維生素D和人類免疫的最新研究進(jìn)展
馬丁, 胡瑛, 蘇欣
摘要：最近5年, 人們關(guān)于維生素D對(duì)健康益處的認(rèn)識(shí)發(fā)生了顯著的變化, 已從維生素D經(jīng)典的調(diào)節(jié)礦物質(zhì)代謝和防治佝僂病的作用擴(kuò)展到更為廣泛的作用, 包括調(diào)節(jié)骨骼健康和預(yù)防骨骼疾病 (如骨質(zhì)疏松等) 。然而, 維生素D的骨外作用更引人矚目。盡管維生素D作用的多樣性已被公認(rèn)多年, 但我們對(duì)維生素D非經(jīng)典作用的新觀點(diǎn)源自于兩個(gè)最新的概念:第一, 維生素D的缺乏是一個(gè)全球性問題, 這促使人們?nèi)パ芯垦h(huán)中維生素D水平不足對(duì)健康的影響, 以及維生素D缺乏與多種慢性疾病包括自身免疫性疾病、心血管疾病、高血壓和常見腫瘤之間的關(guān)系。第二, 在支持維生素D對(duì)人類健康起更廣泛作用這一觀點(diǎn)的體外研究和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中, 都強(qiáng)調(diào)維生素D的免疫調(diào)節(jié)和抗腫瘤功效似乎依賴于維生素D的局部活化。從而得出結(jié)論, 維生素D的許多非經(jīng)典作用并不依賴于傳統(tǒng)的內(nèi)分泌方式, 而對(duì)局部維生素D水平的變化更為敏感。本文就這些研究進(jìn)展作一綜述, 并具體闡述了最新認(rèn)可的維生素D對(duì)免疫系統(tǒng)的作用, 同時(shí)也突顯了將這些作用應(yīng)用于臨床所面臨的挑戰(zhàn)。
引言
在2010年年底, 美國(guó)醫(yī)學(xué)研究院 (IOM) , 一個(gè)非盈利的獨(dú)立的非政府機(jī)構(gòu), 發(fā)表了一篇長(zhǎng)期研究的結(jié)果, 定義了最有益于人體健康的維生素D和鈣水平的參考值范圍。這項(xiàng)研究的小組成員都是經(jīng)過精心挑選的科學(xué)家和臨床醫(yī)生, 在研究的過程中他們也面臨著很多挑戰(zhàn), 其中一個(gè)最不能被忽視的挑戰(zhàn)是被爭(zhēng)議多年的維生素D和鈣的生理作用和營(yíng)養(yǎng)作用。關(guān)于評(píng)價(jià)維生素D營(yíng)養(yǎng)作用的另一個(gè)挑戰(zhàn)是如何定義維生素D的各種代謝產(chǎn)物。維生素D一般被認(rèn)為是在日光照射作用下由皮膚內(nèi)的7-脫氫膽固醇轉(zhuǎn)變而來的內(nèi)源性維生素D (也被稱為維生素D3或膽固化醇) , 維生素D也可以從富含維生素D3的膳食或富含維生素D2 (又稱麥角鈣化固醇) 的蔬菜中獲得。由皮膚生成的和食物來源的維生素D經(jīng)過代謝首先生成25OHD, 血清25OHD是血液循環(huán)中維生素D的主要存在形式, 常作為評(píng)價(jià)體內(nèi)維生素D營(yíng)養(yǎng)狀況的指標(biāo)。生理濃度的25OHD不是活躍的信號(hào)分子, 它在腎內(nèi)的1α-羥化酶 (CYP27B1) 的作用下轉(zhuǎn)化成維生素D的活性形式1, 25 (OH) 2D, 通過這種方式產(chǎn)生的1, 25 (OH) 2D與類固醇激素相似, 與細(xì)胞核內(nèi)的維生素D受體 (VDR) 結(jié)合后, 對(duì)靶基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯進(jìn)行調(diào)控, 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其生物學(xué)功能。
在IOM報(bào)告里面主要涉及維生素D的版塊中, 該委員會(huì)提出了四個(gè)重要的問題: (1) 維生素D及其重要的代謝產(chǎn)物——激素原25OHD和活性1, 25 (OH) 2D, 與人體健康的哪些方面相關(guān); (2) 對(duì)這些方面的健康而言, 理想的血循環(huán)中維生素D的濃度 (或者更確切的說是血清25OHD濃度) 是多少; (3) 每天需要攝入多少維生素D才能達(dá)到和維持理想水平的血清25OHD; (4) 補(bǔ)充維生素D產(chǎn)生不良反應(yīng)的可能性。該報(bào)告認(rèn)為臨床上維生素D的主要用途仍是其經(jīng)典作用——調(diào)節(jié)骨骼健康。據(jù)此, IOM認(rèn)為, 50n M (20ng/ml) 血清濃度的25OHD能夠改善骨密度 (BMD) 。對(duì)大多數(shù)美國(guó)和加拿大人來說, BMD是骨骼健康的標(biāo)志。然而, IOM也承認(rèn)膚色深的人 (其紫外線誘導(dǎo)皮膚產(chǎn)生維生素D的效率更低) 和生活在北半球的緯度更高地區(qū)的人 (尤其是北歐人群, 即緯度比加拿大許多城市更高的幾個(gè)國(guó)家) 可能會(huì)更難達(dá)到這個(gè)目標(biāo)水平。為了使25OHD達(dá)到50n M的目標(biāo)水平, IOM將維生素D的推薦攝入量適度增加到600IU/天, 盡管已有報(bào)道指出維生素D的劑量達(dá)10000IU/天不會(huì)產(chǎn)生副作用, 但是安全范圍最好不超過4000IU/天。IOM同時(shí)指出, 盡管目前還沒有臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持維生素D的骨外作用可以加強(qiáng)健康, 但是有充足的理由去進(jìn)行下一步更深入的研究。
IOM的報(bào)告得到了包括美國(guó)骨骼與礦物質(zhì)研究學(xué)會(huì)在內(nèi)的很多組織機(jī)構(gòu)的認(rèn)可, IOM謹(jǐn)慎的推薦攝入量也在其他的研究中得到了支持。但是該報(bào)告并沒得到普遍支持, 來自世界各地的維生素D研究者提出了不同的觀點(diǎn)。存在這種對(duì)立觀點(diǎn)的一個(gè)關(guān)鍵原因是目前關(guān)于25OHD和1, 25 (OH) 2D非經(jīng)典作用以及維生素D異常對(duì)健康影響的研究顯著增加。這篇綜述接下來會(huì)提及一些維生素D的新觀點(diǎn)及其生理作用相關(guān)的研究, 探討這些研究與IOM報(bào)告的相關(guān)性, 以及如何更好地定義維生素D在人類健康中所扮演的角色。這些研究包括維生素D在防治常見腫瘤、高血壓、心血管疾病和大腦發(fā)育中所起的作用。而關(guān)于維生素D在這些方面的研究都已各成學(xué)科, 這篇綜述會(huì)特別關(guān)注維生素D的另一個(gè)突出的非經(jīng)典作用, 即免疫調(diào)節(jié)劑的作用。
維生素充足、不足和缺乏
多年來, 體內(nèi)維生素D是否缺乏被簡(jiǎn)單定義為有無佝僂病的表現(xiàn) (成人表現(xiàn)為軟骨病) , 而到了21世紀(jì), 這樣的臨床問題相對(duì)減少, 在這種情況下, 血清25OHD<20n M (8ng/ml) 大致認(rèn)為是維生素D水平缺乏。然而, 過去十年進(jìn)行的各種研究表明, 在沒有佝僂病或軟骨病的情況下也會(huì)存在維生素D的不足。這種評(píng)價(jià)維生素D水平的新觀點(diǎn)源于一些關(guān)于血清25OHD的水平與血清甲狀旁腺素 (PTH) 水平呈持續(xù)負(fù)相關(guān)的研究, 這些研究指出當(dāng)血清25OHD的水平達(dá)到75n M (30ng/ml) 時(shí), 血PTH的水平不再降低。在觀察腸鈣吸收時(shí)也得到類似的結(jié)果, 從而得出結(jié)論:血清25OHD>75n M是維生素D的理想水平。這些研究也使“維生素D不足 (vitamin D insufficiency) ”這一術(shù)語的更廣泛應(yīng)用得到認(rèn)可?！熬S生素D不足”這一術(shù)語于二十世紀(jì)八十年代首次提出, 是指沒有佝僂病的人群維生素D水平處于欠佳的狀態(tài) (血清25OHD<75n M) 。在接受這個(gè)新觀點(diǎn)的同時(shí), IOM的報(bào)告著重強(qiáng)調(diào)了其他一些反對(duì)將血清25OHD濃度75 n M定義為維生素D發(fā)揮促鈣作用的理想水平的研究。在一些研究中, 更低水平的血清25OHD被定義為理想水平, 而有時(shí)候根本不可能明確地給出一個(gè)理想的切點(diǎn)。事實(shí)上, 有研究認(rèn)為血清25OHD與健康的關(guān)系呈U形曲線, 高水平的血清25OHD也可以導(dǎo)致健康惡化, 譬如某些罕見的腫瘤。因此對(duì)于不同的生物學(xué)作用和臨床表現(xiàn), 理想維生素D水平也是不同的。
循環(huán)中25OHD的水平能直接反映體內(nèi)維生素D的狀態(tài), 任何個(gè)體都是通過皮膚在紫外線的作用下合成或膳食中攝入而獲得維生素D。因此, 維生素D的水平會(huì)因地理、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)因素的不同而在人群中產(chǎn)生很大的差異。依據(jù)新的維生素D參考值范圍, 可以看出全球范圍內(nèi)有很大比例的人群在以前被認(rèn)為是維生素D充足, 而現(xiàn)在也被認(rèn)為是維生素D不足。進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)問題, 維生素D不足是否與某些骨外疾病存在聯(lián)系。人們從兩個(gè)完全不同的方面來回答這個(gè)問題, 分別是關(guān)于維生素D免疫調(diào)節(jié)作用的體外研究和流行病學(xué)的研究。
維生素D與固有免疫:25OHD胞內(nèi)分泌活性的新范例
維生素D和固有免疫的聯(lián)系最初起源于魚肝油在肺結(jié)核 (TB) 治療中的使用。近年來重點(diǎn)研究了維生素D對(duì)肺結(jié)核 (TB) 致病菌——結(jié)核分支桿菌 (M.tb) 作用的細(xì)胞和分子機(jī)制。早在25年前就有研究提出活性1, 25 (OH) 2D能夠減少結(jié)核分枝桿菌在巨噬細(xì)胞中的增殖, 巨噬細(xì)胞CYP27B1刺激因子細(xì)胞干擾素γ (IFNγ) 能夠增強(qiáng)這種作用。然而, 人們對(duì)維生素D在結(jié)核病中是怎樣發(fā)揮抗菌作用的認(rèn)識(shí)更多源自近期的研究。這些研究旨在確定作為殺菌關(guān)鍵細(xì)胞的單核-巨噬細(xì)胞對(duì)M.tb的作用方式。
單核-巨噬細(xì)胞能夠吞噬病原體, 如M.tb, 同時(shí)也能通過Toll樣受體 (TLRs) 這樣的模式識(shí)別受體 (PRR) 來識(shí)別病原相關(guān)的分子模式 (PAMPs) 。在2006年, 有研究指出單核細(xì)胞被M.tb活化后, 通過TLR2/1識(shí)別PAMP, 從而上調(diào)CYP27Bl和VDR的表達(dá)。這些研究表明在遇到M.tb時(shí), 單核細(xì)胞能促進(jìn)局部維生素D的活化, 使1, 25 (OH) 2D與內(nèi)源性VDR結(jié)合。維生素D能夠通過這種方式調(diào)控基因表達(dá), 產(chǎn)生經(jīng)典的胞內(nèi)分泌免疫反應(yīng) (見圖1) 。胞內(nèi)分泌的1, 25 (OH) 2D與VDR結(jié)合后直接調(diào)控抗微生物蛋白 (即抗菌肽) 的轉(zhuǎn)錄。功能分析表明, 25OHD介導(dǎo)的抗菌肽能夠增加單核細(xì)胞的殺菌作用。因此, 盡管M.tb通過TLR2/1途徑使單核細(xì)胞CYP27B1和VDR活化, 但是隨后的殺菌效能還是依賴于有足夠的25OHD轉(zhuǎn)化為1, 25 (OH) 2D, 血清25OHD的水平與單核細(xì)胞抗菌肽的表達(dá)存在著相關(guān)性。從而得出結(jié)論, 體內(nèi)低水平的血清25OHD將會(huì)導(dǎo)致單核細(xì)胞的抗菌活性降低, 使感染風(fēng)險(xiǎn)增大;相反, 對(duì)維生素D不足的個(gè)體補(bǔ)充維生素D能夠促進(jìn)TLR介導(dǎo)的單核細(xì)胞抗菌肽的表達(dá), 使抗感染能力增強(qiáng)。
宿主對(duì)病原體 (如M.tb) 的抗感染能力并不單單依靠固有免疫反應(yīng)。我們小組的研究顯示T細(xì)胞的細(xì)胞因子在加強(qiáng)和減弱維生素D介導(dǎo)的抗菌肽的生成中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。事實(shí)上, 單核細(xì)胞細(xì)胞因子的分泌可能受胞內(nèi)分泌的維生素D的調(diào)控。似乎抗感染反應(yīng)的增強(qiáng)將高度依賴于維生素D的可用性, 通過正常人體免疫反應(yīng)的其他成分作出的額外調(diào)整。維生素D還可以通過影響巨噬細(xì)胞或樹突細(xì)胞 (DCs) 的抗原呈遞來影響固有免疫反應(yīng), 眾所周知, 這些細(xì)胞都表達(dá)VDR。1, 25 (OH) 2D能抑制樹突狀細(xì)胞的成熟, 抑制抗原呈遞和促進(jìn)耐受性T細(xì)胞反應(yīng) (見圖1) 。和單核細(xì)胞一樣, DCs也表達(dá)CYP27B1, 所以1, 25 (OH) 2D和25OHD也能夠通過DCs調(diào)節(jié)抗原呈遞。這些結(jié)論是在VDR和CYP27B1基因敲除小鼠的研究中得到的, 該研究表明, 淋巴腺異常與成熟樹突細(xì)胞和異常轉(zhuǎn)運(yùn)樹突細(xì)胞的數(shù)量增加密切相關(guān)。
維生素D和適應(yīng)性免疫
維生素D和免疫系統(tǒng)的早期研究證明, T、B細(xì)胞都有VDR受體的表達(dá)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)只有活化的和增殖的淋巴細(xì)胞才會(huì)表達(dá)VDR受體, 從而認(rèn)為1, 25 (OH) 2D對(duì)淋巴細(xì)胞具有抑制增殖的作用。輔助型T細(xì)胞 (Th) 是1, 25 (OH) 2D的主要靶細(xì)胞, 1, 25 (OH) 2D能抑制Th細(xì)胞的增殖, 調(diào)節(jié)細(xì)胞因子的產(chǎn)生。初始Th細(xì)胞被抗原活化后轉(zhuǎn)化為Th1和Th2細(xì)胞兩個(gè)亞群, Th1細(xì)胞主要分泌IL-2, IFNγ和腫瘤壞死因子α (TNF-α) , 介導(dǎo)細(xì)胞免疫, Th2細(xì)胞主要分泌IL-3, IL-4, IL-5和IL-10, 介導(dǎo)體液免疫。在體外研究中發(fā)現(xiàn), 1, 25 (OH) 2D能抑制Th1細(xì)胞因子的產(chǎn)生, 促進(jìn)Th2細(xì)胞因子的產(chǎn)生。分泌IL-17的Th17細(xì)胞是Th細(xì)胞另一亞群, 維生素D對(duì)其也有作用。研究發(fā)現(xiàn)用1, 25D治療易感自身性免疫疾病的非肥胖型糖尿病小鼠 (NOD) , 能夠降低血清IL-17的水平, 1, 25 (OH) 2D對(duì)小鼠視網(wǎng)膜自身免疫的抑制作用與Th17活性的抑制相關(guān)。最近的研究顯示, 1, 25 (OH) 2D抑制IL17的產(chǎn)生是通過抑制IL17基因的直接轉(zhuǎn)錄。1, 25 (OH) 2D作用的另一T細(xì)胞亞群是調(diào)節(jié)性T細(xì)胞 (Treg) 。Treg是免疫抑制細(xì)胞, 能夠抑制過分的免疫反應(yīng)和自身免疫反應(yīng)。用1, 25 (OH) 2D治療腎病病人能夠增加循環(huán)中Treg細(xì)胞的數(shù)量, 表明Treg細(xì)胞在介導(dǎo)維生素D的免疫調(diào)節(jié)方面起重要作用。
目前, 關(guān)于維生素D和T細(xì)胞功能的研究主要集中在活性1, 25 (OH) 2D對(duì)T細(xì)胞的作用。盡管有研究顯示血清25OHD水平與某些具體T細(xì)胞群有關(guān)系, 但是尚不清楚的是維生素D水平變化對(duì)T細(xì)胞影響的作用機(jī)制。有研究顯示血循環(huán)中25OHD的水平與多發(fā)性硬化癥 (MS) 患者體內(nèi)的Treg細(xì)胞活性相關(guān)。25OHD對(duì)T細(xì)胞功能的影響主要通過以下四個(gè)可能途徑 (見圖1) : (1) 通過在腎臟形成的活性1, 25 (OH) 2D進(jìn)入血循環(huán)直接作用于T細(xì)胞; (2) 作用于表達(dá)CYP27B1的DC, 使其胞內(nèi)分泌1, 25 (OH) 2D, 從而間接對(duì)T細(xì)胞的抗原呈遞產(chǎn)生影響; (3) 使表達(dá)CYP27B1的單核細(xì)胞或者DC旁分泌活性1, 25 (OH) 2D, 從而直接作用于T細(xì)胞; (4) T細(xì)胞自身胞內(nèi)分泌活性1, 25 (OH) 2D。但我們尚不清楚的是, 對(duì)于一個(gè)具體的T細(xì)胞亞群, 到底是一個(gè)機(jī)制的作用還是多個(gè)機(jī)制的共同作用。比如說, 1, 25 (OH) 2D對(duì)Treg能夠通過DCs起間接作用, 也能夠直接作用于T細(xì)胞。但是如上所述, DCs也表達(dá)CYP27B1, 也能在25OHD對(duì)Treg的作用中起介導(dǎo)作用。有趣的是, 有研究顯示T細(xì)胞上也有CYP27B1的表達(dá), 這就意味著25OHD也可能通過影響T細(xì)胞的胞內(nèi)分泌而直接作用于T細(xì)胞, 但是確切作用尚不清楚。
對(duì)于B細(xì)胞, 早有研究證實(shí)B細(xì)胞上也有VDR的表達(dá), 但是1, 25 (OH) 2D抑制B細(xì)胞增殖和免疫球蛋白產(chǎn)生的作用仍被認(rèn)為是通過Th細(xì)胞介導(dǎo)的間接作用。然而最近研究證實(shí), 1, 25 (OH) 2D對(duì)B細(xì)胞也有直接作用, 尤其是對(duì)漿細(xì)胞的抑制和記憶細(xì)胞的類別轉(zhuǎn)化。這些作用更加支持了維生素D在B細(xì)胞相關(guān)的自身免疫性疾病如系統(tǒng)性紅斑狼瘡 (SLE) 中的治療作用。有研究顯示1, 25 (OH) 2D能夠通過調(diào)節(jié)IL-10和CCR10來作用于B細(xì)胞, 提示維生素D對(duì)B細(xì)胞的作用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出抑制B細(xì)胞增殖和免疫球蛋白產(chǎn)生。
維生素D水平、免疫調(diào)節(jié)和人類疾病
最初的體外研究發(fā)現(xiàn)維生素D能夠殺滅M.tb, 于是后來的研究主要集中在維生素D對(duì)肺結(jié)核的治療。流行病學(xué)研究顯示血清25OHD水平低于75 n M與肺結(jié)核的高感染率密切相關(guān), 之前的綜述也支持維生素D對(duì)肺結(jié)核具有保護(hù)作用。盡管這些研究并沒有指明這其中的因果關(guān)系, 但這使得人們?nèi)ミM(jìn)一步研究補(bǔ)充維生素D的臨床效果。其中一個(gè)研究顯示, 口服單劑量維生素D2 (100, 000IU2.5mg) 后抽取的血液樣本在體外能夠抑制M.tb的生長(zhǎng)。另一個(gè)研究在肺結(jié)核患者的傳統(tǒng)治療方案上加用維生素D治療 (10, 000IU/0.25mg維生素D3/天) , 發(fā)現(xiàn)維生素D能夠減少痰涂片抗酸桿菌 (AFB) 轉(zhuǎn)陰的時(shí)間。近期的兩個(gè)隨機(jī)、對(duì)照、雙盲研究評(píng)價(jià)了對(duì)維生素D治療肺結(jié)核的療效。其中一個(gè)研究來自幾內(nèi)亞比紹共和國(guó)的肺結(jié)核診所, 發(fā)現(xiàn)用3×100, 000IU (3×2.5mg) 的維生素D3注射并不能提高肺結(jié)核的療效, 而難以解釋的是治療組的血清25OHD水平較對(duì)照組并沒有升高。英國(guó)一個(gè)類似的研究發(fā)現(xiàn), 用4×100, 000IU (4×2.5mg) 的維生素D3注射能夠提高肺結(jié)核患者血清25OHD的水平, 但是治療組的痰涂片轉(zhuǎn)陰的時(shí)間較對(duì)照并無顯著差別, 于是研究人員分析了肺結(jié)核患者的遺傳基因變異, 發(fā)現(xiàn)VDR基因的單核苷酸多態(tài)性 (SNP) 為Taq1-tt基因型的肺結(jié)核患者用25OHD治療能顯著減少痰涂片轉(zhuǎn)陰的時(shí)間。因此, 遺傳因素將會(huì)影響維生素D的治療效果, 我們接下來將詳細(xì)討論維生素D在這方面的生理機(jī)能。在這些研究中都涉及了維生素D治療的非常具體的目標(biāo) (如痰涂片轉(zhuǎn)陰的時(shí)間) , 但他們并沒有描述補(bǔ)充維生素D對(duì)肺結(jié)核患者的管理和療效的影響。而且這些研究都是在傳統(tǒng)的抗結(jié)核治療基礎(chǔ)上補(bǔ)充維生素D, 因此還存在一些問題, 未來的研究需要解決這些問題, 使補(bǔ)充維生素D作為防治肺結(jié)核的有效手段。
維生素D的抗感染作用不僅僅限于對(duì)肺結(jié)核的治療, 在另一種分支桿菌病——麻風(fēng)病中也發(fā)現(xiàn)了CYP27B1和VDR的表達(dá)差異, 尤其發(fā)現(xiàn)了侵蝕性較小的類結(jié)核型麻風(fēng) (T-lep) 比結(jié)節(jié)型麻風(fēng) (L-lep) 表達(dá)更高水平的CYP27B1和VDR。T-lep型患者的分支桿菌感染程度較L-lep型輕, 可能是由于其胞內(nèi)分泌了更多的1, 25 (OH) 2D, 從而增強(qiáng)了T-lep型患者的抗菌能力。在這些研究中有趣的是, 早期的研究發(fā)現(xiàn)陽光照射能夠治療麻風(fēng)病, 這與肺結(jié)核和維生素D的早期研究相似。在其他感染性疾病中, 如敗血癥, 血清25OHD濃度與循環(huán)中抗菌肽的水平相關(guān), 繼而與重大疾病的風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)。然而, 敗血癥患者血清25OHD水平與抗菌肽的的聯(lián)系具體與哪種類型的細(xì)胞作用相關(guān)我們尚不清楚。有研究認(rèn)為循環(huán)中的抗菌肽主要來源于中性粒細(xì)胞。但是, 盡管中性粒細(xì)胞表達(dá)VDR, 卻缺乏CYP27B1活性。這表明, 它們更可能對(duì)1, 25 (OH) 2D產(chǎn)生反應(yīng), 而不是25OHD (見圖1) 。這與單核細(xì)胞不同, 單核細(xì)胞產(chǎn)生的抗菌肽與血清25OHD的水平密切相關(guān), 與胞內(nèi)分泌反應(yīng)一致。維生素D水平較低也與晚期腎病患者的感染和死亡率相關(guān), 也與上呼吸道感染相關(guān)。關(guān)于后者, 值得注意的是, 抗菌肽能顯示出抗病毒性和抗菌特性, 從而推斷維生素D能夠增強(qiáng)人體對(duì)一些疾病如流感的抵抗力。同樣值得關(guān)注的是, 25OHD和1, 25 (OH) 2D介導(dǎo)的抗菌肽也作用于一些經(jīng)典免疫系統(tǒng)以外的細(xì)胞, 如角蛋白細(xì)胞、支氣管上皮細(xì)胞、骨髓細(xì)胞系、胎盤的脫膜滋養(yǎng)層細(xì)胞。因此, 維生素D的固有抗菌作用非常廣泛, 對(duì)多種疾病起作用。
維生素D在抗原呈遞和淋巴細(xì)胞功能上的不同作用表明, 維生素D的免疫調(diào)節(jié)作用不局限于固有的抗菌反應(yīng)。尤其是, 維生素D作為公認(rèn)的對(duì)自身免疫性疾病有益的環(huán)境因素, 也被認(rèn)為是有益的遺傳因素。研究發(fā)現(xiàn), 初診的1型糖尿病患者的血清25OHD水平較低, 而補(bǔ)充維生素D能夠抵抗1型糖尿病, 相似的研究在多發(fā)性硬化癥 (MS) 中也有報(bào)道, 并在MS的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí)。有趣的是, 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示, 在雌鼠體內(nèi), 維生素D能更有效地抵抗實(shí)驗(yàn)性的MS, 這是因?yàn)榇萍に貙?duì)VDR和CYP27B1有調(diào)節(jié)作用。其他的自身免疫病也與低維生素D水平相關(guān), 包括克羅恩病、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎及Graves病等。
維生素D水平和人類疾病:血清25OHD濃度之外的影響因素。
隨著檢測(cè)血清維生素D水平的方法的增加, 人們對(duì)維生素D和人類健康之間的關(guān)系再次產(chǎn)生興趣。成本低廉的ELISA和RIA曾經(jīng)被廣泛地用來測(cè)定血清25OHD, 現(xiàn)在被液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法 (LC-MS) 取而代之, 因其有減少試驗(yàn)漂移的優(yōu)勢(shì)。然而, 這種方法也并不是沒有其自身的方法學(xué)問題, 特別是在血清25OHD2和25OHD3的分辨和定量方面。而且有報(bào)道稱, 與傳統(tǒng)的ELISA和RIA相比, LC-MS的測(cè)值相對(duì)較高。一些機(jī)構(gòu)如維生素D外部質(zhì)量評(píng)價(jià)方案 (DEQAS) 在常規(guī)血清維生素D測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)化上取得了進(jìn)一步成果, 這對(duì)維生素D研究的未來至關(guān)重要。然而, 一些臨床研究表明, 不管用什么方法測(cè)定人體內(nèi)的維生素D水平, 都有一些因素, 尤其是基因的多態(tài)性, 會(huì)對(duì)任何一個(gè)給定水平的維生素D的生理作用和臨床效果產(chǎn)生重大影響。
在VDR基因有大量的SNPs位點(diǎn), 并且這對(duì)維生素D的活性產(chǎn)生重要影響。經(jīng)過仔細(xì)研究, VDR的基因多態(tài)性不僅與骨骼疾病密切相關(guān), 而且它還與人類健康的其他方面有廣泛聯(lián)系, 包括免疫功能。例如, 對(duì)不同人群的研究顯示ff基因型在TB患者中的分布頻率較高, 盡管這還沒得到其他研究的進(jìn)一步證實(shí)。利用類似的方法, 近期的一項(xiàng)雙盲隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)發(fā)現(xiàn), 對(duì)于Fok I位點(diǎn)基因型的肺結(jié)核患者, 使用高劑量的維生素D補(bǔ)充并不能減少痰涂片轉(zhuǎn)陰時(shí)間, 而對(duì)于其他SNPs位點(diǎn)基因型的肺結(jié)核患者, 補(bǔ)充維生素D的確能夠減少痰涂片轉(zhuǎn)陰時(shí)間。Fok I等位基因?yàn)镕的VDR比f基因型的少三個(gè)氨基酸, 然而, 它比f基因型更活躍。其他常見的VDR的SNPs位點(diǎn)位于VDR基因的3’非編碼區(qū), 它們對(duì)VDR表達(dá)和功能影響尚不明確。包括Apa I、Bsm I和Taq I多態(tài)性, 它們是通過影響m RNA的穩(wěn)定性來影響VDR的活性。最近的研究發(fā)現(xiàn), 肺結(jié)核患者中Bsm I-B等位基因的分布頻率較健康對(duì)照組高, 而其他研究顯示肺結(jié)核患者中BB基因型較為普遍?？偟膩碚f, 目前只有一項(xiàng)研究評(píng)價(jià)了VDR基因型對(duì)維生素D治療肺結(jié)核效果的影響, 即對(duì)Taq1-tt VDR基因型的患者補(bǔ)充維生素D, 能夠提高痰涂片轉(zhuǎn)陰率。
VDR基因的SNPs不僅與感染性疾病相關(guān), 也與自身免疫疾病有關(guān), 如1型糖尿病、MS、Graves病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和SLE。然而, 也并非所有關(guān)于VDR基因型的研究都認(rèn)為其與自身免疫性疾病相關(guān)。同樣的, 維生素D體系內(nèi)的基因變異不僅僅局限于VDR基因。CYP27B1基因的SNPs也同樣能影響自身免疫性疾病的易感性。然而, 維生素D體系內(nèi)最良好的遺傳變異是由維生素D結(jié)合蛋白 (DBP) 基因提供的。例如, 由DBP編碼區(qū)變異生成的蛋白質(zhì), 其血清濃度及與維生素D代謝產(chǎn)物的親和力都發(fā)生了顯著的變化。我們小組的研究表明不同血清濃度和基因型的DBP在調(diào)節(jié)25OHD對(duì)靶細(xì)胞如單核細(xì)胞的生物利用度中發(fā)揮了重要作用。特別是, 與高親和力形式的DBP如Gc1F相比, 25OHD的抗菌作用在低親和力形式的DBP如組特異性 (Gc) 1S和Gc2中顯得更為突出。這表明, 作用于單核細(xì)胞的是“游離”的25OHD而不是與DBP結(jié)合的25OHD (見圖2) 。近期研究更加強(qiáng)調(diào)DBP對(duì)維生素D生物利用度的決定作用, 研究表明, 與健康成人的BMD關(guān)系更密切的是游離25OHD而不是總25OHD。值得進(jìn)一步探討的是維生素D的非經(jīng)典作用是否也與DBP濃度和基因型相關(guān)。迄今為止, 只有一項(xiàng)研究評(píng)價(jià)了DBP基因型和人類免疫功能之間的關(guān)系, 顯示了Gc2等位基因和活動(dòng)性肺結(jié)核之間的聯(lián)系。然而, 這項(xiàng)研究結(jié)果僅是在一群低水平維生素D患者身上觀察得到的, 因此, 這很難解釋DBP基因型對(duì)疾病活動(dòng)性的作用。
我們必須清楚的認(rèn)識(shí)到, 由于各研究的人群大小不同, 導(dǎo)致各研究關(guān)于VDR, CYP27B1和DBP基因的遺傳變異與維生素D的免疫調(diào)節(jié)作用的關(guān)系的看法大相徑庭。這使得我們很難將遺傳變異產(chǎn)生的影響與維生素D濃度單獨(dú)產(chǎn)生的影響區(qū)分開來。例如, 用維生素D治療之后, 肺結(jié)核病情得到了改善的126名患者中, 只有12名患者為VDR-tt基因型。然而其他研究的樣本量更大, 尤其是近期在將近34, 000人中展開的全基因組關(guān)聯(lián)研究顯示, DBP的基因變異是血清維生素D水平的遺傳決定因素, 因?yàn)镈BP的基因變異能夠影響血清DBP的濃度, 而血清DBP的濃度與25OHD和1, 25 (OH) 2D的血清濃度密切相關(guān)。因此, DBP的血清濃度及其與維生素D代謝物結(jié)合的親和力由DBP/Gc基因型決定, 它不僅決定著25OHD對(duì)靶細(xì)胞的生物利用度, 同時(shí)也可能會(huì)影響循環(huán)中維生素D的總體水平 (見圖2) 。關(guān)于維生素D生理作用的另一個(gè)特殊方面也很重要, 即糖基化的DBP能產(chǎn)生類似巨噬細(xì)胞活化因子 (MAF) 的功能。近期的研究表明, DBP的MAF活性可能有助于抵抗肺部疾病, 如慢性阻塞性肺疾病。
結(jié)論和前景
早在25年前, 人們就已經(jīng)認(rèn)識(shí)到維生素D還具有非經(jīng)典的骨外作用。人們最初認(rèn)識(shí)維生素D的骨外作用是通過發(fā)現(xiàn)一些疾病如結(jié)節(jié)病患者體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生過量的1, 25 (OH) 2D以及發(fā)現(xiàn)注射1, 25 (OH) 2D具有某些潛在的治療作用, 并認(rèn)為這些作用是通過維生素D受體產(chǎn)生的, 這促使人們合成1, 25 (OH) 2D類似物去治療一些常見腫瘤和自身免疫性疾病。這些研究都努力減少1, 25 (OH) 2D導(dǎo)致高鈣血癥的副作用, 但是絕大多數(shù)研究都沒有成功, 至少是在體的研究都沒有成功。
如今, 維生素D已成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn), 基于兩個(gè)關(guān)鍵的觀點(diǎn), 近幾年關(guān)于維生素D的研究思路與以往大不相同。第一個(gè)關(guān)鍵的觀點(diǎn)源自于越來越多的研究證明維生素D的活化酶CYP27B1廣泛分布于多種組織, 支持了維生素D在骨外具有更加局部化的胞內(nèi)分泌和旁分泌功能。與在腎臟CYP27B1作用下產(chǎn)生的進(jìn)入血循環(huán)的1, 25 (OH) 2D不同, 在非腎臟組織產(chǎn)生的活性維生素D則較少受到各種激素如甲狀旁腺激素的調(diào)節(jié), 它主要依賴于底物25OHD的可用性。第二個(gè)觀點(diǎn)也是最具爭(zhēng)議的觀點(diǎn), 是關(guān)于血清25OHD的水平 (換句話說是個(gè)體的維生素D狀態(tài)) 。相關(guān)研究強(qiáng)調(diào)維生素D水平與人類常見疾病有著潛在的關(guān)系, 但是仍不清楚它們之間是否為因果關(guān)系, 或者是因?yàn)榫S生素D的腎外催化作用和功能的減弱。同樣, 我們尚不清楚IOM近期推薦的充足維生素D水平 (血清25OHD為50n M, 20ng/ml) 是否對(duì)維生素D的骨內(nèi)和骨外作用都是充足的。IOM強(qiáng)調(diào)尚需要更多的隨機(jī)對(duì)照研究來評(píng)價(jià)增加血清25OHD水平對(duì)骨外健康的影響。有很多研究目前正在進(jìn)行, 尤其是一些觀察補(bǔ)充維生素D對(duì)免疫調(diào)節(jié)的作用的研究, 以及維生素D抗癌作用的研究。
IOM的報(bào)告支持充足的維生素D水平跟骨骼健康之間有密切聯(lián)系, 但作者也用大量數(shù)據(jù)來表明維生素D與人類健康的其它方面存在著聯(lián)系, 同時(shí)強(qiáng)調(diào)還需要用更多的研究來明確它們的相關(guān)性, 目前, 也有很多相關(guān)研究包括體外實(shí)驗(yàn)、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)都正在進(jìn)行中。然而, 正如我們?cè)谶@篇綜述中所強(qiáng)調(diào)的, 還存在一個(gè)更加根本的問題——即影響維生素D狀態(tài)的其他因素。在血清25OHD濃度不變的情況下, 維生素D的活性主要受遺傳因素的影響。這一點(diǎn)已經(jīng)在對(duì)不同VDR基因型的肺結(jié)核患者補(bǔ)充維生素D的研究中得到證實(shí), 盡管其具體機(jī)制尚不清楚。正如圖2所示, 似乎可以提出一個(gè)相對(duì)合理的機(jī)制, 即DBP基因的某種基因變異體能夠影響維生素D內(nèi)分泌和胞內(nèi)分泌功能。這也支持了“游離激素假說”, 即低親和力或者低濃度的DBP能夠增強(qiáng)25OHD在靶細(xì)胞如單核細(xì)胞的可利用性。這一理論指出只報(bào)告維生素D代謝產(chǎn)物的總的血清濃度已經(jīng)不夠了, 還需要報(bào)告游離維生素D代謝物的血清濃度?；谝汛_定的親和力常數(shù)和血清DBP蛋白濃度, 我們能對(duì)游離的25OHD濃度進(jìn)行測(cè)定, 這一理論已成功運(yùn)用于與骨骼功能相關(guān)的研究中。維生素D的骨外作用還有待進(jìn)一步的研究, 這一理論將可能成為未來臨床研究的重心, 也可能能夠解釋為什么補(bǔ)充維生素D對(duì)某些病人的治療效果較其他病人更好。這是一個(gè)特別的問題, 即當(dāng)比較不同種族人群對(duì)補(bǔ)充維生素D的反應(yīng)時(shí), 會(huì)發(fā)現(xiàn)DBP基因的等位基因顯示出很明顯的種族分布模式。
將來, 關(guān)于提高血清25OHD水平所帶來的更多健康益處的研究, 也需要研究如何更好的使血清25OHD達(dá)到目標(biāo)水平, 即補(bǔ)充維生素D的最佳模式。不考慮日常補(bǔ)充, 我們?nèi)圆磺宄P(guān)于維生素D在各方面的具體作用, 不同形態(tài)的維生素D (如維生素D2和維生素D3) 是否會(huì)有一些特別的功效。一些研究 (盡管不是所有的) 已經(jīng)報(bào)道補(bǔ)充維生素D3有更好的功效。然而, 這只是簡(jiǎn)單的依據(jù)它提高血清25OHD水平的能力而得出的結(jié)論, 而且25OHD2和25OHD3在轉(zhuǎn)化為1, 25 (OH) 2D2和1, 25 (OH) 2D3的方面可能具有相似的能力, 并且隨后的作用都是通過VDR介導(dǎo)的。目前, 我們對(duì)維生素D2和維生素D3的不同免疫調(diào)節(jié)作用了解甚少。有研究顯示, 合成的1, 25 (OH) 2D類似物帕立骨化醇 (Paracalcitol或19-nor 1, 25- (OH) 2D2) 具有與1, 25 (OH) 2D3相似的免疫調(diào)節(jié)功能, 而對(duì)于1, 25 (OH) 2D2尚無類似結(jié)論。今后的研究, 特別是在探索25OHD2和25OHD3對(duì)DBP的不同結(jié)合力以及與腎臟的內(nèi)分泌和靶細(xì)胞的生物利用度之間的聯(lián)系方面的研究將是非常有趣的。綜上所述, 在過去的5年內(nèi)關(guān)于維生素D的非經(jīng)典作用的研究已有著突飛猛進(jìn)的進(jìn)展, 然而這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠, 今后的5年將會(huì)有更加卓越的研究成果。
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