維生素D調(diào)節(jié)腸道炎癥反應(yīng)的研究進(jìn)展

李靚雯，楊 光

(南京醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院消化科，南京 210008)

維生素D是脂溶性類固醇衍生物，由人體皮膚合成或來(lái)自食物。維生素D經(jīng)過(guò)肝臟和腎臟兩個(gè)羥化反應(yīng)被轉(zhuǎn)化為具有活性的代謝物1,25-二羥維生素D3[1,25-dihydroxyvitamin D3，1,25-(OH)2D3]。1,25-(OH)2D3與細(xì)胞內(nèi)維生素D受體(vitamin D receptor,VDR)結(jié)合后，進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，與類視黃醇X受體形成復(fù)合體，再與啟動(dòng)子上的維生素D反應(yīng)元件結(jié)合，調(diào)控多種靶基因的表達(dá)[1]。維生素D具有維持人體鈣、磷平衡中的經(jīng)典作用，但隨著近年來(lái)對(duì)維生素D的深入研究，越來(lái)越多的證據(jù)顯示，維生素D還具有廣泛的其他生理作用[2-4]。VDR廣泛存在于機(jī)體各組織細(xì)胞，并且在腸道中高表達(dá)[5]。此外，研究發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生活性維生素D的1-α羥化酶還存在于除腎臟外的其他組織細(xì)胞，腸道細(xì)胞和免疫細(xì)胞均有1-α羥化酶基因的高表達(dá)；同時(shí)也證實(shí)，維生素D具有免疫調(diào)節(jié)、促進(jìn)腸道組織分化增殖的作用[6]。實(shí)驗(yàn)和臨床資料也提示，維生素D水平的變化與炎癥性腸病、嗜酸粒細(xì)胞胃腸病、食物蛋白過(guò)敏、結(jié)腸癌等腸道疾病密切相關(guān)[7-9]?，F(xiàn)對(duì)維生素D調(diào)節(jié)腸道炎癥反應(yīng)的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 維生素D保護(hù)腸道黏膜屏障完整性

1.1維生素D調(diào)節(jié)腸上皮細(xì)胞間緊密連接的表達(dá) 腸上皮屏障是由腸上皮細(xì)胞和上皮細(xì)胞之間的連接構(gòu)成，它不僅保護(hù)免受病原體的侵入，還可響應(yīng)來(lái)自腸道微生物群和免疫系統(tǒng)的信號(hào)。腸上皮細(xì)胞通過(guò)頂端連接復(fù)合物結(jié)合在一起，共同調(diào)節(jié)細(xì)胞旁通透性并形成對(duì)抗毒素和腸道病原體的關(guān)鍵屏障。細(xì)胞間的連接有緊密連接、黏附連接和縫隙連接等，而緊密連接是腸上皮細(xì)胞間主要的連接方式，在調(diào)節(jié)腸黏膜通透性過(guò)程中具有重要作用[10]。緊密連接減少或結(jié)構(gòu)變化將導(dǎo)致腸上皮通透性增加，細(xì)菌和毒素等大分子物質(zhì)進(jìn)入黏膜固有層激活免疫細(xì)胞，從而引起炎癥。維生素D已被證明可以保護(hù)黏膜屏障的平衡。首先，表達(dá)1-α羥化酶的基因Cyp27b1在炎癥反應(yīng)的結(jié)腸黏膜中高度誘導(dǎo)，盡管潰瘍性結(jié)腸炎患者的結(jié)腸活檢中VDR減少，但Cyp27b1在這些樣本中顯著上調(diào)，這些數(shù)據(jù)表明結(jié)腸上皮Cyp27b1的誘導(dǎo)，其預(yù)期增加1,25-(OH)2D3的局部產(chǎn)生，是一種保護(hù)機(jī)制，可以部分補(bǔ)償結(jié)腸炎癥期間上皮VDR的下調(diào)。因此，增加局部1,25-(OH)2D3保持維生素D-VDR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)可保護(hù)黏膜屏障并減少結(jié)腸炎癥[11]。在結(jié)腸炎模型中VDR轉(zhuǎn)基因小鼠多種緊密連接的RNA水平保持正常，而其中大部分在野生小鼠中顯著降低，表明維生素D保護(hù)腸上皮緊密連接[12]。體外實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，1,25(OH)2D3以劑量和時(shí)間依賴的方式減弱大腸埃希菌誘導(dǎo)的黏膜屏障損傷，包括跨膜電阻抗減少和細(xì)胞旁通透性變化，并且防止緊密連接閉鎖小帶蛋白1(zonula occludens-1,ZO-1)和閉合蛋白1(Claudin-1)重新分布。維生素D還可能通過(guò)抑制活性氧類的產(chǎn)生對(duì)屏障損傷發(fā)揮保護(hù)作用[13]。此外，研究已證實(shí)表達(dá)緊密連接Claudin-2的基因是VDR的直接靶標(biāo)，因此VDR可直接調(diào)控Claudin-2的表達(dá)[14]。

維生素D不僅增加緊密連接蛋白的表達(dá)，還保持緊密連接復(fù)合物的完整性。結(jié)腸炎小鼠肌球蛋白輕鏈(myosin light chain，MLC)磷酸化和肌球蛋白輕鏈激酶(myosin light chain kinase，MLCK)表達(dá)增加，MLCK促使MLC磷酸化后，導(dǎo)致緊密連接蛋白ZO-1和咬合蛋白(Occludin)重新分布。MLC/MLCK通路在緊密連接蛋白定位調(diào)節(jié)中起關(guān)鍵作用，MLC磷酸化造成屏障結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致腸道通透性增加，加重腸道炎癥。1,25(OH)2D3抑制MLCK表達(dá)和MLC磷酸化水平的增加。維生素D通過(guò)減弱核因子κB活化直接抑制長(zhǎng)MLCK表達(dá)，在人潰瘍性結(jié)腸炎活組織檢查中也發(fā)現(xiàn)VDR降低與長(zhǎng)MLCK表達(dá)和MLC磷酸化增加相關(guān)，帕立骨化醇抑制腸炎模型中MLCK的誘導(dǎo)和MLC磷酸化[15]，因此1,25-(OH)2D3-VDR信號(hào)通過(guò)抑制核因子κB的激活，從而消除MLCK依賴性緊密連接失調(diào)來(lái)保持黏膜屏障完整性。也有研究認(rèn)為，MLCK敲除小鼠腸道屏障功能的改善與緊密連接ZO-1和Claudin-15增加有關(guān)，而Claudin-1、2、3、4、5、7、8、13以及Occludin沒(méi)有改變，且構(gòu)成腸道完整性的其他組成部分(如細(xì)胞凋亡、增殖)不受MLCK缺失的影響[16]。

1.2維生素D抑制腸上皮細(xì)胞凋亡 腸上皮細(xì)胞構(gòu)成腸上皮屏障的完整性，腸上皮細(xì)胞的異常細(xì)胞凋亡是腸道通透性和炎癥增加的主要病理機(jī)制。腸上皮細(xì)胞的過(guò)度凋亡導(dǎo)致上皮屏障破壞，腸道黏膜通透性增加，造成病原微生物侵入，進(jìn)而產(chǎn)生結(jié)腸炎癥。由于VDR在腸上皮細(xì)胞中高度表達(dá)，維生素D/VDR信號(hào)通路通過(guò)抑制腸上皮細(xì)胞凋亡緩解腸道黏膜炎癥。伴隨嚴(yán)重黏膜炎癥，VDR敲除小鼠發(fā)生更嚴(yán)重的結(jié)腸上皮細(xì)胞凋亡，表明腸上皮VDR缺失加重了上皮細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致黏膜屏障通透性增加[17]。腸上皮VDR信號(hào)減少腸上皮細(xì)胞凋亡的可能機(jī)制是抑制caspase-3的活化，下調(diào)p53以減少p53上調(diào)凋亡調(diào)節(jié)因子(p53 upregulated modulator of apoptosis，PUMA)的表達(dá)[18]。p53和PUMA是caspase-3上游的促凋亡蛋白。帕立骨化醇處理可顯著減弱結(jié)腸炎小鼠caspase-3的裂解，PUMA表達(dá)也下降[19]。在白細(xì)胞介素(interleukin,IL)10缺陷型小鼠結(jié)腸炎模型中也觀察到類似的結(jié)果，VDR轉(zhuǎn)基因小鼠的PUMA誘導(dǎo)和caspase-3活化減少，也顯示腸上皮細(xì)胞凋亡減少，腸道黏膜炎癥減輕[20]。上述研究表明，維生素D/VDR信號(hào)通過(guò)下調(diào)PUMA表達(dá)抑制腸上皮細(xì)胞凋亡，從而保護(hù)腸黏膜屏障，減輕腸道炎癥。

2 維生素D調(diào)節(jié)腸道免疫

2.1維生素D和先天性免疫 作為抵抗感染的第一道防線，先天免疫系統(tǒng)負(fù)責(zé)快速響應(yīng)并識(shí)別和消除入侵病原體。近年來(lái)的研究已經(jīng)揭示了維生素D信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)在調(diào)節(jié)先天免疫反應(yīng)中的核心作用[21-22]?？咕氖悄c道先天免疫反應(yīng)的重要部分，可殺死細(xì)菌、病毒、真菌，并且作為免疫調(diào)節(jié)劑，具有增強(qiáng)腸道免疫力的能力。導(dǎo)管素和β-防御素2均屬于抗菌肽，已經(jīng)證明導(dǎo)管素和β-防御素2是VDR的靶基因，表明維生素D是人類先天免疫的直接誘導(dǎo)物[23]。維生素D信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)還影響潘氏細(xì)胞的功能，潘氏細(xì)胞也可分泌抑菌肽并感知胃腸道菌群。維生素D缺乏導(dǎo)致小鼠潘氏細(xì)胞產(chǎn)生的防御素以及激活防御素前體所需的基質(zhì)金屬蛋白酶7減少[24]。核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域2識(shí)別細(xì)菌細(xì)胞壁的分解產(chǎn)物胞壁酰二肽，后者是一種病原體相關(guān)分子模式，并刺激核因子κB，促進(jìn)隨后的基因表達(dá)[25]。維生素D通過(guò)核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域2/核因子κB信號(hào)途徑刺激抗菌肽的產(chǎn)生，并可促進(jìn)核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域2的表達(dá)。在腸道先天免疫反應(yīng)中，Toll樣受體的激活也誘導(dǎo)抗菌肽的活性。人巨噬細(xì)胞的Toll樣受體活化可以上調(diào)VDR表達(dá)，并且Toll樣受體誘導(dǎo)導(dǎo)管素是強(qiáng)烈依賴于血清維生素D水平的[26]。結(jié)腸炎大鼠結(jié)腸組織中Toll樣受體4高表達(dá)，這可能與潰瘍性結(jié)腸炎有關(guān)，而維生素D可通過(guò)抑制Toll樣受體4表達(dá)緩解腸道炎癥[27]。

自噬是一個(gè)高度保守的過(guò)程，通過(guò)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)和細(xì)胞器的降解和再循環(huán)，以及促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)微生物的去除和免疫感染，參與細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)。因此自噬也在調(diào)節(jié)先天免疫中起重要作用，當(dāng)自噬功能紊亂時(shí)將引發(fā)腸道炎癥。自噬相關(guān)16樣蛋白1是自噬過(guò)程中的重要蛋白，自噬相關(guān)16樣蛋白1生成受到核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域2的調(diào)控。維生素D信號(hào)受損導(dǎo)致的自噬潛能降低是由于自噬相關(guān)16樣蛋白1產(chǎn)生減少[28]。此外，腸上皮VDR的缺失下調(diào)自噬相關(guān)16樣蛋白1和自噬，可能損害Paneth細(xì)胞功能，使誘導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)性結(jié)腸炎易感性增加。Paneth細(xì)胞的顆粒含有防御素和溶菌酶，有研究證明Paneth細(xì)胞是腸道炎癥的起源點(diǎn)[29]。此外，Toll樣受體信號(hào)誘導(dǎo)產(chǎn)生的細(xì)胞因子IL-1β可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞的自噬，而編碼IL-1β的基因也是維生素D信號(hào)的直接靶基因[30]。維生素D誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞分泌IL-1β降低結(jié)核分枝桿菌負(fù)荷，這一過(guò)程不依賴于巨噬細(xì)胞中維生素D刺激的自噬，而是依賴于IL-1β驅(qū)動(dòng)的抗菌肽產(chǎn)生[31]。

除上述對(duì)抗菌肽及自噬的調(diào)節(jié)作用外，維生素D還作用于自然殺傷細(xì)胞和先天性淋巴細(xì)胞。自然殺傷細(xì)胞是先天免疫的重要組分，能夠調(diào)節(jié)樹突狀細(xì)胞和T細(xì)胞免疫應(yīng)答，維生素D增強(qiáng)其細(xì)胞毒性功能。先天性淋巴細(xì)胞是腸道中應(yīng)對(duì)病原體的首批免疫細(xì)胞，它的重要功能是分泌IL-22和IL-13，這兩種細(xì)胞因子都是上皮屏障維持和修復(fù)的關(guān)鍵因子。維生素D能誘導(dǎo)IL-1β和胸腺基質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素表達(dá)，它們分別刺激先天性淋巴細(xì)胞3和先天性淋巴細(xì)胞2[32]。維生素D下調(diào)先天性淋巴細(xì)胞3中的IL-23受體途徑，抑制腸道先天性淋巴細(xì)胞3產(chǎn)生IL-22、IL-17F和粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子；同時(shí)，維生素D上調(diào)與IL-1β信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑相關(guān)的基因，以及IL-1β誘導(dǎo)的細(xì)胞因子IL-6、IL-8和巨噬細(xì)胞炎癥蛋白1α/β。因此，維生素D可作為IL-23受體抑制劑，通過(guò)先天性淋巴細(xì)胞3調(diào)節(jié)腸道炎癥反應(yīng)[33]。

3 維生素D調(diào)節(jié)腸道菌群

腸道微生物調(diào)節(jié)抗菌肽、黏膜屏障、免疫和炎癥信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，在腸道免疫系統(tǒng)正常的情況下可耐受腸道正常菌群，使腸道微生態(tài)處于平衡；腸道菌群失調(diào)時(shí)，病原菌激活腸道過(guò)度免疫反應(yīng)導(dǎo)致炎癥。另外，腸道微生物誘導(dǎo)的代謝性內(nèi)毒素血癥可引起低度炎癥。維生素D調(diào)節(jié)腸道微生物組成，1,25-(OH)2D3或VDR缺乏導(dǎo)致生態(tài)失調(diào)，腸道更容易受到損傷[8]。全基因組關(guān)聯(lián)研究發(fā)現(xiàn)VDR基因與整體微生物變異和個(gè)體分類顯著相關(guān)[37]。腸上皮VDR條件性敲除將導(dǎo)致腸道生態(tài)失調(diào)，包括細(xì)菌負(fù)荷增加，大腸埃希菌和擬桿菌增加，而產(chǎn)生丁酸鹽的細(xì)菌減少，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的結(jié)腸炎[38]。在VDR敲除小鼠糞便中，乳桿菌在耗盡，而梭菌和擬桿菌富集[39]。進(jìn)一步的研究也證實(shí)維生素D軸和腸道微生物組之間的相互作用，與同窩正常小鼠相比VDR敲除小鼠的結(jié)腸炎易感性更高，并與細(xì)菌失衡相關(guān)，表現(xiàn)為具有更多的變形菌和更少的厚壁菌，類似于在IBD患者中觀察到的結(jié)果[40]。血管生成素4是腸道抗微生物蛋白，在維生素D缺乏的小鼠中血管生成素4基因下調(diào)，并且這種變化與結(jié)腸細(xì)菌數(shù)量顯著增加有關(guān)。另外，腸道微生物組參與二級(jí)膽汁酸的合成。石膽酸是一種二級(jí)膽汁酸，對(duì)腸道細(xì)胞和肝臟有毒性，石膽酸可以與VDR結(jié)合，當(dāng)維生素D激活VDR時(shí)，它會(huì)誘導(dǎo)細(xì)胞色素Cyp3A4的表達(dá)，這與腸道細(xì)胞和肝臟中石膽酸的解毒有關(guān)。目前已有許多研究結(jié)果支持維生素D影響胃腸道微生物組組成[37，41-44]，但存在顯著的異質(zhì)性，想要充分了解維生素D調(diào)節(jié)微生物組的程度，以及維生素D調(diào)節(jié)菌群的機(jī)制，未來(lái)需要進(jìn)行更大規(guī)模人群研究。

4 小 結(jié)

維生素D在腸道炎癥中發(fā)揮重要作用。它通過(guò)調(diào)節(jié)腸道屏障的緊密連接和抑制上皮細(xì)胞凋亡來(lái)保持腸道黏膜屏障的完整和功能，從而減輕腸道炎癥。維生素D不僅能通過(guò)增加防御素的表達(dá)、加強(qiáng)Toll樣受體的功能和保持自噬功能正常來(lái)調(diào)節(jié)腸道的先天性免疫，還可下調(diào)Th1細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答、促進(jìn)Th2細(xì)胞產(chǎn)生抑制腸道炎癥的細(xì)胞因子。維生素D對(duì)腸道菌群的組成有直接影響，也參與腸道微生物的代謝過(guò)程，從多方面保護(hù)腸道生態(tài)平衡，抑制炎癥反應(yīng)的發(fā)生和發(fā)展。目前，臨床補(bǔ)充維生素D或使用VDR激動(dòng)劑在炎癥性腸病治療中的作用也得到更多證實(shí)。然而腸道免疫系統(tǒng)是復(fù)雜的，維生素D參與腸道炎癥調(diào)節(jié)的機(jī)制仍沒(méi)有完全闡明，維生素D在腸道疾病中的臨床價(jià)值仍有待進(jìn)一步研究，期待更多研究來(lái)證明維生素D在腸道中的重要作用。