少大鼠和小鼠CLP模型中血管收缩剂、去甲肾上腺素和血管紧张素II对动脉和血压的反应(Armour,;Wuetal.,;Wu,Wilosn,Tymi,)。此外，维生素C是合成去甲肾上腺素、肾上腺素和抗利尿激素的重要辅助因子，而且维生素C增加肾上腺素能的传递(Carretal.,)。抗坏血酸保护动脉反应性的一个重要机制是抑制一氧化氮的活性，从而抑制一氧化氮在内皮细胞中的表达。这些多重作用解释了血管舒张性休克模型中维生素C的加压作用。此外，对NOX的抑制可以减少血浆蛋白的渗漏，恢复内皮细胞的渗透性屏障。NOX的活化导致蛋白磷酸酶2A(PP2A)催化位点硝化，增加PP2A的磷酸酶活性，进而使闭合蛋白中的丝氨酸和苏氨酸残基去磷酸化。闭合蛋白的去磷酸化导致这种蛋白从紧密连接的重新分布，从而增加了胞外通透性。BH4作为eNOS的辅助因子，增加了NO的局部浓度以改善微循环流动。抗坏血酸还限制了氧化低密度脂蛋白引起的内皮渗透性增加(MayQu,)。
5.5抗炎特性
维生素C通过抑制TNFα诱导的抑制性kappa-B激酶的磷酸化，抑制核转录因子NF-κB的激活。NF-κB增加多种促炎细胞因子的转录，进一步恶化内皮功能障碍、激活凝血和细胞损伤。抗坏血酸降低高迁移率族蛋白1(HMGB1)的分泌，HMGB1是一种重要的晚期促炎细胞因子。维生素C已被证明可以降低组胺水平，组胺在脓毒症和过敏中起重要作用(Hageletal.,;Hattorietal.,)。
5.6增强免疫
维生素C集中在白细胞、淋巴细胞和巨噬细胞中，在这些细胞中达到高浓度(Anderson,)。维生素C改善趋化性，增强中性粒细胞吞噬能力和氧化杀伤，刺激干扰素的产生，支持淋巴细胞增殖。维生素C已经被证明可以减少中性粒细胞-细胞外诱捕器(NET)的形成(Fisheretal.,;Mohammedetal.,)。维生素C可能通过表观遗传机制促进T细胞成熟。此外，维生素C已被证明可以通过调节调节性T细胞来限制脓毒症引起的免疫抑制。(Gaoetal.,)。
6、维生素C在危重病临床研究中的益处
有几项研究已经调查了静脉注射维生素C在危重病人中的应用。Nathens等人将例外科ICU患者随机化分组(91%为创伤患者)，静脉注射维生素C和维生素E，最多28天(Nathensetal.,)。联合使用维生素可以显著降低多系统器官衰竭的发生率(p=0.04)，降低死亡率和ICU住院时间。维生素组没有不良反应。Tanaka等人随机选取37例重度烧伤患者，接受高剂量维生素C(约克/天)或安慰剂(Tanakaetal.,)。接受维生素C的病人需要更少的液体复苏，并且有减少住院时间和死亡率的趋势。高剂量的维生素C没有不良反应。Fowler等人对24例严重脓毒症和脓毒性休克患者进行了初步研究(Fowleretal.,)。在这项研究中，患者被随机分为安慰剂组(n=8)，静脉注射低剂量维生素C组(50mg/kg)(n=8)或高剂量维生素C组(mg/kg)。两种剂量的维生素C都减少了炎症反应，而且没有任何副作用。虽然SOFA评分在两组治疗组中均有显著下降(p0.05)，但该研究未能证明能够降低死亡率的益处。Zabet及其同事进行了一项随机对照试验(RCT)，在这项试验中，他们评估了静脉注射维生素C在28例感染性休克外科ICU患者(Zabetetal.，)中毫克/公斤/天(约7克/天)的作用。在本研究中，抗坏血酸组的平均去甲肾上腺素剂量和去甲肾上腺素给药时间明显低于安慰剂组。治疗组28天死亡率显著降低(14%vs.64%，p=0.)。没有报道与维生素C输注有关的副作用。
7、维生素C的药代动力学及最佳剂量
口服和静脉注射维生素C的药代动力学特征已经在健康志愿者和危重病人中进行了研究(deGroothetal.，)。Padayatty等人测量了17名健康志愿者口服和静脉注射维生素C后血浆和尿液中维生素C的浓度，剂量范围为0.到1.25g(Padayatty，年)。在本研究中，血浆维生素C浓度峰值随着静脉剂量的增加而增加(双室，线性剂量-反应关系)，而血浆维生素C浓度峰值随着口服剂量的增加而趋于平稳。口服维生素C1.25g后血浆浓度峰值为.8μmol/L，而相同剂量的维生素C通过静脉给药后的血浆峰浓度为μmol/L。与口服相比，静脉注射相同剂量的尿维生素C浓度更高。维生素C在肾小球中被自由过滤，然而肾小管的再吸收是有限的(可饱和转运)。如果血浆浓度低，超滤液浓度低，再吸收接近最大值。如果血浆浓度较高，相对较低的比例被重新吸收。
在危重病人中，维生素C的预期血清浓度似乎低于上述志愿者研究(deGroothetal.，)。这可能是由于分子代谢消耗的增加。此外，由于口服吸收有限，只有通过静脉注射才能达到足够的血清水平。Long等人报道，危重外科病人体内维生素C的基线水平非常低(6.1±1.7μmol/l),维生素C以3g/d连续输注，才能达到正常水平的低限(67.2±17.3μmol/l)(Longetal.,)。DeGrooth等人研究了危重病脓毒症患者服用维生素C1g/次，每日两次的药动学(DeGrooth等人，)。在稳定状态,血清维生素C浓度峰值μmol/L，而谷浓度在60~80μmol/L之间；大约50%的给药剂量是肾脏排出的。在Fowler的研究中，在第四天低剂量和高剂量组血清浓度分别为μmol/L和μmol/L。我们给予维生素C1.5g每6小时,可以观察到一个稳态的峰浓度μmol/L和谷浓度μmol/L。大部分维生素C通过肾排泄,血清水平明显高于无尿的患者(峰值浓度高达μmol/L);这一观察结果对血糖检测有一定的指导意义。维生素C可以通过CRRT被清除，接受CRRT的患者的最佳剂量策略尚不清楚，一些研究人员建议，这些患者的剂量应该增加一倍。
根据我们的临床经验，我们认为1.5gq6h是脓毒症患者的最佳给药策略。对于体重为45公斤的患者，我们建议每日剂量为mg/kg，分成4次给予。我们不建议急性和慢性肾衰竭患者以及接受血液透析的患者减少剂量。当每日所需剂量连续输注时，临床反应似乎减弱。这可能与维生素C的抗氧化作用与剂量有关有关，因此暂时的高峰值可能是有益的。此外，细胞的吸收可能在高峰间最大限度地增加。
8、静脉输注维生素C的安全性
静脉维生素C已成功地用于治疗普外科ICU患者、创伤患者、脓毒症、胰腺炎、烧伤和破伤风患者以及冠状动脉搭桥术患者。在这些研究中，没有发现静脉注射维生素C的不良反应。Mylan制药公司的维生素C药物说明书没有列出该药物的禁忌症或不良反应，并指出“在服用了多达6克的维生素C后，并没有发现毒性证据。
有人担心，“大剂量”抗坏血酸可能会对患者产生抗氧化作用。在体外、细胞培养或组织培养实验中，抗坏血酸可能产生ROS，在这些实验中，游离金属离子存在，金属离子本身产生氧化剂。这一发现在临床研究中还没有观察到。反复静脉注射维生素C-0mg/天，健康志愿者6天后血浆标志物无明显变化。此外，静脉注射大剂量抗坏血酸(mg/kg，持续24h)可降低严重烧伤患者血清丙二醛浓度(氧化应激标志)。Carr和Frei对体内研究进行了广泛的回顾，发现几乎没有证据表明维生素C对DNA、蛋白质和脂质氧化的标记物有促氧化作用。
长期口服大剂量维生素C会增加患高草酸血症和草酸盐肾结石的风险。这是一种罕见的并发症，发生在肾功能受损的患者接受高剂量静脉注射时。短期静脉使用大剂量维生素C14g/天，并没有发现有不良反应的报道。我们常规监测接受静脉维生素C治疗的高危患者(即肾移植、肾结石等)的血清草酸水平。我们检测到3名患者(1名有肾结石病史)的血清草酸基线水平升高；这些患者在使用维生素C治疗后，血清草酸水平降至正常水平。我们将这一观察归因于与维生素C鸡尾酒治疗后炎症反应减弱导致的肾功能改善和/或静脉注射硫胺素的影响。使用大剂量静脉维生素C的唯一限制是已知的葡萄糖-6-磷酸缺乏症(G6PD)患者，据报道，这类病人使用高剂量的维生素C时会发生溶血。
9、维生素C，硫胺素和糖皮质激素
基于维生素C和糖皮质激素在脓毒症实验模型中的叠加的有益作用，我们认为这两种药物可能具有协同作用，逆转器官功能障碍，改善脓毒症患者的预后。这是一个重要的概念，因为单凭一种药物就能改善病人的结局似乎是有限的。体外数据表明维生素C和糖皮质激素可能有协同作用。Akomoto和他的同事证明，维生素C能逆转糖皮质激素受体的氧化，糖皮质激素受体可能是脓毒症的表现形式。糖皮质激素受体的氧化限制了糖皮质激素受体与配体和DNA反应单位的结合，降低了糖皮质激素的活性。糖皮质激素增加SVCT2转运蛋白的表达，SVCT2转运蛋白是维生素C在细胞内运输所必需的运输蛋白。促炎细胞因子已被证明能降低这种转运蛋白的表达。Barabutis等人已证明氢化可的松联合维生素C可保护血管内皮细胞免受内毒素的损伤，但单独使用这两种药物都不能保护血管内皮细胞。Azari等人比较维生素C、维生素E和氢化可的松单独和联合应用对肾和肠缺血再灌注模型的保护作用。在这些研究中，维生素C和氢化可的松都能减轻缺血再灌注损伤，两者具有协同保护作用。
硫胺素缺乏症在脓毒症患者中很常见。补充硫胺素可以降低这些患者发生急性肾功能衰竭和死亡的风险。乙醛酸是中间代谢的副产物，被乙醛酸氨基转移酶还原为草酸或氧化为二氧化碳；焦磷酸硫胺是这一反应所需的辅酶。硫胺素缺乏会增加乙醛酸向草酸的转化，导致高草酸血症。我们已经证实用硫胺素治疗可能会降低接受静脉维生素C治疗的患者患高草酸血症的风险。在实验性脓毒症模型中，硫胺素缺乏与更大的氧化应激和更强的炎症反应有关。此外，硫胺素可能对氧化应激风险增加的患者的内皮功能有保护作用。焦磷酸硫胺是参与能量代谢的关键酶丙酮酸脱氢酶、转酮醇酶和α-酮戊二酸脱氢酶等多种酶反应的重要辅助因子。这些作用在丙酮酸脱氢酶活性降低的脓毒症患者中尤为重要。已有研究表明，硫胺素可能与维生素C和糖皮质激素协同作用，以逆转脓毒症引起的失调的免疫反应和器官功能障碍。
在一项回顾性的，倾向调整分析，前后对照的研究中，我们已经证明了联合治疗改善了严重脓毒症和感染性休克患者的预后。我们认为，这种廉价、容易获得和极其安全的干预措施具有降低脓毒症全球死亡率的潜力。然而，由于我们的研究的局限性，还需要更多的研究来证实我们的初步发现。目前，世界各地正在进行几项随机对照试验，以确定维生素C单独以及与氢化可的松和硫胺素联合使用的临床益处。此外，VICTAS研究是一项大型的、多中心的研究，将在美国进行。
10、总结
大量的实验证据支持静注维生素C可逆转脓毒症的器官功能障碍，而且糖皮质类固醇和硫胺素可能与维生素C协同作用，改善严重脓毒症和感染性休克患者的预后。在推荐的剂量中，这种药物组合没有已知的副作用。这种廉价易得的药物组合具有降低脓毒症全球死亡率的潜力。
参考文献：略
朱振华赞赏