维生素D对免疫细胞影响的研究进展
作者：admin 来源：未知 日期：2021-04-11 21:32人气：
摘 要：
维生素D属固醇类衍生物，是维持人体生命稳定的一种营养素。活性维生素D通过与维生素D受体(vitamin D receptor, VDR)结合而发挥生物学效应。自VDR和1α-羟化酶(cytochrome P450 27B1,CYP27B1)在免疫细胞中被发现以来，维生素D的免疫调节作用便引起了人们极大关注。研究表明，维生素D通过下调相关分子表达，抑制DC分化成熟。活性维生素D预处理可调控巨噬细胞极化，从而缓解自身免疫性疾病的病程进展。此外，活化的T、B细胞中均存在VDR,提示维生素D可对T、B细胞发挥直接调控作用。因此，该文就维生素D对免疫细胞影响的研究作一综述。
关键词：
维生素D 免疫调节 免疫细胞
维生素D的经典作用是调节钙、磷稳态及骨代谢。维生素D缺乏可增加骨转换，降低骨密度，并与骨折风险增加密切相关。由于维生素D受体(vitamin D receptor, VDR)和维生素D活化酶——1α-羟化酶(cytochrome P450 27B1,CYP27B1)在多种组织和细胞中表达，如肠道、血小板、胰腺和前列腺[1]等，进一步证实了维生素D的骨骼外作用。一些免疫活性细胞也表达VDR和CYP27B1,提示维生素D能够在不同程度上调控免疫功能。
1 概述
1.1 维生素D的合成与代谢
维生素D是维生素家族中的一员，本质上是激素，属于类固醇激素，是维持人体生命稳定所必需的维生素。体内的维生素D主要来源于2种形式：一是从食物中摄取；二是在体内通过紫外线照射皮肤产生。然而，从膳食中获得的维生素D非常有限，绝大部分需要通过日光照射或外源性补充而获得。天然维生素D包括维生素D2和维生素D3,均无活性，只有在人体内经过2次羟化作用后才能发挥生物效应。在肝脏中，维生素D被25-羟化酶羟基化，形成25-羟维生素D3[25-hydroxyvitamin D3,25(OH)D3],也是维生素D的主要循环形式，常用于检测人体维生素D水平。维生素D结合蛋白进一步将25(OH)D3转运至肾脏，在肾脏中经CYP27B1介导第2次羟基化，最终形成生物活性形式1,25-二羟维生素D3[1,25-dihydrovitamin D3,1,25(OH)2D3]。甲状旁腺激素和成纤维细胞生长因子23 (fibroblast growth factor 23,FGF-23)可调控CYP27B1的合成和活性。肾脏负反馈机制也可调控1,25(OH)2D3合成，即1,25(OH)2D3和FGF-23升高可抑制CYP27B1表达，并诱导24-羟化酶(cytochrome P450 24A1,CYP24A1)产生，将1,25(OH)2D3转化为非活性形式24-羟维生素D3[2]。除肾脏外，免疫细胞同样也表达CYP27B1,这些细胞通过自分泌或旁分泌合成1,25(OH)2D3,从而达到免疫调节作用。
1.2 VDR
1,25(OH)2D3通过与VDR结合而发挥生理作用。VDR是一类受配体调节的转录因子，也是核受体超家族成员之一。VDR广泛表达于几乎机体所有组织和细胞中，包括免疫细胞[3]。VDR与配体结合后，与维甲酸X受体(retinoid X receptor, RXR)形成异源二聚体。这种1,25(OH)2D3-VDR-RXR复合物能够与靶基因启动子区域维生素D效应元件(vitamin D response elements, VDRE)特异性结合，从而招募共调节蛋白激活或抑制基因转录[4]。目前，已有超过250种共调节蛋白被证实，但其明确的功能及与VDR DNA结合后的相互作用仍不十分清楚[5]。
2 维生素D对免疫细胞的影响
VDR和维生素D代谢酶广泛表达于巨噬细胞、DC和活化的T和B细胞，进一步证实1,25(OH)2D3的免疫调节作用。与肾脏细胞不同，CYP27B1在巨噬细胞和DC中不受甲状旁腺素、钙和1,25(OH)2D3调节，主要受IFN-γ和LPS影响。炎性细胞因子IFN-γ和细菌LPS可刺激巨噬细胞表达CYP27B1,使得其局部产生活性代谢产物1,25(OH)2D3[6]。近年来大量研究证实，维生素D无论是对固有免疫还是适应性免疫均发挥重要作用[7]。
2.1 维生素D与DC
DC是功能最强的APC,主要功能是处理抗原并以MHC-抗原肽分子复合物的形式将抗原提呈给T细胞。DC主要以未成熟状态存在于外周组织中。当外来抗原入侵时，它们成熟并迁移到淋巴组织以刺激抗原特异性T细胞。根据DC分泌的细胞因子，将T细胞分化为具有促炎或抗炎特性的效应细胞[8]。维生素D通过下调MHC Ⅱ分子、共刺激分子及IL-12表达抑制DC分化和成熟[9],最终阻断T细胞活化。CD31分子属于Ig超家族成员，是一种新的抑制细胞诱导亚群的表面标志。研究证实，1,25(OH)2D3可上调小鼠及人类DC中CD31表达，并通过破坏稳定的细胞间接触而减弱DC启动CD4+T细胞的能力[10]。
2.2 维生素D与单核/巨噬细胞
巨噬细胞是体内最重要的吞噬细胞和APC,能够增强机体对病原体的防御能力。巨噬细胞可分为两类：M1和M2型巨噬细胞。M1型巨噬细胞主要产生促炎因子TNF-α、IL-23、IL-12和IL-1β,从而促进炎症反应。M2巨噬细胞产生抗炎因子IL-10,促进伤口修复和保持组织稳态。已有研究证实，在多种自身免疫性疾病中，巨噬细胞异常活化并产生大量促炎细胞因子，M1和M2细胞比例明显失衡[11]。维生素D在巨噬细胞分化和活化过程中具有双重作用。在感染早期，1,25(OH)2D3刺激单核细胞分化为巨噬细胞并增强其抗菌活性。然而，如果维生素D水平不足则不会诱导该途径[12]。此外，1,25(OH)2D3通过抑制巨噬细胞中miR-155表达，刺激细胞因子信号转导抑制蛋白1(suppressor of cytokine signaling 1,SOCS1)表达，进而调控TLR信号通路，以此减弱炎症反应[13]。1,25(OH)2D3可减少共刺激分子CD80和CD86表达以及促炎因子IL-12产生，从而减弱巨噬细胞的T细胞刺激能力。吸烟可引起人类气道炎症反应并减弱呼吸道防御能力，Heulens等[14]分离吸烟者肺泡巨噬细胞与维生素D共同培养，结果发现1,25(OH)2D3能够减少M1型巨噬细胞相关促炎因子及趋化因子产生，从而减轻吸烟对呼吸道造成的炎症反应，增强气道防御能力。还有研究证实，1,25(OH)2D3可下调miR-125b表达，并促使M1型巨噬细胞向M2型极化；同时，给予实验性UC模型小鼠1,25(OH)2D3预处理可恢复肠黏膜固有层单个核细胞中巨噬细胞比例，以此缓解肠炎病情[15]。
2.3 维生素D对T细胞的影响
1,25(OH)2D3能够通过对APC表型和功能的影响以间接方式调节T细胞行为。然而，活化T细胞中存在VDR,提示活性维生素D可对T细胞发挥直接调控作用。
2.3.1 CD4+T细胞
CD4+T细胞包括具有促炎特性Th1和具有抗炎特性Th2等亚类。1,25(OH)2D3抑制Th1的增殖和分化，并增强免疫抑制分子PD-1、PD-L1和CTLA4的表达。此外，1,25(OH)2D3抑制Th1介导的促炎因子的产生，减少IL-2、IL-6、IFN-γ、IL-17和IL-22的分泌[6]。另一方面，维生素D能增强Th2介导的免疫反应活性，促进IL-3、IL-4、IL-5、IL-10、IL-13的分泌。研究表明，维生素D促进Th2免疫应答，抑制Th1的免疫活性[16]。
Th17被认为与大多数自身免疫性疾病发病密切相关。Th17分泌IL-17A、IL-17F、TNF-α、GM-CSF以及转录因子维甲酸相关孤儿受体2(retinoic acid-related orphan receptor variant 2,RORC2)。在RA和SLE患者的外周血和滑膜液中，Th17水平明显升高并且与疾病活动程度相关。还有研究证实，1,25(OH)2D3可减少EAE模型小鼠中Th1及Th17比例，增加Th2及Treg比例，并减缓疾病进展[17]。维生素D能够抑制Th17分化及其活性。1,25(OH)2D3可体外抑制初始CD4+T细胞向Th17分化，下调Th17相关的细胞因子IL-17A、IL-17F及转录因子RORC、CCR6表达[18]。
Treg主要抑制免疫应答。Treg表达叉头转录因子Foxp3,其在一些动物模型中已被证实为预防自身免疫性疾病的重要因子。此外，Treg分泌抗炎细胞因子IL-10、IL-35、转化生长因子β(transforming growth factor β,TGF-β)、抑制性共受体CTLA4和高水平的CD25[18]。1,25(OH)2D3促进抗炎因子TGF-β1分泌，抑制促炎因子IL-17产生[19]。
2.3.2 CD8+T细胞
CD8+T细胞活化后迅速增殖并通过诱导凋亡杀死感染细胞。此外，细胞毒T细胞可分泌穿孔素、颗粒酶B、IFN-γ和TNF-α等细胞因子[20]。CD8+T细胞高表达VDR,提示1,25(OH)2D3能够对其发挥直接调控作用。将VDR敲除的CD8+T细胞转移至重组活基因敲除小鼠中易引起结肠炎，表明VDR缺失可导致致病性CD8+T细胞产生。此外，敲除CD8+T细胞中VDR表达后，细胞增殖明显增加，提示VDR信号通路依赖CD8+T细胞静止而发挥作用[21]。其他研究表明，1,25(OH)2D3类似物之一的卡泊三醇可降低银屑病皮肤病变中CD8+IL-17+T细胞数量[22]。肠上皮内淋巴细胞群中含有大量的CD8α+T细胞以保持肠道耐受，VDR敲除小鼠的CD8α+T细胞数量明显减少，导致功能性细胞比例降低，可能引起VDR敲除小鼠胃肠道过度炎症[23]。
2.4 维生素D与B细胞
B细胞表达不同的膜型Ig受体，能够识别特异性抗原表位。其功能包括产生自身抗体、形成具有生发中心活性的B细胞滤泡、抗原提呈、分泌促炎因子以及免疫调节活性。B细胞活化可上调VDR及CYP27B1表达，1,25(OH)2D3也可增加VDR表达[24]。有趣的是，1,25(OH)2D3可上调人B细胞中CYP24A1表达，提示维生素D还可通过活性分子的降解途径影响B细胞行为[25]。此外，1,25(OH)2D3还可以体外诱导细胞凋亡，抑制记忆性B细胞的形成，并阻止B细胞分化为产生Ig的浆细胞。尽管1,25(OH)2D3在体内对Ig产生的抑制作用尚未得到证实，但已证实其可影响抗原特异性抗体的产生[26]。利用1,25(OH)2D3预处理B细胞证实其可以减少共刺激分子CD40L活化，进而减少T细胞来源的促炎因子的产生[27]。此外，1,25(OH)2D3也能诱导初始B细胞产生IL-10,并增加人B细胞上CCR10的表达。
3 结语
维生素D可调控多种免疫细胞功能并与多种自身免疫性疾病发生与发展密切相关。尽管体外研究表明维生素D及其代谢产物在调节免疫细胞表型和功能中起着至关重要的作用，动物实验也为其缓解自身免疫性疾病和感染性疾病病情提供了实质性依据，但维生素D的应用仍需大量临床数据加以证实。此外，能够维持骨骼健康的维生素D剂量却不足以进行免疫调节，提示应避免维生素D毒性。最后，由于研究表明循环中维生素D过高与广泛的组织钙化呈正相关。因此，如何安全使用非钙化类似物将是进一步探究维生素D治疗潜力可能的研究方向。
参考文献
[1] D 'Amelio P,Cristofaro MA,de vivo E,et al.Platelet vitamin D receptor is reduced in osteoporotic patients[J].Panminerva Med,2012,54(3):225-231.
[2] Borel P,Caillaud D,Cano NJ.Vitamin D bioavailability:state of the art[J].Crit Rev Food Sci Nutr,2015,55(9):1193-1205.
[3] Anderson PH,Lam NN,Turner AG,et al.The pleiotropic effects of vitamin D in bone[J].J Steroid Biochem Mol Biol,2013,136:190-194.
[4] Carlberg C,Campbell MJ.Vitamin D receptor signaling mechanisms:integrated actions of a well-defined transcription factor[J].Steroids,2013,78(2):127-136.
[5] Lonard DM,O'Malley BW.Nuclear receptor coregulators:modulators of pathology and therapeutic targets[J].Nat Rev Endocrinol,2012,8(10):598-604.
[6] Korf H,Wenes M,Stijlemans B,et al.1,25-Dihydroxyvitamin D3 curtails the inflammatory and T cell stimulatory capacity of macrophages through an IL-10-dependent mechanism[J].Immunobiology,2012,217(12):1292-1300.
[7] Rosen Y,Daich J,Soliman I,et al.Vitamin D and autoimmunity[J].Scand J Rheumatol,2016,45(6):439-447.
[8] Tai Y,Wang Q,Korner H,et al.Molecular mechanisms of T cells activation by dendritic cells in autoimmune diseases[J].Front Pharmacol,2018,9:642.
[9] Aranow C.Vitamin D and the immune system[J].J Investig Med,2011,59(6):881-886.
[10] Ji M,Liu L,Hou Y,et al.1α,25-Dihydroxyvitamin D3 restrains stem cell-like properties of ovarian cancer cells by enhancing vitamin D receptor and suppressing CD44[J].Oncol Rep,2019,41(6):3393-3403.
[11] Dankers W,Colin EM,van Hamburg JP,et al.Vitamin D in autoimmunity:molecular mechanisms and therapeutic potential[J].Front Immunol,2017,7:697.
[12] Kim EW,Teles RMB,Haile S,et al.Vitamin D status contributes to the antimicrobial activity of macrophages against Mycobacterium leprae[J].PLoS Negl Trop Dis,2018,12(7):e0006608.
[13] Chen Y,Liu W,Sun T,et al.1,25-Dihydroxyvitamin D promotes negative feedback regulation of TLR signaling via targeting microRNA-155-SOCS1 in macrophages[J].J Immunol,2013,190(7):3687-3695.
[14] Heulens N,Korf H,Mathyssen C,et al.1,25-Dihydroxyvitamin D modulates antibacterial and inflammatory response in human cigarette smoke-exposed macrophages[J].PLoS One,2016,11(8):e0160482.
[15] Zhu X,Zhu Y,Li C,et al.1,25-Dihydroxyvitamin D regulates macrophage polarization and ameliorates experimental inflammatory bowel disease by suppressing miR-125b[J].Int Immunopharmacol,2019,67:106-118.
[16] Sheikh V,Kasapoglu P,Zamani A,et al.Vitamin D3 inhibits the proliferation of T helper cells,downregulate CD4+T cell cytokines and upregulate inhibitory markers[J].Hum Immunol,2018,79(6):439-445.
[17] Haghmorad D,Yazdanpanah E,Jadid Tavaf M,et al.Prevention and treatment of experimental autoimmune encephalomyelitis induced mice with 1,25-dihydroxyvitamin D3[J].Neurol Res,2019,41(10):943-957.
[18] Sintzel MB,Rametta M,Reder AT.Vitamin D and multiple sclerosis:a comprehensive review[J].Neurol Ther,2018,7(1):59-85.
[19] Xie Z,Chen J,Zheng C,et al.1,25-Dihydroxyvitamin D3-induced dendritic cells suppress experimental autoimmune encephalomyelitis by increasing proportions of the regulatory lymphocytes and reducing T helper type 1 and type 17 cells[J].Immunology,2017,152(3):414-424.
[20] Zhang N,Bevan MJ.CD8+ T cells:foot soldiers of the immune system[J].Immunity,2011,35(2):161-168.
[21] Chen J,Bruce D,Cantorna MT.Vitamin D receptor expression controls proliferation of naive CD8+ T cells and development of CD8 mediated gastrointestinal inflammation[J].BMC Immunol,2014,15:6.
[22] Dyring-Andersen B,Bonefeld CM,Bzorek M,et al.The vitamin D analogue calcipotriol reduces the frequency of CD8+ IL-17+ T cells in psoriasis lesions[J].Scand J Immunol,2015,82(1):84-91.
[23] Bruce D,Cantorna MT.Intrinsic requirement for the vitamin D receptor in the development of CD8αα-expressing T cells[J].J Immunol,2011,186(5):2819-2825.
[24] Bartosik-Psujek H,Psujek M.Vitamin D as an immune modulator in multiple sclerosis[J].Neurol Neurochir Pol,2019,53(2):113-122.
[25] Szymczak I,Pawliczak R.The active metabolite of vitamin D3 as a potential immunomodulator[J].Scand J Immunol,2016,83(2):83-91.
[26] Vanherwegen AS,Gysemans C,Mathieu C.Regulation of immune function by vitamin D and its use in diseases of immunity[J].Endocrinol Metab Clin North Am,2017,46(4):1061-1094.
[27] Drozdenko G,Scheel T,Heine G,et al.Impaired T cell activation and cytokine production by calcitriol-primed human B cells[J].Clin Exp Immunol,2014,178(2):364-372.
