維生素D與視神經脊髓炎譜系疾病

陳森林(綜述)，況時祥(審校)

(1.貴州中醫藥大學研究生院，貴州 貴陽 550002；2.貴州中醫藥大學第二附屬醫院神經內科，貴州 貴陽550003)

視神經脊髓炎譜系疾病(neuromyelitis optica spectrum disorders，NMOSD)是自身免疫介導的主要累及視神經和脊髓的中樞神經系統炎性脫髓鞘疾病,既往又稱為視神經脊髓炎(neuromyelitis optica，NMO),具有反復復發的特點[1]。根據流行病學和基于人群的研究報告，NMOSD在歐洲和北美的患病率在<1/100 000～44/100 000之間[2]，但亞洲國家NMOSD患病率要高于歐洲和北美。該病的發病機制及確切病因迄今未明，有研究表明,其發病主要與遺傳、環境、免疫失衡等多重因素有關[3]。近年來，維生素D(vitamin D,VD)在生物醫學研究的各個領域得到了越來越多的關注。研究發現，VD在人類中的主要作用是調節骨穩態和鈣代謝，但它也是激活免疫防御系統和抑制免疫疾病病理的關鍵。現有流行病學證據表明,VD缺乏與NMOSD發病風險和病程有關[4]。約42% NMOSD患者存在VD不足(21～30 μg/L)[5]。本文將從VD的主要形式及代謝、VD在NMOSD中的作用、VD水平與NMOSD的愈后及VD治療NMOSD的現狀進行綜述。

1 VD的主要形式及代謝

在VD龐大的家族系統中,VD3是VD的主要形式之一,VD3的結構及其編號系統[6]見圖1。人體獲得VD的途徑主要有2種，一是從食物中獲取少量的VD，二是大多數VD是在紫外線B(ultraviolet B，UVB)照射時產生的。紫外線作用于皮膚中的7-脫氫膽固醇而產生的激素原，在肝臟和腎臟中先后轉化為25-羥基維D3[25(OH)D3]和1，25-二羥基維生素D3[1,25(OH)2D3][7]。具體表現為在肝細胞中，VD的25-羥基化至少可由四種酶完成，即所有微粒體細胞色素P450(CYP)亞型(CYP2DII、CYP2D25、CYP3A4和CYP2R1)[8]。在腎臟中，25(OH)D通過嚴格控制甲狀旁腺激素和磷尿激素成纖維細胞生長因子23(FGF-23)的酶1-α羥化酶(CYP27B1)進一步轉化為循環生物活性化合物鈣3[9]。25-羥維生素D[25(OH)D]是VD的主要循環代謝產物，其代謝產物的運輸是VD結合蛋白(vitamin D binding proteins,DBP)實現的，25(OH)D3濃度被認為是衡量VD狀況的最佳指標[10],VD代謝途徑見圖2。

圖1 VD3的結構及其編號系統

圖2 VD代謝途徑

2 VD在NMOSD中的作用

VD缺乏與自身免疫性疾病有關，而NMOSD是一種比較罕見的神經系統自身免疫性疾病。VD具有天然免疫系統和適應性免疫系統的調節功能，其缺乏對NMOSD的發病和病程進展起著重要作用。以往的研究表明VD對人類適應性免疫細胞具有一定的影響,并顯示了VD激活酶和VD受體(vitamin D receptor,VDR)在T細胞、B細胞及免疫球蛋白(immunoglobulins,Ig)中的表達,結果顯示，VD可抑制B細胞突然增殖和分化，從而減少Ig分泌[11-12]，影響T細胞增殖和成熟，VD[1,25(OH)2D3]對免疫細胞的影響[13-14]見圖3。

圖3 VD[1,25(OH)2D3]對免疫細胞的影響

2.1VD調節T Cells的發育和分化 目前認為,VD缺乏會影響免疫系統，特別是T細胞介導的免疫，它能減少促炎細胞因子的產生、增強調節性T細胞的活性[15]。所有免疫系統細胞都表達VDR來傳遞VD信號。除了細胞因子環境外，VD是CD4+T細胞分化的重要因素[16]。體外研究表明,1,25(OH)2D3通過促進免疫調節性T輔助細胞2(Th2)和調節性T細胞(Treg)分化來調節CD4+T細胞的分化[17]。活化的T細胞表達CYP27B1，并有能力產生足夠的1,25(OH)2D3，以此來影響VD反應基因。Palmer等[18]研究發現，1,25(OH)2D3影響Th17和Th9細胞的發育，包括白細胞介素22表達細胞，同時增加白細胞介素10活性細胞的頻率。與Th17和Th9細胞相比,1,25(OH)2D3對Th1細胞的影響不大，反映出VDR水平顯著降低。因此，白細胞介素10在Th9細胞培養中的誘導是1,25(OH)2D3影響Th9發育的一個重要機制，但不能解釋對Th17細胞的抑制作用。這表明VD缺乏可能通過促進Th17和Th9細胞的正常生成而促進自身免疫，而犧牲調節性白細胞介素10生成的T細胞。有動物研究表明，VD通過調節Th17效應物反應而抑制自身免疫[19]。Fawaz等[20]研究發現，25(OH)D3和1,25(OH)2D3都降低了致病性Th17標記物的表達，降低其分泌炎性細胞因子(白細胞介素17A、干擾素γ)的能力。此外，在VD的影響下，活化的CD4+T細胞表現出更高頻率的CD4+CD25hiCTLA-4+FOXP3+細胞，在體外對活化應答細胞進行檢測時，顯示出具有抑制作用。兩種VD均能增加Th17極化CD4+T細胞VDRmRNA的表達，并均勻地轉運到細胞核。此外,大量證據表明在VD的作用下，免疫系統可恢復到抗炎的最佳狀態,同時保持足夠的免疫反應性。Dankers等[21]研究發現，VD在增加Treg細胞的數量中起著重要作用，從而導致促炎性細胞因子的產生減少。Peelen等[22]研究發現，VD可以抑制樹突狀細胞(dendritic cell，DC)的完全成熟，使Th1/Th2平衡偏向Th2細胞,并增加Treg細胞的數量。這些所有的研究都有助于認識VD在T細胞的發育和分化中的重要作用。

2.2VD抑制B Cells增殖和分化 VD的有益作用與免疫系統的不同細胞有關,而B細胞在自身免疫性疾病的發病機制中起著重要作用。但目前更多的研究是針對T細胞,在一定程度上忽略了VD對B細胞的直接作用。免疫系統中激活的細胞表達于VDR,同T細胞一樣,活躍的B細胞也表達VDR。雖然靜息狀態下的B細胞VDR mRNA水平較低，但仍可檢測到[23]，B細胞激活后上調VDR[24]。此外,由于細胞色素P450代謝酶CYP27B1和CYP24A1的調節表達,B細胞具有控制活性VD的潛力。因此，B細胞參與VD介導的免疫穩態,包括血漿細胞的生成。人類B細胞組成性地表達低水平VDR，而VDR在B細胞刺激時上調，因此,VDR在激活的B細胞中起著重要作用[25]。Marques等[26]發現，1,25(OH)2D3可調節免疫反應，VD可通過抑制B細胞分化來干擾漿細胞的抗體產生。Chen等[27]進一步證實1,25(OH)2D3可抑制激活的B細胞的持續增殖并誘導其凋亡,而初始細胞分裂卻不受阻礙。1,25(OH)2D3可顯著抑制血漿細胞和開關后記憶B細胞的生成，但與B細胞分化有關的遺傳程序上調僅受到輕微影響。B細胞表達與VD活性有關的蛋白質的mRNAs，包括1α-羥化酶、24-羥化酶和VDR,它們都受1,25(OH)2D3活化的調控。1,25(OH)2D3上調p27的表達,但不上調p18和p21的表達，這可能在調節活化B細胞的增殖和隨后的分化中起重要作用。

2.3VD降低免疫球蛋白(immunog lobulin,Ig)的數量 VD對Ig的影響主要是通過其影響B細胞的增殖和分化來實現的。研究表明，1,25(OH)2D3可調節B細胞的產生和Ig的分泌。Hartmann等[28]證實，通過添加1,25(OH)2D3,可以減少各種刺激物誘導的IgA、IgE、IgG和IgM的體外分泌。在VD存在下培養純化B細胞的研究表明,血漿細胞的百分比和絕對數量以及IgA、IgG和IgM水平下降[29]。Schoindr等[30]研究發現，降鈣素減少表達VDR的活化B細胞增殖，誘導其凋亡，抑制血漿細胞分化，從而抑制IgG和IgM的分泌，并抑制B存儲器細胞的生成。Gupta等[31]在調查血清25(OH)D3與總IgE水平之間的關系時，發現兒童、青少年和成人血清25(OH)D3水平與總IgE水平呈負相關[32]。Chen等[27]研究發現，通過抗CD40/抗IgM/白細胞介素21的適應性途徑誘導增殖活化的人B細胞，在1,25(OH)2D存在下培養數天后會發生凋亡。添加1,25(OH)2D不影響細胞的初始分裂，但由于誘導細胞凋亡，阻止了持續的增殖。此外，在存在1,25(OH)2D的情況下，觀察到漿細胞(定義為CD19+/-CD38+CD27+淋巴細胞)的頻率和數量減少。這涉及產生IgG和IgM的漿細胞，導致IgG和IgM的總量減少[27]。Shaygannejad等[33]評估了29例NMOSD患者的IgG-NMO水平，發現IgG-NMO陰性患者的日光暴露量表評分(P=0.01)和25(OH)D3(P=0.04)顯著高于IgG-NMO陽性患者。所有受試者的日光暴露量表與血清25(OH)D3水平呈正相關(r=0.747，P<0.001)關系。因此，VD的生理變化可能對NMO患者的IgG-NMO合成產生顯著影響。NMOSD是一種中樞神經系統炎癥性疾病，IgG自身抗體可能對水通道蛋白4(aquaporin 4,AQP4)起致病作用。VD可調節B細胞功能，降低IgG合成，并在NMOSD和NMO的發病機制中起重要作用。

3 VD治療NMOSD的現狀

由于VD在維持機體的健康中起著的重要作用,以及作為一種重要的免疫調節劑而成為關注的焦點。VD和VD類似物在許多情況下都具有一定的治療作用。

3.1VD治療NMOSD的基礎研究 VD具有髓鞘保護作用，而不依賴于T淋巴細胞的活化和浸潤。飲食中VD的高含量與少突膠質細胞死亡和脫髓鞘過程中白質小膠質細胞活化/巨噬細胞浸潤較弱有關。此外，通過研究還發現VD的代謝通過抑制DC的分化和對成熟刺激的脫敏作用而發揮免疫調節作用[33]。據報道，VD通過其免疫調節、抗炎和直接的神經保護活性，對實驗性自身免疫性腦脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis,EAE)疾病起積極作用。Jafarzadeh等[34]通過動物實驗證實，磷酸鹽緩沖鹽水(phosphate buffered Saline,PBS)組EAE小鼠脊髓白細胞介素17、白細胞介素23p19、白細胞介素23p40、趨化因子20(chemokine ligand20,CCL20)、CCL22、趨化因子受體4(chemokine receptor4,CCR4)的表達及血清白細胞介素17、白細胞介素23水平均顯著高于健康組。與PBS組EAE小鼠相比，VD治療EAE小鼠中,上述細胞因子的表達顯著降低。VD可下調EAE小鼠某些炎性細胞因子、趨化因子及趨化因子受體的表達。Xie等[35]通過1,25(OH)2D3誘導耐受性DC,并將耐受性DC轉移到EAE小鼠中發現,耐受性DC抑制了Th1和Th17細胞向脊髓浸潤，并提高了Treg(CD4+CD25+Foxp3+)、CD4+IL-10T細胞和Breg(CD19+CD5+CD1d+)的比例來改善EAE。盡管VD可誘導EAE小鼠脾臟、淋巴結和脊髓中Treg細胞的發育，但其對EAE的抑制作用是通過白細胞介素10介導途徑實現的[36]。Mayne等[37]發現,在小鼠自身免疫模型中補充VD已被證明具有預防和治療的益處。Joshi等[38]發現,VD的活性形式1,25(OH)2D3對人和小鼠T細胞中白細胞介素17A的表達有直接的抑制作用。用1,25(OH)2D3對EAE小鼠進行體內治療可減少殘疾和疾病進展，并減少外周和中樞神經系統分泌白細胞介素17A的CD4+T細胞。Urry等[39]研究發現,在人類疾病的動物模型中，注射1α-25VD3可成功治療移植排斥反應和一系列自身免疫疾病，包括抗視網膜自身免疫[37]。

3.2VD治療NMOSD的臨床研究 VD在NMOSD的治療中觀察到了良好的療效及安全性。Lucas等[40]通過招募中樞神經系統脫髓鞘患者進行研究，發現陽光照射不足和VD缺乏是中樞神經系統脫髓鞘性病變的獨立危險因素，VD的水平與中樞神經系統脫髓鞘患者的殘疾率之間呈負相關。Kusumadewi等[41]研究發現，陽光照射與VD水平呈正相關，紫外線輻射水平低是VD缺乏的主要原因。通過陽光照射增加NMOSD患者體內的VD含量，進而治療NMOSD患者。另一項來自土耳其的研究[42]發現，與22例健康對照組相比，24例NMOSD患者和19例多發性硬化(multiple sclerosis,MS)患者的VD水平較低。AQP4抗體狀態既不影響VD水平，也不與年齡、復發次數和Kurtzke擴展殘疾狀況評分量表(Expanded Disability Status Scale,EDSS)評分相關。與復發性疾病相比，單相脊髓炎癥患者的VD水平顯著降低，VD不足與復發風險增加等因素相關。目前還沒有專門研究MOG抗體患者的VD水平的研究[43]。Palmer等[44]通過研究發現，使用缺乏白細胞介素10的細胞或阻斷白細胞介素10信號的抗體可以消除1,25(OH)2D3對Th9細胞的抑制作用。人源化抗白細胞介素6受體單克隆抗體托珠單抗阻斷白細胞介素6通路已被認為是治療NMOSD的一種新方法[45]，Luo等[46]研究發現，1,25(OH)2D3可以通過減少患者外周血單個核細胞中白細胞介素6的分泌從而達到阻斷白細胞介素6通路，進而治療NMOSD。因此,從VD治療NMOSD的作用機制、基礎研究及臨床研究來看,VD是治療NMOSD具有廣泛前景的藥物。

4 VD水平與NMOSD患者預后

基礎、遺傳及流行病學研究表明,VD在預防和治療自身免疫性疾病方面具有潛在的作用。研究發現，檢測25(OH)D可以更好地了解NMOSD患者的VD狀況，因此它是識別VD缺乏癥的標志。NMOSD患者VD水平更低，低水平25(OH)D/25(OH)D3可能是NMOSD患者疾病活動的危險因素[47],因此VD缺乏會導致患自身免疫性疾病的風險增加。Mora等[48]研究發現，VD水平與壽命存在相關關系，較高VD水平可阻礙機體免疫功能的衰老。還有學者[49]認為，自身免疫性疾病患者往往具有低水平的25(OH)D3，這種低水平的25(OH)D3與殘疾或疾病活動有關。VD在NMOSD中發揮重要作用,是參與免疫途徑的重要因素。Min等[49]通過臨床研究發現，51例血清AQP4抗體陽性的NMOSD患者的VD水平明顯低于204例健康對照組，且病程較長的NMOSD患者VD水平較高,并且發現VD水平越高，Kurtzke擴展殘疾狀態量表測量的神經功能殘疾越少，說明血清VD水平反映了NMOSD患者的殘疾狀況,VD缺乏可能對NMOSD患者病程產生不利影響。因此,血清VD水平可反映NMOSD的進展狀況，VD缺乏可能對NMOSD的發生發展產生不利影響[50]。Becklund等[51]研究顯示，NMOSD患者的VD水平降低,在另一項研究[52]中發現VD水平與患者復發率、殘疾進展和腦MRI新病變呈負相關。Shan等[53]通過研究證實，與116例健康對照組相比，58例NMOSD患者的VD水平更低，43例復發期間NMOSD患者的VD水平低于15例緩解期NMOSD患者。Simpson等[54]通過研究發現,VD水平與異基因干細胞移植后患者的預后相關，VD可能調節免疫反應,從而影響移植物抗宿主病的風險。此外,在移植環境中，VD對免疫系統的影響也可能影響患者的預后,在這方面,不同的研究評估了造血干細胞移植前VD水平與感染、移植物抗宿主病和移植后復發風險之間的關系[55]。因此,VD缺乏應該是NMOSD患者的高危致病因素,體內VD水平與NMOSD患者預后存在密切關系，對于VD水平較低的NMOSD患者，建議及時補充VD，可在一定程度上降低NMOSD的復發率和致殘率。

5 總結與展望

綜上所述,NMOSD是神經科的一種難治性疾病,VD通過參與T細胞的發育和分化、抑制B細胞增殖和分化以及降低Ig的數量等方面來影響NMOSD,在NMOSD發病機制中起著至關重要的作用。VD的水平及含量與NMOSD的進展及預后密切相關。基礎研究及臨床觀察證實VD可通過多途徑、多環節來調節免疫反應,對NMOSD患者具有一定的治療作用。