维生素D及受体基因多态性的非经典作用研究进展*

侯丽君 亓文波

(1.泰山医学院，山东 泰安 271016； 2.泰山医学院附属泰山医院，山东 泰安 271000)

维生素D经体内转化为具有生物活性的1，25-(OH)2VD3,与骨矿物质代谢密切相关，以调节钙磷代谢作为经典作用。随着医学研究的深入，发现维生素D还有重要的非经典作用如影响葡萄糖的代谢、影响正常组织和肿瘤细胞的生长和分化、影响细胞免疫功能等。国内外大量研究已阐明了维生素D与糖尿病、肿瘤、自身免疫性疾病之间的关系，并对其作用机制进行了深入的研究，但仍有尚无定论的问题。本文将综述维生素D受体(VDR)结构、基因多态性、与疾病的相关性及作用机制的研究进展。

1 维生素D代谢及其生物学作用

维生素D是人体必需的维生素，属于类固醇激素。维生素D一开始在皮肤中由原维生素D3通过非酶方式转化为前维生素D3而生成。由于少数食物含有大量的维生素D，所以仅有30%维生素D可从膳食摄入中得到[1]；维生素D可在脂肪组织中贮存。皮肤合成或膳食摄入的维生素D都需经两次羟化过程才具有生物学活性，先在肝脏中由25-羟化酶转化为25-(OH)VD3，再在肾脏中经1-α羟化酶转化为1，25-(OH)2VD3，后者为维生素D的活性形式，它与VDR有较高的亲和力。维生素D的经典作用为调节钙磷和骨代谢，同时还与免疫系统、细胞增殖和分化之间有重要联系[2]。

2 维生素D受体结构、功能及基因多态性

维生素D的生物学作用发挥通过其受体介导。VDR广泛分布于机体细胞和组织中，除了传统的维生素D靶器官外,还存在于血液淋巴系统、泌尿系统等，在一些肿瘤组织中也发现VDR存在,如乳腺癌、白血病细胞等[3]。正是由于VDR的广泛分布，才使维生素D具有广泛的生物学作用，因此维生素D与许多疾病的发生相关。1, 25-(OH)2VD3在靶细胞与VDR结合形成高亲和力的激素-受体复合物，该复合物作用于靶基因上的特定DNA序列，从而对结构基因的表达产生调节作用，已成为近年来医学研究领域研究的焦点[4]。

VDR基因位于12号染色体长臂q13-14,长约75 kb,是甾体类受体超家族中的一员,由9个外显子和8个内含子组成。目前研究发现VDR基因至少有25种多态性[5],其中4种常见的变异位点为ApaⅠ、BsmⅠ、FokⅠ及TaqⅠ,用a、b、f、t表示存在这四种酶切位点，用A、B、F、T表示缺乏酶切位点。内含子8区存在ApaI和BsmI两个位点，第二外显子起始密码子T-C的突变形成FokI位点，外显子9区T到C的无意突变形成TaqI位点。不同区域的多态性位点对VDR表达产生不同的影响，如Bsml、Apal酶切位点位于第Ⅷ内含子上，其多态性不影响VDR的氨基酸序列。而Taql酶切位点虽在编码区上，但它的多态性是由同义突变造成，也不会使VDR的氨基酸序列改变。而Fokl多态性位点位于转录起始部位，其多态性导致氨基酸序列长度改变,有酶切位点的f型对应于427个氨基酸的VDR，而无酶切位点的F型对应于424个氨基酸的VDR,并且后者比前者的转录活性强。研究[6]认为，5'端启动子区内的多态性位点影响mRNA的表达模式和表达水平，而3'端非翻译区的多态性位点影响mRNA的稳定性和蛋白质的翻译效率，并且这种影响与其所在细胞类型、细胞分化阶段和活性状态有关。

3 维生素D与糖尿病

3.1 维生素D与1型糖尿病

以非肥胖糖尿病大鼠作为1型糖尿病研究模型[7], 早期限制维生素D的摄入及避免光照，建成维生素D缺乏模型, 便明显增加非肥胖糖尿病大鼠的糖尿病发病率，而给予补充维生素D或类似物后能阻止其糖尿病的发生，该研究显示维生素D与1型糖尿病之间的关系。Ramos Lopez E等[8]发现具有TaqⅠ基因型的1型糖尿病人维生素D中位数较高, 认为VDR变异可保护机体免于1型糖尿病。而且,血清维生素D水平与VDR基因型有关。流行病学调查发现，补充维生素D对1型糖尿病有益,这可能与维生素D具有免疫调节作用有关。欧洲糖尿病研究亚组2研究组发现，维生素D供给可降低儿童1型糖尿病的发病率33%[7]。LI等[9]发现给成人隐匿性自身免疫性糖尿病病人补充维生素D类似物，可以增强对β细胞的保护。

3.2 维生素D与2型糖尿病

为做好糖尿病的一级预防，早就有学者注意到维生素D与糖代谢之间的相关性，并开展了大量研究。2型糖尿病的主要病理生理改变是胰岛素分泌缺陷及胰岛素抵抗。维生素D对胰岛具有保护作用，并且是维持正常的胰岛素分泌和糖耐量所需物质[10]。近年来研究发现维生素D对胰岛β细胞功能及胰岛素敏感性有影响。国外一些研究[11]证实维生素D的补充会减少胰岛素抵抗和2型糖尿病的发生。血清维生素D水平与胰岛素敏感性呈正相关，一项包括126例正常糖耐量的美国白人研究表明，25-(OH)VD3水平与胰岛素敏感性相关，VD缺乏的个体有更高的胰岛素抵抗和2型糖尿病危险[12]；这也在一系列研究[13-15]中得到证实。来自美国第三次国民健康营养调查的一组数据显示,维生素D水平与胰岛素抵抗指数(HOMA-IR)呈负相关[16]。

VDR基因多态性在糖尿病发病过程中也起了重要作用。VDR基因变异通过以下途径发挥作用：钙离子代谢改变、脂肪细胞的功能调节、调节胰岛素分泌及细胞因子表达[5]。VDR基因多态性中FokI较ApaI、BsmI、TaqI相比更具有重要性，因其位于转录起始的5'端，与启动子区域相连,不与基因的3'端多态性不平衡连锁,被视为VDR基因的独立标志[17]。有学者[5]发现FF纯合子较含f等位基因者，其胰岛素敏感性升高。国外多项研究证实VDR是2型糖尿病的易感基因。徐加蓉等[18]研究发现，VDR基因 FokI、BsmI多态性与2型糖尿病发病密切相关。其中等位基因f和b为2型糖尿病的高危因素。李慧敏[19]研究发现，等位基因f是2型糖尿病的易感基因。Hitman等[20]研究发现ApaI位点的基因多态性，a等位基因与低胰岛素分泌有关。在我国研究[21]显示ApaI位点的VDR基因多态与糖耐量异常存在相关性，与胰岛素分泌有关。Fuat Dilmec等[22]在土耳其人群中未发现ApaI、TaqI位点基因多态性与2型糖尿病有关，结果的差异可能与研究样本量小、种族与生活环境差异有关。

3.3 维生素D与糖尿病并发症

糖尿病慢性并发症患病率、致死率较高。近来研究[23-24]证明维生素D与心血管疾病的发生明显相关。研究人员通过对459例2型糖尿病患者的心血管疾病的发病率分析显示,糖尿病患者的维生素D缺乏比例明显增高,糖尿病患者中维生素D缺乏者较非缺乏者心血管并发症发病率高,其前组较后组血甘油三酯、糖化血红蛋白、C反应蛋白等指标较高,且具统计学意义[25]。糖尿病的微血管并发症以视网膜病变和糖尿病肾病为主，李慧敏等[26]将糖尿病肾病按出现尿微量白蛋白的量分组与正常对照组比较示等位基因f为糖尿病肾病的易感基因，是早发糖尿病肾病的危险因素。糖尿病视网膜病变具有遗传倾向，但至今未找到确切基因，Cyga-nek等[27]以波兰的267例2型糖尿病患者为研究对象的横断面研究表明,VDR基因的多态性并未构成糖尿病视网膜病变的危险因素。Taverna 等[28]研究了24例C肽阴性的白人1型糖尿病, 发现VDR Fokl基因多态性与严重的糖尿病视网膜病变之间有相关性,尤其是病程<25年的糖尿病患者。结论差异可能与种族、居住环境及研究样本量较小有关。

3.4 维生素D作用于糖尿病的机制

3.4.1抑制炎症反应 首先,维生素D抑制巨噬细胞、树突状细胞(DC)生成IL-12,降低肿瘤坏死因子(TNF)等炎症因子的表达,减少炎性细胞及胰岛细胞NO的过度表达,减轻胰岛细胞凋亡[29]；其次维生素D可抑制单核细胞IL-1、IL-6、IL-8等的产生，还可以抑制其它炎性细胞因子如TNF等,降低炎症反应；而且维生素D在抑制炎性细胞因子的同时,还可上调抑制炎症的细胞因子,抑制炎症的发生及发展[30]。Palomer X等[5]研究发现，糖尿病患者IL-1、IL-2、IL-6、IL-8等增高，增高在糖尿病发生前就已存在，提示这些炎症因子是糖尿病起因；其通过诱导胰岛β细胞凋亡、抑制胰岛β细胞功能、减少胰岛素合成分泌，从而对糖代谢过程产生影响。

3.4.2调节免疫反应 维生素D可抑制细胞免疫,降低细胞毒性T细胞对胰岛β细胞的破坏；可抑制T细胞对胰岛素相关抗原的免疫反应而诱导免疫耐受,其表型为CD4+、CD25+。廖岚等[31]发现VDR基因敲除鼠淋巴结中成熟DC的数量增加,提示VDR介导的1,25(OH)2VD3通路在DCs 成熟过程中起重要作用。

3.4.3促进胰岛素合成及分泌 其机制为β细胞分泌胰岛素依赖细胞内钙离子浓度的变化[7]，维生素D通过非选择性电压依赖性钙通道，使钙离子内流,细胞内钙离子的水平升高, 从而促进β细胞分泌胰岛素[32]；维生素D缺乏引起继发性甲旁亢, 影响细胞内钙离子浓度变化，也影响胰岛素分泌[5]；维生素D可以通过促进β细胞生长, 降低炎症因子和免疫反应，抑制β细胞凋亡从而增加胰岛素分泌。

3.4.4增加胰岛素敏感性 其机制为体内炎症反应加重胰岛素抵抗,维生素D可通过调节炎症因子降低炎症反应, 增加外周组织对胰岛素的敏感性[7]；肥胖人群胰岛素敏感性下降,低维生素D水平与肥胖相关[7],肥胖人群的胰岛素敏感性下降可能与维生素D低水平有关；维生素D与靶组织上的VDR结合, 增加靶细胞内钙离子浓度, 促进胰岛素受体底物磷酸化, 从而启动胰岛素信号转导。

4 维生素D与肿瘤

在体外研究发现维生素D有抑制肿瘤发生和生长的特性。在细胞株和动物模型中研究发现，活性维生素D通过与肿瘤细胞表达的VDR结合，影响细胞核的转录因子，调节细胞生长分化及凋亡，抑制肿瘤细胞生长；另外还有抗炎和抗血管生成的作用。在体内研究结论存在分歧。有研究发现1,25-( OH )2VD3的低水平和钙摄取量是导致多种肿瘤发生的重要因素。1,25-(OH)2VD3能够降低乳腺癌、卵巢癌等多种肿瘤的死亡率[33]。如乳腺癌患者体内1,25-(OH)2VD3水平随疾病进展而变化，晚期患者其水平显著低于发病早期[34]。在美国女性健康倡议研究中发现乳腺癌发生风险与女性每日基线维生素D摄取量有关，对于基线摄取量较低的人群增加摄取量会降低乳腺癌发生风险，反之若每日基线摄取量较多(>600 IU)，再增加维生素D摄取量，会使乳腺癌发生风险增高。已有研究表明ff基因型较FF基因型有明显的乳腺癌高风险。另外尚未发现BsmⅠ的多态性与乳腺癌相关。食管癌、胃癌的观察性研究也存在分歧。在维生素D与肿瘤的关系报道中，未发现大样本随机对照研究，因此人群中维生素D水平提高后是否可降低肿瘤发生风险,还需待证实。

5 维生素D与自身免疫性疾病

近年研究发现维生素D具有免疫调节作用，并作为新型免疫调节剂应用于临床。流行病学证实维生素D水平与系统性红斑狼疮(SLE)等部分自身免疫性疾病的发病率呈负相关。Ruiz-Irastorza等[35]检测了92例女性SLE患者,发现90%的患者血清中25-(OH)VD3缺乏。石慧等[36]对86例SLE病人检测25-(OH)VD3水平，研究显示SLE组血清25-(OH)VD3水平较正常对照组显著低下。由于多种细胞内存在特异性VDR，因此1,25-(OH)2VD3对免疫系统的影响是多方面的，其具体作用机制如下：①1，25- (OH)2VD3可增强固有免疫。在固有免疫中单核细胞和巨噬细胞起关键作用，首先使单核细胞获得巨噬细胞表型特征，从而促进单核细胞分化；其次增强巨噬细胞的趋化吞噬能力；最后上调cathelicidin基因hCAP-18的表达，cathelicidin的活性肽段可在体外抑制分支杆菌生长。②1，25-(OH)2VD3可调节适应性免疫。1，25-(OH)2VD3对适应性免疫的调节主要作用于抗原递呈细胞(包括单核-巨噬细胞和DC)和淋巴细胞。抗原呈递细胞(APC)是具有摄取和加工抗原能力，表达主要组织相容性复合体(MHC)-Ⅱ类分子和共刺激信号分子向T淋巴细胞呈递抗原的一类细胞。APC细胞核内表达VDR，1, 25- (OH)2VD3可以下调 MHCⅡ类分子和共刺激信号分子在单核细胞内的表达，抑制其呈递抗原、激活T淋巴细胞免疫应答的能力。对T淋巴细胞的作用表现为：CD4+T细胞分化为Th1细胞和Th2细胞，参与不同的免疫反应。Th1细胞主要产生IL-2和IFN,介导细胞免疫和免疫排斥；Th2细胞主要产生IL-4、IL-5、IL-6、IL-10和IL-13，介导体液免疫和免疫耐受。有研究[37-38]显示维生素D缺乏或者VDR传递信号减弱时，Th1细胞活动增强，而Th2细胞和调节性T细胞活动将减弱，由此可诱导出Th1优势免疫应答。

综上所述，维生素D具有许多非经典作用，通过近年研究显示维生素D的摄入在慢性病防治中有重要作用，维生素D成为目前研究的热点。维生素D缺乏是一全球性问题，尤其老年人表现更为突出，我们应科学应对维生素D缺乏，维生素D的摄入量应适量，选择何时、何种剂量补充最安全有效仍存在争议。随着临床研究的不断深入，维生素D及其类似物将为疾病治疗提供全新理念。

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