维生素D与儿童1型糖尿病相关性的研究进展

胡媛媛，黄伟

承德医学院儿科，河北承德 067000

近年来国内外许多研究表明[1]世界范围内T1DM的发病率稳步上升，可能与维生素D不足有关。维生素D除了在调节钙稳态和骨代谢中已经确立的作用外，还具有抗炎和免疫调节作用，重要的是，维生素D缺乏症的全球发病率在显著增加，流行病学证据表明维生素D缺乏症与T1DM的发病机制有关。对维生素代谢至关重要的多态性也被证明与T1DM易感性相关[2]。维生素D活性代谢产物，1,25-二羟维生素D3，可以通过结合并激活维生素D受体(VDR)，作为转录因子调控细胞分化、细胞周期和细胞凋亡相关基因表达。胰岛局部可以生成活性维生素D与VDR结合，改变胰岛素相关基因的表达，激活胰岛素基因的转录，促进胰岛素的分泌[3]。1型糖尿病(T1DM)是由能够识别胰岛抗原并破坏产生胰岛素的β细胞的自身反应性T细胞引起的[4]，主要是通过Th1细胞因子发挥作用[5]。流行病学调查提示1型糖尿病（type 1 diabetes mellitus，T1DM）发病呈现低龄化趋势[6]。部分研究表明，维生素D可能通过免疫调节或直接作用于胰岛细胞上的VDR，起到保护胰岛β细胞的作用，然而部分研究维生素D补充剂的干预研究结果显示补充维生素D对血糖水平没有额外的有益影响[7]。这种差异的部分原因可能受到维生素D受体基因多态性的影响。

1 维生素D与胰岛β细胞功能相关性

国内外多项实验研究结果显示体内维生素D水平与β细胞的功能呈正相关。最近的横断面研究证实[8-10]儿童和青少年T1DM患者同时存在维生素D缺乏的高发病率。此外，一项针对12项研究的荟萃分析显示[11]，患者的25(OH)D水平低于健康对照组。随后对不同种族和年龄群体的研究也得出了类似的结果[12]。更有研究[13]表明用维生素D治疗分离的大鼠胰岛对葡萄糖刺激的胰岛素分泌(GSIS)有积极的作用，特别是对维生素D缺乏者的胰岛。在很多的前瞻性研究中[14]，维生素D被认为是胰岛自身免疫和/或1型糖尿病的保护性因素，但这些发现由于受到样本多样性等多种因素的影响，缺乏一定的说服力。

近些年有研究表明[15]维生素D可通过调节β细胞内的VDR数量和维生素D依赖性钙结合蛋白（DBP）的水平，促进胰岛β细胞中胰岛素的合成与分泌。目前研究认为维生素D保护胰岛β细胞功能主要是通过免疫调节来实现的。大量研究证实[16]维生素D在人体的免疫调节中起着重要的作用。

1.1 免疫调节

无论是固有免疫还是适应性免疫中，维生素D都可以作为一种免疫调节剂发挥作用，它可以阻止部分与免疫系统过度激活相关的细胞损害。在固有免疫方面，1,25(OH)2D3主要通过抑制树突状细胞的成熟和抗原呈递能力，并增加成熟树突状细胞的凋亡，抑制T淋巴细胞的进一步激活，进而促进免疫耐受[17]。在适应性免疫方面，1,25(OH)2D3通过不同途径抑制T细胞(CD4+、CD8+)的增殖和分化、干扰素(IFN)-γ细胞相关的通路和细胞因子分泌，下调促炎细胞因子如白细胞介素(IL)-2、IL-6和肿瘤坏死因子(TNF)-α等的分泌，增强抗炎细胞因子如IL-4、IL-10和转化生长因子(TGF)-β[17]的生成，降低B淋巴细胞免疫球蛋白的产生和增殖，诱导B淋巴细胞凋亡，从而阻止免疫系统的过度激活，减少正常细胞的破坏。在T1DM发病时，胰岛出现慢性炎性细胞浸润，包括T细胞CD8+和CD4+、B淋巴细胞和巨噬细胞。因此有假设认为维生素D可能通过其免疫调节特性在T1DM中起到预防/治疗作用。在非肥胖糖尿病(NOD)小鼠中，补充高剂量1,25(OH)2D3可抑制胰岛的慢性炎性和糖尿病的发展[18]。对动物模型的进一步研究表明[19]，即使在自身免疫攻击开始后，维生素D类似物也可以阻止T1DM的进展。

虽然T1DM传统上被认为是Th1介导的病理反应，但越来越多的证据表明，调节性T细胞(Treg)对维持外周耐受性至关重要[20]，在T1DM的发病机制中也发挥了重要作用。Th17主要分泌IL-17细胞因子,参与固有免疫和某些炎症反应的发生，维生素D作用于Th17细胞，抑制IL-17、IL-22、TNF-α、IFN-γ和趋化因子受体CCR6的表达，从而阻止Th17细胞向炎症组织迁移[21]。T1DM患者外周血和淋巴结中Th17细胞增多,而Treg细胞功能受损，数量减少[22]。1,25(OH)2D3能抑制CD4+T细胞分化为Th17细胞的能力以及Th17细胞分泌IL-17的功能[23]。这说明维生素D可以通过对Th17细胞的相关调节在1型糖尿病的发病中起到重要作用。众所周知，Th17细胞的减少往往与Treg细胞的增加同时发生，这是Th17/Treg往复轴的一部分。改善自身免疫性疾病治疗的一个重要重点是恢复慢性炎症中发生的Th17/Treg失衡。而维生素D可以促进初始CD4+T细胞向Treg分化，Treg可直接诱导靶细胞的溶解,并削弱抗原呈递细胞对适应免疫应答的能力，维生素D还可以促进Treg分泌IL-10,从而抑制或减轻自身免疫性疾病中的炎症反应。此外，在动物模型中，1,25(OH)2D3，似乎可以增强Treg细胞的活性并抑制Th17和Th1细胞。然而，这些发现仍有争议。

1.2 直接结合

除免疫调节之外，维生素D可以通过与胰岛细胞内的VDR直接结合，促进胰岛素的分泌[24]。由于胰岛β细胞表达1α-羟化酶和维生素D受体，可以实现25(OH)D3到1,25(OH)2D3的转换，1,25-二羟维生素D3可以与细胞核内的VDR相互作用，产生快速非基因组信号[25]，进而促进胰岛素分泌。Y.Morán-Auth等的研究显示在未刺激的Th细胞和25(OH)D3刺激的Th细胞中，1型糖尿病的VDR基因表达均较正常对照组显著降低(P=0.04,P=0.005)。更有动物实验直接证实，维生素D可以通过VDR介导的直接效应起到保护胰岛β细胞的作用，由于多种因素限制，尚缺乏足够的临床随机对照实验来证实这一观点。

1.3 钙离子通道（钙结合蛋白）

研究结果表明1,25(OH)2D3在GSIS（葡萄糖刺激的胰岛素分泌）期间通过r型VGCC（电压门控钙通道）调节钙内流的作用，从而调节细胞分泌胰岛素的能力。胰岛中VDR mRNA丰富，VDR表达具有葡萄糖反应性。用1,25(OH)2D3预孵育小鼠和人胰岛可增强GSIS并增加葡萄糖刺激的钙内流。Lilja对不同剂量1,25(OH)2D3预处理的小鼠胰岛进行了GSIS试验，试验结果显示1,25(OH)2D3进行预处理的组别胰岛素分泌呈上升趋势，重要的是，在低葡萄糖条件下没有观察到1,25(OH)2D3的影响。此外，这种1,25(OH)2D3增强的GSIS完全依赖于VDR的存在，然而，这些研究中重要的发现是，在没有VDR的情况下，在培养液中添加异位1,25(OH)2D3不能增强GSIS[26]。VDR在胰岛中高表达，其表达水平对葡萄糖有反应，这表明当葡萄糖水平升高时，对维生素D信号的依赖性增强。在高葡萄糖条件下，VDR的转录调节增加了电压门控钙通道的表达，以促进细胞的胰岛素分泌。这些发现表明，最佳的维生素D水平和/或维生素D的补充可能为糖尿病提供重要的辅助治疗。

2 维生素D对1型糖尿病的预防及治疗

2.1 生命早期补充维生素D对T1D的预防

各种研究表明，儿童早期摄入维生素D可能对降低日后患T1DM的风险有影响。早在1965年芬兰的一项大规模出生队列研究首次证明，在出生后第一年膳食维生素D的补充与T1DM发生率的降低有关。两项关于维生素D摄入和T1DM风险的观察性研究的荟萃分析也证实了类似的发现，研究发现[27]婴儿期补充维生素D可使T1DM风险降低约20%。流行病学调查显示，幼年时维生素D3缺乏可升高1型糖尿病的发病率，而补充维生素D3则会降低1型糖尿病的发生率，新生儿补充维生素D有助于避免糖尿病的发生[28]。相关学者[29]的研究结果表明，产后早期维生素D可以预防1型糖尿病的发展。German Tapia等[24]的研究显示分娩时母体DBP水平升高可降低子代T1D风险，出生时增加25(OH)D水平可能降低T1DM风险。考虑到大多数研究是观察性的横断面设计,存在显著的异质性,缺乏初始25(OH)D测量和维生素D补充资料，需要精心设计随机队列研究和充足的维生素D的剂量和持续时间，确定早期补充维生素D在预防1型糖尿病中的作用。总之，对于T1DM，来自动物、流行病学和观察性研究的数据似乎更一致，然而，尚缺乏足够的在妊娠期或生命早期补充维生素D并长期随访对T1DM发生率的影响的随机对照试验。

2.2 维生素D与糖尿病前期的相关研究

一项关于非糖尿病受试者的研究表明维生素D缺乏与糖尿病前期相关[30]，对于已确诊为1型糖尿病的患者，除了应用胰岛素治疗之外，补充适量维生素D更有助于血糖水平的控制，Debora B等人经过3个月的随访初步研究发现，接受ASCs+Vit D干预的患者比仅接受标准治疗的患者表现出CP的稳定性、更好的血糖控制和更低的胰岛素需求，此外，对每组进行单独的纵向分析，发现干预组的糖化血红蛋白有所改善，而对照组没有。这提示干预本身可能具有潜在的治疗效果。但良好的结果可能与组间的随机基线差异有关，需要更大的样本和更长的随访时间来进一步研究治疗的安全性，并确定ASCs输注联合Vit D补充治疗新近发病T1DM的疗效。然而，这项初步研究是一个重要的早期评估，ASCs和维生素D的补充是T1DM一种潜在的联合治疗[31]。

3 讨论

在过去的几十年里，人们已经清楚地认识到维生素D的作用远远超出了钙稳态调节和骨代谢。在这方面，维生素D的抗炎和免疫调节作用已经在动物和人身上得到了明确的证明。越来越多的证据也表明[32]，维生素D缺乏可能与T1DM的发病机制有关，提示维生素D缺乏症是该疾病发生的一个重要环境因素。事实上，有几项研究证明[29]，维生素D的摄入，尤其是在儿童早期摄入，可以降低日后罹患T1DM的风险。因此，在出生后的头几年应及时诊断和适当治疗维生素D缺乏，尤其是T1DM基因风险高的儿童(根据T1DM和胰岛自身抗体家族史和/或HLA DR3/DR4阳性确定)。此外，很多研究者均，与健康对照组相比，新诊断的患者、长期缺乏维生素D的患者更普遍，影响更深远。

由于维生素D缺乏症的流行率在全球水平上急剧上升[33]，人们认为有必要采取营养策略，增加维生素D的饮食摄入量，并抵制这一流行趋势，特别是在日照受纬度或与生活方式有关的因素限制的地区。英国营养科学咨询委员会(SACN)建议4岁及以上普通人群摄入10 g/d(400国际单位/d)维生素D。内分泌学会关于预防维生素D缺乏的指南建议，婴儿(1岁以下)最低维生素D摄取量为400 IU/d，儿童、青少年和成人最低维生素D摄取量为600 IU/d[34]。然而，仅从天然食物来源维持每日推荐摄入量是不够的，因为缺乏含有大量维生素D的食物(如脂肪丰富的鱼、鱼肝油、蛋黄)。另一方面，低依从性可能会影响维生素D补充剂预防和治疗维生素D缺乏症的长期疗效。在这种情况下，食品强化被认为是一种安全和经济有效的策略，可以摄入每日推荐量的维生素D[35-36]。因此，需要进行进一步的调查来评估维生素D强化食品(如面包、牛奶、乳制品、面粉、谷物和食用油，这些在世界范围内都是高消耗的)是否能够成为增加每日维生素D摄入量和长期治疗维生素D缺乏症的有效工具。

研究维生素D作为T1DM辅助免疫调节疗法的基本原理，主要是基于其潜在的恢复免疫耐受、对抗自身免疫反应、减缓或阻止疾病进展、保持残余细胞质量和功能以及改善血糖控制的能力。几种维生素D制剂(胆骨化醇、钙二醇、骨化三醇或阿法骨化醇)已在T1DM中进行了测试，以保持细胞功能。临床前研究已经证明了维生素D在预防和逆转NOD小鼠自身免疫方面的功效。另一方面，维生素D作为免疫调节剂在T1DM的临床研究结果不确定。研究结果差异的可能原因与研究持续时间的异质性以及不同研究中使用的维生素D配方和剂量有关。此外，大多数研究评估空腹C肽水平作为细胞功能的替代标记。与刺激C肽相比，抑制C肽的碱性胰岛素分泌并不能有效地检测细胞损失，这极大地限制了对这些研究的解释。此外，一些研究仅评估了与维生素D给药剂量相关的临床结果，没有报告基线和/或随访期间血清25(OH)D水平。值得注意的是，个体血清对给定剂量的维生素D的反应是高度可变的，并取决于几个因素，如基线维生素D状态、体脂百分比、性别、种族、遗传、季节变化、药物和维生素D配方的类型。这方面尤其重要，尤其是在自身免疫性疾病的背景下，维生素D的免疫调节作用可能只有在达到维生素25(OH)D的水平后才能观察到，它会破坏骨骼健康所需的维生素(30 ng/mL)。因此，优化研究设计对于有效评估维生素D对研究结果的影响至关重要[34,37]。最后，维生素D羟化酶、VDBP和VDR的基因多态性需要更广泛的研究，以评估其对维生素D状态的影响及其机制效应。这可能有助于确定需要较高维生素D剂量才能达到预期目标血清25(OH)D水平以预防或治疗T1D的特定受试者亚群。

综上所述，有高T1DM风险儿童的家庭普遍期望一种侵入性更小、更便宜、更方便的干预T1DM进展的方法。维生素D的检测相对更方便且不会造成太大的经济负担，更是一种价廉且相对安全的营养补充药物，在已补充多年维生素D的患者中，一些人的T1DM状态已更新为非进展者或逆转者。尽管临床前数据支持维生素D补充剂在预防和治疗1型糖尿病中的作用，但目前的RCT提供了相互矛盾的数据，因此没有具体的建议。这些矛盾的结果可能与被观察的糖尿病患者之间异质性有关。因此，未来的试验应该包括更多的患者，这将使分层更细化，随后帮助确定谁将受益于这种治疗。此外，还需要研究明确维生素D治疗的阈值以及最合适的给药方案和治疗时间。根据目前的证据，不能推荐对维生素D缺乏进行普遍筛查，但对有症状的患者检测维生素D水平的低门槛也不是不合理的。明显缺乏维生素D的糖尿病患者应补充维生素D，特别是存在代谢性骨病的患者。然而，即使在这一组中，持续时间、补充的剂量方案和目标维生素D水平仍然是未来研究的领域。