1,25二羥維生素D　缺乏與衰老的研究進展

高　慧，陳聽雨(綜述)，張露青(審校)

(南京醫科大學 a.第一臨床醫學院，b.人體解剖學系，南京 210029)

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分子生物學

1,25二羥維生素D缺乏與衰老的研究進展

高慧a△，陳聽雨a△(綜述)，張露青b※(審校)

(南京醫科大學 a.第一臨床醫學院，b.人體解剖學系，南京 210029)

摘要：1,25二羥維生素D3[1,25(OH)2D3]是維生素D的活性形式，其不僅參與調節機體鈣磷代謝，還對心血管系統、免疫系統、泌尿系統、神經系統等多系統的活動具有調節作用。研究顯示維生素D的減少與多種老年性疾病密切相關，維生素D在控制和改善與衰老相關的疾病方面起到了積極的作用。其機制可能與1,25(OH)2D3可通過調控與細胞衰老和凋亡的相關基因、降低氧化應激、抑制腎素-血管緊張素系統以及減少端粒耗損等有關。

關鍵詞：1,25二羥維生素D3；衰老；細胞凋亡；氧化應激

1,25-二羥基維生素D3[1,25-dihyroxyvitamin D,1,25(OH)2D3]是維生素D的活性形式，其生物學效應由特異性的維生素D受體(vitamin D receptor,VDR)介導。VDR在全身包括心血管系統和神經系統等處廣泛分布[1]，發揮重要的生理學作用。調查表明,老年人血25-羥化維生素D[25-hydroxyvitamin D,25(OH)D]水平較低[2]。臨床資料顯示，維生素D在衰老過程中特別是在控制和改善與衰老相關的疾病方面起到了積極的作用[3]。1,25(OH)2D3參與調節衰老是一個復雜的過程，其機制尚不明確，可能與1,25(OH)2D3直接或間接調控多種與細胞生長、分化、增殖及衰老相關基因，DNA修復，降低氧化應激，抑制腎素-血管緊張素系統(renin-angiotensin system,RAS)以及端粒耗損等有關。現主要就目前1,25(OH)2D3缺乏和衰老的相關研究進展進行綜述，為進一步研究應用1,25(OH)2D3來預防衰老的發生、發展提供新思路。

11,25(OH)2D3的來源及作用

維生素D是一類脂溶性類固醇衍生物，人體的維生素D主要有兩種來源：皮膚經陽光照射后合成和從飲食攝入。維生素D進入血液中與特異結合蛋白結合，然后被運輸至肝和腎，分別在肝的25-羥化酶和腎的1α-羥化酶[1-alpha hydroxylase,1α(OH)ase]作用下轉化成活性形式1,25(OH)2D3[4]。1,25(OH)2D3與VDR結合形成激素-受體復合物，引起VDR的構象改變和磷酸化，然后和另一分子VDR或其他類固醇受體形成同源或異源二聚體轉位至核內，該二聚體可與靶基因啟動子區域的特異性核苷酸序列VDR反應元件結合，進而調節靶基因轉錄活性，從而實現其廣泛而重要的生物學功能。

21,25(OH)2D3與衰老關系的調查與研究現況

研究發現，1α(OH)ase敲除小鼠不僅表現為低鈣低磷血癥，繼發性高甲狀旁腺激素血癥，生長遲緩和佝僂病樣骨改變，還表現為骨質疏松、生殖功能下降及高血壓等衰老表現。VDR突變小鼠也出現生存期縮短，皮膚皺縮、毛發和體質量減輕、肌肉萎縮、免疫缺陷、骨質疏松以及大腦下丘腦區域異常鈣化[5]等成熟前衰老的表型。這些結果表明體內1,25(OH)2D3缺乏與小鼠早衰現象密切相關。調查發現維生素D缺乏與骨質疏松癥[6]、癌癥[7]、肌無力[8]、呼吸道感染[9]、自身免疫疾病[10]、糖尿病[11]、高血壓[12]、心血管系統疾病[13]和阿爾茨海默病[14]等許多年齡依賴性慢性疾病有關。由此可推測,一方面衰老會導致維生素D的減少，而另一方面維生素D的減少又促進了衰老的發生、發展，兩者關系密切。

31,25(OH)2D3缺乏導致衰老的可能機制

3.1細胞衰老和凋亡細胞衰老是指可增殖細胞在信號通路的調控下，不可逆地脫離細胞周期，并喪失增殖能力后進入的一種相對穩定的狀態。細胞衰老不僅通過衰老細胞在組織中累積增加，而且通過限制干細胞的再生潛能，促進機體衰老[15]。影響細胞衰老的因素很多，但細胞衰老的機制離不開p53-p21和p16-Rb介導的兩條經典的通路[16]。

p53是腫瘤抑制因子，半衰期很短，其產物主要存在于細胞核內。1,25(OH)2D3可上調p53基因和作用于細胞周期、細胞凋亡、DNA損傷修復相關的其他抑癌基因[17]。DNA損傷后即可激活p53通路，使p53迅速積累，半衰期提高，形成與DNA結合的穩定構象。被激活的p53影響，包括p21在內的許多基因的表達[16]。p21通過抑制細胞周期依賴性蛋白激酶來阻礙Rb和E2F的磷酸化過程，最終導致細胞生長停滯。

另一方面，p53在細胞凋亡中起中心調節作用，增加p53誘導細胞凋亡[18]。在依賴p53蛋白的細胞凋亡中，p53基因通過調節Bc1-2和Bax基因的表達來影響細胞凋亡的。Bcl-2可以延長細胞的生存，是已知的凋亡抑制基因，而Bax促進細胞凋亡，兩者作用相反[19]。p53蛋白能特異地抑制Bc1-2和促進Bax的表達。因此，p53蛋白的積累和活動引起細胞凋亡，1,25(OH)2D3經p53途徑調控細胞凋亡。

3.2氧化應激機體進行有氧代謝時可產生活性氧類。過多的活性氧類對細胞有毒性作用。活性氧類在衰老的發生和發展過程中具有重要的作用，過量的活性氧類與蛋白質、核酸、脂類等發生反應，產生的氧化物或過氧化物導致細胞通透性改變，進而使細胞膜內各種膜結構破壞，導致衰老的發生[20-21]。高水平的活性氧類可以直接對細胞內DNA、蛋白質和脂質分子進行氧化損傷從而導致一系列衰老的臨床表現和多種年齡依賴性疾病[22]。

在對1,25(OH)2D3缺乏小鼠的皮膚研究中發現活性氧類水平顯著增加，皮膚組織中抗氧化酶表達減少、活性降低，脂質過氧化代謝產物丙二醛顯著增多。該結果表明1,25(OH)2D3能夠上調抗氧化系統，降低機體的氧化應激水平，從而發揮延緩皮膚衰老的作用。而1α(OH)ase敲除[1α(OH)ase knock out,1α(OH)ase-/-]小鼠皮膚中活性氧類水平增高，可能引起細胞DNA氧化損傷導致了p53的持續激活[23]，從而參與了衰老的發生。此外活性氧類也能通過激活p38絲裂原激活蛋白激酶通路，上調p16，引發細胞衰老[24-25]。另外，維生素D有上調6-磷酸葡萄糖脫氫酶活性的作用，而6-磷酸葡萄糖脫氫酶是機體內關鍵的抗氧化酶，維生素D的上升，可直接引起6-磷酸葡萄糖脫氫酶的上升從而發揮抗氧化作用[26]。

3.3RAS心血管功能異常是衰老的表現之一，維生素 D可糾正高血壓和心血管功能異常。維生素 D與血壓和RAS活性呈負相關[27]。Forman等[28]對285例受試者給予高鹽飲食發現血漿25(OH)D水平與血管緊張素Ⅱ水平呈負相關。Li等[29]研究表明，VDR基因敲除小鼠出現RAS活性增高、高血壓和心功能異常等現象。Zhou等[30]在對1α(OH)ase-/-小鼠的表型分析中也發現1α(OH)ase-/-小鼠除表現為低鈣低磷血癥，還出現外周RAS水平上調、高血壓、心肌肥大和心縮功能的損害。給予1α(OH)ase-/-小鼠補充外源性1,25(OH)2D3不僅糾正了血清中鈣磷的水平，還糾正了異常的心血管表型。這些研究表明1,25(OH)2D3可通過負性調節RAS來保護心血管功能。

3.4端粒耗損端粒是染色體末端的一種特殊結構，由簡單的串聯重復序列DNA組成。端粒鐘學說認為，端粒隨細胞分裂不斷縮短；當端粒長度縮短到一定域值時，細胞就進入衰老過程。白細胞端粒長度與衰老疾病密切相關，被認為是老年人體健康和疾病預測的生物指標[31-32]。Richards等[33]在對2160例婦女的隊列研究中發現，白細胞端粒長度與血清25(OH)D 水平呈負相關，25(OH)D水平高者白細胞端粒長度堿基對較25(OH)D水平低于最低三分位者多，這提示低水平25(OH)D與衰老密切相關。這可能是由于VDR廣泛存在于T淋巴細胞、B淋巴細胞、自然殺傷細胞與單核細胞等免疫細胞中[34-35]，維生素D可下調白細胞介素2、腫瘤壞死因子α等炎性因子[36]。維生素D通過下調細胞因子和其他抗炎因子發揮抗炎、抗增殖作用，從而影響白細胞的更新，減少白細胞端粒長度的耗損。

4維生素D與老年性疾病

4.1維生素D與腫瘤衰老是受遺傳和環境共同作用的結果，這些因素所致的衰老過程與癌癥的發生相關[37]。從細胞水平來說，衰老和癌癥的發生是由于內外環境損傷的累積效應，尤其是DNA的累積損傷。其中DNA雙鏈的斷裂是目前公認致癌的關鍵。相比較單鏈DNA或者RNA，1,25(OH)2D3受體優先結合雙鏈DNA實現其重要功能。①抑制腫瘤細胞周期進展。細胞周期可分為G1、S、G2和M期，1,25(OH)2D3可以引起腫瘤細胞G1期阻滯，使進入S期的細胞數目下降，從而抑制腫瘤細胞生長。②影響生長因子與激素，從而誘導腫瘤細胞凋亡，抑制腫瘤細胞生長。抑制胰島素和胰島素樣生長因子1的信號轉導，可抑制衰老。

4.2維生素D與高血壓維生素D抗高血壓的作用機制：①1,25(OH)2D3可通過下調RAS活性來糾正高血壓和異常的心血管功能[30]；②1,25(OH)2D3還可減少血管阻力，改善血管內皮功能，降低血壓[38]；③維生素D的缺乏的初期就可能導致動脈血壓的增加，血管內氧化應激水平升高，改變心臟基因的表達[39]。

4.3維生素D與骨質疏松骨質疏松癥是一種以骨礦物水平減少，骨骼微細結構破壞為主要表現，導致骨脆性增高，骨折危險性增大的老年常見代謝性骨病。維生素D對骨質疏松的作用機制如下。①對骨吸收的作用：維生素D與甲狀旁腺激素協同有促進破骨細胞的溶骨作用，并促進腸鈣吸收，使血鈣增加功能。1,25(OH)2D3可增加破骨細胞的活性和數量，促進骨吸收。②對骨形成的作用：1,25(OH)2D3可刺激成骨細胞，促使鈣鹽沉著，加速成骨作用。③對骨膠原的影響：維生素D缺乏時，生成不利于骨的礦化和轉換的膠原。此外研究表明1,25(OH)2D3能特異地抑制前膠原的轉錄[40]。④對鈣吸收的影響：小腸及骨組織是VDR主要靶器官，小腸VDR水平隨年齡降低[41]。因此，老年人小腸DVR水平降低導致小腸鈣吸收不足，可減少鈣化骨，造成骨質疏松。

4.4維生素D與糖尿病維生素D缺乏與1型糖尿病[42]、2型糖尿病[43]有關。維生素D可通過促進胰島素合成及分泌、增加胰島素敏感性、抑制炎癥反應、抑制自身免疫反應等機制對糖尿病產生作用。

1,25(OH)2D3介導的Ca2+信號通路可能參與調節胰島B細胞分泌。胰島B細胞上存在1,25(OH)2D3特異性受體和維生素D依賴的鈣結合蛋白。目前已發現1,25(OH)2D3缺乏可使胰島素分泌減少[44]。給予維生素D缺乏的大鼠補充維生素D，可以增加血清鈣水平[45],促進胰島素的分泌。1,25(OH)2D3還能上調胰島素樣生長因子1受體的表達和下調胰島B細胞內的Ca2+濃度，調節胰島素的分泌和釋放，從而改善胰島素敏感性。研究證明，給予1,25(OH)2D3缺乏的胰島素抵抗人群補充維生素D后能明顯改善胰島素敏感性[46]。

5結語

衰老是個體隨著時間的推移發生的功能性和器質性衰退的漸進過程，這個過程受基因的精確調控。盡管現在已經認識到1,25(OH)2D3與衰老密切相關，但是其具體關系及作用機制尚不明確。衰老既與低1,25(OH)2D3水平有關，也與高1,25(OH)2D3水平有關，提示在延緩衰老過程中1,25(OH)2D3存在一個最佳濃度。如何應用最適濃度的1,25(OH)2D3來干預衰老并作為臨床治療，從而延緩衰老的發生和發展、改善人群健康、提高生命質量還有待進一步的研究。

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Research Progress of the Deficiency of 1,25(OH)2D3and AgingGAOHuia,CHENTing-yua,ZHANGLu-qingb. (a.TheFirstClinicalCollege,b.DepartmentofHumanAnatomy,NanjingMedicalUniversity,Nanjing210029,China)

Abstract：1,25-dihyroxyvitamin D3[1,25(OH)2D3] is the active form of vitamin D in human body,whose function is not only to regulate the metabolism of body′s calcium and phosphorus,but also to regulate the activity of cardiovascular system,immune system,urinary system,nervous system and so on.According to the research data,the reduction of vitamin D is closely related to a variety of age-related diseases,vitamin D plays a positive role in the aging process,especially in controlling and improving the age-related diseases.The mechanism is associated with the function of 1,25(OH)2D3in regulating cellar aging and apoptosis,lowering oxidative stress,inhibiting renin-angiotensin system and reducing telomere loss.

Key words：1,25-dihyroxyvitamin D3; Aging; Apoptosis; Oxidative stress

收稿日期：2015-01-27修回日期：2015-06-10編輯：相丹峰

基金項目：國家自然科學基金(812000184); 江蘇省高校自然科學研究計劃(11KJB310004)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.21.001

中圖分類號：R592

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)21-3841-04