维生素D与细胞焦亡在炎症性肺部疾病中的研究进展

余亚丽 唐以军 程雪琴 王梅芳

(十堰市太和医院呼吸与危重症医学科，十堰 442000)

1 维生素D与炎症性肺部疾病的关系

1.1维生素D的作用及机制 维生素D是一种具有广泛生物活性的脂溶性开环甾体类激素，人体吸收和转化维生素D的主要途径为肠道吸收及紫外线照射。维生素D在肝脏中经25-羟化酶作用转化为25(OH)D3，在肾脏中经1-α羟化酶转化为有活性的1,25-二羟维生素D3[1,25-(OH)2D3]。维生素D受体(Vitamin D receptor,VDR)属于类固醇激素核受体，与1,25-(OH)2D3结合后可导致基因转录的核异位和调控[1]。维生素D的经典作用是促进钙磷吸收及骨骼发育[2]。进一步研究发现维生素D还具有抗炎、抗感染、抗纤维化、免疫调节等作用,通过结合多种免疫细胞VDR减弱单核巨噬细胞的抗原呈递，下调单核细胞促炎细胞因子水平或作用于CD14和抗菌肽，调节VDR介导的基因表达，识别和杀死病原体[3-6]。维生素D可减轻LPS诱导的肺损伤及保护肺泡屏障功能、减少呼吸道病毒介导的趋化因子及核转录因子κB(NF-κB)，提高气道防御性[7，8]。此外，实验证明肺泡上皮细胞高表达1-α羟化酶，推测维生素D在炎症性肺部疾病中的作用可能与此有关[9]。

1.2维生素D与炎症性肺部疾病的关系

1.2.1维生素D与哮喘 哮喘的发生与T细胞的产生密切相关，维生素D使Th1/Th2平衡倾向于Th2，并激活调节型T细胞、提高IFN-γ水平、降低IL-4和IL-5水平及减轻气道炎症反应[10]。Li等[11]研究显示，血清25(OH)D3与成人哮喘患者的FEV1预计值显著相关，且VDR多态性与哮喘易感性密切相关。维生素D也可促进CD4+T细胞分泌IL-10，提高重度哮喘患者对糖皮质激素的敏感性[12]。

1.2.2维生素D与慢性阻塞性肺疾病(COPD) COPD的发病与炎症的产生和氧化应激密切相关。高剂量维生素D可改善COPD急性加重情况、减少炎症介质产生，同时有助于改善肺通气功能[13]。激素治疗COPD急性加重效果显著，同时COPD的激素抵抗效应也备受到关注，激素的抵抗性与乙酰化酶表达减少相关，对此，Malinen等[14]研究表明COPD患者肺泡巨噬细胞中蛋白去乙酰化酶表达减少，维生素D可上调去乙酰化酶活性，提高激素对炎症反应的疗效[14]。

1.2.3维生素D与肺间质纤维化 肺间质纤维化早期表现为弥漫性肺泡炎，晚期则表现为以成纤维细胞为主的间质细胞增生及胶原沉积，并逐渐取代正常肺组织。TGF-β在阻止损伤修复和上皮间质转化(EMT)过程中发挥重要作用。1,25-(OH)2D3TGF-β1对诱导的肺成纤维细胞增殖及Ⅱ型肺泡上皮纤维化具有一定抑制作用，同时，也可抑制平滑肌肌动蛋白α表达，及诱导抗纤维化因子Smad7表达[15，16]。博来霉素诱导的肺纤维化实验结果表明，1,25-(OH)2D3可明显改善博来霉素导致的小鼠肺泡结构破坏、肺间隔增厚、纤维细胞增生及胶原沉积，并进一步证明维生素D3显著降低肺NADPH氧化酶和抗氧化酶基因表达[17]。流行病学调查显示，肺纤维化患者在春冬季节病死率最高[18]。可能与春冬季节患者接触阳光少，维生素D合成水平低有关。

1.2.4维生素D与尘肺 尘肺是由外界粉尘刺激细胞因子和炎症介质分泌，促使成纤维细胞増殖并向肌成纤维细胞转化，同时合成、释放大量细胞外基质引起，最终导致肺纤维化[19,20]。维生素D的钙稳态作用与尘肺发病相关，维生素D缺乏可导致钙吸收减少，引起钙离子第2信使功能异常，导致氧自由基、炎症介质水平提高[21]。研究表明，尘肺患者血清1,25-(OH)2D3水平明显低于健康志愿者，且尘肺分期越高，其水平越低[22]。血清1,25-(OH)2D3与FEV1、FEV1 /FVC呈正相关，说明尘肺患者普遍存在维生素D缺乏，导致其对肺成纤维细胞的增殖抑制作用减弱。巨噬细胞自噬是尘肺肺泡炎和肺纤维化的基础，戴京京等[23]研究表明维生素D可减少细胞自噬体与溶酶体融合并下调自噬信号通路蛋白表达。

2 细胞焦亡与炎症性肺部疾病的关系

2.1细胞焦亡的概念 细胞焦亡是一种伴随炎症反应的程序性细胞死亡方式,依赖于半胱天冬氨酸蛋白酶-1(cysteine aspartate-specific protease-1，caspase-1)。当外源性危险信号(如细菌和病毒等)或内源性危险信号(机体受损时释放的应激因子)刺激机体时，由NF-κB途径激活NLRP3(NOD样受体家族之一，细胞焦亡的识别分子)，活化caspase-1前体，切割Gasdermin蛋白，释放N端片段识别和结合细胞膜上的磷脂类物质，形成细胞膜孔洞并失去控制物质进出细胞的能力，导致细胞渗透压变化、细胞裂解，释放细胞内容物，引发细胞焦亡。

2.2细胞焦亡与各炎症性肺部疾病的关系 Gasdermin基因家族共享45%的同源序列，GSDMB是Gasdermin蛋白家族成员，在支气管上皮细胞高度表达。研究表明，当删除剪接变异体rs11078928上的全部外显子6(编码13个GSDMB释放的N端关键氨基酸)时，细胞焦亡现象消失，删除剪接变异体可降低哮喘发病风险[24]。NLRP3是细胞焦亡中炎症小体的基础组成部分，在COPD小鼠模型和博来霉素诱导的肺纤维化小鼠模型中，NLRP3-/-小鼠支气管肺泡灌洗液中caspase-1激活、IL-18、IL-1β生成和中性粒细胞流入均减少，提示NLRP3参与实验性肺纤维化的发病[25,26]。NF-κB活化是肺成纤维细胞合成胶原的关键调控环节，通过促进TNF-α、IL-1β、IL-8、转化生长因子-β(TGF-β)和血小板源性生长因子(PDGF)等细胞因子的基因转录介导肺泡炎和肺纤维化的发生发展[27]。细胞焦亡与炎症性肺部疾病密切相关。

3 维生素D和细胞焦亡

3.1细胞焦亡的调节 细胞焦亡受多种因素调节。外源性危险信号、内源性危险信号的分子传感是通过与模式识别受体的相互作用实现的，模式识别受体由TLR和NLR家族成员代表，模式识别后，激活模式识别受体，启动信号调节炎症和先天免疫反应的转导[28,29]。炎症小体是多蛋白复合物，由识别分子(包括NOD样受体家族的NLRP1、NLRP3等)、接头分子和效应分子(如caspase-1)组成。识别分子通过接头分子激活并招募结构域的凋亡相关斑点样蛋白(ASC)，激活效应分子，促进炎症因子前体(如pro-IL-1β)成熟。NLRP3炎症小体激活可作为宿主防御入侵细菌和病原体的重要组成部分，但过度激活可导致慢性疾病的炎症相关损伤。激活NLRP3炎症小体首先需要TLR配体诱导NF-κB活化，促进NLRP3基因转录。NF-κB活化需具备以下条件：①与核因子κB 抑制蛋白(IκB)解离；②NF-κB的核移位。NLRP3炎症小体激活途径包括钾离子外流、溶酶体破裂和活性氧(reactive oxygen species，ROS)产生[30]。

3.2维生素D通过自噬调节细胞焦亡 溶酶体破裂释放是激活NLRP3炎症小体的途径之一，是结晶体或特殊颗粒被内吞入巨噬细胞，最终导致溶酶体破裂的过程，释放的内容物可直接促进NLRP3炎症小体的聚集和活化[30]。自噬在炎症小体和caspase-1活化过程中发挥重要作用[31]。研究表明，维生素D可减弱巨噬细胞自噬体和溶酶体的融合，由此减少溶酶体破裂及炎症因子释放[23]。

3.3维生素D通过调节基因调节细胞焦亡 细菌和病毒细胞壁的脂多糖(LPS)作为外源性危险信号，被巨噬细胞的模式识别受体识别，激活细胞焦亡启动信号[32,33]。研究表明1,25-(OH)2D3可下调人单核细胞TRL-24表达，减轻LPS诱导的炎症损伤。NF-κB因在哮喘患者气道中过度活化，成为哮喘发病机制中最受关注的信号转导系统之一[34]。研究显示，1,25-(OH)2D3可上调NF-κB抑制蛋白-α(IκB-α蛋白)表达，增强其稳定性，同时抑制p65核转位，从而抑制NF-κB活化，减轻肺部炎症反应和肺组织破坏[35-37]。脂肪性肝炎大量ROS的产生能激活NLRP3炎症小体和caspase-1，并促进Ⅰ型胶原纤维和TGF-β表达，最终促发肝脏纤维化；而维生素D可通过激动VDR，降低NF-κB、TGF-β1表达，抑制p66Shc线粒体转位，减少ROS生成和caspase蛋白激活，减轻血管内皮细胞氧化[16,38]。Deb等[39]实验表明，1,25-(OH)2D3可通过阻断NF-κB信号转导减少血管紧张素Ⅱ合成，减少蛋白尿，延缓糖尿病肾病进展。另外，胆维丁乳(CCE)作为1,25-(OH)2D3的前体，有效刺激VDR，通过抑制细胞焦亡中NF-κB活化治疗实验性结肠炎[40,41]。心肌组织中，CCE可通过抑制凋亡相关斑点样蛋白ASC mRNA表达及caspase-1激活减少细胞焦亡[42]。

4 展望

炎症性肺部疾病发病率日益提高，目前尚无有效防治方法，但众多研究显示维生素D和细胞焦亡在炎症性肺部疾病中均发挥重要作用。维生素D通过受体调节细胞焦亡的机制有待进一步研究，补充维生素D调节细胞焦亡有望改善炎症性肺部疾病预后。