維生素D與兒童感染性疾病相關(guān)性及其抗感染機(jī)制研究

吳依然，張 敏，崔明明，張文平

(1. 首都兒科研究所兒童發(fā)育營養(yǎng)組學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100020； 2. 山西醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，山西 太原 030009)

維生素D是對兒童生長發(fā)育至關(guān)重要的脂溶性維生素，是類固醇類激素超家族中的一員。維生素D除調(diào)節(jié)鈣磷代謝，維持骨骼健康的經(jīng)典作用外，還具有重要的免疫調(diào)節(jié)和抗感染作用。維生素D低水平與多種感染性疾病的發(fā)生、進(jìn)展相關(guān)，維生素D增補(bǔ)被用于治療與預(yù)防多種感染性疾病。兒童生長發(fā)育迅速，對維生素D需求量大，結(jié)合陽光暴露不足，家庭對維生素D增補(bǔ)重視不夠等因素，易導(dǎo)致兒童維生素D缺乏,是維生素D缺乏的高危人群。兒童維生素D營養(yǎng)狀況評估，早期診斷維生素D缺乏與不足及精準(zhǔn)增補(bǔ)對兒童維生素D缺乏預(yù)防和感染性疾病防治極為重要。本文就維生素D營養(yǎng)狀況與兒童感染性疾病的相關(guān)性及其抗感染機(jī)制進(jìn)行簡要綜述。

1 維生素D及其營養(yǎng)狀況評估

維生素D是對兒童生長發(fā)育至關(guān)重要的脂溶性維生素，也是生物學(xué)效應(yīng)廣泛的一種類固醇激素。兒童體內(nèi)的維生素D通過內(nèi)源合成和外源攝入兩種途徑獲得[1]。內(nèi)源性維生素D3主要由表皮和真皮層的7-脫氫膽固醇經(jīng)紫外線照射轉(zhuǎn)變而來。大部分天然食物只含有極少量維生素D，外源攝入的維生素D(維生素D3和D2)主要來源于強(qiáng)化劑或強(qiáng)化食物。兒童常用的維生素D強(qiáng)化劑(強(qiáng)化食物)包括嬰幼兒配方奶、魚肝油、伊可新及多種維生素混合補(bǔ)充劑等[2-3]。維生素D含量相對豐富的天然食物包括鱈魚、金槍魚(230 IU/100 g)、鯖魚(250 IU/100 g)等魚類，以及奶類和動物肝臟等[2]。吸收入血的維生素D通過與結(jié)合蛋白結(jié)合而運(yùn)輸?shù)礁?，在肝?nèi)經(jīng)25α羥化酶作用轉(zhuǎn)化為25-羥維生素D (25-OH-D)，隨后轉(zhuǎn)運(yùn)至表達(dá)1α羥化酶 (CYP27B1)的腎、淋巴細(xì)胞、抗原提呈細(xì)胞等，經(jīng)CYP27B1催化轉(zhuǎn)化為1, 25-二羥維生素D (1, 25-OH2-D)，即維生素D的活性形式[4]。1, 25-OH2-D與位于靶器官內(nèi)的維生素D受體(vitamin D receptor, VDR)結(jié)合，發(fā)揮其調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞功能，調(diào)節(jié)基因表達(dá)等多方面作用。25-OH-D 因其在血液中濃度高，半衰期長，更加穩(wěn)定等特點(diǎn)，被認(rèn)為是維生素D營養(yǎng)狀況評估的最佳指標(biāo)[5]。因維生素D生物學(xué)效應(yīng)廣泛，目前對血清25-OH-D的最佳生物參考區(qū)間尚有爭議。依據(jù)2016版佝僂病全球共識[6]，僅從鈣磷代謝及骨骼健康角度，維生素D營養(yǎng)狀況評估標(biāo)準(zhǔn)為：充足，血清25-OH-D>20 ng/mL；不足，12 ng/mL≤25-OH-D≤20 ng/mL;缺乏：25-OH-D<12 ng/mL。

2 維生素D與兒童感染性疾病的相關(guān)性

維生素D低水平與兒童多種感染性疾病相關(guān)。維生素D缺乏與兒童呼吸道疾病的相關(guān)性最早在結(jié)核病中被發(fā)現(xiàn)， 患有肺結(jié)核病或處于潛伏期的結(jié)核病兒童血清維生素D水平低于正常對照組，且用富含維生素D的鱈魚肝油治療可改善疾病預(yù)后[7]。此外，維生素D不足還是急性呼吸道感染(acute respiratory infection, ARI)、胃腸道感染的風(fēng)險(xiǎn)因素， Science等[8]調(diào)查了加拿大743名3～15歲罹患上呼吸道感染的兒童，結(jié)果顯示隨著維生素D缺乏程度的增加，罹患上呼吸道感染的風(fēng)險(xiǎn)也增加。Berry 等[9]回顧性研究表明，血清25-OH-D水平與ARI發(fā)病率呈負(fù)相關(guān)，與肺功能呈正相關(guān)，血清25-OH-D每增加10 nmol/L，呼吸道感染風(fēng)險(xiǎn)降低7%，而 1 s內(nèi)強(qiáng)制呼氣量(FEV1)可增加8 mL。Thornton 等[10]發(fā)現(xiàn)維生素D缺乏兒童發(fā)生胃腸道感染的次數(shù)(嘔吐、腹瀉)高于維生素D充足的對照組兒童。膿毒癥相關(guān)薈萃性研究[11]表明，兒童維生素D缺乏和膿毒癥發(fā)病率及疾病嚴(yán)重程度之間有明顯的相關(guān)性。早發(fā)型膿毒癥新生兒(足月新生兒)血清25-OH-D水平低于健康對照組，且血清25-OH-D水平與C反應(yīng)蛋白水平(C-reactive protein, CRP)呈負(fù)相關(guān)[12]。近年來研究發(fā)現(xiàn)，維生素D水平與兒童中耳炎發(fā)病相關(guān)。中耳炎患兒血清25-OH-D水平低于對照組健康兒童[13]，患復(fù)發(fā)性中耳炎疾病兒童維生素D缺乏常見，當(dāng)血清25-OH-D 水平<30 ng/mL時復(fù)發(fā)性中耳炎發(fā)生率增加[14]。維生素D水平與兒童感染性疾病相關(guān)性病例對照研究結(jié)果見表1。

表1 維生素D水平與兒童感染性疾病相關(guān)性病例對照研究結(jié)果

3 維生素D干預(yù)研究結(jié)果

早在1000多年前，日光浴就被用于治療結(jié)核病[27]。近年來多種感染性疾病伴隨維生素D 低水平被更多的發(fā)現(xiàn)和關(guān)注，維生素D增補(bǔ)被應(yīng)用于一些感染性疾病的治療與預(yù)防。維生素D(300 IU/d)干預(yù)組兒童ARI發(fā)病率低于安慰劑組兒童[28]，在先前患有哮喘的兒童中，補(bǔ)充維生素D可使哮喘加重的風(fēng)險(xiǎn)降低74%[29]，維生素D補(bǔ)充組(1 200 IU/d,12月—次年3月份，補(bǔ)充時間為4個月)兒童冬季甲型流感的發(fā)生率低于安慰劑組兒童[30]。Hagag等[31]學(xué)者對60例膿毒癥新生兒進(jìn)行研究，顯示抗菌藥物聯(lián)合維生素D增補(bǔ)組新生兒在治療后第3、7、10天時，膿毒癥評分和超敏C反應(yīng)蛋白(hypersensitive C-reactive protein, Hs-CRP)水平均低于單純抗菌藥物治療組(P<0.05)，提示維生素D增補(bǔ)有助于減輕疾病進(jìn)展。復(fù)發(fā)性中耳炎患兒(6個月內(nèi)發(fā)作次數(shù)≥3次或12個月內(nèi)發(fā)作次數(shù)≥4次)的隨機(jī)雙盲對照試驗(yàn)表明，維生素D治療組(1 000 IU/d，補(bǔ)充時間為4個月)復(fù)發(fā)次數(shù)明顯低于對照組(P<0.05)[32]。見表2。

表2 兒童感染性疾病維生素D干預(yù)試驗(yàn)結(jié)果

4 維生素D抗感染機(jī)制

維生素D發(fā)揮抗感染機(jī)制是通過與免疫細(xì)胞上的維生素D受體VDR結(jié)合發(fā)揮作用。幾乎所有類型的免疫細(xì)胞均表達(dá)VDR，VDR分為核受體(nVDR)和膜受體(mVDR)[32]。1, 25-OH2-D通過與位于細(xì)胞核的VDR結(jié)合，發(fā)揮其對免疫細(xì)胞和炎性細(xì)胞因子的調(diào)節(jié)、激活和增殖作用。核維生素D受體(nVDR)屬于配體依賴性轉(zhuǎn)錄因子，1, 25-OH2-D與nVDR 結(jié)合后，進(jìn)一步與維甲酸核受體(RXR) 結(jié)合，所形成的1, 25-OH2-D-VDR-RXR復(fù)合物特異性結(jié)合位于靶基因的維生素D反應(yīng)原件(VDREs)，進(jìn)而調(diào)控與影響相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄與表達(dá)[33]。體外試驗(yàn)表明，使用1, 25-OH2-D處理 CD4+T細(xì)胞后，102個基因的表達(dá)發(fā)生改變，其中57個基因表達(dá)下調(diào)，45個基因表達(dá)上調(diào)。除與nVDR結(jié)合發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用外，1, 25-OH2-D還與膜維生素D 受體(mVDR)結(jié)合，通過蛋白激酶C(PKC)、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)等信號通路調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的增殖、分化與凋亡[34]。

維生素D在先天性免疫反應(yīng)中主要通過抗菌肽發(fā)揮抗感染作用。VDR/RXR轉(zhuǎn)錄因子復(fù)合體介導(dǎo)的Cathelicidin抗菌肽基因的表達(dá)是維生素D抗菌活性的主要機(jī)制。人體內(nèi)的Cathelicidin抗菌肽，是由存在于人體各種上皮細(xì)胞(如皮膚、呼吸道和胃腸道)及免疫系統(tǒng)細(xì)胞(包括中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞)中的抗菌蛋白hcap-18裂解產(chǎn)生的。感染狀態(tài)下，病原體與這些細(xì)胞表面Toll樣受體及1α羥化酶結(jié)合，誘導(dǎo)維生素D活化成有活性的1,25-OH2-D，1,25-OH2-D隨后上調(diào)人體抗菌蛋白hcap-18的mRNA表達(dá)，產(chǎn)生Cathelicidin。Cathelicidin對革蘭陽性和革蘭陰性菌以及各種病毒和真菌均顯示出抗微生物活性。Cathelicidin殺傷機(jī)制是引起微生物膜的失穩(wěn)，影響細(xì)胞膜的通透性，導(dǎo)致病原體裂解[35]。

維生素D在適應(yīng)性免疫反應(yīng)中主要通過抗原提呈細(xì)胞及T淋巴細(xì)胞等靶細(xì)胞發(fā)揮抗感染作用。樹突狀細(xì)胞是體內(nèi)功能最強(qiáng)的抗原呈遞細(xì)胞，是機(jī)體適應(yīng)性免疫應(yīng)答的啟動者。采用1,25-OH2-D刺激樹突狀細(xì)胞，可導(dǎo)致抗炎性細(xì)胞因子IL-10產(chǎn)生增加，促炎性細(xì)胞因子如腫瘤壞死因子(TNF)-α、干擾素(IFN)-γ、IL-12產(chǎn)生減少[36]。1,25-OH2-D可以促進(jìn)CD4+T調(diào)控Th1/Th2免疫偏移，1,25-OH2-D/ VDR/RXR復(fù)合物可與人IFN-γ啟動子中的沉默子區(qū)結(jié)合，抑制Th1細(xì)胞中的促炎細(xì)胞因子IFN-γ產(chǎn)生，減緩機(jī)體的炎癥反應(yīng)[37]。

綜上所述，維生素D具有重要的免疫調(diào)節(jié)功能，維生素D營養(yǎng)狀況不佳是兒童多種感染性疾病的風(fēng)險(xiǎn)因素，因此，維持良好的維生素D營養(yǎng)狀況對兒童感染性疾病的預(yù)防非常重要。