维生素D的非经典作用

摘要

在过去的几年中，人们越来越认识到维生素D及其活性代谢物在大量组织中的许多作用。这是由于人体大多数组织都有活性形式维生素D的受体，1,25二羟基维生素D [1,25(OH)]₂D .骨化三醇。这些受体被恰当地命名为维生素D受体(VDR)，具有VDR的组织是潜在的靶组织。此外，许多这些组织也含有CYP27B1酶，负责将维生素D的主要循环代谢物25羟维生素D (25OHD)转化为1,25(OH)₂D.这些非肾组织中CYP27B1的调控通常不同于肾脏，可能更依赖底物。这就产生了这样一种观念，即在血液中维持足够的25OHD水平是维生素D调节大量生理功能所必需的，而不仅仅是与骨矿物质代谢有关的经典行为。这篇综述的目的是首先覆盖维生素D的生产、代谢和作用的分子机制的基础知识，然后检查维生素D及其代谢物对组织的影响，不主要涉及骨矿物质代谢的调节。维生素D有两种形式:维生素D_3.或胆钙化醇和维生素D₂或钙化醇。前者是在UVB辐射(UVR)的影响下在皮肤中产生的;后者是由紫外线辐射在多种植物材料和酵母中产生的(图1)．由于其侧链化学性质的不同，它们与血液中主要转运蛋白、维生素D结合蛋白的结合以及代谢存在差异，导致单剂量D₂导致循环25OHD水平低于单剂量D_3.（1，2D₂和D_3.维持相当水平的25OHD (3.)．在组织水平上，这些差异是微小的，因为1,25(OH)的生物活性₂D₂和1,25 (OH)₂D_3.至少在绑定到VDR方面是可比较的。因此，提到维生素D或D代谢物将指两种形式，除非另有特殊下标注明。

图1所示。

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维生素D的生成₂和维生素D_3.．植物中的麦角甾醇和皮肤中的7-脱氢胆固醇是维生素D的前体₂和维生素D_3.,分别。UV光B破坏每个分子的B链形成D前异构体，然后进行异构化生成D D₂和D_3.D₂在C22-C23和C24上的一个甲基之间有一个双键。这些差异在一定程度上改变了其与DBP的结合和代谢。

维生素D_3.生产

维生素D_3.(D_3.)由7-脱氢胆固醇在皮肤中产生，经过两步过程，B环在紫外线照射下被打破(如．阳光)和前d_3.因此形成异构化D_3.在热敏但非催化过程中。Holick等．（4 - 6)证明了pre-D的形成_3.速度相对较快，在数小时内达到最大值。紫外线照射强度和皮肤色素沉着水平都调节着pre-D的速率_3.形成，但不是达到的最高水平。持续暴露在紫外线下，d前_3.转化为生物活性的光甾醇。速甾醇也会形成，但和d前一样_3.，不会随着紫外线辐射的延长而累积。光甾醇和速甾醇的形成是可逆的，可以转化回d前_3.作为pre-D_3.水平下降。因此，长时间暴露在阳光下不会产生有毒的维生素D_3.因为pre-D的光转换_3.转化为光甾醇和速甾醇以及D的光转化_3.转化为上固醇I和II和5,6转维生素D_3.（4)．表皮中的黑色素，通过吸收紫外线，减少D_3.生产。阳光紫外线辐射的强度随着季节和纬度的变化而变化，所以一个人住得离赤道越远，一年中可以依靠太阳照射产生维生素D的时间就越少_3.．衣服(7)和防晒霜(8有效地防止;_3.覆盖区域的生产。

维生素D代谢

要具有生物活性，维生素D必须首先转化为25OHD。有许多细胞色素P450酶，包括线粒体和微粒体，都具有这种功能(9)，尽管CYP27A1得到了最多的研究。这些酶主要但不完全存在于肝脏中，对底物维生素D有很高的能力。不同的酶对两种形式的维生素D有不同的底物特异性，但这尚未被证明具有生理学意义。25OHD的产生主要依赖于底物，因此血清25OHD是维生素D状态的可靠指标(10)．

要完全激活，25OHD必须进一步转换为1,25(OH)₂D通过CYP27B1，一种线粒体P450酶。尽管近端肾小管是1,25(OH)的主要来源₂这种酶也存在于一些肾外部位，如免疫细胞、许多组织的上皮细胞、骨骼和甲状旁腺(11)，其中它的作用是提供1,25(OH)₂D表示局部消耗作为内分泌或旁分泌因子。CYP27B1在近端肾小管中的调控由PTH和成纤维细胞生长因子(FGF)-23控制，分别刺激和抑制其表达(图2)．CYP27B1的表达也被1,25(OH)抑制₂D通过其启动子中的负性维生素D反应元件，VDR与之间接结合(12)．另外1,25 (OH)₂D_3.通过诱导CYP24，如CYP27B1，一种线粒体P450，分解1,25(OH)₂D及25OHD (13)．

图2所示。

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1,25(OH)的调节₂在肾脏中产生D。PTH刺激和FGF23抑制1,25(OH)₂在肾脏中产生D。1 25(OH)₂D能抑制甲状旁腺的甲状旁腺分泌和甲状旁腺分泌，并能刺激骨骼分泌FGF23。

1,25(OH)的控制₂D_3.非肾脏组织的产量(和水平)不同。当巨噬细胞通过特定的toll样受体(TLRs)激活时，CYP27B1被诱导(14)．在这些细胞中1,25(OH)₂D_3.生产似乎主要受基质的可得性(14)．PTH和FGF23在这些细胞中不调节CYP27B1，可能是由于缺乏同源受体。此外，巨噬细胞可能在细胞质中表达一种非功能性的选择性剪接形式的CYP24，这种剪接形式可能干扰底物对线粒体CYP24的访问(15)，从而降低25OHD和1,25(OH)₂D分解代谢。角质形成细胞也含有CYP27B1，它像巨噬细胞酶一样，可以通过激活特定的TLRs (16）_．TNF-α和干扰素(IFN)-γ都能刺激1,25(OH)₂D_3.角质形成细胞的产生(17，18)，表明角化细胞像巨噬细胞一样使用1,25(OH)₂D为重要的宿主防御机制。与巨噬细胞不同的是，角化细胞具有完全功能的CYP24，其诱导因子为1,25(OH)₂D是1,25(OH)的主要方法₂D限制其自身在表皮的水平(19)．

作用机理

1,25(OH)活性形式的作用机理₂D与其他类固醇激素相似，是通过与VDR结合介导的。VDR是核激素受体超家族的一员，包括类固醇、甲状腺激素和维甲酸受体。VDR作为一种异二聚体，通常与类视黄酮X受体一起调节维生素D靶基因。这些异二聚体复合物与特定的DNA序列[维生素D反应元件(VDREs)]相互作用，通常在目标基因的启动子内，导致转录的激活或抑制(20)．转录的控制需要额外的辅助调控因子(24)．这些VDREs可能距离转录起始位点数千个核苷酸，然而(25)．在激活方面，已经确定了两种主要的辅激活物复合物:由SRC1、SRC2和SRC3辅激活物p160家族组成的类固醇受体激活物复合物(SRC) (26)和维生素D受体相互作用蛋白复合物(DRIP)或中介复合物(22)．这些辅激活物复合体在配体结合后与VDR的c端(活化功能-2或AF-2)结构域相互作用，并将cAMP反应元件结合蛋白(CREB)结合蛋白和其他组蛋白乙酰转移酶(HATs)和甲基转移酶引入VDR，形成多亚基复合体(20)．SRC复合体的HAT和甲基转移酶活性被认为破坏了DNA和组蛋白核心之间的相互作用，使转录发生。DRIP复合体不具有HAT活性，但至少部分通过将RNA聚合酶II募集到转录起始位点发挥作用。这些复合体不会同时与VDR结合(27)．目前还不清楚这些不同的复合物是在转录机制中穿梭进出，是按顺序起作用，还是作用于不同的基因。在皮肤中，我们发现DRIP在增殖的角化细胞中更丰富，而SRC3在分化的角化细胞中更丰富(28)．此外，在这些细胞中由VDR调节的不同基因需要不同的辅激活子(29，30.)，表明至少在角质形成细胞中，这些共激活因子复合物具有不同的功能和不同的基因。

辅助抑制因子阻断vdr介导的转录活性。目前研究较多的辅助抑制因子包括核辅助抑制因子(nor)和视黄酸和甲状腺受体(SMRT)的沉默调节因子。这些辅阻遏剂通常在1,25(OH)缺失的情况下结合VDR₂当1,25(OH)₂D结合将辅激活子招募到VDR上。最近发现的一种具有更有限的组织分布和功能的辅助抑制因子是无毛(Hr)。Hr主要存在于大脑、表皮、毛囊和其他上皮细胞中，尽管在其他地方也发现了微量的表达水平(31)．缺乏Hr和缺乏VDR会导致毛囊循环的失败(32)．Hr与VDR结合并像其他辅阻遏子一样以1,25(OH)的方式抑制其转录活性₂D (33)．其他转录因子也调节VDR的活性。β-连环蛋白与VDR结合并调节其诱导多个基因的能力(反之亦然)(34)．类似地，YY1和CCAAT增强子结合蛋白-β和-δ调节vdr介导的转录(35-37)．这些协调节剂在其组织分布上不同，提供了1,25(OH)作用的实质性组织特异性。₂D和VDR。

非经典靶组织

维生素D的非经典作用可分为三种一般作用:调节激素分泌、调节免疫功能和调节细胞增殖和分化。这些分类有些人为，1,25(OH)的影响₂对任何组织的治疗都可能涉及上述多个方面的作用。尽管如此，这些分类还是有教学目的的。

调节激素分泌

1,25(OH)的能力₂D调节激素分泌对维持正常骨矿物质稳态有重要作用(图2)，并在胰岛素分泌的例子中说明了一个重要的非经典的治疗重要性的行动。

甲状旁腺素

1,25 (OH)₂D抑制甲状旁腺素的合成和分泌(38)，防止甲状旁腺增生(38，39)．甲状旁腺基因含有一个负的VDRE通过1,25(OH)₂D施加抑制作用(38)．1,25 (OH)₂D也会上调钙敏感受体(40)，通过使甲状旁腺对钙抑制敏感，提供了一种额外的方法，通过1,25(OH)₂D调节甲状旁腺素的产生和分泌。因为PTH刺激1,25(OH)₂D在肾脏的产生，这种抑制甲状旁腺素的生产和分泌提供了一个重要的反馈回路。1,25(OH)的作用₂D通过1,25(OH)的使用在临床上得到开发₂D及其类似物控制肾功能衰竭继发性甲状旁腺功能亢进。此外，甲状旁腺产生1,25(OH)的能力₂D解释了25OHD和PTH水平之间的相互关系，但没有解释1,25(OH)之间的相互关系。₂维生素D不足受试者血液中的D和甲状旁腺素水平(41)．

胰岛素

1,25 (OH)₂D刺激胰岛素分泌，虽然机制还不清楚(42，43)．VDR和calbinding - d_{28 k}存在于胰腺β细胞中(44，45)，以及使用calbinding - d的研究_{28 k}null小鼠表明calbinding - d_{28 k}，通过调节细胞内钙，可调节去极化刺激的胰岛素释放(46)．此外,calbindin-D_{28 k}，可缓冲钙，防止细胞因子介导的β细胞破坏(47)．许多病例对照和观察性研究表明，维生素D缺乏会增加患2型糖尿病的风险(48)．

FGF23

FGF23主要由骨骼，特别是成骨细胞和骨细胞产生。1,25 (OH)₂D_3.刺激这一过程，但机制尚不清楚(49)．因为FGF23抑制1,25(OH)₂D由肾脏产生，这种反馈回路就像甲状旁腺激素的分泌一样维持着这些重要激素水平的平衡。X染色体内肽酶(PHEX)或FGF23自身(阻止其蛋白质水解)的磷酸调节基因突变或mccane - albright病和肿瘤诱导的骨软化症(FGF23在相关组织中过表达)导致低磷血症和1,25(OH)不恰当的低。₂D伴骨软化症。(PHEX)最初被认为是切割FGF23，但在调节FGF23水平方面的作用已不再清楚。相比之下，UDP-中的突变N乙酰基-α- d galactosamine-polypeptideN-乙酰半乳糖氨基酰基转移酶(GALNT3)，它糖基化FGF23，或在FGF23，阻止糖基化导致抑制FGF23分泌导致高磷血症，增加1,25(OH)₂D与肿瘤钙质沉着症(50)．

免疫功能的调节

维生素D及其活性代谢物1,25(OH)的潜在作用₂D在调节免疫反应方面的作用在25年前首次被认识到，当时有三个重要发现:1)在激活的人类炎症细胞中存在VDRs (51)， 2)能力1,25(OH)₂D抑制T细胞增殖(52)和3)疾病激活的巨噬细胞产生1,25(OH)的能力₂D (即．表达CYP27B1) (53)．维生素D和CYP27B1在先天免疫和适应性免疫中发挥重要作用，影响许多临床情况。例如，维生素D缺乏是众所周知的各种传染病的伴随症状，例如肺结核(54)和1,25(OH)₂D_3.长期以来，人们都认为单细胞能增强分枝杆菌的杀伤作用(55)．最近通过观察发现，当分枝杆菌脂肽激活单核细胞时，表达CYP27B1，产生1,25(OH)，从而确定了这些观察结果背后的机制。₂D通过循环25OHD，进而诱导抗菌肽(一种增强分枝杆菌杀灭力的抗菌肽)。25OHD水平不足无法支持此过程(14)．第二个例子是，据观察，维生素D缺乏和/或生活在高纬度地区(日照较少)与一些自身免疫疾病有关，包括1型糖尿病、多发性硬化症和克罗恩病(56)．在芬兰的一项大型研究中，在婴儿出生一年内提供2000国际单位的维生素D可使1型糖尿病的发病率降低80% (57)．其他研究表明维生素D缺乏与多发性硬化症风险增加有关(58)、哮喘(59)和其他免疫疾病。1,25(OH)作用机理的探讨₂D调节适应性和先天免疫(图3)．

图3所示。

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1,25(OH)对免疫功能的调节₂d . 1,25 (OH)₂D通过抑制树突状细胞的成熟来抑制适应性免疫(A)，降低树突状细胞向CD4细胞呈递抗原的能力。1,25 (OH)₂D进一步抑制CD4细胞向Th1和Th17细胞的增殖和分化，促进Th2和Treg细胞的产生。另一方面1,25(OH)₂D促进先天免疫(B)，因为当巨噬细胞被TLRs激活时，VDR和CYP27B1被诱导，使巨噬细胞产生1,25(OH)₂D，然后诱导抗菌肽，一种有效的抗菌肽。

适应性免疫

适应性免疫反应涉及T淋巴细胞和B淋巴细胞分别产生细胞因子和免疫球蛋白的能力，以专门对抗巨噬细胞和树突状细胞等细胞提交给它们的抗原来源。维生素D对适应性免疫系统有抑制作用。特别是1,25(OH)₂D可抑制B细胞前体向浆细胞的分化及免疫球蛋白的产生(60)．另外1,25(OH)₂D抑制T细胞增殖(52)，特别是能够产生IFN-γ和IL-2并激活巨噬细胞(61)．这些作用阻止了T淋巴细胞进一步的抗原呈递和募集(IFN-γ的作用)，以及T淋巴细胞的增殖(IL-2的作用)。相反，IL-4、IL-5和il - 10的产量可以增加(62)，将平衡转移到Th2细胞表型。CD4+/CD25+调节性T细胞(Treg)也增加1,25(OH)₂D_3.（63FoxP3的表达和IL-10的产生(64)．IL-10的产生是Treg阻碍Th1发育的一种手段。至少在一定程度上，这些对T细胞增殖和分化的作用源于1,25(OH)的作用。₂减少树突状细胞的抗原提呈能力。1,25(OH)的影响₂D_3.对Th17发育和功能的影响是最近才发现的，1,25(OH)的许多作用₂对各种自身免疫性疾病的D治疗，以前被认为是Th1发育和功能的抑制，现在被认为至少部分是Th17发育和功能的抑制(64)．1,25(OH)的能力₂抑制适应性免疫系统似乎对一些免疫系统针对自身的情况是有益的，即．自身免疫。在一些实验模型中(65，66)，包括炎症性关节炎、自身免疫性糖尿病、实验性过敏性脑炎(多发性硬化症的模型)和炎症性肠病1,25(OH)₂D_3.管理已预防和/或治疗疾病过程。如前所述，对人类的研究也显示出希望。然而，抑制适应性免疫系统可能会付出代价，如果这种抑制导致对感染因子的反应减弱或免疫监视减弱。

先天免疫

先天免疫反应包括多形核细胞、单核细胞和巨噬细胞以及包括表皮、牙龈、肠道、阴道、膀胱和肺在内的许多上皮细胞中的toll样受体(TLRs)的激活。TLRs是跨膜病原体识别受体，与引发宿主固有免疫反应的感染因子脱落的特定膜模式相互作用(67)．TLRs的激活导致抗菌肽和活性氧的诱导，从而杀死生物体。抗菌肽是抗菌肽中的一种。1,25(OH)诱导该抗菌肽的表达。₂D在髓系细胞和上皮细胞中(68，69)．如前所述，两种巨噬细胞(53)及上皮细胞(70)能够对1,25(OH)产生反应₂D (即．它们都有VDR和CYP27B1)。抗菌肽对巨噬细胞TLR2的刺激(14)或通过损伤表皮来刺激角质形成细胞中的TLR2 (16)导致CYP27B1的表达增加，在足够的底物(25OHD)存在的情况下，CYP27B1刺激cathelicidin的表达。缺乏底物(25OHD)、VDR或CYP27B1会削弱这些细胞对cathelicidin生产挑战的反应能力(14，16，69)．如上所述，先天免疫系统分布广泛，不仅在淋巴系统内的细胞中起作用，而且在那些面对外界环境的组织的上皮细胞中也起作用，在这些上皮细胞中，它为这些组织提供保护屏障。因此，VDR和CYP27B1都能在这些组织中被发现，似乎并不是自然的偶然。

增殖和分化的调节

表皮和毛囊

表皮的独特之处在于在生理条件下它不仅能够制造维生素D还能将其转化为1,25(OH)₂D也完全能够对1,25(OH)产生反应₂D。如前所述，1,25(OH)₂D使角化细胞产生先天免疫反应，抑制至少部分导致牛皮癣的自身免疫机制。然而,1,25 (OH)₂D还促进角质形成细胞的分化，抑制其增殖(71，72)．在表皮的基底层发生增殖，随着角质形成细胞从基底层移出，分化开始。当角质形成细胞从一层表皮移动到下一层表皮时，分化以连续的方式进行，最终导致去核的角质细胞包围在提供屏障功能的富含脂质的基质中。1,25 (OH)₂D参与了这一过程的所有步骤，因为它限制了基底层的增殖，并以顺序的方式诱导基因的表达，其产物最终产生通透性屏障。1,25(OH)的能力₂D在分化过程中顺序作用于基因表达是由于作为分化功能的辅助激活因子(DRIP205和SRC3)在表皮内分布的差异(28，73)以及参与分化早期和晚期的基因对这些辅激活因子的不同使用(30.，74)．

毛囊循环是VDR独立于1,25(OH)作用的最好例子₂D，如vdr突变动物脱发的发展所清楚说明的(75)包括人类(76)，但在CYP27B1突变动物中没有(77)和人类(78)．VDR调节毛囊循环的机制尚不清楚，但VDR缺失动物的脱发表型与Hr基因突变的动物相似(79，80)和β-连环蛋白(81，82)使这些蛋白质在转录上失去活性。如前所述，Hr和β-catenin与VDR结合，并能够调节其转录活性。在毛囊中不知道的是目标基因的身份。VDR存在于外根鞘的角质形成细胞中，也存在于干细胞所在的凸起细胞中，提示VDR在毛囊循环过程中调节这些细胞的增殖和分化中起着重要作用(83)．

银屑病是一种慢性、全身性、鳞片状红斑性皮肤病，被认为是由于Th1或th17介导的免疫反应对皮肤中尚未确定的抗原，可能导致或至少伴随表皮角质形成细胞增殖增加和分化减弱。1,25(OH)的类似物₂D，包括钙化三醇、他骨化醇、麦芽糖醇和骨化三醇本身，已证明对中度疾病有效治疗(84)．这种疗法可能通过直接作用于T细胞来抑制炎症成分(85)，以及通过减少角化细胞增殖和增强它们的分化(86)．

癌症

1,25 (OH)₂D的潜在抗癌活性在动物和细胞研究中已被评估约25年(87)．表达VDR的恶性细胞列表现在相当广泛。1,25(OH)承诺的公认基础₂D在恶性肿瘤的预防和治疗中包括其对大多数细胞类型的抗增殖和增殖作用。特别是1,25(OH)₂D刺激细胞周期抑制剂p21和p27的表达(88)和细胞粘附分子E-cadherin (89)，抑制β-连环蛋白的转录活性(89 - 91)．在角质形成细胞中，1,25(OH)₂D可促进紫外线辐射引起的DNA损伤的修复(92)，减少细胞凋亡，增加UVR后的生存率(93)，并增加p53 (94)．流行病学证据支持充足的维生素D营养(包括阳光照射)对预防多种癌症的重要性(95 - 99)是广泛的。虽然许多类型的癌症都有所减少(One hundred.)的研究中，人们最关注的是乳腺癌、结肠癌和前列腺癌。最近一份来自妇女健康倡议的报告未能发现，摄入400国际单位维生素D和1000毫克钙的妇女患结肠癌的几率有所降低(101)，尽管这项研究被批评使用的维生素D剂量过低，依从性差，以及未能控制维生素D和钙的补充安慰剂组。研究结束时没有记录25OHD水平，以显示治疗组和非治疗组之间的差异。相比之下，一项为期4年的前瞻性试验显示，在排除最初一年的研究后，1100 IU维生素D和1400-1500 mg钙的摄入量降低了77%的癌症发病率(102)，包括乳腺癌和结肠癌发病率的降低。在本研究中，补充维生素D将25OHD水平从28.8 ng/ml提高到38.4 ng/ml，而安慰剂组和纯钙组的25OHD水平没有变化。然而，这是一项相对较小的研究，癌症预防不是主要的结果变量。

1,25(OH)试验₂D及其类似物用于治疗癌症的效果一直令人失望。在一项涉及7名前列腺癌患者的小研究中，他们接受1,25(OH)剂量的治疗₂D浓度达到2.5 μg，持续6-15个月，7个中有6个显示前列腺特异性抗原(前列腺特异性抗原是肿瘤进展的标志)的上升下降(103)，一名患者出现了衰退。然而，高钙尿是常见的和限制性的。对250名前列腺癌患者使用45 μg 1,25(OH)的一项更大研究的初步报告₂每周D联合多西他赛显示前列腺特异性抗原无明显下降，但生存率显著提高(风险比0.67)(104)．高钙血症或高钙尿的发生率未见报道。最近报道了一项规模更大的后续研究(美国骨与矿物研究协会第30届年会上，2008年)，但尚未发表，未能证实生存率的提高。很可能直到1,25(OH)的类似物₂虽然维生素D已经开发出既有效又真正非高钙血症的药物，但用维生素D代谢物治疗癌症仍有问题。

致谢

这项工作得到了美国国立卫生研究院(PO1AR39448, RO1AR050023)、退伍军人事务部(Merit Review)和美国癌症研究所(07A140)的资助。

披露声明:d。b。没有什么要披露的。

缩写

• D_3.，维生素D_3.滴

  维生素D受体相互作用蛋白复合物

• FGF

  成纤维细胞生长因子

• 帽子

  组蛋白乙酰转移酶

• 人力资源

  无毛的

• 干扰素

  干扰素

• 25 ohd

  25羟维生素D

• 125(哦)₂

  D 1,25二羟基维生素D

• SRC

  类固醇受体激活物复合体

• Th

  辅助T

• TLR

  toll样受体

• Treg

  调节性T细胞

• 紫外线辐射

  UVB辐射

• 论述

  维生素D受体

• VDRE

  维生素D反应素