維生素D、IFN-γ與哮喘的相關性研究進展

張惠群，甘 兵（1.廣東醫科大學附屬第三醫院（佛山市順德區龍江醫院）呼吸與危重癥醫學科，廣東佛山 528318；2.廣東醫科大學，廣東湛江 524023)

支氣管哮喘是由多種細胞和細胞組分參與的慢性氣道炎癥疾病，其主要特征是氣道高反應性和可變的氣流受限，是一種異質性疾病，有不同的臨床表型。近年來，維生素D在支氣管哮喘中的作用越來越受到人們的關注[1]。支氣管哮喘和低維生素D水平有共同的危險人群。維生素D是一種類固醇激素，由食物攝入及皮膚自身合成，經維生素D結合蛋白轉運到肝臟和腎臟，然后在25-羥化酶、1α-羥化酶的作用下轉化為具有生物活性的1，25-二羥維生素D3，通過維生素D受體（VDR）參與生理活動，是重要的調節免疫因素[2]，可以通過先天免疫、適應性免疫、影響調節性T細胞、改善哮喘患者對皮質類固醇治療的反應和減少氣道重塑等機制影響哮喘[1]。IFN-γ 作為Th1 細胞產生的抗炎細胞因子[3]，在哮喘發病中的作用存在爭議[4-5]。本文就維生素D、IFN-γ 在哮喘發病中的可能作用作一綜述。

1 維生素D與哮喘

1.1 維生素D與遺傳

目前許多研究表明，遺傳因素是導致哮喘和低維生素D水平低下的重要原因。維生素D受體基因在染色體中的位置正好位于哮喘及其疾病嚴重程度相關的區域-12q[6-8]，維生素D和VDR基因多態性可能改變維生素D生物活性，同時影響哮喘發展和嚴重程度[6]。有研究發現在美國年輕的非裔人群中，6 個VDR 變異基因中的4 個與哮喘顯著關聯[7]，而對VDR基因單核苷酸多態性（SNPs）（FokI、BsmI、TaqI和ApaI）的研究則表明FokI、BsmI、TaqI與哮喘關聯緊密，VDR SNP rs2228570 與哮喘夜間急性發作率增加、基線肺功能檢測值降低以及血清IgE 水平升高相關[9]。編碼維生素D 代謝酶的相關基因CYP2R1（編碼微粒體維生素D25 羥化酶）和CYP24A1[編碼線粒體1，25(OH)-D324-羥化酶]的多態性與哮喘的發生發展及嚴重程度也存在相關關系[8]，其中CYP24A1 與哮喘控制率下降、基線肺功能檢測值升高、對支氣管擴張劑反應降低及25-(OH)-D3 水平降低顯著相關，CYP2R1與基線肺功能檢測值下降顯著相關[9]。維生素D代謝基因及其受體基因的多態性與哮喘相關，提示維生素D 相關基因的多態性研究可能有助于哮喘的疾病分型，為未來哮喘的臨床管理提供新思路。

1.2 維生素D與兒童哮喘

維生素D水平與兒童的哮喘相關性比成人更加密切，兒童哮喘患者補充維生素D更能獲益[1]。多項研究表明臍血維生素D水平與兒童喘息發生率呈負相關，與嬰兒早期呼吸道感染發生率呈負相關，維生素D對先天免疫的作用可能間接降低幼兒期喘息的風險[1,10-12]，產前補充維生素D 對兒童發生哮喘和反復喘息具有顯著的保護作用[13-14]。胎盤是25-(OH)-D3 轉化為1,25-(OH)2-D3 的重要部位，母親維生素D 水平在胎兒肺發育中起重要作用，維生素D可刺激肺泡Ⅱ型上皮細胞的DNA 合成及表面活性物質產生[11]，還可抑制幼稚臍血T細胞中的Th1、Th2 分化[15]。此外，哮喘患兒體內維生素D 水平降低與哮喘未控制程度呈正相關[16]，與IgE水平呈負相關，維生素D缺乏的哮喘患兒的血清總IgE水平明顯升高[4,17-18]。哮喘患兒血清維生素D 水平與第1 秒用力呼氣容積（forced expiratory volume in one second，FEV1）、用力肺活量（FVC）、FEV1/FVC、用力呼氣50%肺活量（余50%肺活量）的瞬間流量（FEF50%）、用力呼氣75%肺活量（余25%肺活量）的瞬間流量（FEF75%）及最大呼氣中段流量（MMEF）呈正相關，血清維生素D水平升高可改善肺功能[19]。通過補充提高哮喘患兒血清維生素D水平，可減少哮喘急性發作次數和住院次數，減輕發作時疾病嚴重程度[20]。因此，維生素D在兒童哮喘中的作用十分重要，通過產前和產后補充維生素D可以有效減少兒童喘息的發生率和哮喘的嚴重程度，這對臨床的診療工作具有重要意義。但上述的研究均存在樣本和數據的丟失、分析數據時未考慮混雜因素等情況，維生素D在兒童哮喘發生中的作用仍需更多更嚴謹的研究去證實。

1.3 維生素D與成人哮喘

在成人哮喘的相關研究中，維生素D缺乏可導致氣道反應性增加、肺功能降低、哮喘控制惡化、類固醇抵抗以及哮喘的發病率增加[4,9,12,21-22]。維生素D可以通過減少成纖維細胞外基質蛋白以及減少與氣道重塑有關的酶（解整合素金屬蛋白33，ADAM33；基質金屬蛋白酶9，MMP9）的表達，發揮抗平滑肌增殖、抑制黏液及基質金屬蛋白酶分泌的作用，從而抑制哮喘的氣道重塑[4,22]。維生素D對免疫細胞具有顯著調節作用，可以增強嗜酸性粒細胞的活力，減少促炎壞死顆粒的產生；可以抑制B淋巴細胞產生IgE，并增加白介素10（IL-10）的產生，促進調節性B淋巴細胞表型分化；可以抑制肥大細胞活化的能力，減少組胺和腫瘤壞死因子的釋放，促進肥大細胞產生抗炎IL-10[12]。維生素D還可以強化固有免疫，包括抗菌蛋白生成增多、巨噬細胞及自然殺傷細胞數量增多、功能上調；可以抑制適應性免疫，包括下調樹突細胞共刺激因子及IL-12 表達，上調IL-10 表達促進免疫耐受效應的調節性T細胞（Regulatory T cells，Treg）增多，抑制Th1 型及Th2 型細胞免疫[15]。小鼠實驗表明，維生素D可降低Th2 細胞因子水平和氣道高反應性[23]。重度或未控制的哮喘患者維生素D缺乏的發生率較高，FEV1 水平較低[24-25]，補充維生素D后哮喘急性發作次數減少[21]，治療6 個月時的哮喘控制情況得到了明顯的改善[26]。甚至有學者認為，補充維生素D可減少激素依賴型哮喘的急性發作次數，可將激素依賴型哮喘的急性發作次數降低37%[27-29]。哮喘急性加重通常由病毒性上呼吸道感染引起，病毒引起的哮喘加重與促炎細胞因子（如IL-17A）的產生增加有關，可加劇過敏性氣道反應。維生素D代謝物對呼吸道上皮細胞具有抗病毒作用，并抑制外周血單個核細胞產生IL-17A[29]。哮喘患者的血清維生素D水平與IL-10+CD4+Treg細胞顯著相關[22]，糖皮質激素抵抗的患者，Treg細胞IL-10 分泌減少，維生素D通過增強Treg細胞進一步促進IL-10 的分泌從而改善激素抵抗[9,12,14-15,22]。由此可見，維生素D具有明顯的免疫調節作用，監測血清25-羥基維生素D 水平可作為哮喘患者管理的一項措施，對于反復急性發作和激素依賴型的哮喘患者需要警惕是否存在維生素D的不足或缺乏并及時補充維生素D。

2 維生素D、IFN-γ與哮喘

IFN-γ 在哮喘中的作用機制尚不完全清楚。有研究表明IFN-γ 水平與哮喘患者的肺功能呈正相關，是哮喘的保護因素，但也有研究表明血清IFN-γ 在哮喘急性發作期表達水平升高，是哮喘急性發作和激素抵抗的危險因素，維生素D 則可能通過影響IFN-γ 的表達水平影響哮喘。

2.1 INF-γ抑制哮喘2 型炎癥減少氣道重塑

國內研究顯示，哮喘患者的血清IL-4 水平較健康人升高，而血清IFN-γ 水平較健康人下降。IFN-γ水平與肺功能呈正相關，不同時期哮喘患兒血清25-(OH)-D3 與IFN-γ 水平呈正相關[30-35]。Th1/Th2 失衡是哮喘發病的重要機制，IFN-γ是Th1 細胞產生的細胞因子，是IL-4 合成的拮抗劑，可抑制嗜酸性粒細胞募集和活化，減少局部炎癥細胞浸潤，降低B淋巴細胞過度合成IgE[30,33]，并抑制Th2 細胞增生[30]，促進IgG的生成。IgG可中和氣道中的抗原，從而有利于抗原捕捉和肺泡巨噬細胞的抗原遞呈，同時IgG還可以促進INF-γ的進一步分泌，有助于恢復Th1/Th2 平衡[33]。此外，IFN-γ在一氧化氮（NO）途徑中能舒張氣管，抑制平滑肌細胞DNA的合成[34]，從而減輕哮喘氣道重塑。

2.2 IFN-γ加重哮喘和誘導激素抵抗

有國外學者認為，Th1 細胞及其細胞因子（特別是IFN-γ）與重度哮喘有關，可能是激素依賴型難治性喘患者氣道高反應性的驅動因素[35-37]。重度哮喘患者氣道中Th1 免疫應答（IFN-γ）升高，可能通過中性粒細胞CCR1 和CCR3 表達上調而促進中性粒細胞趨化，慢性中性粒細胞增多的哮喘患者通常對類固醇不敏感[36]。Th1 細胞的分化由轉錄因子T-bet（由Tbx21編碼）編程，Th1 細胞產生IFN-γ導致T-bet的上調并促進Th1 分化，IFN-γ和T-bet都與肺部嗜酸性粒細胞浸潤和AHR的抑制有關[37]。大約30%的重度哮喘表現為1 型炎癥，其特征是IFN-γ 水平及C-X-C 配體10（CXCL10）水平升高，對類固醇的需求更高和更頻繁的哮喘急性發作[38]。CXCL10 以及其姐妹配體C-X-C 配體9（CXCL9）和CXCL11 與C-X-C 受體3（CXCR3）結合，促進Th1 細胞的趨化性以及嗜酸性粒細胞和肥大細胞的活化。由于Th1 細胞的產生能進一步促進CXCL10 和IFN-γ 水平的高表達，形成一個正向反饋回路，增強了局部1 型炎癥，導致了病理性免疫。Gauthier 等[38]的研究顯示，哮喘患者的IFN-γ在氣道中的表達與趨化因子受體CXCR3 和C-C 受體5（CCR5）的表達密切相關。哮喘患者血清IFN-γ 水平較高者年齡較大，哮喘發病時間較晚，FEV1、FVC更低。

2.3 維生素D調節IFN-γ表達影響哮喘

高水平的血清維生素D 可抑制T 淋巴細胞中的NF-κB 通路，負反饋調節TLR4 的功能，誘導Th1 細胞活化產生IFN-γ 等抗炎細胞因子，調節Th1/Th2 平衡[30]。維生素D還可以誘導抗菌肽和防御素的產生，提高對抗細菌、病毒和真菌感染的IFN-γ 和IL-10 水平，減少哮喘復發或癥狀惡化風險[11,30]。而在實驗性自身免疫性腦脊髓炎動物模型的研究中則發現，維生素D 可以抑制IFN-γ 的分泌，進而減輕Th1 細胞炎癥對實驗性自身免疫性腦脊髓炎的損害作用[39]。因此，維生素D、IFN-γ和哮喘三者之間的關系有可能是：維生素D通過影響IFN-γ的表達，調節Th1/Th2 的平衡，從而起到控制哮喘和減輕哮喘疾病嚴重程度的作用。IFN-γ 對哮喘的影響可能與哮喘的炎癥類型相關，在Th2 型細胞炎癥主導的哮喘中主要為保護作用，而在Th1 細胞炎癥主導的哮喘中主要為加重損害作用，需進一步設置不同炎癥表型的哮喘模型實驗進行驗證。

3 結語與展望

綜上所述，維持血清維生素D水平有利于哮喘的控制及減輕疾病嚴重程度，可能會降低哮喘的發病率。維生素D通過各種機制在哮喘的發生、疾病進展、藥物治療反應中起一定作用，越來越多的證據支持補充維生素D對哮喘的治療安全有效，隨著對維生素D在哮喘中作用機制的深入研究，極有可能為哮喘新的治療方法提供依據。而IFN-γ在哮喘中的作用存在爭議，有待將來更多的臨床試驗和基礎研究去探索證明。血清維生素D 通過調節IFN-γ 等抗炎細胞因子，從而調節Th1/Th2 平衡以及抵抗病原體感染，減少哮喘惡化，其具體的作用機制仍待進一步研究。維生素D、IFN-γ以及哮喘三者之間的關系及相互作用的機制等方面還有許多未知，需要進一步探究。