維生素D 調(diào)控腫瘤發(fā)生發(fā)展的研究進(jìn)展

張 梅 朱鳳琴 王君萍 高 杉

維生素D（vitamin D，VD）是一種可從食物中獲得的脂溶性維生素，同時體內(nèi)膽固醇可被氧化為7-脫氧膽固醇，后者經(jīng)紫外線照射轉(zhuǎn)變成VD。它是一種強效類固醇激素的前體，在肝臟和腎臟經(jīng)過代謝后合成具有生物活性的骨化三醇，骨化三醇與維生素D 受體（vitamin D receptor，VDR）結(jié)合，發(fā)揮多種生物學(xué)效應(yīng)，不僅調(diào)節(jié)體內(nèi)鈣磷代謝，且廣泛參與細(xì)胞代謝和組織功能的調(diào)節(jié)。VD 還具有骨骼外的健康效應(yīng)，其在抗腫瘤方面中的研究受到越來越多的關(guān)注，可調(diào)控腫瘤的發(fā)生、轉(zhuǎn)移以及腫瘤細(xì)胞與微環(huán)境間的相互作用，調(diào)控機制包括細(xì)胞增殖、分化、凋亡、自噬、上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化、血管生成、抗氧化、炎癥和免疫微環(huán)境等[1］。本文將重點闡述VD 對表觀基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、免疫學(xué)的影響，探索VD 信號途徑在癌癥發(fā)生發(fā)展中的分子機制及其作為藥物靶點的潛在價值。

1 VD及其受體的作用

VD 是一種脂溶性化合物，天然存在形式主要有兩種：麥角鈣化醇（VD2）和膽鈣化醇（VD3）。人體中的VD 主要來源于皮膚在紫外線照射下合成。在此過程中，皮膚中的7-脫氫膽固醇在紫外線輻射下轉(zhuǎn)化為VD3的非活性前體，該前體隨后在肝臟中被25-羥化酶催化，形成25-羥基VD（25-OHD3），這是VD 在人體中主要的循環(huán)形式。25-OHD3在腎臟中經(jīng)1α-羥化酶作用進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為生物活性最高的維生素D 代謝物——骨化三醇[1，25（OH）2D3］，它是轉(zhuǎn)錄因子VDR 的高親和力配體[2］。

VDR 屬于核受體家族，具有與其他核受體相似的特性。結(jié)合了配體[如1，25-（OH）2D3］的VDR 與維甲酸X 受體（retinoic acid X receptor，RXR）結(jié)合，形成二聚體后轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，后者在核內(nèi)與VD 反應(yīng)元件（VD response element，VDRE）結(jié)合于特定基因啟動子區(qū)，從而調(diào)控相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄[3］。1，25-（OH）2D3通過VDR 影響人類基因組中約10 000 個位點，進(jìn)而調(diào)控大約1 000 個靶基因的轉(zhuǎn)錄[4-5］。然而，并非所有VDR 的結(jié)合位點都直接影響基因表達(dá)。VDR 也可被表觀遺傳修飾，這種機制可以調(diào)控基因表達(dá)，但不涉及DNA 序列的改變，體現(xiàn)VDR 在基因表達(dá)調(diào)控中的復(fù)雜和多樣性[6-7］。

2 VD信號通路的表觀遺傳學(xué)基礎(chǔ)

表觀遺傳在調(diào)節(jié)VD 信號通路中扮演著關(guān)鍵角色，影響VD的代謝和功能，主要的表觀遺傳機制包括DNA 甲基化和組蛋白的甲基化、乙?；?、磷酸化或泛素化修飾。例如，啟動子區(qū)域CpG 島的胞嘧啶殘基甲基化通常導(dǎo)致基因沉默，而組蛋白的甲基化和乙?；揎梽t調(diào)節(jié)染色質(zhì)的構(gòu)象，影響轉(zhuǎn)錄因子對特定基因結(jié)合位點的訪問性。此外，VD 的代謝過程受到多種酶的調(diào)控，如CYP2R1、CYP24A1 和CYP27B1 等[8］，這些酶的表達(dá)受VDR 與VDREs 的結(jié)合及其后的轉(zhuǎn)錄激活所調(diào)控[9］。VDREs 的表觀遺傳修飾（如乙?；┮约吧鲜龃x酶啟動子區(qū)域CpG 島的甲基化修飾，直接影響這些代謝酶的表達(dá)，進(jìn)而影響VD 的血清水平[10-11］。因此，VD 信號通路和其代謝過程的調(diào)節(jié)深受表觀遺傳因素的影響（見圖1）。

圖1 VD的表觀基因組與轉(zhuǎn)錄組調(diào)節(jié)作用

3 VD信號通路對轉(zhuǎn)錄組學(xué)的影響

VD 的作用涉及細(xì)胞多種生物學(xué)行為，如細(xì)胞周期進(jìn)展、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞黏附和氧化應(yīng)激等。VD 可以通過觸發(fā)細(xì)胞周期抑制劑（cell-cycle inhibitors，CDKN1A）的表觀遺傳變化，激活相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，這些基因編碼的蛋白質(zhì)與細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶（cyclin-dependent kinases，CDK）復(fù)合物結(jié)合，從而抑制細(xì)胞周期，導(dǎo)致細(xì)胞生長停滯[12］。VDR 也在多聚蛋白復(fù)合物中調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄，控制受體結(jié)合區(qū)域及更廣泛靶基因位點的表觀遺傳狀態(tài)。許多轉(zhuǎn)錄激活蛋白質(zhì)，如組蛋白乙?；窩BP/p300 和轉(zhuǎn)錄共激活因子SNW1/NCOA62[13］，參與VDR 復(fù)合物的形成。VDR 的蛋白相互作用具有多樣性，例如，共激活因子SNW1 可以作為剪接因子或調(diào)節(jié)蛋白激酶SRPK1 的活性。VDR 復(fù)合物還與mRNA和microRNA（miRNA）的激活有關(guān)，這些轉(zhuǎn)錄組共同調(diào)控蛋白編碼基因的表達(dá)和表型，且配體激活的VDR 也能抑制某些miRNA 的表達(dá)。因此，VDR、mRNA 和miRNA 之間存在多層次的共同調(diào)控和相互依賴關(guān)系，這些關(guān)系影響最終的基因表達(dá)和細(xì)胞表型。

4 VD信號通路對免疫系統(tǒng)的影響

VD 對免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)是其關(guān)鍵的骨外功能之一[14-15］。VD影響免疫細(xì)胞的生長、分化、激活/去活化及凋亡，且免疫細(xì)胞和癌細(xì)胞共享某些信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑和生長機制[16-17］?？乖碳ひl(fā)的信號傳導(dǎo)級聯(lián)過程在免疫細(xì)胞生長中起著關(guān)鍵作用，這一過程也涉及表觀遺傳調(diào)控。

在巨噬細(xì)胞的分化中，1，25（OH）2D3通過VDR-PPARγ 途徑上調(diào)白細(xì)胞介素-10（interleukin-10，IL-10）的表達(dá)，抑制M1型巨噬細(xì)胞的活化，同時促進(jìn)M2 型巨噬細(xì)胞的活化，后者具有抗炎特性[18］。因此，VD 在某些情況下可能結(jié)合其抗炎和免疫抑制功能以及促進(jìn)腫瘤生長的效應(yīng)。此外，VD 作為適應(yīng)性免疫的調(diào)節(jié)劑，能夠減少輔助T 細(xì)胞（helper T cell，TH1）的數(shù)量，同時增加TH2 細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞（regulatory T cells，Treg）的數(shù)量。人體干預(yù)試驗表明，VD3 補充在西方飲食背景下會增加結(jié)腸細(xì)胞中炎癥基因的表達(dá)，而額外補充鈣質(zhì)可逆轉(zhuǎn)此效應(yīng)[19］，這可能解釋了充足的VD 水平結(jié)合高鈣攝入與降低結(jié)直腸癌風(fēng)險的相關(guān)性。綜合來看，VD 在免疫調(diào)節(jié)中的多方面作用使其成為腫瘤免疫治療的潛在輔助手段。見圖1。

5 VD信號通路調(diào)控腫瘤機制

5.1 VD和結(jié)直腸癌（colorectal cancer，CRC） CRC 是全球最常見的惡性腫瘤之一，在全球發(fā)病率中排名第三，死亡率排名第二。研究表明，VD 缺乏與CRC 的高發(fā)病率和/或死亡率有關(guān)[20］。大多數(shù)原發(fā)性結(jié)直腸腫瘤及高達(dá)96%的轉(zhuǎn)移性CRC 含有激活WNT/β-連環(huán)蛋白信號通路的基因突變[21］。VD 通過誘導(dǎo)細(xì)胞核內(nèi)VDR 與β-連環(huán)蛋白結(jié)合，從而阻止轉(zhuǎn)錄活性TCF7L2/β-連環(huán)蛋白復(fù)合物的形成。此外，VD 上調(diào)鈣黏蛋白1（cadherin 1，CDH1），吸引新合成的β-連環(huán)蛋白，并誘導(dǎo)Dickkopf-1（WNT 信號通路抑制劑，DKK1）的失活[22］。VD 也通過直接抑制細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因子MYC 基因和間接通過WNT/β-連環(huán)蛋白通路的抑制[23］，發(fā)揮抗增殖作用。在CRC 中，VD 還誘導(dǎo)上皮分化表型[24］，通過上調(diào)CDH1 基因促進(jìn)細(xì)胞間的強黏附，降低細(xì)胞的增殖能力。值得注意的是，大多數(shù)晚期CRC 病例不表達(dá)VDR 基因，可能因為轉(zhuǎn)錄因子SNAI1 和SNAI2 的上調(diào)，它們結(jié)合并阻斷VDR 啟動子區(qū)域。這提示VDR 激動劑在CRC 的早期預(yù)防中可能更為重要。

5.2 VD 和乳腺癌（breast cancer， BC） BC 是女性最常見的惡性腫瘤，位居女性惡性腫瘤發(fā)病率首位，對女性的身心健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。流行病學(xué)研究顯示，VDR 的表達(dá)與BC 的侵襲性負(fù)相關(guān)[25-26］。但由于乳腺癌的異質(zhì)性（包括不同的病理和遺傳亞型），這一發(fā)現(xiàn)仍有爭議。1，25-（OH）2D3對BC 細(xì)胞有抗增殖作用，通過抑制生長刺激信號及相關(guān)基因（如MYC 和CDK）發(fā)揮作用。它還能促進(jìn)凋亡，這與凋亡調(diào)節(jié)蛋白BCL2 家族有關(guān)。此外，1，25-（OH）2D3通過誘導(dǎo)CDH1 基因的表達(dá)和抑制CDH2和CDH3 基因的表達(dá)，促進(jìn)乳腺腫瘤細(xì)胞形成非侵襲性的上皮表型[27］。1，25-（OH）2D3還能影響RAS/MEK/ER 信號通路，從而影響細(xì)胞增殖和凋亡[28］。在乳腺癌細(xì)胞系MCF7（ER+）和MDA-MB-453（ER-）中，1，25-（OH）2D3降低RAS 表達(dá)并促進(jìn)MEK 和ERK1/2 的磷酸化，而上調(diào)RAS 表達(dá)則消除其抗增殖作用[29］。1，25-（OH）2D3還對細(xì)胞代謝產(chǎn)生影響，例如增加MCF7細(xì)胞內(nèi)絲氨酸和活性氧水平，并激活A(yù)MP 激酶（AMP kinase，AMPK）信號。乳腺脂肪組織中VDR 的缺失增加了乳腺上皮密度[30］，突顯了脂肪細(xì)胞和上皮細(xì)胞間VDR 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)在乳腺發(fā)育和癌變中的重要性。因此，1，25-（OH）2D3對人類乳腺癌干細(xì)胞的作用仍需進(jìn)一步研究。

5.3 VD 和前列腺癌 前列腺癌是男性生殖系統(tǒng)中最常見的惡性腫瘤，其發(fā)病率隨年齡增長而上升。流行病學(xué)研究顯示，前列腺癌的發(fā)生與種族和家族遺傳因素相關(guān)。與結(jié)直腸癌或乳腺癌相比，VD 與前列腺癌之間的相關(guān)性尚未充分證實。盡管一些研究發(fā)現(xiàn)循環(huán)中25-（OH）D3水平與前列腺癌風(fēng)險或死亡率直接相關(guān)，但也有研究表明高水平的25-（OH）D3可能與增加的風(fēng)險相關(guān)[31］，這導(dǎo)致了薈萃分析結(jié)果的不確定性。1，25-（OH）2D3在前列腺癌中不僅具有抗增殖和凋亡致敏作用，還調(diào)節(jié)COX-2 和前列腺素途徑的其他基因，能夠直接或間接地抑制炎癥及COX-2 的表達(dá)和活性。此外，1，25（OH）2D3在前列腺癌細(xì)胞中激活代謝酶如CYP3A4、CYP3A5、UGT2B15/17 和SULT2B1，降低有絲分裂原的雄激素的可用性。鑒于前列腺癌的復(fù)雜激素調(diào)節(jié)和多種細(xì)胞類型，VD 在前列腺癌中的具體機制和潛在應(yīng)用價值仍需進(jìn)一步研究。

5.4 VD 和血液系統(tǒng)惡性腫瘤 血液系統(tǒng)腫瘤在惡性腫瘤中的發(fā)病率和病死率均較高，位居前十位。這類腫瘤因其臨床表現(xiàn)多樣和分類復(fù)雜，早期診斷率較低，治療也更具挑戰(zhàn)性。血液惡性腫瘤患者通常具有較低的VD 水平，并且預(yù)后較差[32］。VD 通過其活性形式1，25-（OH）2D3作用于VDR，在白血病和淋巴瘤等血液惡性腫瘤中發(fā)揮抗增殖、促進(jìn)凋亡和誘導(dǎo)分化的作用。此外，1，25-（OH）2D3能減少促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生。在白血病和淋巴瘤細(xì)胞中，常見的Janus 激酶（Janus kinase，JAK）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活子（signal transduction and activators of transcription，STAT）信號通路過度激活，而1，25-（OH）2D3能降低這一通路的活化。尤其在人類原髓細(xì)胞白血病HL60 細(xì)胞中，1，25-（OH）2D3處理能促進(jìn)主要中性粒細(xì)胞前骨髓細(xì)胞系的分化，同時導(dǎo)致單核-巨噬細(xì)胞通路增殖減少和分化增強，這可能與上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子CEBPD 的表達(dá)有關(guān)。在斑馬魚模型中，VD 調(diào)節(jié)胚胎造血干細(xì)胞數(shù)量，可能通過誘導(dǎo)C-X-C 趨化因子配體CXCL8 的活化實現(xiàn)。這表明VD 在造血干細(xì)胞的生長和髓系細(xì)胞的分化中起到關(guān)鍵作用。見表1。

表1 VD調(diào)控的關(guān)鍵代表性過程及參與的腫瘤類型

6 靶向VD信號傳導(dǎo)通路的小分子藥物

雖然缺乏隨機臨床實驗的數(shù)據(jù)，但多項流行病學(xué)、臨床前和體外實驗研究均支持激活VD 信號作為癌癥預(yù)防和治療的有效策略。在臨床應(yīng)用中，1，25-（OH）2D3需要較高劑量以達(dá)到治療效果，但這同時增加了患者患高鈣血癥的風(fēng)險[46］，限制了其作為腫瘤治療藥物的應(yīng)用。為降低治療過程中的副作用，這些類似物的結(jié)構(gòu)改變包括加入不飽和鍵、重新定位C20 側(cè)鏈、改變側(cè)鏈長度，以及側(cè)鏈的氟化等（表2）。例如，Medioni 等[46］進(jìn)行的TX522 的I 期和Ⅱ期臨床試驗確定了每日4 000 μg 的最大耐受劑量，這一劑量被證實是安全的，并且能將高鈣血癥維持在正常范圍內(nèi)。然而，在癌癥治療方面，盡管I 期和Ⅱ期試驗顯示有限的抗腫瘤活性，仍存在諸多未解決的問題，如確定最大耐受劑量、最佳生物劑量、最佳治療方案以及對可用VD 配方的藥物動力學(xué)關(guān)注等。因此，為了提高療效和減少副作用，有必要設(shè)計和合成更高效且降低鈣化活性的VD 類似物，這些努力將有助于提高VD 在癌癥治療中的應(yīng)用潛力。

表2 已上市和正在臨床試驗中的VD類似物

7 總結(jié)與展望

本文綜述了VD 信號通路對表觀遺傳學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和腫瘤免疫微環(huán)境的影響。在腫瘤微環(huán)境中，VD 水平影響腫瘤細(xì)胞、免疫細(xì)胞等多種細(xì)胞類型。雖然VD 的調(diào)控機制已經(jīng)部分闡明，但鑒于腫瘤微環(huán)境的復(fù)雜性，未來研究需更加深入和全面地探討VD 對腫瘤微環(huán)境的具體調(diào)控作用。理解VD 在腫瘤微環(huán)境中的作用對于臨床應(yīng)用至關(guān)重要。這不僅關(guān)乎VD 是否能靈活應(yīng)用于臨床治療，也涉及VD 是否能與其他針對腫瘤微環(huán)境的藥物聯(lián)合使用。深入研究VD 在腫瘤微環(huán)境中的作用將有助于開發(fā)新的治療策略，提高癌癥治療的效果。