维生素C在呼吸道感染中的应用（综述）
维生素C在呼吸道感染中的应用
呼吸道感染是主要由细菌、病毒、非典型病原体以及真菌等引起的呼吸系统疾病，又包括上、下呼吸道感染性疾病，其中上呼吸道感染是指环状软骨下缘以上呼吸道，鼻、咽或喉部感染的统称；下呼吸道感染为环状软骨以下部位，气管、支气管和肺部感染。呼吸道感染是人群中极为常见的疾病，患病率高、变异性大，发病率和病死率相当高。尤其是在抗菌药物耐药性恶化的情况下，对此类感染的新治疗方法的需求日益增长。维生素C（vitamin C）又称L-抗坏血酸，20世纪70年代诺贝尔奖得主Linus Pauling大力倡导将维生素C用于感冒以及流感的治疗［1］，其预防及治疗疾病的效果一直饱受质疑，现如今被广泛应用于临床呼吸系统疾病的治疗，其疗效在争议中不断被研究证实。研究显示，口服和静脉注射维生素C可以减少普通感冒、肺炎、败血症和急性呼吸窘迫综合征（ARDS）的持续时间和严重程度［2］，有利于降低病死率、ICU停留时间和住院时间，以及减少严重呼吸道感染机械通气时间，加快病情的好转。
呼吸道感染与维生素C
1. 呼吸道感染
众所周知，呼吸道感染的发病率极高，尤其是急性上呼吸道感染，健康青年平均每年也会感染数次，绝大多数急性上呼吸道感染是由病毒引起的，病毒感染还会损害呼吸道，同时损伤先天和获得性免疫反应，为细菌的生长、黏附提供了良好的环境。而下呼吸道感染严重时可发展为ARDS甚至是死亡。全球估计每年有29.1～64.5万人死于呼吸道感染［3］，此类疾病给家庭和社会带来不小的负担。
呼吸道感染的结果取决于微生物的毒力和感染部位的炎性反应。当少量的低毒性微生物入侵呼吸道时，固有免疫防御系统可以建立有效的防御，比如纤毛的活动、气道表面的抗菌蛋白、肺泡巨噬细胞等。气道上皮是第一道肺部屏障，包括能够释放大量趋化因子和细胞因子的细胞［4］，并被富含抗菌肽的黏液层覆盖，负责病原体清除。黏膜下抗原提呈细胞和中性粒细胞也参与了肺部感染的防御机制和反调控，可以直接影响肺屏障功能。气-血屏障（air-blood barrier）是保障在空气和血液之间进行有效的气体交换的保护伞，除了防止含有蛋白质的液体流入肺泡空间，还能保护身体免受病原微生物和环境污染物的侵害。当致病因子触发由免疫细胞介导的局部或全身的促炎反应，就会激发促炎介质的释放。炎症细胞如巨噬细胞、淋巴细胞、中性粒细胞［5, 6］和嗜酸性粒细胞的活化和招募是各种炎症介质的来源，如组胺、肿瘤坏死因子（TNF）-α、白细胞介素（IL-1β、IL-4、IL-5、IL-6）、前列腺素、白三烯等炎症介质。这些炎症介质与肺功能丧失、气道高反应性以及梗阻、水肿、黏液高分泌和肺重构等肺部疾病特征相关［7］。活性氧（ROS）生成增加和宿主抗氧化反应减少之间的失衡，导致氧化还原应激增加。如冠状病毒，引发氧化还原应激的增加导致抗病毒宿主反应的减少和病毒诱导的炎症和凋亡的增加，最终导致细胞和组织损伤和最终器官疾病［8］。氧化应激和过度炎症是导致呼吸道屏障破坏的主要原因，而屏障破坏在ARDS等肺部疾病的发病机制中起着关键作用［9］。
2. 维生素C
维生素C是动、植物生存不可或缺的一种水溶性维生素，主要以抗坏血酸和脱氢抗坏血酸两种主要形式存在。大多数动植物都可以合成L-抗坏血酸，而人类、其他灵长类动物、硬骨鱼、蝙蝠、雀形目鸟类和豚鼠已经失去了这种能力，对这些生物来说，维生素C仍是必不可少的饮食成分［10］。L-古洛糖酸内酯氧化酶（L-gulonolactone oxidase，GLO）存在于合成抗坏血酸的动物的肝脏或肾脏中，该酶负责催化合成L-抗坏血酸的最后一步，在人类中，合成维生素C的能力由于GLO基因的发生突变而丧失［11］。因此，需要通过钠依赖性维生素C转运体（SVCT1和SVCT2），从肠道吸收和血液循环中获取维生素C［12］。
维生素C除了作为抗氧化剂能够保护重要的生物分子免受代谢和炎症过程中内源性产生的氧化剂以及环境产生的氧化剂的破坏作用外，还作为辅助因子参与众多重要的生物合成及调控的过程，包括胶原和肉碱生物合成、激素产生、基因转录和表观遗传调控等［13］。维生素C通过减弱核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）通路的激活来减少ROS和炎症反应，有证据表明，在感染、创伤和手术等生理应激条件下，人血浆维生素C水平迅速下降［2］，在感染期间氧化应激和炎症反应增强，对维生素的需求增加，可导致维生素C的显著耗竭［13］。维生素C可能通过增强各种免疫细胞功能和组织愈合能力支持各种感染的恢复［14］，该维生素还显示出直接的杀病毒活性［15］，并被报道维生素C在新型冠状病毒肺炎（COVID-19）的临床治疗中有一定作用［16, 17］。
维生素C在呼吸道感染治疗中的作用机制
1. 减弱氧化应激反应
维生素C可通过以下途径实现抗氧化功能：直接清除自由基和活性氧/氮（ROS/RNS）、下调ROS/RNS生成酶、促进其他细胞抗氧化剂的作用以及激活Nrf2信号等。许多感染会导致吞噬细胞激活，释放ROS，激活氧化还原敏感转录因子，在病毒失活和细菌被杀灭的过程中发挥作用［18］。然而，氧化还原平衡失调，许多ROS似乎对宿主细胞有害，它们在感染的发病机制中发挥作用。炎症及其后遗症导致粒细胞积累，导致更多ROS的产生，引发炎症反应，最终导致器官损伤和功能障碍［19］。维生素C不仅能够直接猝灭自由基和ROS/RNS，通过抑制NADPH氧化酶（NOX）途径阻止新的自由基的产生［20］，并协助其他抗氧化剂的循环，激活体内其他抗氧化剂，如谷胱甘肽和维生素E，来增强细胞抗氧化能力［21］。氧化应激和炎症反应相关基因，包括TNF-α、IL-1、IL-8和细胞间黏附分子（ICAM）-1的诱导之间的相互作用早已被证明是通过激活NF-κB介导的［22］，维生素C通过衰减NF-κB通路活性来减少ROS的生成。Nrf2正向调控抗氧化基因表达，增强细胞抗氧化防御能力［23］，维生素C上调Nrf2蛋白表达，并使其活化启动下游抗氧化途径［24］。有研究显示，维生素C显著提高ARDS大鼠模型的超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽水平，即上调抗氧化蛋白来降低氧化应激［25］。
2. 减轻炎症反应
在肾上腺中，维生素C的浓度是其他器官的3～10倍，在生理应激［促肾上腺皮质激素（ACTH）刺激］以及病毒等暴露条件下，从肾上腺皮质释放出来使血浆维生素C水平提高5倍。维生素C可促皮质醇的产生，增强糖皮质激素的抗炎和内皮细胞保护作用［2］。同时细胞对维生素C的摄取是由SVCT2介导的，在炎症状态下SVCT2被下调，使用糖皮质激素可以增加转运蛋白的表达［20］。Nrf2是调节细胞防御机制对抗关键应激反应的关键转录因子。维生素C通过调节氧化还原敏感的转录因子Nrf2和NF-κB表现出抗炎活性。感染刺激氧化剂出现并诱导NF-κB触发信号级联反应导致ROS和其他炎症介质的增加，最终导致炎症。大量实验表明，感染时应用维生素C可显著降低促炎性细胞因子水平，增加抗炎性细胞因子IL-10的产生［26, 27］。维生素C具有抗组胺作用［14，28］，显著降低过敏性和非过敏性疾病患者的组胺水平。
3. 对肺的保护作用
肺固有免疫系统由气道上皮屏障、肺泡巨噬细胞、树突状细胞、中性粒细胞和自然杀伤细胞（NK细胞）组成。1992年，Buffinton等［29］发现，小鼠感染甲型流感病毒导致支气管肺泡灌洗液中维生素C浓度降低，同时伴随脱氢抗坏血酸增加。2006年，Li等［30］研究发现，流感病毒感染后，需要维生素C来维持足够的免疫反应，以限制肺部病理变化。2013年，Kim等［31］的小鼠模型研究表明，维生素C可调节抗病毒细胞因子干扰素（IFN）-α的产生，保护小鼠免受病毒所致的肺损伤。Hemilä［32, 33］经过研究发现，体力活动等生理应激导致氧化应激升高，维生素C参与组胺、前列腺素和半胱氨酸白三烯等诱导支气管收缩发病机制中的介质的代谢，维生素C将呼吸道症状的发生率降低了52%（95%CI：36%~65%）。维生素C不仅能促进皮质醇的产生［2］，2017年，Barabutis等［34］的一项研究发现，氢化可的松（HC）与维生素C联用能显著逆转脂多糖（LPS）诱导的屏障功能障碍。2021年，Teafatiller等［12］研究发现，维生素C处理BEAS-2B细胞后，多种代谢通路和干扰素刺激基因（ISGs）显著上调，肺损伤和炎症相关通路下调。维生素C也上调了上皮细胞中的醛固酮信号转导，醛固酮合成和表达的减少也与肺损伤相关［35］。维生素C通过多种途径发挥肺部保护作用。
4. 调节免疫作用
维生素C可以调节先天性免疫和获得性免疫，影响细胞免疫和体液免疫［36］，对感染的益处很大程度上归因于增强免疫反应［37］。血浆、白细胞和尿维生素C水平在普通感冒和其他感染中下降，Hume和Weyers（1973）报道说，当受试者感冒时，白细胞中的维生素C水平减半，在康复1周后恢复到原来的水平［38］。在豚鼠腹腔注射维生素C后，发现维生素C能提高离体血淋巴细胞的有丝分裂活性和免疫过程中体液抗体水平［14］。
先天免疫的第一道防线是中性粒细胞通过表达30多种趋化因子被募集、浸润到感染组织，以及对宿主来源的炎症信号和病原体的反应。白细胞中的维生素C水平是血浆中的几十倍，维生素C在中性粒细胞等吞噬细胞中积累，可增强趋化作用、吞噬作用、ROS的生成，最终对微生物产生杀伤作用；维生素C在淋巴细胞中，可促进分化和增殖［37］。淋巴细胞主要有3种亚群，即T细胞、B细胞和NK细胞。T细胞参与细胞毒性适应性免疫，B细胞负责适应性、体液性免疫，NK细胞是先天、抗原非依赖性免疫的一部分。研究发现，体外培养的经维生素C处理的淋巴细胞增殖能力增强，还有助于未成熟T细胞和未成熟NK细胞的发育。维生素C通过促进葡萄糖转运体1（Glut1）保护线粒体免受氧化损伤，而Glut1又是CD4 T细胞激活和发挥效应不可或缺的［14］。有研究显示，健康个体补充维生素C可能会提高B细胞的功能和活性，增强体液免疫，增加血清免疫球蛋白A（IgA）、IgM、IgG水平［39］。还能刺激机体IFN的产生，导致IFN应答通路以及IFN信号通路下游的JAK/STAT通路均上调［12］。
5. 改善循环
维生素C通过降低内皮细胞通透性，减少内皮细胞损伤，改善微血管和大血管功能发挥循环改善作用。已知有多种途径发挥血管内皮保护，包括抑制四氢生物蝶呤（tetrahydrobiopterin，BH4）氧化。BH4是多种酶的必需辅因子，BH4与血管内皮功能的关系已在高血压、糖尿病和动脉粥样硬化等多种疾病中报道。BH4易氧化为二氢生物蝶呤（BH2），BH4与eNOS结合产生一氧化氮（NO），而当BH2与eNOS结合时产生超氧化物。Madokoro等［40］发现病程早期给予维生素C可以抑制BH2/BH4比值的升高，可以帮助扩张血管，延缓血管内皮功能障碍与其他疾病的恶化。在脓毒血症动物模型中，注射维生素C提高了存活率以及改善微血管功能，具有抑制小动脉功能障碍和毛细血管堵塞的能力。动脉功能障碍包括血管收缩/舒张功能受损和血管收缩/舒张信号沿小动脉传导功能受损。在脓毒症小鼠中注射抗坏血酸通过抑制神经元型一氧化氮合酶衍生的NO，通过包含连接蛋白37的缝隙连接恢复内皮细胞间电偶联，从而防止受损的血管功能障碍。注射抗坏血酸通过抑制血小板-内皮黏附和内皮表面P-选择素的表达，防止毛细血管堵塞。抗坏血酸还可以防止凝血酶诱导的血小板聚集和血小板表面P-选择素表达，从而防止微血栓形成［41］。有研究报道，血管紧张素转换酶II（ACE2）在血小板中表达，促进COVID-19患者血栓形成，而维生素C对ACE2的表达有中度但持续的降低作用［42］。
6. 抗病毒及抗菌作用
大量实验及临床研究数据表明，维生素C被发现对包括细菌、病毒、白假丝酵母菌和原虫在内的各种感染性病原体有益。除了呼吸道感染，如支气管炎和扁桃体炎，以及肺炎和脓毒性休克，维生素C在保护人类免受各种感染方面可能都具有一定的临床效果，通过摄入维生素C可以避免或减轻多种类型的病毒和细菌等病原感染［43］。
在体外维生素C在补充剂量时即可利用自身氧化产生的自由基直接降解病毒核酸，在体内通过调节免疫和抗氧化发挥额外的抗病毒作用［44］，其中包括EIF2信号转导、自噬、干扰素反应和JAK/STAT通路，上调与IFN信号、凋亡信号和病毒识别、防御相关的基因，表现出抗病毒以及降低病毒效价的效果［45, 46］。不仅对呼吸系统病毒感染有效，在丙型肝炎病毒（HCV）感染者中补充维生素C减轻肝损伤达到抗病毒治疗效果［47］。维生素C抑制细菌群体感应（quorum sensing，QS）和胞外多糖（exopolysaccharide，EPS）的产生，并通过ROS的产生诱导细菌细胞内糖和蛋白的泄漏，对多重耐药、生物膜形成的大肠杆菌和其他革兰阴性菌发挥抗菌作用［48］。
维生素C在呼吸道感染治疗中的应用概况及效果分析
1. 动物实验及临床研究
动物实验模型证实，给予维生素C对呼吸道感染有诸多益处。Lankadeva等［49］静脉注射大剂量维生素C（150 g·40 kg-1·7 h-1），显著改善输注活大肠杆菌引起的绵羊高动力败血症临床症状，从乏力、嗜睡改善为警觉、有反应和活动状态。
在脓毒症小鼠中，早期给予维生素C通过抑制BH4氧化保护血管内皮细胞，从而减少器官功能障碍，提高存活率［40］。维生素C显著提高ARDS模型大鼠超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽水平，降低血清TNF-α和IL-1β水平［25］。GULO-KO小鼠模型等研究显示，使用维生素C改善肺功能和防止肺损伤，而且还能增强气道上皮细胞对病毒核酸和Ⅰ型IFN的反应［12］。
在脓毒症动物模型中，静脉注射维生素C恢复小动脉传导和毛细血管床灌注有助于提高脓毒症的生存率。通过含连接蛋白37的缝隙连接恢复内皮间电耦联，从而防止受损的血管收缩；脓毒症中的缺氧/复氧通过蛋白激酶A（PKA）依赖的连接蛋白40去磷酸化破坏电偶联，而维生素C可以恢复偶联所需的PKA激活；早期注射抗坏血酸可通过抑制血小板-内皮细胞的黏附和内皮细胞表面p-选择素的表达来防止毛细血管堵塞［41］。
一项2013年纳入29项临床试验涉及11 306名参与者的meta分析显示［50］，每天口服≥0.2 g维生素C对普通人降低感冒发病率无明显效果，但在减少症状、持续时间方面有一定的效果，在体力消耗极大的人群总共598名马拉松运动员、滑雪者和参加亚北极训练的士兵参加的5项试验中，维生素C将感冒的发病率降低了52%（P<0.000 1）。
近年，一项纳入了5项实验共涉及2 655名参与者的研究［51］，有2项实验评估了补充维生素C对预防肺炎的效果；还有3项实验评估了补充维生素C作为肺炎治疗的辅助治疗的效果。为了预防肺炎，提供了补充剂量：每天1 g，连续14周；每天2 g，连续8周；每天2 g，连续14周。对于肺炎治疗，以每日125 mg和每日200 mg的剂量直到症状消失或出院，作为肺炎治疗的辅助治疗。而结果是不确定补充维生素C对预防和治疗肺炎有效果。
有报道称，维生素C抗病毒活性可能通过产生NO来预防COVID-19感染［52］。上表皮细胞产生的NO有助于灭活空气或气溶胶中含有的病毒和细菌。食用维生素C可以减少唾液中的亚硝酸盐，使咀嚼食物时口腔产生NO。在胃中，亚硝酸盐也可被胃表皮细胞分泌的维生素C还原为NO，胃液的强酸性有利于亚硝酸盐的还原，从而产生NO。
一项就维生素C对哮喘、慢性阻塞性肺疾病（COPD）、肺部感染和肺癌等呼吸系统疾病影响的研究［53］，分析发现维生素C通过多种机制对气管平滑肌产生舒张作用，在不同呼吸系统疾病的实验动物模型中，通过抗氧化、免疫调节和抗炎发挥预防或治疗作用，甚至对肺癌有一定影响。
2. 给药方式与剂量
有研究表明，补充维生素C对呼吸道感染及重症患者获益具有不确定性［51，54］。但维生素C的需要量不仅与维生素C给药途径和剂量有关，还与最初的膳食摄入水平、其他营养状况、病原体暴露水平、运动水平和温度应激等相关。由于维生素C是水溶性的，可以在数小时内排出，在活动性感染期间频繁给药以保持足够的血药浓度非常重要。肠道吸收维生素C存在阈值，而静脉注射能产生较高的血浆维生素C水平［55］，同样剂量静脉注射可使血浆维生素C水平提高约10倍。危重患者在维生素C快速消耗的条件下，静脉给药比单独口服给药能更有效地达到最佳降低氧化应激和发挥抗炎作用所需的治疗血浆水平［56］。此外年龄、性别、体质量、吸烟、孕期和哺乳期等影响维生素C需要量，推荐剂量也存在差异［57］。
维生素C的平均需要量男性90 mg/d、女性80 mg/d可维持50 µmol/L的正常血浆水平。但在感染、创伤、手术等生理应激条件下迅速下降，出现明显的维生素C缺乏，即血浆维生素C水平≤11 µmol/L。在感染期间和生理压力下可能需要更高的维生素C摄入量，2～3 g/d才能维持60～80 µmol/L的正常血浆水平，以纠正疾病引起的缺乏，减少炎症，增强IFN的产生，支持糖皮质激素的抗炎作用［2，19］。已有研究证明，口服维生素C（2～8 g/d）可减少呼吸道感染的发生率和持续时间，静脉注射维生素C（6～24 g/d）可以降低病死率、减少ICU和住院时间以及严重呼吸道感染的机械通气时间［2］。
3. 不良反应
维生素C作为药物似乎是相对安全的，有着较大的用药范围，不良反应的报道相对较少。虽然维生素C有着较高的安全性，但也有大剂量应用出现不良反应的证据，比如恶心、呕吐、嗜睡、疲劳以及静脉炎等，以及增加金属离子铁、锰、钙在尿液中的排泄，提高形成肾结石风险［58］。单次口服5～10 g维生素C可引起腹痛或一过性渗出性腹泻［53］。肾功能不全的患者高剂量使用维生素C后可能会增加草酸盐肾病的风险［2，59］，但也有个别肾功能正常使用高剂量维生素C而导致严重草酸盐肾病的病例［60］。一项静脉注射抗坏血酸剂量在0.2～1.5 g/kg的研究［61］，检测了输注期间及6 h后尿草酸排泄量，证实在肾功能正常的人群中静脉注射大剂量抗坏血酸后，不到0.5%的抗坏血酸可恢复为尿草酸。除非必须条件下否则将有肾结石或肾功能不全病史的人排除在口服或静脉注射大剂量维生素C之外。短期使用高剂量的维生素C，在2～8 g/d的范围内不太可能对肾功能正常的人产生重大影响。一些影响维生素C利用的遗传代谢性疾病，如葡萄糖-6-磷酸缺乏症（G6PD）、因维生素C增强铁吸收而引起的血色素沉着症和地中海贫血［2，60］，需谨慎使用大剂量维生素C。
总结与展望
维生素C在呼吸道感染治疗中通过多种途径发挥作用，其重要的抗炎、免疫调节、抗氧化、抗血栓和抗病毒特性已广为人知，是一种我们的身体无法产生的物质。维生素C是一种水溶性的有机酸、分子式为C6H8O6的己糖醛酸，溶于水时会得到缓和的酸性溶液，抗坏血酸盐为带负电的阴离子［43］。其具有还原性，通过提供电子保护机体免受氧化损伤，在人类及动植物生存中发挥不可小觑的作用。鉴于维生素C在呼吸道及其他感染性疾病中的有效性，若将维生素C与抗生素等抗感染性药物制成复合制剂，患者获益程度是否会比单独服用二者高？尤其是对于记忆力较差易漏服药物的老年患者。其他还原剂，如H2、Fe2+等，是否可以应用于临床感染性疾病的治疗中，还有待进一步研究。
引用：肖曦，石斗飞. 维生素C在呼吸道感染中应用的研究进展[J]. 国际医药卫生导报, 2023, 29(23): 3330-3335.
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