维生素D干预肿瘤微环境的研究进展

李玉华 刘微 刘晴 郭健 张磊 孙美艳

[摘要] 维生素D作为一种多功能激素，参与调节机体的基本生理功能。大量流行病学和Meta分析结果表明，维生素D缺乏与肿瘤的高发病率和不良预后相关。肿瘤并不是独立的存在，它的发生、生长及转移与肿瘤微环境密切相关，因此了解肿瘤微环境中不同成分在肿瘤侵袭和转移中的作用对肿瘤的预防和治疗至关重要。最新研究表明，维生素D可通过干预肿瘤微环境中某些成分（如细胞因子、前列腺素、NF-κB信号通路等）从而抑制肿瘤发生发展。该文将对维生素D通过干预肿瘤微环境从而抑制肿瘤发生发展的作用机制进行综述，为维生素D及其类似物作为未来候选抗肿瘤药物的研究提供参考。

[关键词] 维生素D;肿瘤;细胞因子;血管;脂肪细胞

[中图分类号] R4          [文献标识码] A          [文章编号] 1674-0742（2020）10（b）-0195-04

[Abstract] Vitamin D， as a multifunctional hormone， participates in regulating the basic physiological functions of the body. A large number of epidemiological and meta-analysis results show that vitamin D deficiency is related to the high incidence of tumors and poor prognosis. Tumors do not exist independently. Its occurrence， growth and metastasis are closely related to the tumor microenvironment. Therefore， understanding the role of different components in the tumor microenvironment in tumor invasion and metastasis is very important for tumor prevention and treatment. The latest research shows that vitamin D can inhibit the occurrence and development of tumors by interfering with certain components in the tumor microenvironment （such as cytokines， prostaglandins， NF-κB signaling pathways， etc.）. This article will review the mechanism of vitamin D inhibiting the occurrence and development of tumors by intervening in the tumor microenvironment， and provide references for future research on vitamin D and its analogues as candidate anti-tumor drugs.

[Key words] Vitamin D; Tumor; Cytokine; Blood vessel; Adipocyte

維生素D是一种脂溶性类固醇衍生物，主要以两种形式存在：维生素D2和维生素D3。维生素D3在肝脏微粒体中被25-羟化酶转化形成25-羟基维生素D [25（OH）D]，然后在肾脏中被1α-羟化酶催化成1，25（OH）2D3，1，25（OH）2D3作为典型的类固醇激素，参与调节钙稳态和骨代谢。流行病学结果显示高血清25（OH）D水平与癌症的发病率和不良预后呈负相关[1-3]。Ma等[4]发现高剂量维生素D摄入和高水平血清25（OH）D可分别使结直肠癌的风险降低12%和33%， Ditsch等人[5]对82例乳腺癌患者的VDR表达情况与患者总生存期的关系进行了研究，发现高VDR表达的患者比低VDR表达患者具有更长的生存期。 Kim等[6]针对13项关于维生素D摄入量、血清25（OH）D浓度以及乳腺癌发病率和预后的Meta分析结果显示，维生素D摄入量每增加100 IU/d，乳腺癌的发病率降低2%。目前，越来越多的研究表明维生素D可以通过抗炎，抑制血管生成，促进肿瘤细胞凋亡等途径抑制多种肿瘤的发生。

最新研究表明，维生素D可通过调节肿瘤微环境（tumor microenvironment，TME）来阻止肿瘤进程。肿瘤微环境包括多种细胞，细胞外基质，血液系统以及氧化自由基等。这些复杂的组分处于一个动态的变化过程中，为肿瘤细胞的增殖和转移提供生长环境和物质条件。其中，细胞成分包括肿瘤细胞、肿瘤相关成纤维细胞、免疫细胞、内皮细胞和脂肪细胞等。细胞外基质包括炎性细胞因子、趋化因子、粘附分子和生长因子等。肿瘤微环境已成为肿瘤治疗的新靶标，它为肿瘤细胞的增殖、转移提供适宜的生长环境及物质条件，促进其发生发展，了解肿瘤微环境中不同组分在肿瘤侵袭和转移中的作用对肿瘤的预防和治疗至关重要[7]。该文将重点对维生素D干预肿瘤微环境的肿瘤抑制机制进行全面系统的阐述。

1  维生素D和细胞因子

炎症细胞通过分泌不同的细胞因子构成肿瘤炎症环境，引起肿瘤增殖和转移[8-9]。研究发现，多种肿瘤患者血液中的细胞因子水平（IL-1β，TNF-α，IL-6和IL-8）明显高于健康人群。多项研究表明，维生素D可以通过对一些重要的细胞因子调节免疫应答反应发挥肿瘤抑制作用。

IL-6是一种促炎细胞因子，是前列腺癌和结直肠癌进展中的关键因子。例如，IL-6通过p38-MAPK和JAK-STAT通路上调Mcl-1基因转录，抑制TRAIL诱导的肿瘤细胞凋亡。IL-6也可刺激基质金属蛋白酶（MMPs）的表达促进肿瘤的转移和侵袭。有研究表明[10]，维生素D可能抑制p38-MAPK的合成达到降低IL-6的水平，表明其在癌细胞中具有显著的抗炎作用。

IL-8是重要的血管生成因子，其通过促进肿瘤细胞的增殖和MMP-2、MMP-9的表达，增加胶原酶活性，抑制肿瘤细胞凋亡，从而促进肿瘤的发生，迁移和侵袭。Bao等[11]发现前列腺癌细胞IL-8的分泌通过NF-κB通路被抑制，从而减少血管生成。另外，在结肠癌细胞中的研究表明，1，25（OH）2D3与其类似物同样降低了IL-8的产生。

TGF-β和IL-10作为炎症负调控因子具有抑制免疫监视和募集炎性细胞的功能。 IL-10可以通过抑制T淋巴细胞和抗原递呈细胞作用促进肺癌生长，TGF-β通过刺激上皮-间质细胞转化，增加肿瘤细胞侵袭力和促进血管生成[12]。研究表明，1，25（OH）2D3可通過抑制MAP途径刺激分泌IL-10和TGF-β以减轻过度炎症反应从而抑制肿瘤的发生。

2  维生素D和前列腺素（PGs）

PGs是促进肿瘤发生、生长的促炎性分子，其中，PGE2是其主要活性成分。在不同的恶性肿瘤如结肠癌、乳腺癌、肺癌和前列腺癌中均观察到PGE2水平增加[13]。PGs与特定受体结合，在介导细胞增殖、分化和凋亡等方面发挥关键作用。PGs、PGs相关代谢酶和PGs受体（EP）的升高均与肿瘤的发生密切相关。

PGE2与EP2之间的相互作用可产生正反馈信号，上调TNF-α，IL-6，CXCL1和COX-2水平，从而通过增加炎症反应促进肿瘤发生[14]。EP2和EP4也可调节乳腺癌细胞中的负责催化雌激素合成的芳香化酶的表达。COX是PGs合成的关键酶，它具有两种异构体，COX-1和COX-2。COX-2在炎症和肿瘤发生过程中起重要作用。COX-2可促进肿瘤微血管的形成并参与肿瘤发展过程。相关研究发现，COX-2在肺腺癌细胞中的高表达激活TK受体活性并诱导VEGF-C基因的过量表达，进而促进肿瘤血管生成。另一方面，COX-2的过度表达对肿瘤细胞的凋亡具有显著的抑制作用。COX-2可以通过激活Bcl-2基因途径来抑制肿瘤细胞的凋亡。15-羟基前列腺素脱氢酶（15-PGDH）是COX-2的拮抗剂，对癌症的发展有强烈的抑制作用。有学者在正常结肠和结肠癌组织中检测15-PGDH的表达情况，结果显示15-PGDH的表达在结肠癌组织中显著降低。总之，维生素D通过3种机制抑制PGs的合成：降低PGs受体和COX-2的表达，增加15-PGDH表达。

3  维生素D和 MKP5

丝裂原活化蛋白激酶磷酸酶5（MKP5） 是一类选择性地使MAP激酶中关键性的丝/苏氨酸和酪氨酸残基双重底物特异性脱磷酸的磷酸酶，MKP5可抑制p38活性，而p38的激活可刺激促炎细胞因子的增加，促进炎症反应。1，25（OH）2D3可通过干扰炎性细胞因子如TNF-α的信号上调MKP5的表达，起到预防或治疗早期前列腺癌的效果。

4  维生素D和 NF-κB信号通路

NF-κB是一种真核转录因子，它是由p50和Rel A组成的异二聚体（p65）。NF-κB在炎症反应和促进恶性肿瘤中起主要作用，它通过激活NF-κB下游基因（包括G1/S-Cyclin-D1和c-myc）刺激细胞生长，从而导致细胞增殖[15]。NF-κB还可以诱导血管内皮生长因子VEGF和细胞因子的表达，主要是IL-8通过结合肿瘤或肿瘤血管内皮细胞的CXCR-2受体促进肿瘤的生长和转移。

研究证明，1，25（OH）2D3通过调节NF-κB信号通路抑制炎症反应。用1，25（OH）2D3治疗前列腺癌细胞导致IL-8分泌减少从而抑制血管生成。1，25（OH）2D3还可以通过增加IκB mRNA的稳定性，从而减少NF-κB的核转移。1，25（OH）2D3还可以抑制结直肠癌细胞中NF-κB复合物的p65亚基的活化，从而阻止NF-κB与DNA的结合。因此，1，25（OH）2D3可以通过抑制NF-κB信号通路作为肿瘤的有效抑制剂。

5  维生素D和脂肪细胞

越来越多的研究表明[16]，脂肪组织与肿瘤的发生发展密切相关。过量的脂肪堆积导致血液中雌激素水平增加，使微环境维持低炎状态。在慢性炎症状态下，脂肪细胞可分泌多种不同的细胞因子、趋化因子、肿瘤坏死因子和血管内皮生长因子。肥胖诱发的炎症在肿瘤发生中起重要作用。瘦素由白色脂肪组织产生，可能通过JAK-STAT途径、NF-κB途径和WNT途径促进雌激素敏感癌症的产生。另外，瘦素还可诱导上皮-间质细胞的转化。Kaiappan等[17]发现，1，25（OH）2D3可通过调节miR-498降低由瘦素引起的ERα和端粒酶的激活从而抑制雌激素敏感性肿瘤的生长。另外，1，25（OH）2D3还可降低瘦素引发的炎症反应。

6  维生素D和血管生成

血管生成是肿瘤发生和转移的重要步骤。肿瘤血管生成由多种因素调控，包括VEGF、bFGF、HGF、TNF、IL-8等[18-19]。VEGF可诱导血管内皮细胞分泌多种蛋白酶，它们在血管基底膜和细胞外基质降解中起到至关重要的作用。早期研究表明，1，25（OH）2D3是肿瘤细胞血管生成的有效抑制剂。在人类胰腺癌细胞中，1，25（OH）2D3降低MMP-9的表达和活性，同时增加金属蛋白酶组织抑制剂1（TIMP-1）的活性，从而降低血管生成和肿瘤侵袭。如上所述，1，25（OH）2D3通过诱导MKP5表达使p38失活，进一步促进抗血管生成作用。此外，1，25（OH）2D3及其类似物-DG通过调节MMP2和MMP-9来减少肿瘤细胞的侵袭。

7  維生素D和氧化应激

氧化应激指当机体受到应激刺激时，体内会产生高水平活性氧（ROS），从而导致氧化-抗氧化体系失衡。几乎所有的肿瘤细胞都会出现氧化-抗氧化失衡状态，不仅会导致组织损伤，而且会造成基因突变。在缺氧环境中，ROS水平升高的恶性肿瘤更可能侵袭和转移。

因此，维持抗氧化防御系统应该是防止肿瘤发展的关键步骤。越来越多的数据表明[20-21]，维生素D可以通过促进抗氧化作用来保护氧化应激诱导的组织损伤。临床试验表明，补充维生素D可减少结直肠上皮隐窝细胞中氧化损伤标志物8-羟基-2'-脱氧鸟苷水平。当用1，25（OH）2D3预处理HUVEC细胞，检测到胞质NRF2蛋白浓度显著增加，NRF2是内源抗氧化防御系统的关键调节蛋白，与抗氧化应答元件（ARE）结合，启动转录后发挥抗氧化酶和抗氧化保护作用[22]。维生素D也可降低细胞ROS水平，导致抑制单核细胞分泌的促炎细胞因子MCP-1和IL-8。但是，维生素D是否能够通过抗氧化作用抑制肿瘤的发生和侵袭仍需实验进一步验证。

综上所述，目前，大量流行病学调查显示，维生素D缺乏与多种肿瘤的高发病率相关，实验数据也已证实维生素D可以通过多种方式抑制肿瘤的发生和转移，其中，对肿瘤微环境相关因子和信号通路的干预机制越来越引起关注，肿瘤微环境在调节肿瘤发生和转移过程中起关键作用，以肿瘤微环境中的组分作为新靶点的治疗方法能克服许多目前传统治疗方式的限制。维生素D通过影响肿瘤微环境而抑制肿瘤的作用机制需要进一步探讨和研究，维生素D及其类似物作为抗肿瘤药物的候选仍需要更多的前瞻性干预实验提供直接证据。

[参考文献]

[1]  Vaughan-Shaw PG， Zgaga L， Ooi LY， et al. Low plasma vita min D is associated with adverse colorectal cancer survival after surgical resection， independent of systemic inflammatory response[J].Gut，2020， 69（1）：103-111.

[2]  Dudding T， Johansson M， Thomas SJ， et al.Assessing the causal association between 25-hydroxyvitamin D and the risk of oral and oropharyngeal cancer using Mendelian randomiz ation[J].Int J Cancer，2018，143（5）：1029-1036.

[3]  Chandler PD， Tobias DK， Wang L，et al.Association between Vitamin D Genetic Risk Score and Cancer Risk in a Large Cohort of U.S. Women[J].Nutrients，2018， 10（1）：55.

[4]  Ma Y， Zhang P， Wang F， et al.Association between vitamin D and risk of colorectal cancer： a systematic review of prospective studies[J].J Clin Oncol 2011， 29（28）：3775-3782.

[5]  Ditsch N，Toth B，Mayr D，et al.The association between vitamin D receptor expression and prolonged overall survival in breast cancer[J].J Histochem Cytochem，2012，60（2）：121-129.

[6]  Kim Y， Je Y.Vitamin D intake， blood 25（OH）D levels， and breast cancer risk or mortality： a meta-analysis[J].Br J Cancer 2014， 110（11）：2772-2784.

[7]  Wang M，Zhao J，Zhang L，et al.Role of tumor microenviro nment in tumorigenesis[J].J Cancer 2017， 8（5）：761-773.

[8]  Wattenberg MM， Beatty GL.Overcoming immunotherapeutic resistance by targeting the cancer inflammation cycle[J].Semin Cancer Biol，2020，65：38-50.

[9]  Roy S，Glaser S，Chakraborty S.Inflammation and Progression of Cholangiocarcinoma： Role of Angiogenic and Lymphangio genic Mechanisms[J].Front Med （Lausanne） 2019， 6：293.

[10] Li W， Liu Z， Tang R，et al.Vitamin D inhibits palmitate-induced macrophage pro-inflammatory cytokine production by targeting the MAPK pathway[J].Immunol Lett，2018， 202：23-30.

[11]  Bao BY， Yao J， Lee YF.1alpha， 25-dihydroxyvitamin D3 suppresses interleukin-8-mediated prostate cancer cell angiogenesis[J].Carcinogenesis，2006，27（9）：1883-1893.

[12]  Fattet L， Yang J.RREB1 Integrates TGF-beta and RAS Signals to Drive EMT[J].Dev Cell，2020，52（3）：259-260.

[13] Woolbright BL， Pilbeam CC， Taylor JA.3rd： Prostaglandin E2 as a therapeutic target in bladder cancer： From basic science to clinical trials[J].Prostaglandins Other Lipid Mediat，2020， 148：106409.

[14]  Bazzani L， Donnini S， Finetti F，et al. PGE2/EP3/SRC signaling induces EGFR nuclear translocation and growth through EGFR ligands release in lung adenocarcinoma cells[J].Oncotarget，2017， 8（19）：31270-31287.

[15]  Jin G， Hong W， Guo Y，et al. Molecular Mechanism of Pancreatic Stellate Cells Activation in Chronic Pancreatitis and Pancreatic Cancer[J].J Cancer，2020，11（6）：1505-1515.

[16]  Zewdu A， Casadei L， Pollock RE，et al.Adipose Tumor Microen vironment[J].Adv Exp Med Biol，2020，1226：73-86.

[17]  Kasiappan R， Sun Y， Lungchukiet P，et al.Vitamin D suppresses leptin stimulation of cancer growth through microRNA[J].Cancer Res 2014， 74（21）：6194-6204.

[18]  Serrano JJ， Delgado B， Medina MA. Control of tumor angiog enesis and metastasis through modulation of cell redox state[J].Biochim Biophys Acta Rev Cancer，2020，1873（2）：188352.

[19]  Mukherjee A， Madamsetty VS， Paul MK，et al.Recent Advancements of Nanomedicine towards Antiangiogenic Therapy in Cancer[J].Int J Mol Sci，2020， 21（2）：455.

[20]  Mohseni H， Amani R， Hosseini SA，et al.Genetic Variations in VDR could Modulate the Efficacy of Vitamin D3 Supplementation on Inflammatory Markers and Total Antioxidant Capacity among Breast Cancer Women： A Randomized Double Blind Controlled Trial[J].Asian Pac J Cancer Prev，2019，20（7）：2065-2072.

[21]  Tagliaferri S， Porri D， De Giuseppe R，et al.The controversial role of vitamin D as an antioxidant： results from randomised controlled trials[J].Nutr Res Rev 2019， 32（1）：99-105.

[22]  Teixeira TM， da Costa DC， Resende AC， et al.Activation of Nrf2-Antioxidant Signaling by 1， 25-Dihydroxychole calciferol Prevents Leptin-Induced Oxidative Stress and Inflammation in Human Endothelial Cells[J].J Nutr，2017，147（4）：506-513.

（收稿日期：2020-07-19）