維生素D在消化系統(tǒng)腫瘤中的研究進展

韓幫嶺 汪亦民 綜述 薛英威 審校

維生素D的傳統(tǒng)作用是以鈣和骨代謝的控制為中心，對鈣穩(wěn)態(tài)具有經(jīng)典的調(diào)節(jié)作用。此外維生素D還涉及多種疾病的發(fā)生，如病理性骨折、糖尿病、高血壓、心血管疾病和癌癥[1]。近期，相關(guān)研究強調(diào)維生素D在多種癌癥發(fā)生和進展中的作用，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)低水平維生素D與乳腺癌、結(jié)腸癌和前列腺癌風險增加有關(guān)[2]。維生素D可參與細胞周期調(diào)控、細胞增殖、細胞凋亡和細胞信號傳導，因此認為其可能在腫瘤形成過程中發(fā)揮重要作用[3]。目前我國消化系統(tǒng)腫瘤的發(fā)病率和死亡率均較高，由于早期癥狀不明顯和缺乏簡單易行的篩查方法，許多患者確診時錯過了手術(shù)治療的最佳時機，極大的影響了患者預后生存。因此，尋找新的有效生物標志物和輔助治療方法對提高消化系統(tǒng)腫瘤的早期診斷率，以及對術(shù)后病情發(fā)展評估和監(jiān)測都顯得尤為重要[4]。消化系統(tǒng)腫瘤復雜的發(fā)病機制和信號傳導通路一直是臨床基礎研究的難點和熱點，探討維生素D及維生素D受體與消化系統(tǒng)腫瘤的關(guān)系有助于對消化系統(tǒng)腫瘤發(fā)病機制做進一步了解。

1 維生素D和維生素D受體

1.1 維生素D

體內(nèi)的維生素D主要由皮膚中7-脫氫膽固醇經(jīng)日光中的紫外線照射轉(zhuǎn)化而來，也可從肝、乳、魚肝油等食物中獲取[5]。維生素D活性激活需要進一步轉(zhuǎn)化，首先在肝臟經(jīng)25-羥化酶催化為具有一定生物活性的25-羥維生素D3(25-(OH)2D3)，然后在腎近端小管1α-羥化酶的催化下生成活性更高的1，25(OH)2D3。目前認為維生素D是一種類固醇激素，維生素D家族成員中最重要的成員是麥角鈣化醇(VD2)和膽鈣化醇(VD3)[6]。

1.2 維生素D受體

維生素D受體(VDR)分為細胞核受體(nVDR)和細胞膜受體(mVDR)兩大類，nVDR屬于核受體超家族成員，核受體超家族是由甾體類激素核受體、甲狀腺激素核受體和類視黃醇X受體組成，nVDR是介導維生素D發(fā)揮生物效應的主要途徑。維生素D除了通過nVDR產(chǎn)生基因效應作用于靶細胞外，還存在由mVDR介導的快速非基因效應，該效應的產(chǎn)生和完成所需要的時間僅為數(shù)秒到數(shù)分鐘，而基因效應通常需要數(shù)小時到數(shù)天才可以顯現(xiàn)出來[7]。維生素D通過與VDR結(jié)合表達活性，VDR在所有的身體組織中均有表達，因此維生素D可表現(xiàn)出骨骼外效應。VDR基因由9個外顯子和8個內(nèi)含子組成，它具有能夠產(chǎn)生多種組織特異性轉(zhuǎn)錄物的啟動子區(qū)域[3-8]。目前已知維生素D反應元件可以控制細胞周期相關(guān)過程如細胞生長、分化、凋亡、侵襲和腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移，其過程影響多個基因表達：如p21/WAF1、cyclin E、nm23H1、c-fms和c-fos。應用限制性片斷長度多態(tài)性多聚酶鏈反應技術(shù)(PCR-RFLP)研究發(fā)現(xiàn)，VDR基因序列上存在多個內(nèi)切酶酶切位點，證實了VDR基因具有明顯的多態(tài)性，不同區(qū)域的多態(tài)性位點對VDR基因表達產(chǎn)生的影響不同，并且這種影響與其所在細胞的類型、分化階段和活性狀態(tài)有關(guān)[9]。

2 維生素D與消化系統(tǒng)腫瘤

2.1 食管癌

食管癌是一種常見的消化系統(tǒng)惡性腫瘤，其中鱗狀細胞癌是最常見的病理類型，占95%以上，腺癌少見，大量吸煙或酗酒均會增加食管癌的發(fā)病率[10]。食管癌患者就診時大多是伴有吞咽困難的中晚期，多數(shù)患者在確診后第一年死亡[11]。維生素D在食管癌發(fā)生過程中通過降低環(huán)氧合酶2(COX-2)的促疾病效應和活性氧簇(ROS)的基因毒性抑制細胞化生和腫瘤形成[12]。維生素D還在膽汁酸代謝中起促進作用，石膽酸(LCA)是一種有毒性的次級性膽汁酸，易在膽汁反流中引發(fā)食管炎癥反應，而在這些炎癥過程中有可能導致化生或啟動癌變的基因表型，石膽酸可被細胞色素CYP3A分解代謝，維生素D可與VDR相互作用上調(diào)細胞色素CYP3A的轉(zhuǎn)錄水平，增加LCA的分解代謝率，降低膽汁酸反流引發(fā)腫瘤的風險[14]。VDR和食管癌的研究以腺癌居多，在食管腺癌中VDR表達水平隨著腫瘤去分化而下降，VDR在腫瘤轉(zhuǎn)化過程中轉(zhuǎn)位至細胞質(zhì)，在巴雷特食管(Barrett食管)中，正常的鱗狀上皮被柱狀上皮所取代這，與食管正常鱗狀上皮相比，VDR在Barrett食管黏膜中表達不受調(diào)節(jié)[13-14]。在食管鱗狀細胞癌(ESCC)細胞中VDR基因的多態(tài)性和不良的預后相關(guān)[15]。這些結(jié)果表明維生素D可能對食管癌有化學預防作用，而維生素D干預可能降低疾病風險。

2.2 胃癌

胃癌(Gastric carcinoma)是源于胃黏膜上皮的惡性腫瘤，由于工作壓力增大、飲食結(jié)構(gòu)的改變以及幽門螺桿菌感染等原因，使得胃癌發(fā)病呈現(xiàn)年輕化傾向[16]。絕大多數(shù)胃癌屬于腺癌，早期無明顯癥狀或僅出現(xiàn)上腹不適、噯氣等非特異性癥狀，常與胃炎、胃潰瘍等胃慢性疾病癥狀相似，易被忽略，導致胃癌的早期診斷率較低。維生素D在胃癌發(fā)生過程中起重要作用，血清維生素D水平升高降低了胃癌風險[17]。Bao等[18]實驗研究發(fā)現(xiàn)1，25(OH)2D3可以誘導胃癌細胞的凋亡，進一步支持維生素D在胃癌中的抗腫瘤作用。維生素D通過Hedgehog信號通路發(fā)揮作用，Hedgehog信號通路的異常激活與腫瘤發(fā)生有關(guān)，很多參與腫瘤細胞增殖、擴散的效應分子(如n-Myc、EGF、CyclinD、CyclinE、CyclinB、BMP等)被證明是Hedgehog信號通路的靶基因或下游分子，維生素D通過抑制胃癌細胞中Patched1和Gli1基因在內(nèi)的多種Hedgehog信號傳導目標基因的表達來降低癌細胞活力[19]。維生素D還可以通過調(diào)節(jié)細胞外微環(huán)境阻礙胃癌進展，如通過中斷腫瘤上皮細胞與微環(huán)境之間的交叉影響[20]。此外，功能性VDR元件在PTEN基因(抑癌基因家族中的一種)啟動子中發(fā)現(xiàn)，表明VDR可能在調(diào)控PTEN表達中發(fā)揮作用。以上研究結(jié)果證明了維生素D水平是影響胃癌患者預后的重要因素，維生素D缺乏可能與預后不良有關(guān)。

2.3 肝癌

肝癌(Liver cancer)是發(fā)病率和死亡率均較高的惡性腫瘤，可分為原發(fā)性和繼發(fā)性兩大類。近年來，雖然肝癌的診斷和治療有了顯著的進展，但肝癌患者的預后仍然不容樂觀。部分肝切除是肝癌患者首選的治療方法，預測不良結(jié)果肝內(nèi)復發(fā)和轉(zhuǎn)移是肝癌術(shù)后臨床監(jiān)測面臨的主要挑戰(zhàn)[21]。研究表明，肝細胞肝癌(Hepatocellular carcinoma，HCC)和膽管細胞癌(Cholangiocarcinoma，CCH)均高水平表達細胞色素CYP24A1(25-羥維生素D3-24-羥基化酶)，其可使維生素D分解代謝加快，維生素D水平降低有利于腫瘤生長，在對照組中使用維生素D治療降低了HCC和CCH細胞系的細胞增殖率[22]。維生素D還可以調(diào)節(jié)肝癌中多種基因和蛋白質(zhì)表達，其中比較重要的是對轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)信號通路的抑制，TGF-β受體復合物通過磷酸化激活Smads信號通路，參與目標基因表達的調(diào)控，調(diào)節(jié)靶基因參與不同的病理過程，如結(jié)締組織沉積、G1/S期細胞周期阻滯、誘導細胞凋亡、免疫抑制和腫瘤發(fā)生[23]。在肝癌微環(huán)境改變方面維生素D還可作為抗纖維化藥物，維生素D的抗纖維化作用表現(xiàn)在抑制肝星狀細胞增殖，抑制細胞周期蛋白D1(Cyclin D1)、金屬蛋白酶組織抑制因子1(TIMP-1)和膠原蛋白的表達[24]。因此，維生素D或其類似物在肝癌中是有效的癌細胞抑制劑或凋亡劑。

2.4 胰腺癌

胰腺癌是一種惡性程度較高，診斷和治療都很困難的消化道惡性腫瘤，治愈率較低且5年生存率<1%[25]。胰腺癌的病因尚不清楚，其發(fā)生與吸煙、飲酒、高熱量飲食、環(huán)境污染及遺傳因素相關(guān)。Cho等[26]研究發(fā)現(xiàn)胰腺癌患者維生素D水平異常，低水平維生素D與胰腺癌Ⅲ、Ⅳ期患者生存率較差相關(guān)。維生素D在胰腺癌中的抗腫瘤作用通過調(diào)控細胞周期、AMP依賴蛋白激酶(AMPK)信號途徑和磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)/Akt途徑來抑制癌細胞的侵襲和遷移。維生素D改變細胞周期主要通過對關(guān)鍵酶和節(jié)點的調(diào)控，如G0/G1細胞周期停滯因細胞周期蛋白依賴性激酶(CDK)或細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑(CDKI)活性改變[27]。AMPK是生物能量代謝調(diào)節(jié)的關(guān)鍵分子，實驗室中5-氨基咪唑-4-甲酰胺核糖核苷酸(AICAR)可做為AMPK激動劑，Rattan等[28]發(fā)現(xiàn)當維生素D和AICAR聯(lián)合應用時，癌細胞停滯在S期并激活細胞周期蛋白p21、p27、p53和AMPK以及抑制PI3K，然而單獨使用AICAR重復實驗時效果降低60%～85%，說明維生素D在此過程中的效果應被重視。前瞻性研究匯總分析維生素D和胰腺癌的風險關(guān)系顯示了不同的結(jié)果，這種差異的原因尚不清楚[25]。考慮流行病學研究干擾因素的不確定性，仍可認為維生素D在胰腺癌的治療中是有價值的。

2.5 結(jié)直腸癌

結(jié)腸直腸癌是消化系統(tǒng)中常見的惡性腫瘤，男性較女性多發(fā)，其發(fā)病與生活方式、遺傳、大腸腺瘤等關(guān)系密切。早期癥狀不明顯或無癥狀，中晚期多為消化系統(tǒng)異常表現(xiàn)如腸梗阻、排便習慣改變，伴或不伴貧血和消瘦等全身癥狀[29]。早在1980年，Garland等[30]研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)腸癌的發(fā)病率與太陽輻射呈負相關(guān)，并提出了維生素D對結(jié)腸癌可能有預防作用的觀點。多年來，許多相關(guān)研究報道了維生素D在結(jié)直腸癌中的抗腫瘤作用。維生素D通過上調(diào)促凋亡蛋白BAK1和BAX，下調(diào)抗凋亡蛋白BAG1、BIRC5和BCL2(B-cell lymphoma-2)誘導結(jié)直腸癌細胞的凋亡[31]。有研究提出維生素D可調(diào)節(jié)腸道微生物菌群，在葡聚糖硫酸鈉誘導的結(jié)腸炎模型中，與維生素D充足飲食的小鼠相比，維生素D缺乏飲食的小鼠顯示更明顯的結(jié)腸炎癥狀和細菌濃度升高[32]。已知人細胞色素P450家族成員27B1蛋白(CYP27B1)可以降解維生素D，向基因CYP27B1敲除的小鼠補充維生素D(1.25 Sg/100 g飲食)可降低螺桿菌數(shù)量和結(jié)腸炎嚴重程度[33]。Alvarez-Diaz等[34]報道MicroRNA(miRNA)也參與了維生素D的抗腫瘤作用，miR-22在多種結(jié)直腸癌細胞系中以時間、劑量和VDR依賴性方式被維生素D誘導，在表達VDR的SW480-ADH和HCT116細胞中，miR-22是維生素D抗增殖和抗遷移作用所必需的，可以推斷miR-22可能是參與VDR介導維生素D抗腫瘤作用的重要環(huán)節(jié)。維生素D可能通過影響癌細胞凋亡、菌群調(diào)節(jié)和miRNA降低結(jié)直腸癌的發(fā)病風險，維生素D或其類似物的功能研究為其在結(jié)直腸癌中的抗腫瘤作用提供了支持性證據(jù)。

3 小結(jié)與展望

維生素D在VDR介導的消化系統(tǒng)腫瘤中通過多種細胞機制表現(xiàn)出抗腫瘤作用，如抑制分化、增殖、轉(zhuǎn)移和侵襲，誘導細胞周期阻滯和凋亡。然而，臨床應用高劑量維生素D治療癌癥時受阻，因大劑量使用維生素D出現(xiàn)嚴重的副作用高鈣血癥可以引起多種器官功能障礙，甚至引起致命性心律不齊。因此，開發(fā)副作用少、效果相同或甚至比1，25(OH)2D3效果更好的維生素D類似物在抑制腫瘤的治療中有更好的前景。在對維生素D的作用機制有更好的生物學解釋之前，對建議維持健康人群增加維生素D濃度以預防癌癥的指導方針和推薦為抗癌藥物時應小心謹慎，且有必要進行臨床試驗。維生素D和腫瘤之間的關(guān)系為未來的研究提供了一個新的方向，迅速發(fā)展的生物科學技術(shù)可能會更多地闡明維生素D與消化系統(tǒng)腫瘤之間的關(guān)聯(lián)機制。