維生素D參與支氣管哮喘發生發展的機制

閆玉曉，嚴 俊，李宇寧

(蘭州大學第一臨床醫學院，蘭州 730000)

支氣管哮喘是一種以可逆性支氣管收縮、黏液增生以及氣道高反應性為特征的慢性異質性疾病[1]。現認為Th1/Th2細胞失衡是導致支氣管哮喘發生的基本機制，而Th2細胞功能亢進是其發生的基礎。近年來，維生素D(Vitamin D，Vit D)作為治療支氣管哮喘的重要手段之一逐漸受到重視，但其參與支氣管哮喘發生、發展的具體機制尚未完全明確。有研究發現，Vit D的低水平與支氣管哮喘病情的惡化、氣道炎癥加重及肺功能下降有關[2]，但在臨床試驗中獲得的結果卻不完全一致[3]，這可能與疾病的發生、發展及個體差異有關。激素抵抗型哮喘(steroid-resistant asthma,SRA)是支氣管哮喘的一種亞型，其發生嚴重影響患者的生存質量，甚至危及生命，其醫療費用占全部哮喘醫療的大部分。近年來研究表明，Vit D可改善SRA對激素的敏感性[4]。因此，探究Vit D參與支氣管哮喘的發病機制對于制訂針對性的治療策略具有重要現實意義。現就Vit D基因與支氣管哮喘的相關性及其參與支氣管哮喘免疫調節、氣道重塑及改善激素抵抗等方面的機制進行綜述。

1 Vit D基因多態性研究

Vit D的代謝途徑受一組多態基因的控制，包括調節Vit D合成及代謝的關鍵酶的基因[CYP2R1(cytochrome P450,family 2,subfamily R,polypeptide 1)、GC(group-specific component)、CYP27B1(cytochrome P450,family 27,subfamily B,polypeptide 1)和CYP24A1(cytochrome P450,family 24,subfamily A,polypeptide 1)]、編碼Vit D信號下游介質物的基因[維生素D受體(vitamin D receptor，VDR)基因、類視黃醇X受體基因、過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferator-activated receptor,PPAR)基因、核受體輔激活物基因以及SMAD][5]。研究表明，Vit D的水平與支氣管哮喘的發病率及嚴重程度的相關性存在矛盾[2,6-7]，造成差異的可能原因之一是遺傳背景，尤以單核苷酸多態性改變Vit D的功能并導致不同病理表現最為突出。CYP2R1的rs10766197，GC的rs7041和rs4588，CYP27B1的rs4646536，VDR的rs2228570、rs7975232和rs1544410，PPAR的rs1805192和rs10865710均與支氣管哮喘發生風險增加顯著相關[8]。另有研究表明，GC的rs7041基因型改變了妊娠母體Vit D的代謝，進而可能對胎兒和嬰兒健康造成影響[9]。支氣管哮喘的預后與CYP2R1的rs10766197、CYP27B1的rs4646536、VDR 的rs7975232和rs1544410及PPAR的rs1805192和rs10865710密切相關[10-11]。CYP2R1和7-脫氫膽固醇還原酶基因的多態性與25(OH)D3的循環水平相關[12]。Einisman等[8]認為，Vit D的水平和VDR的FokI C等位基因多態性與支氣管哮喘控制狀態可能存在相關性；而CYP2R1和CYP27A1可能是兒童支氣管哮喘表型的遺傳決定因素[13]；此外，對VitD與支氣管哮喘嚴重程度的研究表明，Vit D的水平與支氣管哮喘藥物使用的減少及支氣管哮喘病情惡化延緩均呈正相關[2]。1,25-(OH)2D3改變了CYP11A1啟動子VDR的募集并使其活性降低，從而降低了對CD8+T細胞的轉化調節效能，進而使Tc1細胞轉化為Tc2細胞的過程受阻[14]。

2 Vit D的免疫調節機制

2.1參與細胞免疫調節 叉頭框蛋白P3(forkhead box P3，FoxP3)是CD4+CD25+T細胞發育及發揮功能必不可少的轉錄因子，參與維持人體自身耐受。Th17細胞是產生白細胞介素(interleukin，IL)-17的CD4+T細胞。研究表明，1,25-(OH)2D3能夠上調調節性T細胞(regulatory T cells，Tregs)中FoxP3的表達，使IL-10(Tregs產生的調節性細胞因子，并作用于抗原遞呈細胞，從而抑制T細胞活化)的產生增加，通過影響Th1細胞與Th2細胞的平衡進而發揮抗炎作用；另一方面，因樹突狀細胞中的細胞跨膜Notch配體4(一種跨膜蛋白，參與相鄰細胞間的通訊進而調控細胞發育)參與1,25-(OH)2D3對Th17細胞分化的抑制，從而減弱了Th17細胞對人FoxP3+Tregs的免疫抑制抗性[15-17]。Th9細胞是與支氣管哮喘高度相關的CD4+T細胞亞群，產生的IL-9是促進肥大細胞生長、免疫球蛋白E產生、嗜酸粒細胞成熟及呼吸道上皮細胞黏蛋白轉錄的多效性細胞因子。Takami等[18]發現，1,25-(OH)2D3以非IL-10依賴性方式抑制人類Th9的發育，并抑制人類T細胞芳香烴受體(開發多種CD4+T細胞亞群所必需的配體)的表達。同時，1,25-(OH)2D3與芳香烴受體之間的平衡可能是決定病理生理條件下CD4+T細胞分化結果的關鍵因素[18]。另外，1,25-(OH)2D3能夠上調抑制性共刺激分子細胞毒T細胞相關抗原4(T細胞上的一種跨膜受體，參與免疫反應的負調節)的表達。CD39和CD73均是Tregs的標志物，研究表明，1,25-(OH)2D3在體內可上調CD39的表達，這有助于抑制IL-17[19]。

2.2參與固有及體液免疫調節 研究發現，1,25-(OH)2D3可誘導樹突狀細胞調節Tregs，進而增加IL-10的分泌以抑制小鼠中Th1 81和Th2 82細胞的發育，其對于支氣管哮喘的抗失衡機制有重要意義[20-21]。另一項研究發現，樹突狀細胞Notch配體δ樣配體4表達的增加可導致Th17細胞分化增加，而1,25-(OH)2D3可減少這種影響[15]。Vit D也可通過抑制p38促分裂原活化的蛋白激酶，進而抑制IL-6、腫瘤壞死因子-α (tumor necrosis factor α,TNF-α) 等細胞因子的產生，同時下調淋巴細胞中核因子κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)的水平[21]。另外，Vit D的增加不僅促進了單核細胞的增殖和成熟，還抑制了Toll受體2和4的表達，進而減少了TNF-α的產生[21]。

1,25-(OH)2D3也可抑制B細胞增殖并誘導其凋亡[20]。Chary等[22]發現，支氣管哮喘患兒B細胞表面免疫球蛋白E受體(CD23和CD21)和VDR信使RNA的表達上調，其中免疫球蛋白E在急性支氣管哮喘惡化和氣道炎癥的擴散中起關鍵作用[23]。

3 Vit D的抗炎機制

支氣管哮喘惡化的一個主要誘因是呼吸道感染。在這一背景下發現，在一定范圍內血清1,25-(OH)2D3的水平與RTIS的發生呈負相關[1]。有研究表明，孕婦血循環中25(OH)D3的水平較高與后代出生第1年內下呼吸道感染的發生風險較低相關，但與兒童喘息或支氣管哮喘的發生無直接關聯[24]。此研究表明，Vit D可能通過影響呼吸道感染的發生率參與支氣管哮喘的發生、發展。1,25-(OH)2D3通過增強組蛋白去乙酰化酶2的表達及活性限制NF-κB的活動，從而減少炎性基因轉錄[25]，并且通過減少脂多糖刺激吞噬細胞產生TNF-α和活性氧類而發揮抗炎作用[26]。相關研究表明，25(OH)D3通過限制轉錄因子孤核受體、Runx1(runt-related transcription factor 1)及IL-6的表達，減少Th17細胞的數量[1,27]。同時25(OH)D3也影響前列腺途徑中促炎性分子的生物合成，進而發揮抗炎作用[28]。Li等[29]研究表明，1,25-(OH)2D3抑制中性粒細胞和嗜酸性蛋白進入呼吸道上皮深層，通過增加上皮鈣黏素的表達，預防甲苯二異氰酸酯誘導的氣道上皮屏障破壞，然而這一機制是否有利于減輕非甲苯二異氰酸酯所參與的氣道上皮損傷還有待于進一步探究。

4 Vit D參與氣道重塑的機制

4.1調節氣道平滑肌細胞(airway smooth muscle cells，ASMCs)增殖 ASMCs是氣道結構所必需的細胞，其一直被認為是發揮支氣管收縮功能的主要細胞，可導致氣道高反應性，進一步參與支氣管哮喘的發生、發展[30]。氣道慢性炎癥導致氣道結構改變，進而造成ASMCs肥大增生、黏液過度分泌及上皮下纖維化[31]。1,25-(OH)2D3能夠調節參與氣道重塑相關基因的細胞周期、轉錄和翻譯[17]。血管內皮生長因子的存在與支氣管哮喘相關的炎癥和重塑有關。1,25-(OH)2D3通過抑制血管內皮生長因子受體2和細胞外調節蛋白激酶的活化、下調ADAM33(支氣管哮喘易感基因之一)的表達以及影響ASMCs周期，減少血管內皮生長因子誘導的ASMCs增殖[32]。

此外，1,25-(OH)2D3通過影響ASMCs的質量、減少上皮下沉積以及杯狀細胞增生，并減少基質金屬蛋白酶9在ASMCs中的表達，從而在支氣管哮喘治療中發揮積極作用[1]。1,25-(OH)2D3也可抑制成纖維細胞分泌纖維化介質[17]。Song等[33]研究表明，1,25-(OH)2D3可通過顯著上調被動致敏的ASMCs ⅠκBα的表達或抑制ⅠκBα的降解，發揮抑制NF-κB的作用，并顯著降低支氣管哮喘患者ASMCs中NF-κB的DNA結合活性，抑制NF-κB p65的核轉位[25]。1,25-(OH)2D3對ASMCs NF-κB活化的抑制作用可能與VDR相關。

4.2炎癥與氣道重塑 1,25-(OH)2D3能顯著降低支氣管哮喘肺組織中高遷移率族蛋白1、Toll樣受體4以及NF-κB信使RNA的表達，且三者的表達與氣道壁厚度呈正相關[34]。T細胞免疫球蛋白黏蛋白4表達于巨噬細胞和活化的樹突狀細胞表面，發揮調節T細胞的功能。研究表明，1,25-(OH)2D3可下調肺內T細胞免疫球蛋白黏蛋白4的表達，從而改善支氣管哮喘小鼠的氣道重塑[35]。1,25-(OH)2D3能否下調人類肺內T細胞免疫球蛋白黏蛋白4的表達還有待于進一步探究。

5 Vit D參與激素抵抗的機制

糖皮質激素是目前最有效的控制支氣管哮喘的藥物，其主要作用是關閉相關炎癥基因，其編碼細胞因子、趨化因子、黏附分子以及參與炎癥的酶和受體等，激活相關抗炎基因，共同控制支氣管哮喘癥狀[36]。然而，部分支氣管哮喘患者即使長期或大量使用糖皮質激素，其癥狀也難以控制，即SRA[37]。有研究認為，SRA的發生與Th17細胞的表達密切相關[38]。而Vit D可抑制Th17細胞的發育和功能[21]。Nanzer等[39]研究發現，Vit D可抑制Th17細胞因子的產生。Vit D與糖皮質激素能協同治療支氣管哮喘，Vit D可顯著上調糖皮質激素所誘導的IL-10的產生[40]。另一方面，激素抵抗的發生可能涉及糖皮質激素與激素受體間親和力的降低和核易位的減少[41]。Lan等[26]研究發現，Vit D可增強支氣管哮喘人群氣道上皮細胞系和單核細胞系中糖皮質激素所誘導的激素受體核易位，同時增強單核細胞系中糖皮質激素與激素受體間的結合力，進而下調促炎因子的表達[42]。多項研究發現，Vit D通過下調淋巴細胞中NF-κB的水平[21,43]而增強激素受體與糖皮質激素反應元件間的結合親和性[44]，從而有利于糖皮質激素抗炎效應的發揮。另外，也可通過抑制樹突狀細胞相關的p38促分裂原活化的蛋白激酶信號通路，降低糖皮質激素受體磷酸化以進一步增強糖皮質激素的抗炎效應[45-46]。熊安吉[47]研究發現，Vit D可上調促分裂原活化的蛋白激酶磷酸酶1的表達，并降低趨化因子的表達，進而增強糖皮質激素的抗炎作用。促分裂原活化的蛋白激酶磷酸酶1可介導糖皮質激素的抗炎效應[48]。

6 其他參與機制

Vit D結合蛋白不僅參與Vit D的信號轉導過程，同時也可增強單核細胞和中性粒細胞的趨化功能，并與巨噬細胞活化因子共同驅動巨噬細胞向高吞噬細胞表型轉變，進而產生超氧化物。有研究發現，嚴重支氣管哮喘患者外周血單個核細胞中活性氧類和DNA損傷增加，證明Vit D的缺乏加重了氧化應激，這與低第1秒用力呼氣量有關[26]。以上作用參與了氣道高反應性的發生。此外，高水平Vit D結合蛋白對Vit D缺乏患兒有一定的保護作用，同時參與肺部免疫過程的調節[22]。Pfeffer等[19]提出，支氣管哮喘本身可影響Vit D的狀態(反向因果關系)。炎癥及糖皮質激素治療支氣管哮喘影響Vit D代謝，特別是增加VDR和CYP24A1的表達。以上研究進一步說明Vit D參與支氣管哮喘發生、發展機制的復雜性。

7 結 語

Vit D參與支氣管哮喘發病的調控涉及基因、免疫應答、炎癥調節、氣道重塑及改善激素抵抗等多種機制，強調了Vit D在支氣管哮喘治療中潛在的應用前景，為支氣管哮喘的治療開辟了新視野。研究表明，支氣管哮喘兒童血清Vit D[25(OH)D<30 ng/L]的低水平與癥狀的增加、病情惡化、肺功能下降及藥物使用增加有關[49]。由于Vit D抗炎、免疫調節、氣道重塑及改善激素抵抗等多方面的調節作用，臨床可將其作為支氣管哮喘的輔助治療藥物。然而，Vit D在支氣管哮喘治療方面的使用劑量是否會對治療效果造成影響還有待進一步研究。深入探究Vit D在不同水平的調控機制，有助于緩解支氣管哮喘發作的次數及嚴重程度，并延緩其所造成的結構改變。