維生素D與細胞焦亡在炎癥性肺部疾病中的研究進展

余亞麗 唐以軍 程雪琴 王梅芳

(十堰市太和醫院呼吸與危重癥醫學科，十堰 442000)

1 維生素D與炎癥性肺部疾病的關系

1.1維生素D的作用及機制 維生素D是一種具有廣泛生物活性的脂溶性開環甾體類激素，人體吸收和轉化維生素D的主要途徑為腸道吸收及紫外線照射。維生素D在肝臟中經25-羥化酶作用轉化為25(OH)D3，在腎臟中經1-α羥化酶轉化為有活性的1,25-二羥維生素D3[1,25-(OH)2D3]。維生素D受體(Vitamin D receptor,VDR)屬于類固醇激素核受體，與1,25-(OH)2D3結合后可導致基因轉錄的核異位和調控[1]。維生素D的經典作用是促進鈣磷吸收及骨骼發育[2]。進一步研究發現維生素D還具有抗炎、抗感染、抗纖維化、免疫調節等作用,通過結合多種免疫細胞VDR減弱單核巨噬細胞的抗原呈遞，下調單核細胞促炎細胞因子水平或作用于CD14和抗菌肽，調節VDR介導的基因表達，識別和殺死病原體[3-6]。維生素D可減輕LPS誘導的肺損傷及保護肺泡屏障功能、減少呼吸道病毒介導的趨化因子及核轉錄因子κB(NF-κB)，提高氣道防御性[7，8]。此外，實驗證明肺泡上皮細胞高表達1-α羥化酶，推測維生素D在炎癥性肺部疾病中的作用可能與此有關[9]。

1.2維生素D與炎癥性肺部疾病的關系

1.2.1維生素D與哮喘 哮喘的發生與T細胞的產生密切相關，維生素D使Th1/Th2平衡傾向于Th2，并激活調節型T細胞、提高IFN-γ水平、降低IL-4和IL-5水平及減輕氣道炎癥反應[10]。Li等[11]研究顯示，血清25(OH)D3與成人哮喘患者的FEV1預計值顯著相關，且VDR多態性與哮喘易感性密切相關。維生素D也可促進CD4+T細胞分泌IL-10，提高重度哮喘患者對糖皮質激素的敏感性[12]。

1.2.2維生素D與慢性阻塞性肺疾病(COPD) COPD的發病與炎癥的產生和氧化應激密切相關。高劑量維生素D可改善COPD急性加重情況、減少炎癥介質產生，同時有助于改善肺通氣功能[13]。激素治療COPD急性加重效果顯著，同時COPD的激素抵抗效應也備受到關注，激素的抵抗性與乙?；副磉_減少相關，對此，Malinen等[14]研究表明COPD患者肺泡巨噬細胞中蛋白去乙?；副磉_減少，維生素D可上調去乙酰化酶活性，提高激素對炎癥反應的療效[14]。

1.2.3維生素D與肺間質纖維化 肺間質纖維化早期表現為彌漫性肺泡炎，晚期則表現為以成纖維細胞為主的間質細胞增生及膠原沉積，并逐漸取代正常肺組織。TGF-β在阻止損傷修復和上皮間質轉化(EMT)過程中發揮重要作用。1,25-(OH)2D3TGF-β1對誘導的肺成纖維細胞增殖及Ⅱ型肺泡上皮纖維化具有一定抑制作用，同時，也可抑制平滑肌肌動蛋白α表達，及誘導抗纖維化因子Smad7表達[15，16]。博來霉素誘導的肺纖維化實驗結果表明，1,25-(OH)2D3可明顯改善博來霉素導致的小鼠肺泡結構破壞、肺間隔增厚、纖維細胞增生及膠原沉積，并進一步證明維生素D3顯著降低肺NADPH氧化酶和抗氧化酶基因表達[17]。流行病學調查顯示，肺纖維化患者在春冬季節病死率最高[18]?？赡芘c春冬季節患者接觸陽光少，維生素D合成水平低有關。

1.2.4維生素D與塵肺 塵肺是由外界粉塵刺激細胞因子和炎癥介質分泌，促使成纖維細胞増殖并向肌成纖維細胞轉化，同時合成、釋放大量細胞外基質引起，最終導致肺纖維化[19,20]。維生素D的鈣穩態作用與塵肺發病相關，維生素D缺乏可導致鈣吸收減少，引起鈣離子第2信使功能異常，導致氧自由基、炎癥介質水平提高[21]。研究表明，塵肺患者血清1,25-(OH)2D3水平明顯低于健康志愿者，且塵肺分期越高，其水平越低[22]。血清1,25-(OH)2D3與FEV1、FEV1 /FVC呈正相關，說明塵肺患者普遍存在維生素D缺乏，導致其對肺成纖維細胞的增殖抑制作用減弱。巨噬細胞自噬是塵肺肺泡炎和肺纖維化的基礎，戴京京等[23]研究表明維生素D可減少細胞自噬體與溶酶體融合并下調自噬信號通路蛋白表達。

2 細胞焦亡與炎癥性肺部疾病的關系

2.1細胞焦亡的概念 細胞焦亡是一種伴隨炎癥反應的程序性細胞死亡方式,依賴于半胱天冬氨酸蛋白酶-1(cysteine aspartate-specific protease-1，caspase-1)。當外源性危險信號(如細菌和病毒等)或內源性危險信號(機體受損時釋放的應激因子)刺激機體時，由NF-κB途徑激活NLRP3(NOD樣受體家族之一，細胞焦亡的識別分子)，活化caspase-1前體，切割Gasdermin蛋白，釋放N端片段識別和結合細胞膜上的磷脂類物質，形成細胞膜孔洞并失去控制物質進出細胞的能力，導致細胞滲透壓變化、細胞裂解，釋放細胞內容物，引發細胞焦亡。

2.2細胞焦亡與各炎癥性肺部疾病的關系 Gasdermin基因家族共享45%的同源序列，GSDMB是Gasdermin蛋白家族成員，在支氣管上皮細胞高度表達。研究表明，當刪除剪接變異體rs11078928上的全部外顯子6(編碼13個GSDMB釋放的N端關鍵氨基酸)時，細胞焦亡現象消失，刪除剪接變異體可降低哮喘發病風險[24]。NLRP3是細胞焦亡中炎癥小體的基礎組成部分，在COPD小鼠模型和博來霉素誘導的肺纖維化小鼠模型中，NLRP3-/-小鼠支氣管肺泡灌洗液中caspase-1激活、IL-18、IL-1β生成和中性粒細胞流入均減少，提示NLRP3參與實驗性肺纖維化的發病[25,26]。NF-κB活化是肺成纖維細胞合成膠原的關鍵調控環節，通過促進TNF-α、IL-1β、IL-8、轉化生長因子-β(TGF-β)和血小板源性生長因子(PDGF)等細胞因子的基因轉錄介導肺泡炎和肺纖維化的發生發展[27]。細胞焦亡與炎癥性肺部疾病密切相關。

3 維生素D和細胞焦亡

3.1細胞焦亡的調節 細胞焦亡受多種因素調節。外源性危險信號、內源性危險信號的分子傳感是通過與模式識別受體的相互作用實現的，模式識別受體由TLR和NLR家族成員代表，模式識別后，激活模式識別受體，啟動信號調節炎癥和先天免疫反應的轉導[28,29]。炎癥小體是多蛋白復合物，由識別分子(包括NOD樣受體家族的NLRP1、NLRP3等)、接頭分子和效應分子(如caspase-1)組成。識別分子通過接頭分子激活并招募結構域的凋亡相關斑點樣蛋白(ASC)，激活效應分子，促進炎癥因子前體(如pro-IL-1β)成熟。NLRP3炎癥小體激活可作為宿主防御入侵細菌和病原體的重要組成部分，但過度激活可導致慢性疾病的炎癥相關損傷。激活NLRP3炎癥小體首先需要TLR配體誘導NF-κB活化，促進NLRP3基因轉錄。NF-κB活化需具備以下條件：①與核因子κB 抑制蛋白(IκB)解離；②NF-κB的核移位。NLRP3炎癥小體激活途徑包括鉀離子外流、溶酶體破裂和活性氧(reactive oxygen species，ROS)產生[30]。

3.2維生素D通過自噬調節細胞焦亡 溶酶體破裂釋放是激活NLRP3炎癥小體的途徑之一，是結晶體或特殊顆粒被內吞入巨噬細胞，最終導致溶酶體破裂的過程，釋放的內容物可直接促進NLRP3炎癥小體的聚集和活化[30]。自噬在炎癥小體和caspase-1活化過程中發揮重要作用[31]。研究表明，維生素D可減弱巨噬細胞自噬體和溶酶體的融合，由此減少溶酶體破裂及炎癥因子釋放[23]。

3.3維生素D通過調節基因調節細胞焦亡 細菌和病毒細胞壁的脂多糖(LPS)作為外源性危險信號，被巨噬細胞的模式識別受體識別，激活細胞焦亡啟動信號[32,33]。研究表明1,25-(OH)2D3可下調人單核細胞TRL-24表達，減輕LPS誘導的炎癥損傷。NF-κB因在哮喘患者氣道中過度活化，成為哮喘發病機制中最受關注的信號轉導系統之一[34]。研究顯示，1,25-(OH)2D3可上調NF-κB抑制蛋白-α(IκB-α蛋白)表達，增強其穩定性，同時抑制p65核轉位，從而抑制NF-κB活化，減輕肺部炎癥反應和肺組織破壞[35-37]。脂肪性肝炎大量ROS的產生能激活NLRP3炎癥小體和caspase-1，并促進Ⅰ型膠原纖維和TGF-β表達，最終促發肝臟纖維化；而維生素D可通過激動VDR，降低NF-κB、TGF-β1表達，抑制p66Shc線粒體轉位，減少ROS生成和caspase蛋白激活，減輕血管內皮細胞氧化[16,38]。Deb等[39]實驗表明，1,25-(OH)2D3可通過阻斷NF-κB信號轉導減少血管緊張素Ⅱ合成，減少蛋白尿，延緩糖尿病腎病進展。另外，膽維丁乳(CCE)作為1,25-(OH)2D3的前體，有效刺激VDR，通過抑制細胞焦亡中NF-κB活化治療實驗性結腸炎[40,41]。心肌組織中，CCE可通過抑制凋亡相關斑點樣蛋白ASC mRNA表達及caspase-1激活減少細胞焦亡[42]。

4 展望

炎癥性肺部疾病發病率日益提高，目前尚無有效防治方法，但眾多研究顯示維生素D和細胞焦亡在炎癥性肺部疾病中均發揮重要作用。維生素D通過受體調節細胞焦亡的機制有待進一步研究，補充維生素D調節細胞焦亡有望改善炎癥性肺部疾病預后。