维生素D及其类似物对白血病的影响

周冰燕(综述)，严 媚(审校)

(新疆医科大学第一附属医院儿科,乌鲁木齐830054)

维生素D不仅有维持骨骼生长发育的作用，而且具有直接或间接的抗肿瘤、免疫调节等功能。1，25-二羟基维生素D3[1,25(OH)2D3]是维生素D的活性产物,通过与维生素D受体(vitamin D receptor，VDR)结合发挥生物学作用。临床研究发现应用1，25-二羟基维生素D3治疗多种血液病，如急性粒细胞白血病[1-3]、急性淋巴细胞白血病[4]、骨髓增生异常综合征[5]等取得一定的疗效。在白血病的治疗中，多项体内或者体外实验表明维生素D及其类似物具有诱导肿瘤细胞向成熟方向转化及抑制肿瘤细胞生长的作用。大剂量使用维生素D时，可导致高钙血症等不良反应，与其他抗肿瘤药物联合使用不仅可以减小维生素D的剂量，而且可以增强抗肿瘤的效果。

1 维生素D及其类似物与白血病

1.1维生素D的代谢与白血病 维生素D是一类脂溶性维生素,包括维生素D2和维生素D3，前者存在于食物中，后者是由皮肤中的7-脱氢胆固醇经阳光中紫外线的光学作用转化后生成[6]。维生素D2和维生素D3在人体内都没有生物活性，经过血液循环后与血浆中的维生素D结合蛋白(vitamin D binding protein，DBP)结合后被转运，贮存在肌肉、脂肪、肝脏等组织内。首先，维生素D在肝脏中经肝细胞线粒体内25-羟化酶催化后生成25-羟维生素D3，继而在肾脏经肾小管细胞中1α-羟化酶催化后生成1,25-二羟维生素D3才具有生物活性[6]。在正常人体内，1,25-二羟维生素D3约85%与DBP相结合，大约15%与白蛋白结合，仅有0.4%以游离形式存在于血液循环中[7]。血液中维生素D的量与肿瘤的发生和发展有相关性。Spina等[8]报道在小鼠体内维生素D3充足患结肠癌的风险比维生素D3缺乏下降了60%。Shanafelt等[9]对390例急性淋巴细胞白血病患者的试验显示，体内维生素D缺乏时严重影响患者的治疗时间和预后。Thomas等[10]对105例血液恶性肿瘤患者进行研究表明，血液循环中低剂量的25-羟维生素D3加快了疾病的进展速度，削弱了治疗效果甚至恶化了病情，影响患者的预后。美国专家提倡在先前建议的儿童和50岁以下成年人维生素D的日摄入量为200 U、51～70岁日摄入量为400 U、71岁以上日摄入量在600 U的基础上加大摄入量,以有效降低人们患癌症、糖尿病及心血管疾病的危险。

1.2VDR及基因多态性与白血病 VDR属于类固醇激素/甲状腺激素受体超家族成员，是介导1,25-二羟维生素D3发挥作用的核内生物大分子。1,25-二羟维生素D3与靶细胞部位的VDR结合生成激素-受体复合物，该复合物作用于特定的DNA序列，进而对基因的表达发挥作用。近年来多项研究证实,人体内VDR遍布小肠、胃、肾、脑、心脏、皮肤、性腺、前列腺、乳腺、甲状腺等组织中，1,25-二羟维生素D3及其类似物对肺癌[11]、乳腺癌[12]、结肠癌[13]、人神经母细胞瘤[14]等有显著的抑制增殖作用,即对机体具有显著的生物学效应。白血病外周血细胞中和正常组织细胞也存在VDR，1,25-二羟维生素D3与其结合，可诱导多种白血病细胞株向成熟单核细胞或者巨噬细胞方向分化。

VDR基因位于人体第12号染色体长臂，全长75 kb,有11个外显子。多态性的基因位点主要有BsmI、FokI、ApaI和TaqI,与白血病的遗传易患性具有密切的关系。研究发现，FokI可能是膀胱癌的高危基因型[15],TaqI基因能够降低乳腺癌的发病率[16]。但是，郑敏等[17]研究表明VDR基因BsmI位点多态性与儿童白血病遗传易患性没有关系。1，25-2羟维生素D3与VDR结合以及由VDR介导的维生素D及其衍生物产生抗肿瘤增殖、促进细胞分化、免疫调节及抑制肿瘤的浸润和转移等作用,VDR的表达水平与肿瘤细胞的分期有关，VDR的基因型与白血病的发生存在内在的联系。同时，对白血病的治疗也具有重大意义。

1.3维生素D类似物作用与白血病 近些年，国内外研究者发现一些维生素D类似物不仅对白血病细胞U937和人类早幼粒细胞白血病细胞株(human promyelocytic leukemia，HL-60)细胞有诱导分化作用，最值得关注的还有其对身体的毒性小，例如EB1089、MC903、KH1060等。1992年，宋亮年等[18]研究发现，1,25-二羟维生素D3的类似物MC903对人原始巨核白血胞具有诱导分化作用，而且其诱导作用较强。

维生素D的活性代谢产物1α,25-2羟维生素D3和(24R)-1,24-2羟维生素D3具有抗肿瘤增殖的作用。体外实验中[19]，新合成的类似物PRI-2208和PRI-2209对乳腺癌细胞和白血病细胞有明显的抗增生作用。PRI-2208的抑制作用强于1,25-二羟维生素D3和PRI-2209。更为重要的是，此类维生素D3的类似物不会引起血液中钙离子浓度的增加，有望在临床实践中推广。

2 维生素D及其类似物对白血病的作用机制

2.1诱导细胞凋亡 1,25-二羟维生素D3可诱导多种肿瘤细胞凋亡，但凋亡机制尚在研究中。对白血病患者，诱导细胞凋亡的信号通路存在多种。Pepper等[20]对102例以B淋巴细胞增多为主的慢性淋巴细胞白血病患者进行了体外研究，结果为维生素D3类似物EB1089通过激活磷酸化丝裂原激活的蛋白激酶活性和抑制细胞外信号调节激酶活性来发挥凋亡效应。这为p53野生型、突变或者耐药患者的治疗提供了可行性。在表达p53的急性白血病患者中，1,25-二羟维生素D3提高了肿瘤抑制基因p53结合蛋白拮抗剂Nutlin-3a的细胞凋亡效应[21]。

近几年，张翼等[22]研究表明，1，25-2羟维生素D3作用于人慢性粒细胞白血病细胞株(K562)细胞，依赖于激活胱天蛋白酶3途径，引起细胞生长受抑制，凋亡细胞数目增加。文献还报道，1,25-二羟维生素D3对人慢性粒细胞白血病K562的生长具有抑制作用[23]，可是单独使用1,25-二羟维生素D3治疗时，生长抑制率及其凋亡率极低，与其他抗肿瘤药物联合使用，既可增加疗效，又可以降低不良反应。

2.2维生素D对细胞周期和形态的影响 细胞周期分为间期(G)和分裂期(M)两个阶段，G1期是否向S期转化是细胞分化和增殖的关键。维生素D及其类似物的抗肿瘤机制主要是抑制肿瘤细胞的进展，使肿瘤细胞被阻滞在G0/G1期，S期的细胞大幅度减少[24]。细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子对细胞周期起重要的调控作用，包括细胞周期调节因子和细胞周期蛋白依赖激酶抑制剂两个家族。前者包括p16、p15、p18、p19，后者包括p21、p27和p57。多项实验表明，维生素D及其类似物诱导细胞向单核细胞方向分化。左文丽等[25]研究表明,1,25-二羟维生素D3可诱导HL-60向成熟单核细胞方向分化，具有剂量依赖性。

2.3维生素D对癌基因的作用 近几年的研究报道，有多种基因如癌基因、原癌基因、凋亡基因等与细胞的诱导分化有关，这为白细胞的靶向治疗提供了方向。左文丽等[25]研究证实，1,25-二羟维生素D3诱导HL-60细胞分化时，同时伴随原癌基因的下调，表明原癌基因与细胞的诱导分化相关。1,25-二羟维生素D3通过下调维生素D调控基因即激酶抑制基因的水平，从而抑制了阿糖胞苷对HL-60细胞的诱导分化作用，这为阿糖胞苷耐药的白血病患者的治疗提供了一个新的方向[26]。Wang等[27]报道，原癌基因Cot1激活时抑制蛋白激酶的作用途径，从而抑制白血病细胞向单核细胞的诱导分化，影响了1,25-二羟维生素D3对急性髓细胞性白血病患者的治疗。

1,25-二羟维生素D3通过激活或者抑制相关凋亡基因来发挥对K562细胞的诱导分化作用，在血液中上调了凋亡蛋白和抑癌基因的表达，下调了抑制凋亡蛋白的表达，把细胞阻滞在G0/G1期[28]。Thompson等[29]证实了抑癌基因p53和维生素D有相同的分子基础和生物学作用。p53基因激活可以增强维生素D与VDR的结合，通过上调抑癌基因p53结合蛋白，提高了抑癌基因p53结合蛋白抑制剂的抗增殖效应，加速了急性髓细胞性白血病细胞的凋亡过程。

3 维生素D和其他抗肿瘤药物联合使用

维生素D的活性成分为1,25-二羟维生素D3，正常剂量情况下可以在体内调节钙、磷的平衡，骨的代谢。作为化疗药物大剂量使用时，虽然能够抗肿瘤增殖、促进细胞分化、影响免疫调节及抑制肿瘤的浸润和转移，但同时也增加高钙血症、心脏毒性、肾结石等不良反应的发生。目前多项研究证明，1,25-二羟维生素D3与其他的抗肿瘤药物、细胞因子等联合使用可以减小不良反应，还可以增强1,25-二羟维生素D3对白血病细胞的诱导分化作用。左文丽等[23]实验证实，用1，25-二羟维生素D3处理人慢性粒细胞性白血病K562时，生长抑制率仅为45.0%，凋亡率也仅为26.5%，因此,联用其他抗肿瘤药物将是今后进一步研究的方向。

曲辉等[30]研究发现，鼠尾草酸与1，25-二羟维生素D3联合使用72 h后，急性髓系白血病NK4细胞株的细胞周期被阻滞在G0/G1期，细胞形态向成熟单核细胞转化，CD14的表达率上升为65.25%。结果证实鼠尾草酸增强了1，25-二羟维生素D3对急性髓系白血病NK4细胞株的诱导分化作用。

体外实验[31]发现，维生素K2有效地引起白血病细胞的凋亡，1,25-二羟维生素D3的衍生物与维生素K2一起使用，72 h后白血病HL-60细胞向单核细胞转化。同时却抑制了维生素K2引起白血病细胞的凋亡作用。随后，任立红等[32]又证实小剂量的1,25-二羟维生素D3联合小剂量的维生素K2可加强维生素D3对HL-60细胞的诱导分化作用，反而抑制了维生素K2的诱导凋亡作用。

1，25-2羟维生素D3在体外对急性髓细胞性白血病细胞具有较强的诱导分化作用，但在临床中单独使用往往不能够及时抑制白血病细胞的增殖。Wang等[33]证实了白细胞介素与1,25-二羟维生素D3联合应用增强对HL-60细胞的抑制效应。体外实验表明1,25-二羟维生素D3的新型类似物19-Nor-1,25-二羟维生素D2，与白血病传统的化疗药物三氧化二砷联合使用，对粒细胞白血病具有显著的增强效应。维生素D及其类似物具有强大的抗细胞增殖作用，维生素D类似物PRI-2191联合其他抗肿瘤药物使用，生物效应比维生素D联合其他抗肿瘤药物强大[34]。

4 小 结

目前，维生素D及其类似物抗白血病的机制仍然缺乏统一的认识，但抑制白血病细胞的增殖已达成共识。生理剂量的维生素D及其类似物对白血病细胞无抗增殖作用，大剂量使用时，具有诱导分化、抑制肿瘤细胞生长的生物效应。如果过量使用，应及时避免高钙血症、心脏毒性、肾结石等不良反应。而联合其他的抗肿瘤药物使用可以减少相应药物的剂量，有助于减轻不良反应。但是，很多研究表明现有的联合治疗方法仅限于体外实验，进入临床使用需要进一步的研究。另外，维生素D类似物具有高效的生物活性，且不会引起不良反应，具有良好的研究前景。白血病的治疗途径有化学治疗、造血干细胞移植、基因疗法等。化疗的应用不良反应大，但较为普遍；造血干细胞移植需要在诱导缓解期化疗的基础上进行，且受人类白细胞抗原配型及其他因素的影响，容易使患者不能得到及时的治疗；基因疗法可以彻底治愈白血病，无不良反应，但受如何导入受体基因、基因在宿主细胞是否发挥作用等受诸多因素的影响，此技术还处于实验阶段，需要进一步研究证实，以期为白血病提供了一个新的治疗途径。总之，维生素D及其类似物由于成本低，不良反应小，备受关注。

[1] Callens C,Coulon S,Naudin J,etal.Targeting iron homeostasis induces cellular differentiation and synergizes with differentiating agents in acute myeloid leukemia[J].J Exp Med,2010,207(4):731-750.

[2] Chen-Deutsch X,Garay E,Zhang J,etal.C-Jun N-terminal kinase 2(JNK2) antagonizes the signaling of differentiation by JNK1 in human myeloid leukemia cells resistant to vitamin D[J].Leuk Res,2009,33(10):1372-1378.

[3] Shabtay A,Sharabani H,Barvish Z,etal.Synergistic antileukemic activity of carnosic acid-rich rosemary extract and the 19-nor gemini vitamin D analogue in a mouse model of systemic acute myeloid leukemia[J].Oncology,2008,75(3/4):203-214.

[4] te Winkel ML,van Beek RD,de Muinck-Schrama SM,etal.Pharmacogenetic risk factors for altered bone mineral density and body composition in pediatric acute lymphoblastic leukemia[J].Haematologica,2010,95(5):752-759.

[5] Reichrath J.Sunlight,skin cancer and vitamin D:What are the conclusions of recent findings that protection against solar ultraviolet(UV) radiation causes 25-hydroxyvitamin D deficiency in solid organ-transplant recipients,xeroderma pigmentosum and other risk groups?[J].J Steroid Biochem Mol Biol,2007,103(3/5):664-667.

[6] Ogunkolade WB,Boucher BJ,Bustin SA,etal.Vitamin D metabolism in peripheral blood mononuclear cells is influenced by chewing “Betel Nut”(Areca catechu) and vitamin D status[J].J Clin Endocrinol Metab,2006,91(7):2612-2617.

[7] Kogawa M,Findlay DM,Anderson PH,etal.Osteoclastic metabolism of 25(OH)-vitamin D3:a potential mechanism for optimization of bone resorption[J].Endocrinology,2010,151(10):4613-4625.

[8] Spina CS,Tangpricha V,Uskokovic M,etal.Vitamin D and Cancer[J].Anticancer Res,2006,26(4A):2515-2524.

[9] Shanafelt TD,Drake MT,Maurer MJ,etal.Vitamin D insufficiency and prognosis in chronic lymphocytic leukemia[J].Blood,2011,117(5):1492-1498.

[10] Thomas X,Chelghoum Y,Fanari N,etal.Serum 25-hydroxyvitamin D levels are associated with prognosis in hematological malignancies[J].Hematology,2011,16(5):278-283.

[11] 李荣，韩宝惠.维生素D与肺癌[J].肿瘤，2010,30(5)：443-445.

[12] 郑维.维生素D受体与乳腺癌的关系[J/CD].中华乳腺病杂志：电子版,2009,3(2):45-47.

[13] Ahn J,Albanes D,Berndt SI,etal.Vitamin D-related genes,serum vitamin D concentrations and prostate cancer risk[J].Carcinogenesis,2009,30(5)：769-776.

[14] Asgari MM，Tang J，Warton ME，etal.Association of prediagnostic serum vitamin D levels with the deveIopment of basal cell carcinoma[J].J Invest Dermatol，2010，130(5)：1438-1443.

[15] 李晶，朱筠.维生素D与肿瘤相关疾病的研究进展[J].新疆医科大学学报，2009,32(2)：222-224.

[16] Sillanpaa P,Hirvonena A,KatajabV,etal.Vitamin D receptor gene polymorphism as an important modifier of positive family history related breast cancer risk[J].Pharmacogenetics,2004,14(4):239-245.

[17] 郑敏，罗建明，维生素D受体基因BsmI位点多态性与儿童白血病易感性的关系研究[J].实用医学杂志，2010,26(21):3896-3898.

[18] 宋亮年，程涛.1,25(OH)2D3类似物MC903对人原始巨核白血病细胞系生长分化的影响[J].第二军医大学学报，1992,13(6)：556-560.

[19] Filip B,Milczarek M,Wietrzyk J,etal.Antitumor properties of(5E,7E) analogs of vitamin D3[J].J Steroid Biochem Mol Biol，2010，121(1/2):399-402.

[20] Pepper C,Thomas A,Hoy T,etal.The vitamin D3analog EB1089 induces apoptosis via a p53-independent mechanism involving p38 MAP kinase activation and suppression of ERK activity in B-cell chronic lymphocytic leukemia cells in vitro[J].Blood,2003,101(7):2454-2460.

[21] Thompson T,Andreeff M,Studzinski GP,etal.1,25-dihydroxyvitamin D3enhances the apoptotic activity of MDM2 antagonist nutlin-3a in Acute myeloid leukemia cells expressing wild-type p53[J].Mol Cancer Ther，2010，9(5):1158-1168.

[22] 张翼,左文丽,何玉玲,等.1,25-二羟基维生素D3抑制K562细胞增殖及其机制[J].中国药理学通报,2006,22(10)：1215-1218.

[23] 左文丽，薛玉仙，宋永平，等.1，25-二羟基维生素D3对K562细胞周期及凋亡的影响[J].中国医师杂志,2008,10(7):915-916.

[24] Hughes PJ,Lee JS,Reiner NE,etal.The vitamin D receptor mediated activation of phosphatidylinositol 3-kinase(PI3Kalpha) plays a role in the 1alpha,25-dihydroxyvitamin D3-stimulated increase in steroid sulphatase activity in myeloid leukemic cell lines[J].J Cell Biochem,2008,103(5):1551-1572.

[25] 左文丽，张翼，何文玲，等.1,25-二羟基维生素D3诱导HL-60细胞向成熟单核细胞的分化[J].中国临床康复，2006，10(29):38-40.

[26] Wang X,Patel R,Studzinski GP.hKSR-2,a vitamin D-regulated gene,inhibits apoptosis in arabinocytosine-treated HL-60 leukemia cells[J].Mol Cancer Ther,2008,7(9):2798-2806.

[27] Wang X,Studzinski GP.Oncoprotein Cot1 represses kinase suppressors of Ras1/2 and 1,25-dihydroxyvitamin D3-induced differentiation of human acute myeloid leukemia cells[J].J Cell Physiol,2011，226(5):1232-1240.

[28] Kizildag S,Ates H,Kizildag S.Treatment of K562 cells with 1,25-dihydroxyvitamin D3induces distinct alterations in the expression of apoptosis-related genes Bcl-2,BAX,Bcl(xL),and p21[J].Ann Hematol,2010,89(1):1-7.

[29] Thompson T,Andreeff M,Studzinski GP,etal.1,25-dihydroxyvitamin D3enhances the apoptotic activity of MDM2 antagonist nutlin-3a in acute myeloid leukemia cells expressing wild-type p53[J].Mol Cancer Ther,2010,9(5):1158-1168.

[30] 曲辉，付姝丽，任立红，等.鼠尾草酸联合1,25-二羟基维生素D3对NB4细胞的影响[J].哈尔滨医科大学学报，2011，45(5):416-420.

[31] Funato K,Miyazawa K,Yaguchi M,etal.Combination of 22-oxa-1,25-dihydroxyvitamin D(3),a vitamin D(3) derivative,with vitamin K(2)(VK2) synergistically enhances cell differentiation but suppresses VK2-inducing apoptosis in HL-60 cells[J].Leukemia，2002，16(8):1519-1527.

[32] 任立红，曲辉，李钰，等.1，25-二羟基维生素D3和维生素K2联合诱导HL-60细胞分化及凋亡的研究[J].临床血液学杂志,2005,18(3):171-174.

[33] Wang X,Gocek E,Novik V,etal.Inhibition of Cot1/Tlp2 oncogene in AML cells reduces ERK5 activation and upregulates p27Kip1 concomitant with enhancement of differentiation and cell cycle arrest induced by silibinin and 1,25-dihydroxyvitamin D(3)[J].Cell Cycle,2010,9(22):4542-4551.

[34] Pelczynska M,Wietrzyk J,Jaroszewicz I,etal.Correlation between VDR expression and antiproliferative activity of vVitamin D3compounds in combination with cCytostatics[J].Anticancer Res,2005,25(3B):2235-2240.