维生素D的免疫调节作用及其与人类疾病的关联

时间：2015-12-20 17:08:42 所属分类：基础医学 浏览量:

维生素 D 属于固醇类化合物，在体内，经过肾的活化，成为活化形式-1，25 ( OH)2D3( 1，25-di-hydroxyvitamin D3，1，25-二羟维生素 D3) 。它可以调节体内钙磷代谢，帮助骨骼和牙齿的形成，人体在缺乏维生素 D 时，容易患佝偻病和骨质疏松等钙磷代谢疾

　　维生素 D 属于固醇类化合物，在体内，经过肾的活化，成为活化形式-1，25 ( OH)2D3( 1，25-di-hydroxyvitamin D3，1，25-二羟维生素 D3) 。它可以调节体内钙磷代谢，帮助骨骼和牙齿的形成，人体在缺乏维生素 D 时，容易患佝偻病和骨质疏松等钙磷代谢疾病。人体对维生素 D 的吸收和转化，一方面是通过肠道，另一方面，还有赖于紫外线对皮肤的照射( 维生素 D 的转化是在皮肤发生的) 。近年来维生素 D 被证实具有更为广泛的生物学效应，包括抑制多种类型细胞的增殖，诱导细胞调亡和分化，调节机体免疫系统的功能等。Michael 等研究发现，身体中的大多数组织及细胞都存在维生素 D 受体，把循环中的 1，25( OH) D 转化为有活性的 1，25( OH)2D3的转化酶，为这个维生素的功能提供了一些新的观点，它在降低一些慢性疾病发生率方面扮演着重要的角色，其中包括常见的肿瘤、自身免疫性疾病、传染性 疾 病、心 脏 病 等。相 关 研 究 表 明 1，25( OH)2D3可抑制肿瘤细胞增殖、促进肿瘤细胞分化，有不少研究发现 1，25( OH) 2D3 及其类似物对前列腺癌、乳腺癌、皮肤癌及肺癌等均有抑制增殖、促进凋亡的作用，与其它抗肿瘤药物具有协同作用，阻止肿瘤生长及转移。本文就近年来维生素 D 在免疫调节和疾病治疗研究中的新进展进行如下综述。

　　1 维生素 D 的免疫调节作用

　　1. 1 维生素 D 在机体血液水平的免疫调控中发挥着重要的功能 1，25( OH)2D3的血液水平和其调节作用有直接关系，在其血液水平很高或很低时，都会出现免疫抑制，但不同浓度下引起免疫抑制的机制是不同的。在血液中维生素 D 浓度很高时，可以刺激产生 TGFβ-1 和 IL-4，这两种细胞因子可以抑制炎性 T 细胞的活性，通过这种抑制使免疫功能下降。有人通过敲除了 IL-4 基因的小鼠建立自身免疫性多发性硬化模型，经过和正常小鼠建立的模型进行维生素 D 对比治疗，发现后者治疗效果明显，而前者治疗效果不佳，证明了这种途径的正确性。值得一提的是，虽然维生素 D 的免疫抑制作用显而易见，但在临床实验中治疗某些自身免疫性疾病时，这种作用却受限于血液中钙离子的浓度。

　　Deluca 等用小鼠建立 EAE 模型，通过饲喂维生素D 进行治疗，发现只有在血钙浓度较高时，才会有明显疗效。之后，又用同样的方法治疗其他自身免疫疾病模型，也得出同样的结果。当血液中维生素 D浓度很低时，同样会发生免疫抑制。但这时的发生途径有两种，一是以血钙为中心发生的，属于钙依赖性的调节方式。当维生素 D 的血液浓度很低时，会引起低血钙，依赖于钙的免疫调节作用，达到免疫抑制的效果。张增利等利用基因敲除小鼠，通过建立活性维生素 D 缺乏小鼠模型来研究这种作用，发现基因敲除小鼠的免疫功能较野生型小鼠低，当饲喂乳糖后，血钙浓度升高，同时免疫功能趋于正常。

　　另一种途径，是在维生素 D 浓度很低时，抑制表达VDR 的 T 细胞增殖，而对静息 T 细胞没有作用，由于这种作用，直接导致 CD4/CD8 的下降，从而引起免疫功能的降低。必须指出，无论是以上哪一种情况，维生素 D 调节的都是细胞免疫，而不是由 B 细胞介导的体液免疫，这可能和 B 细胞不表达 VDR有关。

　　1. 2 维生素 D 对 T、B 淋巴细胞的调节 T 淋巴细胞可以分为辅助性 T 淋巴细胞 CD4+或抑制性 T 淋巴细胞 CD8+。研究证实，活化的 T 细胞表达 VDR，而静止的 T 细胞则不表达 VDR。休止期的淋巴细胞并无 VDR，在被促分裂原活化( T 细胞) 或被 EB病毒活化( B 细胞) 后均可表达 VDR，1，25( OH)2D3 可抑制 CD4+细胞。Nunn 等发现，1，25( OH)2D3 对人淋巴髓质组织的单核噬菌 T 细胞有局域调节作用。植物血凝集素( PHA) 是一种促有丝分裂原，动物皮下组织对 PHA 的反应状况是细胞免疫的一项指标。李德发等试验表明，1，25 ( OH) 2D3可以提高仔猪对 PHA 刺激的免疫应答反应，说明维生素 D 对 T 细胞免疫功能具有调节作用。Veld-man 等( 2000) 用小鼠测定 1，25( OH) 2D3 对淋巴细胞的影响，试验表明，直接添加 1，25 ( OH) 2D3 或用脂多糖( LPS) 活化的 1，25( OH) 2D3，B 淋巴细胞中均未检测出 VDR，但添加 LPS 活化的 1，25( OH)2D3 促进了 B 细胞的增殖，说明 B 淋巴细胞不表达VDR 或表达水平非常低 ( ≤50 fmol / ml) ，由此推断，1，25( OH) 2D3 对 B 淋巴细胞可能没有直接的调控作用。

　　1. 3 维生素 D 对对单核 /巨噬细胞的调节 1，25(OH) 2D3 可诱导单核细胞对微生物的杀伤功能，从而保护细胞功能及加快热应激后的正常组织蛋白合成，对巨噬细胞在高温下的存活及功能具有重要意义。同时 1，25( OH) 2D3 可抑制单核细胞的黏附活性，减少免疫细胞( 淋巴细胞、单核细胞巨噬细胞)和非免疫细胞( 角质细胞和黑色素细胞) 的组Ⅱ抗原的表达。未活化的单核细胞具有 VDR，1，25(OH) 2D3 与 VDR 结合后能增进这类细胞对分枝杆菌的杀伤作用。维生素 D 可以促使单核细胞分化为成熟巨噬细胞，巨噬细胞在 IFN-γ 刺激下可以在胞内合成 1，25( OH) 2D3，1，25( OH) 2D3 作为配体与 nVDR 结合发挥作用。Panichi 等发现，1，25( OH) 2D3 增强单核/巨噬细胞分化和活化，用 1，25( OH) 2D3 治疗后，削弱的免疫功能可以得到加强。

　　2 维生素 D 与疾病关系

　　2. 1 维生素 D 在Ⅰ型糖尿病治疗中的作用 Ⅰ型糖尿病的重要病理表现是胰岛 β 细胞的破坏，这种细胞在正常人体内具有免疫耐受性。现在较公认的致病机理是，由于中枢和外周免疫耐受被破坏( 可能由于先天或后天因素) ，引起了由 T 淋巴细胞介导的对 β 细胞的攻击。所以，Ⅰ型糖尿病是一种自身免疫性疾病。目前了解，维生素 D 的缺乏是Ⅰ型糖尿病发病的重要原因。有报道称，在对Ⅰ型和Ⅱ型糖尿病的对比研究中发现，Ⅰ型病人中维生素D 的缺乏较Ⅱ型更普遍。研究发现，发病初期的I 型糖尿病病病人体内维生素 D 水平均较低，并且二者有明显的相关性，这也证明了有些 I 型糖尿病病人发病的季节性( 夏季发病风险低，冬季发病风险高) 和地域性的原因，有文献就曾指出紫外线照射强度与Ⅰ型糖尿病的关系，在靠近赤道地区，紫外线强度大，导致体内维生素 D 水平高，一型糖尿病的患病风险就低，在靠近两极地区，情况就正好相反。欧洲研究小组在对 820 名患者和 2 335 名正常人对照研究中也发现，维生素 D 可以调节免疫，抑制自身免疫性疾病，降低Ⅰ型糖尿病的发病风险。也有另一些理论认为，在Ⅰ型糖尿病或胰岛移植后再发的糖尿病的发病过程中，氧化应激和自由基的积累导致胰岛 β 的破坏。所以，在补充抗氧化剂维生素 D 后，这些疾病可以得到缓解。甚至有学者认为，维生素 D 对Ⅰ型糖尿病的治疗可能是因为其影响小肠对某些大分子蛋白的吸收。尽管已经明确维生素 D 在Ⅰ型糖尿病发病中的重要作用，甚至可以将其作为靶向治疗的目标。在Ⅰ型糖尿病的预防方面，尽早( 应在发病之前) 和足量补充维生素 D 的方案已经成为共识，尤其对新生儿，更是强调补充维生素 D 的重要性。有学者在对加拿大孕妇和新生儿调查后发现，妊娠阶段缺乏维生素 D 孕妇与对照组孕妇比较，下一代出生后患Ⅰ型糖尿病、风湿病等自身免疫性疾病的几率大大增加，这提示妊娠妇女应当补充足量维生素 D。同时，这一调查也指出，不用母乳喂养的新生儿较对照组新生儿更脆弱，更易患自身免疫性疾病，所以，提倡母乳喂养，但前提是母体维生素 D 水平正常。

　　另外，在对 128 名患有Ⅰ型糖尿病的青少年进行调查，发现，不足 25% 的调查者体内维生素 D 水平正常，这提示对儿童和青少年人口补充维生素 D 的必要性。临床应用中，维生素 D 由于有升高血钙的副作用，所以应用较少。而其类似物则可以扬长避短。例如，对 NOD( 非肥胖型糖尿病) 小鼠使用TX527( 维生素 D 类似物) ，它既可以明显改善糖尿病症状，还可以延长移植后胰岛的存活时间。有实验证明，在单核细胞向树突状细胞转化的过程中，如果加入维生素 D3，可以影响这种转化。经这种处理后的树突状细胞表面分子与单核细胞类似，高表达 CD14，低表达 CD1a、80、83 和40，上调 IL-10 的表达而下调 IFN-γ 和 IL-12 的表达。这种 IL-12异常表达是通过下调 p40-κB 来实现的，p40-κB 是白细胞介素 12 基因中 p40 亚单位启动子的一个结合区域。这种异常表达标志着树突状细胞免疫耐受的形成，这种免疫耐受可以增高 CD4( +) CD25( +) 调节性 T 细胞的数量。调节性 T 细胞是一种可以识别自己和非己抗原的细胞，能够下调 Th1和 Th2 细胞及其表达的细胞因子，刺激自身免疫耐受形成以及免疫抑制，许多自身免疫性疾病的发生都与这种细胞的缺乏有关，在这种细胞中，绝大多数表达有 CD4 和 CD25 两种分子，从而达到免疫抑制，抵抗移植排斥和治疗Ⅰ型糖尿病的目的。同时，异常表达这些表面分子和细胞因子的树突状细胞刺激 T 细胞增殖的能力将大大下降，也能够达到上述目的。有学者也通过实验观察到，维生素 D 也可以通过下调 Fas 受体来抑制胰岛细胞的凋亡，并且反转 Th1/Th2 细胞的比例，从而达到抑制Ⅰ型糖尿病的目的。

　　2. 2 在器官移植中的应用 维生素 D 的免疫调节作用，决定了它在器官移植领域的应用。无论血管化或是非血管化的移植物，维生素 D 都可以延长其生存时间，并且避免传统免疫抑制剂应用后所引起的感染、骨质疏松等症状。器官移植中联合应用维生素 D，可以减少传统免疫抑制剂的应用剂量，达到协同效果。例如，陈江华等建立大鼠颈部异位心脏模型，分别通过门静脉输注供者骨髓细胞骨化三醇灌胃( DBMC) 、输注 DBMC 及骨化三醇灌胃，以及环孢素 A 灌胃，发现骨化三醇灌胃联合 DBMC 输注可显着延长移植心脏的存活时间，二者具有协同作用，并且还指出，虽然骨化三醇的免疫抑制作用较环孢素 A 弱，但联合应用供者骨髓细胞后，二者的协同作用超过了环孢素 A。

　　2. 3 维生素 D 的抗肿瘤作用 有实验证明，维生素 D 缺乏会增高实体肿瘤的患病几率，并且与衰老有关的慢性疾病和肿瘤都可以用适当浓度的骨化二醇( 活化型维生素 D 的类似物) 来控制。骆文静等通过对肝细胞癌的研究发现，维生素 D 衍生物EB-1098 对表面表达 VDR( 维生素 D 受体) 的癌细胞有抑制作用，而对不表达这一受体的癌细胞并没有抑制作用。已经证实，VDR 在乳腺癌细胞的表达高于正常乳腺细胞，而且，在 75% 的癌细胞上都有 VDR 的表达，所以，有学者认为，VDR 是癌症的广谱治疗靶向目标。维生素 D 可以和癌症细胞表面的 VDR 结合，形成复合物，通过下游途径，最终调节癌症细胞结构基因的表达。所以，无论是维生素 D 浓度还是其受体浓度的变化，都会影响这种调节，但 Zinser 等用敲除 VDR 基因的两种小鼠和两种野生型小鼠进行维生素 D 抗乳腺癌试验，发现在维生素 D 对细胞凋亡的调控中并不依赖于维生素 D与 VDR 的结合。在维生素 D 的调节中，一共涉及了以下十种蛋白，但这十种蛋白的作用各不相同:

　　SHC，Stat6，cyclin A，cyclin D3，Rho-GDI，ILK，GSK3b，Grim 19，PTEN，以及 Cathepsin D，其中，前八种在调节中下调，后两种在调节中上调。

　　2. 3. 1 通过过调控细胞周期 维生素 D 使 G1 期细胞发生阻滞，使 S 期细胞数量和 G1/G2 细胞比例下调。维生素 D 通过上调 p21和 p27 两种蛋白( 但有报道称在乳腺癌中，维生素 D 不能使 p27 蛋白上调) ，使 cyclin D1 浓度下降，细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂( CDKI) 表达升高，从而造成细胞周期蛋白依赖激酶( CDK) 表达下降，以达到对 G1 期细胞的阻滞。

　　2. 3. 2 通过调控细胞凋亡 在乳腺癌的研究中发现，维生素 D 对细胞凋亡的调控并不依赖于 caspase酶的水解作用和 p53 途径。并且，Bcl-2 在其中发挥核心作用。但在研究骨髓瘤时，却发现维生素 D 是通过上调 caspase-3 使 Bcl-2 下调( Bax 蛋白无变化) ，同时，下调 p44 细胞外信号转导激酶活性和上调 p38 激酶活性，基于这些研究，有学者认为，在骨髓瘤细胞中，丝裂原激活蛋白激酶家族参与了凋亡的诱导。对于人神经鞘瘤，使用维生素 D 前体物质骨化三醇的衍生物 B3CD 后，caspase-3 和 9 被激活，线粒体前凋亡基因 Bax 和抗凋亡基因 Bcl-2 上调，引起细胞色素 C 的释放，N-myc 基因表达的下调以及 Akt 基因的激活，从而抑制肿瘤的生长。在雌激素受体阴性的乳腺癌中，也发现了类似的调节途径。同时，也有学者提出，维生素 D 对细胞凋亡的调控并不具有普遍性，所以，这也成为了争论的焦点之一。

　　2. 3. 3 通过调控生长因子　　　　①胰岛素样生长因子( IGF) : 维生素 D 可以上调 IGFBP-3 和 IGFBP-5，从而调控 IGF-Ⅰ和 IGF-Ⅱ和活性，使 IGF-I 有丝分裂活性被封闭，最终达到诱导凋亡、抑制增殖的效果。

　　②转化生长因子( TGF) : 在上皮细胞中，维生素D 可以上调 TGF-βmRNA 的表达，从而提高 TGF 的活性，最终抑制肿瘤的生长。

　　③表皮生长因子( EGF) : 在将维生素 D 作用于乳腺癌细胞的研究中，表皮生长因子受体( EGFR)的扩增，提示维生素 D 是通过提高这种受体的敏感性而达到这种作用。

　　④通过调节激素: 维生素 D 及其衍生物可以下调雌激素受体的水平，进而影响雌激素对乳腺癌的促进作用。同时，通过观察缺乏 VDR 的小鼠的乳腺，发现这种乳腺对雌激素，黄体酮和催乳素的反应能力升高。

　　⑤通过调节肿瘤的转移: 在维生素 D 的存在下，丝氨酸蛋白激酶和金属硫蛋白的表达和活性受到抑制，并且减少癌细胞层粘连蛋白受体和胶原酶的表达，最终减弱肿瘤细胞的侵润和侵袭性。在乳腺癌中，应用维生素 D 及其类似物发现，癌细胞尿激酶纤溶酶原激活因子和组织型纤溶酶原激活因子的表达和活性下降，纤溶酶原激活因子表达和活性增强; 金属蛋白酶的表达和活性下降，其抑制物活性增强。同时，它还可以抑制肿瘤组织的血管形成，以影响其营养供应。

　　⑥通过调节肿瘤细胞的分化: 在结肠癌中，活化型维生素 D 可以诱导 E-钙粘蛋白的产生，调节 β-catenin-TCF-4 靶基因完成与 β-catenin ( 连环蛋白)相反的生物学行为。　　　　2. 3. 4 维生素 D 在临床抗肿瘤治疗中的应用 在各种肿瘤的治疗和研究中，维生素 D 及其衍生物已作为抗癌药物广泛应用。维生素 D 及其衍生物骨化三醇虽有很好的抗癌效果，但容易引起血钙增高和其他副作用，尤其是易引起恶病质的发生。而衍生物 EB1098 和类似物 1α，24-二羟维生素 D2既留了很强抗肿瘤的特点，还以尽量避免这些缺点。

　　同时，有研究表明，在维生素 D 的 20 号碳上连接两个侧链形成新的衍生物，这类衍生物具有广泛的抗癌效果，对白血病，乳腺癌和前列腺癌等都有较强的抑制作用。并且，这种抑制作用较维生素 D 更强，但和维生素一样，这种作用也有极强的浓度依赖性。有学者还发现，1，25( OH) 2D3 的前体物质 25-OH-D( 3) -3-BE( 25-hydroxyvitamin D( 3) -3-bromoac-etate) 在雄激素敏感型和雄激素抵抗型前列腺癌中有很好的治疗效果。在治疗实践过程中，有学者指出，应将维生素类药物与其他药物合用以达到协同的抗肿瘤效果。比如，可以将骨化三醇和非甾体类抗炎药或 9-反式维甲酸( 视磺酸 X 受体激动剂)共用，以增强其疗效。还可以将盐 酸 米托蕙酿、糖皮质激素盐酸米托葱醒、糖皮质激素等药与骨化三醇联合应用，以减轻癌症患者疼痛。值得一提的是，尽管维生素 D 的调节能力十分强大，但这也是在维生素 D 受体浓度正常或使较高的水平下实现的，一旦这种受体的浓度本身很低，则无论维生素 D的浓度多高，调节作用都微乎其微。综上所述，维生素 D 已经成为治疗以一型糖尿病为代表的自身免疫性疾病和肿瘤的热点药物。我们相信，对维生素D 的研究一定会开启以上两种疾病治疗的新篇章。

　　参考文献:

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