維生素D免疫調節(jié)的研究進展

張愛飛 馮正平

重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院內分泌科， 重慶 400016

維生素D的主要生理作用是調節(jié)礦物質穩(wěn)態(tài)與骨代謝，研究逐步發(fā)現1α-羥化酶和VDR的表達超出了經典內分泌途徑所涉及的組織，如免疫細胞和腫瘤細胞，提示維生素D具有誘導細胞分化、抑制細胞增殖、調節(jié)免疫系統(tǒng)和調控其他激素系統(tǒng)多效性作用。維生素D通過自分泌或旁分泌與維生素D受體結合，通過激活和調節(jié)多種細胞通路來調節(jié)其生物學效應，在許多疾病如內分泌疾病、慢性疾病和癌癥進展中具有重要意義。

1 概述

1.1 維生素D的來源與轉換

維生素D是一種脂溶性類固醇激素，主要形式包括來源于植物的維生素 D2(麥角骨化醇)和來源于動物的維生素 D3(膽骨化醇)[1]。人體內的維生素D僅少量來源于食物，主要由皮膚中的7-脫氫膽固醇經紫外線照射后生成。在腎臟和肝臟中，維生素D分別由25-羥化酶(CYP24A1、CYP2R1)、1α-羥化酶(CYP27B1) 兩次羥化生成具有生物活性的1, 25二羥維生素D3[1,25(OH)2D3，又稱骨化三醇][2]。在維生素D結合蛋白轉運下，1,25(OH)2D3與靶器官的維生素 D 受體(VDR) 結合發(fā)揮生物學效應。

1.2 維生素D受體

維生素D受體(vitamin D receptor，VDR)包括細胞核受體(nVDR)和細胞膜受體(mVDR)。1,25(OH)2D3作為配體在細胞核中結合 nVDR 和RXR形成一個復雜異源二聚體，1,25(OH)2D3-VDR-RXR 復合物特異性結合DNA 靶基因的啟動子區(qū)域，進而調控靶基因的轉錄蛋白合成來發(fā)揮生物功能[3]。此外，維生素D也可以與mVDR結合產生非基因組效應[4]。近年來發(fā)現[5]樹突狀細胞、巨噬細胞、T細胞、B細胞等免疫細胞中同樣存在VDR，免疫細胞也能將25(OH)D3代謝為活性形式1,25(OH)2D3。因此，維生素D對機體有免疫和適應性免疫的調控作用[6]。

2 維生素D的免疫調節(jié)作用

免疫細胞由于表達1α-羥化酶和維生素D受體，能夠合成維生素D的活性代謝物,提示了維生素D類似于細胞因子的免疫調節(jié)特性。不同于腎臟細胞，1α-羥化酶在巨噬細胞和樹突細胞中不受甲狀旁腺素、鈣和1,25(OH)2D3調節(jié),主要受干擾素(interferon,IFN)-γ和脂多糖影響[7]。近年來大量研究[6]證實維生素D無論是對固有免疫還是適應性免疫均起著重要作用。

2.1 維生素D對抗原提呈細胞的作用

抗原提呈細胞(antigen-presenting cell，APC)是可以處理抗原并以抗原肽-MHC分子復合物的形式將抗原提呈給T細胞的一類細胞。樹突狀細胞(dendritic cells，DCs)是功能最強的抗原提呈細胞。在脂多糖刺激下，維生素D通過抑制單核細胞來源的DCs的p38絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)和核因子-κB (NF-κB)信號途徑[8]調控白細胞介素(interleukin,IL)的分泌，從而抑制 DCs 分泌促炎細胞因子 IL-12、IL-23,增加抗炎細胞因子IL-10和T細胞抑制分子(programmed death 1,PD-1) 的產生，生成具有免疫耐受的誘導與維持功能的 DCs[9]。此外，維生素D可抑制DCs的成熟、分化,從而下調共刺激分子CD40,CD80,CD86和主要組織相容性復合體(MHC)Ⅱ類分子的表達。DCs是唯一能直接激活初始T細胞的專職性APC， DCs刺激信號是初始T細胞活化必不可少的條件，若維生素D阻礙DCs的成熟， 初始T細胞的激活因缺乏成熟 DCs所必需的表面分子，導致抗原特異性 T 細胞無反應。IL-12是 APC 分泌的重要細胞因子，具有促進TH1細胞增殖和分化作用，維生素D 能顯著抑制DC IL-12的產生，從而減弱DCs提呈抗原和激活免疫應答的功能，導致T細胞數量下降，活性下調。維生素D對免疫系統(tǒng)的重要作用已有較多相關研究予以證實。Moredun等[10]的研究結果表明活性維生素D誘導牛單核細胞源樹突狀細胞(monocyte-derived dendritic cells,MoDCs)免疫耐受，減少IL-12、增加IL-10的分泌，抑制MoDCs刺激T細胞的能力，從而影響免疫應答。另一研究[11]表明給予健康人群補充高劑量(480 000 IU)的維生素D可降低腸固有層CD103+DCs的數量，誘導增加轉化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor，TNF-α)以及IL - 10細胞因子mRNA的表達，上調PD1、PD-L1、CD80,、CD86共刺激分子mRNA的表達。T細胞免疫球蛋白及黏蛋白4(T cell immunogiobulin domain and mucin domain 4,TIM4)是Th2細胞分化的關鍵因子，近幾年有研究[12]認為維生素D調控DCs中TIM4表達，抑制TIM4基因的轉錄和表達，進而影響T細胞的分化。成熟DCs表達溶酶體相關膜糖蛋白3(lysosomal associated membrane glycoprotein,LAMP3)，維生素D3在樹突細胞分化和成熟過程中通過抑制NF-κB通路減少LAMP3基因轉錄和表達，從而阻礙DCs分化成熟，從而誘導耐受性DCs產生[13]。

2.2 維生素D對單核-巨噬細胞的作用

單核-巨噬細胞在固有免疫應答中起著重要作用，維生素D可以促進單核細胞向巨噬細胞分化，巨噬細胞在干擾素-γ刺激下可以在胞內合成 1,25(OH)2D3，1,25(OH)2D3作為配體與nVDR 結合發(fā)揮作用。維生素D在單核-巨噬細胞中通過自分泌途徑刺激TLR2/1、TLR4以及干擾素-γ或CD40受體[14]，被激活的受體啟動相關信號級聯(lián)反應，誘導VDR和CYP27B1表達的上調，導致25(OH)D到1,25(OH)2D3的轉換。1,25(OH)2D3與單核-巨噬細胞VDR結合致使抗菌肽、β-防御素4以及參與自噬和吞噬等多目標基因表達[15]，從而參與細胞內對病原體的破壞[16]。維生素D能夠增加巨噬細胞吞噬能力和趨化能力，能夠增強單核巨噬細胞對腫瘤細胞的趨向性和細胞毒性作用，抑制單核細胞的黏附活性。單核-巨噬細胞通過模式識別受體(pattern recognition receptor,PRR)或抗原識別受體與病原體細胞共有特定表位分子的識別結合，產生非特異性免疫。Toll樣受體(toll like receptor,TLRs)識別病原體相關的分子模式誘導免疫反應，維生素D可抑制單核細胞表面TLR2的表達，從而對病原體相關模式分子產生免疫應答不足的狀態(tài)，致炎性細胞因子、腫瘤壞死因子-α產生減少，防止 TLRs過度活化和在感染后階段的炎癥發(fā)生，是一種負反饋調節(jié)機制。高遷移率族蛋白1 (HMGB1)是內毒素致死效應的晚期重要炎癥介質，TLR2和TLR4可與巨噬細胞分泌的HMGB1結合，促使NF-κB活化，誘導炎癥發(fā)生。在巨噬細胞中，維生素D可能通過激活核轉錄因子E2相關因子 2(Nrf2)/血紅素加氧酶(HO)-1途徑通路，降低內毒素誘導的 HMGB1分泌,阻斷HMBG1核易位，從而抑制膿毒癥的過度炎癥反應[17]。此外，維生素D還可促進巨噬細胞內活性氧和自由基的釋放，破壞病毒蛋白質和細菌膜結構，從而抑制和殺傷多種病原體[18]，因自由基和活性氧增強肝臟熱休克蛋白(HSP) 的表達，所以維生素 D間接促進熱應激反應HSP的表達，在熱應激反應時保護正常組織細胞。在結核分枝桿菌感染中，1,25(OH)2D3可通過上調甘露糖受體基因(CD206)，增強巨噬細胞吞噬結核分枝桿菌，同樣阻止了巨噬細胞的成熟。令人驚訝的是，1,25(OH)2D3通過激活p38絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)和細胞外信號調節(jié)激酶(ERK)信號通路，激活自噬相關基因ATG5和BECN1的表達，誘導巨噬細胞自噬結核分枝桿，抑制分枝桿菌的細胞內生長[19]。維生素D類似物增強單核細胞TLR2和TLR4對配體的激動，誘導生成抗感染的重要的初級細胞因子IL-8[20]。此外，維生素D和TLRs之間存在相互作用，現已證明了TLRs通過直接或間接方式改變了VDR的表達。Chun等[21]發(fā)現適當的TLR1/2配體刺激人單核細胞會增加VDR和CYP27B1的表達，在體外條件下，使用抗TLR2因子可減少維生素D相關信號通路。

2.3 維生素D對T、B細胞的作用

T淋巴細胞(T lymphocyte)來源于胸腺，在適應性免疫應答中占核心地位。T細胞根據功能特征可分為輔助T細胞(helper cell，Th)、細胞毒性T細胞(cytotoxic T lymphocyte，CTL)、調節(jié)性T細胞(regulatory T cell，Treg)。初始和靜止記憶T細胞低水平表達VDR，這表明VitD也直接作用于T細胞,維生素D可通過間接影響DC表型或直接刺激T細胞從而調節(jié)T細胞反應，維生素D抑制細胞因子Th1、Th17和Th2的分布，從而改變T細胞表型和功能[22]。此外，活化的T細胞也可以增加VDR和CYP27B1的表達，使25(OH)D被轉化為1,25(OH)2D3，從而調節(jié)維生素D的效應功能。

Th細胞均表達CD4+，初始CD4+T細胞因受不同抗原和細胞因子的刺激主要分化成Th1、Th2、Th17三個亞群。Th1和Th2互為抑制性細胞，Th1介導細胞免疫，主要分泌IFN-r、TNF、IL-2等Th1型細胞因子；Th2介導體液免疫，主要分泌IL-4、、IL-5、IL-10、IL-13等Th2型細胞因子。CD4+T 細胞是1,25(OH)2D3作用的直接靶點。目前大多數觀點認為維生素D能抑制制抗原和凝集素刺激的初始CD4+T細胞轉化為Th2，抑制Th1產生 IL-2 和 IFN-γ，導致其誘導 B 淋巴細胞分泌 IgG減少，同時促進 Th1細胞向 Th2 細胞轉化，上調 Th2 細胞的活性，增加Th2分泌 IL-4、IL-5 和 IL-10，調控 TH1/TH2 免疫偏移，限制因 Th1 引起的免疫反應而造成潛在的組織損害[23]。但有少數觀點和研究表明維生素D并不阻礙初始CD4+T向Th1分化,因為僅有少量研究說明維生素D是否會影響調控Th1和Th2分化的轉錄因子TBX21和GATA3。研究發(fā)現[24]1,25(OH)2D3抑制小鼠T細胞進而抑制IFN-γ分泌，但并未抑制TBX21 和 GATA3轉錄因子的水平。類似的，Rode等[25]發(fā)現維生素D對人類T細胞中TBX21的表達沒有明顯的影響。STAT4和STAT1信號在Th1細胞分化過程中起關鍵作用。Rode同時發(fā)現維生素D存在于適合Th1分化條件下激活的T細胞，沒有顯著影響STAT1和STAT4的磷酸化，這進一步支持了維生素D不會阻斷Th1細胞的分化，考慮維生素D很可能直接影響IFNG基因的轉錄來調控初始CD4+T的分化。此外，Bartonkova等[26]對轉染基因細胞株IZ-CYP24和IZ-VDRE研究發(fā)現，白細胞介素也能影響維生素D受體的轉錄，IL-4、IL-13能顯著抑制CYP24A1 mRNA表達，從而間接增加維生素D代謝活性，相反IL-4、IL-13對IZ-CYP24和IZ-VDRE細胞株的CYP27B1 mrna的表達沒有受到影響。

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(fā)生，在自身免疫性疾病發(fā)生發(fā)展中起重要作用。1,25(OH)2D3能抑制Th17細胞的反應，包括 CD4+T細胞分化為 Th17 細胞群的能力和Th17細胞分泌IL-17的功能。因此，在自身免疫性疾病中，維生素 D 可以通過對 Th17的調節(jié)發(fā)揮作用。

Treg通常所指主要是表達CD4+C425+Foxp3+的T細胞。維生素 D通過誘導DC的耐受性，減少初始CD4+T分化為Th1細胞和Th17細胞，促進初始CD4+T細胞向Treg分化[27]。Treg通過不同機制包括調節(jié)細胞因子的分泌以及T細胞活化來調控機體的免疫反應。磷脂酶C-γ1 (PLC-γ1)是TCR信號通路下游不可或缺的信號蛋白，在T細胞活化過程中起著至關重要的作用，維生素D可以顯著上調PLC-γ1表達,從而誘導TGF-β1表達，最終促進Treg分化[28]。此外，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，通過上述機制，維生素D被認為可以調節(jié)細胞介導的免疫反應，調節(jié)T細胞的活性。維生素D還可以直接影響Treg的增殖而不抑制其功能，促進 Treg分泌IL-10，從而在自身免疫性疾病和宿主移植排斥反應中發(fā)揮重要作用。

B淋巴細胞通過產生抗體發(fā)揮特異性體液免疫，也是重要的抗原提成細胞。最初發(fā)現，維生素D可通過調節(jié)Th而間接調節(jié)B淋巴細胞，然而，人類B細胞也表達VDR和CYP27B1，它們在激活時被上調，表明B細胞也可能受到1，25(OH)2D3刺激的影響[22]。近年來發(fā)現[22，29]維生素 D 誘導B細胞的低反應性，可直接導致細胞凋亡，抑制 B 細胞的分化增殖，減少免疫球蛋白的產生，增加細胞因子IL-19的分泌，表明維生素D在 B 細胞功能紊亂性的疾病有潛在的作用。維生素D在不依賴 NF-κB條件下,可直接抑制 P65 的表達，減少 p65 與p105 啟動子的連接，下調 p105 的表達，減少p105 和 p50 的蛋白水平，最終降低或抑制了B細胞的功能[30]。

總之，維生素D的活性形式可以增強固有免疫系統(tǒng)，調節(jié)適應性免疫系統(tǒng)，促進免疫耐受，減少發(fā)生自身免疫性疾病的可能性。

3 維生素D與自身免疫性內分泌疾病

3.1 維生素與自身免疫性甲狀腺疾病

近年的幾項研究[31]表明，維生素D缺乏與橋本甲狀腺炎(HT)和Graves病(GD)等自身免疫性甲狀腺疾病(autoimmune thyroid disease，AITD)存在著聯(lián)系。雖然維生素D通常被包括在導致AITD發(fā)病機制的環(huán)境因素中，但維生素D與GD之間的因果聯(lián)系并不是很明確[32]。一項薈萃分析研究[33]表明自身免疫性甲狀腺疾病患者血清25(OH)D水平明顯低于正常對照人群，同時認為低血清25(OH)D人群更易患自身免疫性甲狀腺疾病患。此外，最近一項隨機對照試驗[34]發(fā)現，給予AITD患者補充維生素D后顯著降低抗甲狀腺過氧化物酶(TPOAB)效價，產生了給予AITD患者維生素D可使其病情改善的觀點。另一項薈萃分析[35]表明，低維生素D含量可能增加GD的風險，與對照組相比，GD患者更有可能缺乏維生素D。越來越多的證據表明，VDR基因多態(tài)性與AITD患病率有關。一項研究[36]對139例GD患者、116例HT患者、76名正常人群作為對照組進行基因型分析，結果顯示AITD患者的ApaI多態(tài)性C等位基因的頻率高于對照組(P=0.0349)，HT患者中FokI的CC基因型的頻率高于對照組(P=0.0174)，GD患者中TaqI的TT基因型的頻率比HT患者高(P=0.0147)，表明VD基因的遺傳差異可能與AITD的發(fā)展有關。有研究[37]報道C等位基因與IL-12的分泌有關，IL-12在HD患者中誘導Th0向Th1分化，導致甲狀腺破壞，因此，CC基因型可能與自身免疫性甲狀腺破壞的誘導有關。

3.2 維生素D與1型糖尿病

1 型糖尿病(type 1 diabetes mellitus，T1DM)絕大部分為自身免疫性相關引起的胰島β細胞的損害，導致胰島素的絕對減少。VDR可表達于胰島β細胞和大多數免疫細胞中。Wolden-Kirk等[38]對人類和小鼠胰島細胞研究表明，1,25(OH)2D3幾乎可以完全阻止由IL-1β和IFN-γ引起的胰島細胞死亡，此外，這種保護還伴有基因表達的改變。 T1DM發(fā)病機制的關鍵Th1與Th2平衡失調和免疫耐受的破壞。筆者之前提過，維生素D通過對DC細胞或T細胞產生影響，生成具有免疫耐受的誘導與維持功能的 DCs，促使初始CD4+T細胞轉化為Th2，因此，維生素D對T1DM免疫系統(tǒng)來說是一個強有力的免疫調節(jié)劑。在一個小的前瞻性試驗[39]中，給予12個1型糖尿病高危兒童口服骨化三醇 (0.25 μg/d)，療程達1年至3年，所有參與者的血清自身抗體谷氨酸脫羧酶自身抗體(GAD65)水平下降、胰島素抵抗作用減弱。補充維生素D的嬰兒與未補充維生素D的嬰兒后期患T1DM的風險顯著降低(減少29%)。在亞洲人群中，VDR的BsmI多態(tài)性與T1DM風險之間存在關聯(lián)，攜帶者風險增加30%[40]。

3.3 維生素D與Addison’s病

原發(fā)性慢性腎上腺皮質功能減退癥(chronic adrenocorical hypofunction，AD)又稱Addison病，伴有其他器官自身免疫病，稱為自身免疫性多發(fā)內分泌腺體綜合征(autoimmune polyendocrine syndrome，APS)。目前只有少量的觀察性研究調查了血漿維生素D水平和AD之間的聯(lián)系。英國一項大數據研究[41]發(fā)現維生素D缺乏的患者中，患AD和其他自身免疫性疾病的比率顯著升高。Bellastella等[42]證明，與健康對照組相比，APS的患者的25(OH)D水平較低(P<0.001)。一項對13名AD患者的隨機對照試驗[43]，AD患者接受3個月的維生素D3(4 000 IU/天)治療后，結果顯示Th細胞和CTL細胞數量下降，單核細胞數量增加，T細胞的變化與CYP27B1基因rs108770012位點多態(tài)性和VDR基因rs10735810位點多態(tài)性有關。同樣的，VDR基因的多態(tài)性與AD密切相關。另一項研究[44]表明，與AD相關的APS患者出現C (-1260)等位基因的頻率增加。

總之，由于1α-羥化酶和VDR同樣表達于免疫細胞，結合近幾年一些觀察性研究和薈萃分析表明維生素D的循環(huán)水平與自身免疫內分泌紊亂疾病之間的關聯(lián)，提示了維生素D的免疫調節(jié)特性。因此，維生素D不足或缺乏可能會擾亂正常的免疫反應，導致自身免疫性疾病的發(fā)展。此外，VDR與CYP27B1基因多態(tài)性和T1DM、AD、AITD較高風險的相關性，進一步暗示了維生素D在自身免疫性內分泌疾病發(fā)病機制中的潛在作用。但是，目前兩者間的聯(lián)系主要來源于觀察性研究和動物實驗，觀察到的低水平維生素D可能是由于炎癥狀態(tài)、潛在疾病或缺乏日光照射等因素造成的偏差。因此，需要進一步嚴格的隨機對照試驗以確定維生素D與自身免疫內分泌疾病之間的因果關系，并提供有關維生素D在預防這些自身免疫性疾病中的潛在作用的信息。