維生素D和自噬與疾病的關系

甄　超,馮雪丹,王高寧(綜述),郭　力(審校)

(河北醫科大學第二醫院神經內科 河北省神經病學重點實驗室，石家莊 050000)

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維生素D和自噬與疾病的關系

甄超△,馮雪丹△,王高寧△(綜述),郭力※(審校)

(河北醫科大學第二醫院神經內科 河北省神經病學重點實驗室，石家莊 050000)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.05.005

自噬可持續降解和重復利用細胞內多種成分，在維持真核細胞的新陳代謝過程中發揮著重要作用。自噬的過度激活或抑制都會導致一些疾病的發生。因此，維持體內適當的自噬水平對人類健康至關重要。目前，相繼有文獻報道多種疾病的發生與維生素D在人體內的水平密切相關，維生素D除具有維持鈣磷代謝、抗感染、抗腫瘤等作用外，其調節自噬水平的功能也逐漸被發掘及備受關注。該文著眼于自噬，維生素D與自身免疫性疾病、感染性疾病、腫瘤3大類疾病的關系，總結了近年來的研究進展及尚存在的問題。

1自噬概述及與人類健康

自噬,源于希臘語“autophagy”，是“自食”“自己吃自己”的意思[1]，是真核生物中一個進化上高度保守的自我溶解、吞噬途徑。自噬是維持細胞內穩態、細胞分化和降解細胞內病原體必不可少的過程[2]。自噬的基本過程如下：在自噬早期，細胞胞質中出現大量游離的膜性結構，形態學上稱為前自噬泡。細胞受損時，前自噬泡首先包繞在變性的細胞器、長半衰期蛋白和部分胞質周圍；然后逐漸延伸，包裹需要被降解的物質，形成自噬體；自噬體通過細胞骨架微管系統運輸至溶酶體，與之融合，形成自噬溶酶體，再通過泛素-蛋白酶體系統來降解其內容物，而自噬體膜則可脫落循環再利用。根據被降解物運送至溶酶體的方式的不同，可將自噬分為3種不同的類型：巨自噬(通過自噬體將細胞內容物運送至溶酶體)、微自噬(溶酶體膜向內凹陷包裹被降解物質)和分子伴侶介導的自噬(被降解物可跨溶酶體膜直接易位至溶酶體內)[3]。研究發現，巨自噬與人類健康和疾病的發生密切相關，是當前國內外學術研究的熱點，該文旨在研究巨自噬。

當機體處于饑餓、生長因子缺乏、應激、微生物感染等情況下，激活自噬，利于氨基酸、脂肪酸、糖和核苷酸回收，此功能對于維持細胞能量水平和細胞存活及內穩態尤其重要，這一作用已在細胞和機體水平上得到證明[4]。而當機體自噬功能異?；蚴д{時，則會導致諸多疾病，包括自身免疫性疾病、感染、腫瘤以及神經退行性疾病等[5]。

2維生素D概述及與人類健康

維生素D是一種脂溶性維生素，是膽固醇類衍生物。維生素D有5種化合物，與健康關系最密切的是維生素D3，其主要來源是由皮膚中的7-脫氫膽固醇通過日光紫外線照射后轉化而成，其次是從食物，如富含油性的魚類(三文魚，鱈魚的肝油等)和曬干的蘑菇中攝取。維生素D3在體內經過兩次羥化作用轉變為具有強大生物學效應的1,25雙羥維生素D3[1,25-dihydroxyvitamin D3,1,25-(OH)2D3)[3]。1,25-(OH)2D3]可抑制腎素合成，增強心肌收縮力，促進胰島素的分泌，它還是一種有效的免疫調節劑。維生素D的缺乏與慢性腎臟病、心血管疾病、糖尿病、自身免疫性疾病、骨關節炎、腫瘤、肺功能和哮喘等多系統疾病密切相關[6]。由此看來，維生素D除了能維持機體鈣磷代謝平衡外，還有介導免疫調節、血壓調節、促胰島素分泌等功能[7]。

3維生素D與自噬

近年來，越來越多文獻報道上述疾病可能還與維生素D調節自噬的作用相關[3,8]。人類最初認識到維生素D誘導自噬是在用骨化三醇或EB1089(西奧骨化醇)來處理乳腺癌細胞時發現的[9]。后來相繼有文獻報道，維生素D可在白血病細胞、巨噬細胞中誘導自噬[8]。

維生素D3在自噬的不同階段通過不同通路調節自噬。①誘導自噬階段:維生素D3通過升高胞質中游離鈣的水平，抑制哺乳動物雷帕霉素靶蛋白激活，誘導自噬。②自噬體核化階段：維生素D3通過減輕B細胞淋巴瘤/白血病2的抑制、增加抑菌肽、下調核因子κB等途徑，增加機體Beclin-1(也稱BECN1)，誘導自噬。③自噬體成熟和降解階段：維生素D3上調核苷酸結合寡聚化結構域2(nucleotide-bingding oligomerization domain 2，NOD2)水平，募集自噬相關基因(autophagy related genes，ATG)16，增強溶酶體酶活性，誘導自噬體與溶酶體的融合[3]。

4維生素D、自噬與疾病

4.1維生素D、自噬與自身免疫性疾病多發性硬化是一種病因尚未完全明確的中樞神經系統白質的炎性脫髓鞘性疾病，是青壯年神經功能障礙的常見原因。此病的理想實驗動物模型是實驗性自身免疫性腦脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis,EAE)。研究表明，多發性硬化患者和EAE小鼠血液中ATG5 mRNA、蛋白水平顯著升高且與其神經功能缺損程度密切相關[10]。ATG5是細胞凋亡與自噬的轉換閥門，是自噬體形成的重要基因。自噬體形成初期，ATG12-ATG5-ATG16L形成的復合物與其外膜結合，既可以促進自噬體延伸，同時可促使微管相關蛋白1輕鏈3向自噬體靠攏[11]。機體缺乏ATG5，溶酶體將不能與自噬體融合。另有研究顯示，雷帕霉素作為自噬的激活劑可緩解EAE小鼠的癥狀[12]。因此，自噬與多發性硬化發病相關。

早在1974年，Agranoff和Gold berg[13]就已經根據多發性硬化的地理分布指出其發病率與暴露在陽光下的程度呈負相關。而陽光很可能是通過皮膚中產生的維生素D3發揮作用。因此，維生素D3補充劑已被認為是一種潛在的治療多發性硬化癥的策略。實驗表明，維生素D缺乏會加重EAE小鼠的神經功能評分[14]。而每日給予EAE小鼠足量的鈣和1,25-(OH)2D3可預防小鼠發病，延緩和控制其病情的發展[15-16]。在人類感染結核桿菌的單核細胞中，1,25-(OH)2D3通過抗菌肽上調自噬相關基因(Beclin-1、ATG5)的表達，誘導自噬[17]。由此推測，自噬在介導維生素D治療多發性硬化方面具有不容忽視的作用。

炎癥性腸病(inflammatory bowel disease,IBD)是腸黏膜免疫系統失調、持續腸道感染、環境等多種因素混合作用的結果，是一種自身免疫相關的疾病。IBD包括潰瘍性結腸炎和克羅恩病。自噬相關基因ATG16L1和免疫相關GTP酶家族M蛋白為克羅恩病的易患基因位點[18]。IBD患者表現為腸黏膜炎癥的同時伴有活化的核因子κB，特別是p65水平的升高[19]。NOD2位點的變異是發展為克羅恩病的最主要危險因素。而NOD2和核因子κB在調節自噬中發揮重要的作用。潘氏細胞通過分泌顆粒內容物，包括抗微生物肽和溶菌酶，在腸道固有免疫中發揮著重要作用[20]。在ATG5-ATG16L1-小鼠實驗模型中，潘氏細胞的顆粒胞吐途徑表現為顯著異常?？傊鲜鰯祿С肿允膳cIBD發病機制的聯系。已有專家提出維生素D3的缺乏是IBD發生的一個重要環境因素[21]。潰瘍性結腸炎和克羅恩病的臨床研究證實，患者血清中25-羥維生素D水平顯著低于健康人群。維生素D3可以增加人類腸道上皮細胞NOD2的表達[22]。在動物實驗中，連續15 d或30 d喂食兔子富含高劑量維生素D3的植物，發現在其空腸中潘氏細胞的大小和數量均有增加，且增加程度與維生素D3具有時間和劑量依賴性。然而，關于維生素D通過介導自噬參與IBD發病機制則需要更豐富且更直接的證據。

4.2維生素D、自噬與感染性疾病自噬可降解進入機體細胞的病毒、細菌等微生物[23]。人類免疫缺陷病毒1(human immunodeficiency virus 1，HIV-1)像一個強制性侵入細胞內的寄生蟲，通過利用宿主細胞進行復制和傳染而生存，并能規避防止其生長的細胞。感染的HIV-1可下調機體Beclin-1和微管相關蛋白1輕鏈3B-Ⅱ，從而降低每個細胞的基礎自噬水平和自噬體的數量[24-25]。然而，許多其他RNA和DNA病毒感染細胞后表現為自噬體的聚集[26-27]。眾多研究表明，丙型肝炎病毒可上調自噬相關基因ATG5和微管相關蛋白1輕鏈3B的表達，激活自噬[25]，且丙型肝炎病毒大量復制需要Beclin-1、微管相關蛋白1輕鏈3、ATG5、ATG12等自噬蛋白的參與[26,28-29]。

流行病學研究發現，維生素D缺乏癥導致癌癥、自身免疫性疾病和感染性疾病發病率的增加[30]。維生素D缺乏和感染性疾病之間的聯系可追溯至100多年前，科學家發現太陽輻射有利于結核病患者的康復。維生素D缺乏與結核病易患性密切相關。1,25-(OH)2D3可抑制培養的人類巨噬細胞中結核分枝桿菌的生長。1,25-(OH)2D3可以通過誘導自噬來抑制HIV-1的復制，在用1,25-(OH)2D3連續刺激4 h后，人類單核細胞微管相關蛋白1輕鏈3B-Ⅱ水平升高的程度與自噬激活劑雷帕霉素相仿[8]。1,25-(OH)2D3通過抗菌肽，上調自噬相關基因的Beclin-1和ATG5的轉錄表達，誘導自噬。同時，ATG5是細胞凋亡與自噬的轉換閥門[15]。病毒等微生物入侵機體后，體內細胞自噬反應性增多，以清除病原微生物。機體補充維生素D后，自噬進一步增強的同時，啟動吞噬病原體的細胞凋亡。

4.3維生素D、自噬與腫瘤關于自噬對于腫瘤發生、發展以及治療的研究中存在相互矛盾的結論[31]，說明自噬對腫瘤的調節可能具有兩面性：一方面，自噬可以誘導腫瘤細胞對于應激、缺氧、饑餓及其一些形式的治療產生耐受性，促進腫瘤細胞生存[5,32]。研究表明，Beclin-1等位基因的缺失在人類乳腺癌、卵巢癌和前列腺癌中非常常見[33]。相關動物實驗也證實，Beclin-1的等位基因缺失也使小鼠易發生肝細胞癌、肺腺癌、乳腺增生和淋巴瘤。Beclin-1等位基因的缺陷或ATG5的缺失導致的自噬缺陷，促進長生的腎上皮和乳腺細胞系的腫瘤發生[34]。另一方面，自噬可以作為腫瘤的抑制機制，啟動腫瘤抑制基因。Beclin-1基因的過度表達導致自噬增強，抑制腫瘤的發生[35]。自噬在腫瘤細胞中的不同作用可能取決于腫瘤類型、分期和遺傳背景[32]。

維生素D缺乏癥導致癌癥等疾病發病率的增加[30]，1,25-(OH)2D3能有效抑制多種腫瘤細胞系增生，如結腸癌、白血病、前列腺癌等[36]。維生素D3可通過上調Beclin-1激活自噬，剔除Beclin-1 基因的HL-60細胞(人早幼粒白血病細胞)則會消除維生素D3誘導自噬、活化凋亡的效應[3]。西奧骨化醇(維生素D3的類似物)可增強放射線在胸腺瘤中誘導的自噬[37]。值得一提的是，維生素D受體缺陷小鼠患乳腺腫瘤疾病的癥狀與自噬基因Beclin-1缺陷型小鼠的表現相似[35]。由此可見，自噬在維生素D治療腫瘤疾病中發揮了重要作用。

5結語

自噬是一個極其復雜的生理過程，在機體對疾病的防御中發揮著至關重要的作用。自噬異常或失調會導致多種疾病的發生。因此，干預自噬活性為預防和治療疾病開辟了新的途徑。維生素D具有多重生物學效應并參與多系統疾病的發生，同時，也是重要的自噬激活劑。維生素D是一種已上市藥物，具有價格低廉、安全性高、不良反應小等諸多優點，在臨床多種疾病的治療中具有廣闊的前景。深入了解維生素D與自噬的關系及其在疾病發生、發展中的作用，不僅有助于進一步闡述和理解疾病的發病機制，還可為疾病的防治提供新的手段和思路。

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摘要：自噬是真核細胞的Ⅱ型程序性細胞死亡過程，自噬失調會導致多種疾病的發生。該領域已經成為目前生物醫學研究的熱點，而通過調控自噬活性來防治疾病是重要的研發方向。研究表明，維生素D除具有維持機體鈣磷代謝、介導免疫反應等功能外，還能介導自噬活性，參與多系統疾病的發生。深入了解維生素D的自噬調節功能及其與疾病的關系不僅有助于闡明疾病病理機制，還具有重要的實際應用意義。

關鍵詞：自噬；維生素D；自身免疫性疾??；感染性疾病；腫瘤

Vitamin D,Autophagy and DiseasesZHENChao,FENGXue-dan,WANGGao-ning，GUOLi.(DepartmentofNeurology,theSecondHospitalofHebeiMedicalUniversity/KeyLaboratoryofHebeiNeurology,Shijiazhuang050000,China)

Abstract:Autophagy is typeⅡ programmed cell death process of all eukaryotic cells.Autophagy disorders can lead to a variety of diseases,and it has become a hot field of biomedical research.To prevent and treat diseases by regulating autophagy activity has become an important research direction.Studies have shown that vitamin D is not only involved in calcium and phosphorus metabolism,immune response, but also capable of mediating autophagy activity,and related to multi-system diseases.Depth understanding of the autophagy function of vitamin D and its relationship with the diseases not only will help elucidate the pathogenesis of these diseases,but also have important practical significance.

Key words:Autophagy; Vitamin D; Autoimmune diseases; Infectious diseases; Tumor

收稿日期：2014-04-15修回日期：2014-08-15編輯：伊姍

中圖分類號：R365

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)05-0781-03