維生素D與兒童1型糖尿病相關性的研究進展

胡媛媛，黃偉

承德醫學院兒科，河北承德 067000

近年來國內外許多研究表明[1]世界范圍內T1DM的發病率穩步上升，可能與維生素D不足有關。維生素D除了在調節鈣穩態和骨代謝中已經確立的作用外，還具有抗炎和免疫調節作用，重要的是，維生素D缺乏癥的全球發病率在顯著增加，流行病學證據表明維生素D缺乏癥與T1DM的發病機制有關。對維生素代謝至關重要的多態性也被證明與T1DM易感性相關[2]。維生素D活性代謝產物，1,25-二羥維生素D3，可以通過結合并激活維生素D受體(VDR)，作為轉錄因子調控細胞分化、細胞周期和細胞凋亡相關基因表達。胰島局部可以生成活性維生素D與VDR結合，改變胰島素相關基因的表達，激活胰島素基因的轉錄，促進胰島素的分泌[3]。1型糖尿病(T1DM)是由能夠識別胰島抗原并破壞產生胰島素的β細胞的自身反應性T細胞引起的[4]，主要是通過Th1細胞因子發揮作用[5]。流行病學調查提示1型糖尿病（type 1 diabetes mellitus，T1DM）發病呈現低齡化趨勢[6]。部分研究表明，維生素D可能通過免疫調節或直接作用于胰島細胞上的VDR，起到保護胰島β細胞的作用，然而部分研究維生素D補充劑的干預研究結果顯示補充維生素D對血糖水平沒有額外的有益影響[7]。這種差異的部分原因可能受到維生素D受體基因多態性的影響。

1 維生素D與胰島β細胞功能相關性

國內外多項實驗研究結果顯示體內維生素D水平與β細胞的功能呈正相關。最近的橫斷面研究證實[8-10]兒童和青少年T1DM患者同時存在維生素D缺乏的高發病率。此外，一項針對12項研究的薈萃分析顯示[11]，患者的25(OH)D水平低于健康對照組。隨后對不同種族和年齡群體的研究也得出了類似的結果[12]。更有研究[13]表明用維生素D治療分離的大鼠胰島對葡萄糖刺激的胰島素分泌(GSIS)有積極的作用，特別是對維生素D缺乏者的胰島。在很多的前瞻性研究中[14]，維生素D被認為是胰島自身免疫和/或1型糖尿病的保護性因素，但這些發現由于受到樣本多樣性等多種因素的影響，缺乏一定的說服力。

近些年有研究表明[15]維生素D可通過調節β細胞內的VDR數量和維生素D依賴性鈣結合蛋白（DBP）的水平，促進胰島β細胞中胰島素的合成與分泌。目前研究認為維生素D保護胰島β細胞功能主要是通過免疫調節來實現的。大量研究證實[16]維生素D在人體的免疫調節中起著重要的作用。

1.1 免疫調節

無論是固有免疫還是適應性免疫中，維生素D都可以作為一種免疫調節劑發揮作用，它可以阻止部分與免疫系統過度激活相關的細胞損害。在固有免疫方面，1,25(OH)2D3主要通過抑制樹突狀細胞的成熟和抗原呈遞能力，并增加成熟樹突狀細胞的凋亡，抑制T淋巴細胞的進一步激活，進而促進免疫耐受[17]。在適應性免疫方面，1,25(OH)2D3通過不同途徑抑制T細胞(CD4+、CD8+)的增殖和分化、干擾素(IFN)-γ細胞相關的通路和細胞因子分泌，下調促炎細胞因子如白細胞介素(IL)-2、IL-6和腫瘤壞死因子(TNF)-α等的分泌，增強抗炎細胞因子如IL-4、IL-10和轉化生長因子(TGF)-β[17]的生成，降低B淋巴細胞免疫球蛋白的產生和增殖，誘導B淋巴細胞凋亡，從而阻止免疫系統的過度激活，減少正常細胞的破壞。在T1DM發病時，胰島出現慢性炎性細胞浸潤，包括T細胞CD8+和CD4+、B淋巴細胞和巨噬細胞。因此有假設認為維生素D可能通過其免疫調節特性在T1DM中起到預防/治療作用。在非肥胖糖尿病(NOD)小鼠中，補充高劑量1,25(OH)2D3可抑制胰島的慢性炎性和糖尿病的發展[18]。對動物模型的進一步研究表明[19]，即使在自身免疫攻擊開始后，維生素D類似物也可以阻止T1DM的進展。

雖然T1DM傳統上被認為是Th1介導的病理反應，但越來越多的證據表明，調節性T細胞(Treg)對維持外周耐受性至關重要[20]，在T1DM的發病機制中也發揮了重要作用。Th17主要分泌IL-17細胞因子,參與固有免疫和某些炎癥反應的發生，維生素D作用于Th17細胞，抑制IL-17、IL-22、TNF-α、IFN-γ和趨化因子受體CCR6的表達，從而阻止Th17細胞向炎癥組織遷移[21]。T1DM患者外周血和淋巴結中Th17細胞增多,而Treg細胞功能受損，數量減少[22]。1,25(OH)2D3能抑制CD4+T細胞分化為Th17細胞的能力以及Th17細胞分泌IL-17的功能[23]。這說明維生素D可以通過對Th17細胞的相關調節在1型糖尿病的發病中起到重要作用。眾所周知，Th17細胞的減少往往與Treg細胞的增加同時發生，這是Th17/Treg往復軸的一部分。改善自身免疫性疾病治療的一個重要重點是恢復慢性炎癥中發生的Th17/Treg失衡。而維生素D可以促進初始CD4+T細胞向Treg分化，Treg可直接誘導靶細胞的溶解,并削弱抗原呈遞細胞對適應免疫應答的能力，維生素D還可以促進Treg分泌IL-10,從而抑制或減輕自身免疫性疾病中的炎癥反應。此外，在動物模型中，1,25(OH)2D3，似乎可以增強Treg細胞的活性并抑制Th17和Th1細胞。然而，這些發現仍有爭議。

1.2 直接結合

除免疫調節之外，維生素D可以通過與胰島細胞內的VDR直接結合，促進胰島素的分泌[24]。由于胰島β細胞表達1α-羥化酶和維生素D受體，可以實現25(OH)D3到1,25(OH)2D3的轉換，1,25-二羥維生素D3可以與細胞核內的VDR相互作用，產生快速非基因組信號[25]，進而促進胰島素分泌。Y.Morán-Auth等的研究顯示在未刺激的Th細胞和25(OH)D3刺激的Th細胞中，1型糖尿病的VDR基因表達均較正常對照組顯著降低(P=0.04,P=0.005)。更有動物實驗直接證實，維生素D可以通過VDR介導的直接效應起到保護胰島β細胞的作用，由于多種因素限制，尚缺乏足夠的臨床隨機對照實驗來證實這一觀點。

1.3 鈣離子通道（鈣結合蛋白）

研究結果表明1,25(OH)2D3在GSIS（葡萄糖刺激的胰島素分泌）期間通過r型VGCC（電壓門控鈣通道）調節鈣內流的作用，從而調節細胞分泌胰島素的能力。胰島中VDR mRNA豐富，VDR表達具有葡萄糖反應性。用1,25(OH)2D3預孵育小鼠和人胰島可增強GSIS并增加葡萄糖刺激的鈣內流。Lilja對不同劑量1,25(OH)2D3預處理的小鼠胰島進行了GSIS試驗，試驗結果顯示1,25(OH)2D3進行預處理的組別胰島素分泌呈上升趨勢，重要的是，在低葡萄糖條件下沒有觀察到1,25(OH)2D3的影響。此外，這種1,25(OH)2D3增強的GSIS完全依賴于VDR的存在，然而，這些研究中重要的發現是，在沒有VDR的情況下，在培養液中添加異位1,25(OH)2D3不能增強GSIS[26]。VDR在胰島中高表達，其表達水平對葡萄糖有反應，這表明當葡萄糖水平升高時，對維生素D信號的依賴性增強。在高葡萄糖條件下，VDR的轉錄調節增加了電壓門控鈣通道的表達，以促進細胞的胰島素分泌。這些發現表明，最佳的維生素D水平和/或維生素D的補充可能為糖尿病提供重要的輔助治療。

2 維生素D對1型糖尿病的預防及治療

2.1 生命早期補充維生素D對T1D的預防

各種研究表明，兒童早期攝入維生素D可能對降低日后患T1DM的風險有影響。早在1965年芬蘭的一項大規模出生隊列研究首次證明，在出生后第一年膳食維生素D的補充與T1DM發生率的降低有關。兩項關于維生素D攝入和T1DM風險的觀察性研究的薈萃分析也證實了類似的發現，研究發現[27]嬰兒期補充維生素D可使T1DM風險降低約20%。流行病學調查顯示，幼年時維生素D3缺乏可升高1型糖尿病的發病率，而補充維生素D3則會降低1型糖尿病的發生率，新生兒補充維生素D有助于避免糖尿病的發生[28]。相關學者[29]的研究結果表明，產后早期維生素D可以預防1型糖尿病的發展。German Tapia等[24]的研究顯示分娩時母體DBP水平升高可降低子代T1D風險，出生時增加25(OH)D水平可能降低T1DM風險。考慮到大多數研究是觀察性的橫斷面設計,存在顯著的異質性,缺乏初始25(OH)D測量和維生素D補充資料，需要精心設計隨機隊列研究和充足的維生素D的劑量和持續時間，確定早期補充維生素D在預防1型糖尿病中的作用。總之，對于T1DM，來自動物、流行病學和觀察性研究的數據似乎更一致，然而，尚缺乏足夠的在妊娠期或生命早期補充維生素D并長期隨訪對T1DM發生率的影響的隨機對照試驗。

2.2 維生素D與糖尿病前期的相關研究

一項關于非糖尿病受試者的研究表明維生素D缺乏與糖尿病前期相關[30]，對于已確診為1型糖尿病的患者，除了應用胰島素治療之外，補充適量維生素D更有助于血糖水平的控制，Debora B等人經過3個月的隨訪初步研究發現，接受ASCs+Vit D干預的患者比僅接受標準治療的患者表現出CP的穩定性、更好的血糖控制和更低的胰島素需求，此外，對每組進行單獨的縱向分析，發現干預組的糖化血紅蛋白有所改善，而對照組沒有。這提示干預本身可能具有潛在的治療效果。但良好的結果可能與組間的隨機基線差異有關，需要更大的樣本和更長的隨訪時間來進一步研究治療的安全性，并確定ASCs輸注聯合Vit D補充治療新近發病T1DM的療效。然而，這項初步研究是一個重要的早期評估，ASCs和維生素D的補充是T1DM一種潛在的聯合治療[31]。

3 討論

在過去的幾十年里，人們已經清楚地認識到維生素D的作用遠遠超出了鈣穩態調節和骨代謝。在這方面，維生素D的抗炎和免疫調節作用已經在動物和人身上得到了明確的證明。越來越多的證據也表明[32]，維生素D缺乏可能與T1DM的發病機制有關，提示維生素D缺乏癥是該疾病發生的一個重要環境因素。事實上，有幾項研究證明[29]，維生素D的攝入，尤其是在兒童早期攝入，可以降低日后罹患T1DM的風險。因此，在出生后的頭幾年應及時診斷和適當治療維生素D缺乏，尤其是T1DM基因風險高的兒童(根據T1DM和胰島自身抗體家族史和/或HLA DR3/DR4陽性確定)。此外，很多研究者均，與健康對照組相比，新診斷的患者、長期缺乏維生素D的患者更普遍，影響更深遠。

由于維生素D缺乏癥的流行率在全球水平上急劇上升[33]，人們認為有必要采取營養策略，增加維生素D的飲食攝入量，并抵制這一流行趨勢，特別是在日照受緯度或與生活方式有關的因素限制的地區。英國營養科學咨詢委員會(SACN)建議4歲及以上普通人群攝入10 g/d(400國際單位/d)維生素D。內分泌學會關于預防維生素D缺乏的指南建議，嬰兒(1歲以下)最低維生素D攝取量為400 IU/d，兒童、青少年和成人最低維生素D攝取量為600 IU/d[34]。然而，僅從天然食物來源維持每日推薦攝入量是不夠的，因為缺乏含有大量維生素D的食物(如脂肪豐富的魚、魚肝油、蛋黃)。另一方面，低依從性可能會影響維生素D補充劑預防和治療維生素D缺乏癥的長期療效。在這種情況下，食品強化被認為是一種安全和經濟有效的策略，可以攝入每日推薦量的維生素D[35-36]。因此，需要進行進一步的調查來評估維生素D強化食品(如面包、牛奶、乳制品、面粉、谷物和食用油，這些在世界范圍內都是高消耗的)是否能夠成為增加每日維生素D攝入量和長期治療維生素D缺乏癥的有效工具。

研究維生素D作為T1DM輔助免疫調節療法的基本原理，主要是基于其潛在的恢復免疫耐受、對抗自身免疫反應、減緩或阻止疾病進展、保持殘余細胞質量和功能以及改善血糖控制的能力。幾種維生素D制劑(膽骨化醇、鈣二醇、骨化三醇或阿法骨化醇)已在T1DM中進行了測試，以保持細胞功能。臨床前研究已經證明了維生素D在預防和逆轉NOD小鼠自身免疫方面的功效。另一方面，維生素D作為免疫調節劑在T1DM的臨床研究結果不確定。研究結果差異的可能原因與研究持續時間的異質性以及不同研究中使用的維生素D配方和劑量有關。此外，大多數研究評估空腹C肽水平作為細胞功能的替代標記。與刺激C肽相比，抑制C肽的堿性胰島素分泌并不能有效地檢測細胞損失，這極大地限制了對這些研究的解釋。此外，一些研究僅評估了與維生素D給藥劑量相關的臨床結果，沒有報告基線和/或隨訪期間血清25(OH)D水平。值得注意的是，個體血清對給定劑量的維生素D的反應是高度可變的，并取決于幾個因素，如基線維生素D狀態、體脂百分比、性別、種族、遺傳、季節變化、藥物和維生素D配方的類型。這方面尤其重要，尤其是在自身免疫性疾病的背景下，維生素D的免疫調節作用可能只有在達到維生素25(OH)D的水平后才能觀察到，它會破壞骨骼健康所需的維生素(30 ng/mL)。因此，優化研究設計對于有效評估維生素D對研究結果的影響至關重要[34,37]。最后，維生素D羥化酶、VDBP和VDR的基因多態性需要更廣泛的研究，以評估其對維生素D狀態的影響及其機制效應。這可能有助于確定需要較高維生素D劑量才能達到預期目標血清25(OH)D水平以預防或治療T1D的特定受試者亞群。

綜上所述，有高T1DM風險兒童的家庭普遍期望一種侵入性更小、更便宜、更方便的干預T1DM進展的方法。維生素D的檢測相對更方便且不會造成太大的經濟負擔，更是一種價廉且相對安全的營養補充藥物，在已補充多年維生素D的患者中，一些人的T1DM狀態已更新為非進展者或逆轉者。盡管臨床前數據支持維生素D補充劑在預防和治療1型糖尿病中的作用，但目前的RCT提供了相互矛盾的數據，因此沒有具體的建議。這些矛盾的結果可能與被觀察的糖尿病患者之間異質性有關。因此，未來的試驗應該包括更多的患者，這將使分層更細化，隨后幫助確定誰將受益于這種治療。此外，還需要研究明確維生素D治療的閾值以及最合適的給藥方案和治療時間。根據目前的證據，不能推薦對維生素D缺乏進行普遍篩查，但對有癥狀的患者檢測維生素D水平的低門檻也不是不合理的。明顯缺乏維生素D的糖尿病患者應補充維生素D，特別是存在代謝性骨病的患者。然而，即使在這一組中，持續時間、補充的劑量方案和目標維生素D水平仍然是未來研究的領域。