維生素D及受體基因多態性的非經典作用研究進展*

侯麗君 亓文波

(1.泰山醫學院，山東 泰安 271016； 2.泰山醫學院附屬泰山醫院，山東 泰安 271000)

維生素D經體內轉化為具有生物活性的1，25-(OH)2VD3,與骨礦物質代謝密切相關，以調節鈣磷代謝作為經典作用。隨著醫學研究的深入，發現維生素D還有重要的非經典作用如影響葡萄糖的代謝、影響正常組織和腫瘤細胞的生長和分化、影響細胞免疫功能等。國內外大量研究已闡明了維生素D與糖尿病、腫瘤、自身免疫性疾病之間的關系，并對其作用機制進行了深入的研究，但仍有尚無定論的問題。本文將綜述維生素D受體(VDR)結構、基因多態性、與疾病的相關性及作用機制的研究進展。

1 維生素D代謝及其生物學作用

維生素D是人體必需的維生素，屬于類固醇激素。維生素D一開始在皮膚中由原維生素D3通過非酶方式轉化為前維生素D3而生成。由于少數食物含有大量的維生素D，所以僅有30%維生素D可從膳食攝入中得到[1]；維生素D可在脂肪組織中貯存。皮膚合成或膳食攝入的維生素D都需經兩次羥化過程才具有生物學活性，先在肝臟中由25-羥化酶轉化為25-(OH)VD3，再在腎臟中經1-α羥化酶轉化為1，25-(OH)2VD3，后者為維生素D的活性形式，它與VDR有較高的親和力。維生素D的經典作用為調節鈣磷和骨代謝，同時還與免疫系統、細胞增殖和分化之間有重要聯系[2]。

2 維生素D受體結構、功能及基因多態性

維生素D的生物學作用發揮通過其受體介導。VDR廣泛分布于機體細胞和組織中，除了傳統的維生素D靶器官外,還存在于血液淋巴系統、泌尿系統等，在一些腫瘤組織中也發現VDR存在,如乳腺癌、白血病細胞等[3]。正是由于VDR的廣泛分布，才使維生素D具有廣泛的生物學作用，因此維生素D與許多疾病的發生相關。1, 25-(OH)2VD3在靶細胞與VDR結合形成高親和力的激素-受體復合物，該復合物作用于靶基因上的特定DNA序列，從而對結構基因的表達產生調節作用，已成為近年來醫學研究領域研究的焦點[4]。

VDR基因位于12號染色體長臂q13-14,長約75 kb,是甾體類受體超家族中的一員,由9個外顯子和8個內含子組成。目前研究發現VDR基因至少有25種多態性[5],其中4種常見的變異位點為ApaⅠ、BsmⅠ、FokⅠ及TaqⅠ,用a、b、f、t表示存在這四種酶切位點，用A、B、F、T表示缺乏酶切位點。內含子8區存在ApaI和BsmI兩個位點，第二外顯子起始密碼子T-C的突變形成FokI位點，外顯子9區T到C的無意突變形成TaqI位點。不同區域的多態性位點對VDR表達產生不同的影響，如Bsml、Apal酶切位點位于第Ⅷ內含子上，其多態性不影響VDR的氨基酸序列。而Taql酶切位點雖在編碼區上，但它的多態性是由同義突變造成，也不會使VDR的氨基酸序列改變。而Fokl多態性位點位于轉錄起始部位，其多態性導致氨基酸序列長度改變,有酶切位點的f型對應于427個氨基酸的VDR，而無酶切位點的F型對應于424個氨基酸的VDR,并且后者比前者的轉錄活性強。研究[6]認為，5'端啟動子區內的多態性位點影響mRNA的表達模式和表達水平，而3'端非翻譯區的多態性位點影響mRNA的穩定性和蛋白質的翻譯效率，并且這種影響與其所在細胞類型、細胞分化階段和活性狀態有關。

3 維生素D與糖尿病

3.1 維生素D與1型糖尿病

以非肥胖糖尿病大鼠作為1型糖尿病研究模型[7], 早期限制維生素D的攝入及避免光照，建成維生素D缺乏模型, 便明顯增加非肥胖糖尿病大鼠的糖尿病發病率，而給予補充維生素D或類似物后能阻止其糖尿病的發生，該研究顯示維生素D與1型糖尿病之間的關系。Ramos Lopez E等[8]發現具有TaqⅠ基因型的1型糖尿病人維生素D中位數較高, 認為VDR變異可保護機體免于1型糖尿病。而且,血清維生素D水平與VDR基因型有關。流行病學調查發現，補充維生素D對1型糖尿病有益,這可能與維生素D具有免疫調節作用有關。歐洲糖尿病研究亞組2研究組發現，維生素D供給可降低兒童1型糖尿病的發病率33%[7]。LI等[9]發現給成人隱匿性自身免疫性糖尿病病人補充維生素D類似物，可以增強對β細胞的保護。

3.2 維生素D與2型糖尿病

為做好糖尿病的一級預防，早就有學者注意到維生素D與糖代謝之間的相關性，并開展了大量研究。2型糖尿病的主要病理生理改變是胰島素分泌缺陷及胰島素抵抗。維生素D對胰島具有保護作用，并且是維持正常的胰島素分泌和糖耐量所需物質[10]。近年來研究發現維生素D對胰島β細胞功能及胰島素敏感性有影響。國外一些研究[11]證實維生素D的補充會減少胰島素抵抗和2型糖尿病的發生。血清維生素D水平與胰島素敏感性呈正相關，一項包括126例正常糖耐量的美國白人研究表明，25-(OH)VD3水平與胰島素敏感性相關，VD缺乏的個體有更高的胰島素抵抗和2型糖尿病危險[12]；這也在一系列研究[13-15]中得到證實。來自美國第三次國民健康營養調查的一組數據顯示,維生素D水平與胰島素抵抗指數(HOMA-IR)呈負相關[16]。

VDR基因多態性在糖尿病發病過程中也起了重要作用。VDR基因變異通過以下途徑發揮作用：鈣離子代謝改變、脂肪細胞的功能調節、調節胰島素分泌及細胞因子表達[5]。VDR基因多態性中FokI較ApaI、BsmI、TaqI相比更具有重要性，因其位于轉錄起始的5'端，與啟動子區域相連,不與基因的3'端多態性不平衡連鎖,被視為VDR基因的獨立標志[17]。有學者[5]發現FF純合子較含f等位基因者，其胰島素敏感性升高。國外多項研究證實VDR是2型糖尿病的易感基因。徐加蓉等[18]研究發現，VDR基因 FokI、BsmI多態性與2型糖尿病發病密切相關。其中等位基因f和b為2型糖尿病的高危因素。李慧敏[19]研究發現，等位基因f是2型糖尿病的易感基因。Hitman等[20]研究發現ApaI位點的基因多態性，a等位基因與低胰島素分泌有關。在我國研究[21]顯示ApaI位點的VDR基因多態與糖耐量異常存在相關性，與胰島素分泌有關。Fuat Dilmec等[22]在土耳其人群中未發現ApaI、TaqI位點基因多態性與2型糖尿病有關，結果的差異可能與研究樣本量小、種族與生活環境差異有關。

3.3 維生素D與糖尿病并發癥

糖尿病慢性并發癥患病率、致死率較高。近來研究[23-24]證明維生素D與心血管疾病的發生明顯相關。研究人員通過對459例2型糖尿病患者的心血管疾病的發病率分析顯示,糖尿病患者的維生素D缺乏比例明顯增高,糖尿病患者中維生素D缺乏者較非缺乏者心血管并發癥發病率高,其前組較后組血甘油三酯、糖化血紅蛋白、C反應蛋白等指標較高,且具統計學意義[25]。糖尿病的微血管并發癥以視網膜病變和糖尿病腎病為主，李慧敏等[26]將糖尿病腎病按出現尿微量白蛋白的量分組與正常對照組比較示等位基因f為糖尿病腎病的易感基因，是早發糖尿病腎病的危險因素。糖尿病視網膜病變具有遺傳傾向，但至今未找到確切基因，Cyga-nek等[27]以波蘭的267例2型糖尿病患者為研究對象的橫斷面研究表明,VDR基因的多態性并未構成糖尿病視網膜病變的危險因素。Taverna 等[28]研究了24例C肽陰性的白人1型糖尿病, 發現VDR Fokl基因多態性與嚴重的糖尿病視網膜病變之間有相關性,尤其是病程<25年的糖尿病患者。結論差異可能與種族、居住環境及研究樣本量較小有關。

3.4 維生素D作用于糖尿病的機制

3.4.1抑制炎癥反應 首先,維生素D抑制巨噬細胞、樹突狀細胞(DC)生成IL-12,降低腫瘤壞死因子(TNF)等炎癥因子的表達,減少炎性細胞及胰島細胞NO的過度表達,減輕胰島細胞凋亡[29]；其次維生素D可抑制單核細胞IL-1、IL-6、IL-8等的產生，還可以抑制其它炎性細胞因子如TNF等,降低炎癥反應；而且維生素D在抑制炎性細胞因子的同時,還可上調抑制炎癥的細胞因子,抑制炎癥的發生及發展[30]。Palomer X等[5]研究發現，糖尿病患者IL-1、IL-2、IL-6、IL-8等增高，增高在糖尿病發生前就已存在，提示這些炎癥因子是糖尿病起因；其通過誘導胰島β細胞凋亡、抑制胰島β細胞功能、減少胰島素合成分泌，從而對糖代謝過程產生影響。

3.4.2調節免疫反應 維生素D可抑制細胞免疫,降低細胞毒性T細胞對胰島β細胞的破壞；可抑制T細胞對胰島素相關抗原的免疫反應而誘導免疫耐受,其表型為CD4+、CD25+。廖嵐等[31]發現VDR基因敲除鼠淋巴結中成熟DC的數量增加,提示VDR介導的1,25(OH)2VD3通路在DCs 成熟過程中起重要作用。

3.4.3促進胰島素合成及分泌 其機制為β細胞分泌胰島素依賴細胞內鈣離子濃度的變化[7]，維生素D通過非選擇性電壓依賴性鈣通道，使鈣離子內流,細胞內鈣離子的水平升高, 從而促進β細胞分泌胰島素[32]；維生素D缺乏引起繼發性甲旁亢, 影響細胞內鈣離子濃度變化，也影響胰島素分泌[5]；維生素D可以通過促進β細胞生長, 降低炎癥因子和免疫反應，抑制β細胞凋亡從而增加胰島素分泌。

3.4.4增加胰島素敏感性 其機制為體內炎癥反應加重胰島素抵抗,維生素D可通過調節炎癥因子降低炎癥反應, 增加外周組織對胰島素的敏感性[7]；肥胖人群胰島素敏感性下降,低維生素D水平與肥胖相關[7],肥胖人群的胰島素敏感性下降可能與維生素D低水平有關；維生素D與靶組織上的VDR結合, 增加靶細胞內鈣離子濃度, 促進胰島素受體底物磷酸化, 從而啟動胰島素信號轉導。

4 維生素D與腫瘤

在體外研究發現維生素D有抑制腫瘤發生和生長的特性。在細胞株和動物模型中研究發現，活性維生素D通過與腫瘤細胞表達的VDR結合，影響細胞核的轉錄因子，調節細胞生長分化及凋亡，抑制腫瘤細胞生長；另外還有抗炎和抗血管生成的作用。在體內研究結論存在分歧。有研究發現1,25-( OH )2VD3的低水平和鈣攝取量是導致多種腫瘤發生的重要因素。1,25-(OH)2VD3能夠降低乳腺癌、卵巢癌等多種腫瘤的死亡率[33]。如乳腺癌患者體內1,25-(OH)2VD3水平隨疾病進展而變化，晚期患者其水平顯著低于發病早期[34]。在美國女性健康倡議研究中發現乳腺癌發生風險與女性每日基線維生素D攝取量有關，對于基線攝取量較低的人群增加攝取量會降低乳腺癌發生風險，反之若每日基線攝取量較多(>600 IU)，再增加維生素D攝取量，會使乳腺癌發生風險增高。已有研究表明ff基因型較FF基因型有明顯的乳腺癌高風險。另外尚未發現BsmⅠ的多態性與乳腺癌相關。食管癌、胃癌的觀察性研究也存在分歧。在維生素D與腫瘤的關系報道中，未發現大樣本隨機對照研究，因此人群中維生素D水平提高后是否可降低腫瘤發生風險,還需待證實。

5 維生素D與自身免疫性疾病

近年研究發現維生素D具有免疫調節作用，并作為新型免疫調節劑應用于臨床。流行病學證實維生素D水平與系統性紅斑狼瘡(SLE)等部分自身免疫性疾病的發病率呈負相關。Ruiz-Irastorza等[35]檢測了92例女性SLE患者,發現90%的患者血清中25-(OH)VD3缺乏。石慧等[36]對86例SLE病人檢測25-(OH)VD3水平，研究顯示SLE組血清25-(OH)VD3水平較正常對照組顯著低下。由于多種細胞內存在特異性VDR，因此1,25-(OH)2VD3對免疫系統的影響是多方面的，其具體作用機制如下：①1，25- (OH)2VD3可增強固有免疫。在固有免疫中單核細胞和巨噬細胞起關鍵作用，首先使單核細胞獲得巨噬細胞表型特征，從而促進單核細胞分化；其次增強巨噬細胞的趨化吞噬能力；最后上調cathelicidin基因hCAP-18的表達，cathelicidin的活性肽段可在體外抑制分支桿菌生長。②1，25-(OH)2VD3可調節適應性免疫。1，25-(OH)2VD3對適應性免疫的調節主要作用于抗原遞呈細胞(包括單核-巨噬細胞和DC)和淋巴細胞。抗原呈遞細胞(APC)是具有攝取和加工抗原能力，表達主要組織相容性復合體(MHC)-Ⅱ類分子和共刺激信號分子向T淋巴細胞呈遞抗原的一類細胞。APC細胞核內表達VDR，1, 25- (OH)2VD3可以下調 MHCⅡ類分子和共刺激信號分子在單核細胞內的表達，抑制其呈遞抗原、激活T淋巴細胞免疫應答的能力。對T淋巴細胞的作用表現為：CD4+T細胞分化為Th1細胞和Th2細胞，參與不同的免疫反應。Th1細胞主要產生IL-2和IFN,介導細胞免疫和免疫排斥；Th2細胞主要產生IL-4、IL-5、IL-6、IL-10和IL-13，介導體液免疫和免疫耐受。有研究[37-38]顯示維生素D缺乏或者VDR傳遞信號減弱時，Th1細胞活動增強，而Th2細胞和調節性T細胞活動將減弱，由此可誘導出Th1優勢免疫應答。

綜上所述，維生素D具有許多非經典作用，通過近年研究顯示維生素D的攝入在慢性病防治中有重要作用，維生素D成為目前研究的熱點。維生素D缺乏是一全球性問題，尤其老年人表現更為突出，我們應科學應對維生素D缺乏，維生素D的攝入量應適量，選擇何時、何種劑量補充最安全有效仍存在爭議。隨著臨床研究的不斷深入，維生素D及其類似物將為疾病治療提供全新理念。

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