维生素D在消化系统肿瘤中的研究进展

韩帮岭 汪亦民 综述 薛英威 审校

维生素D的传统作用是以钙和骨代谢的控制为中心，对钙稳态具有经典的调节作用。此外维生素D还涉及多种疾病的发生，如病理性骨折、糖尿病、高血压、心血管疾病和癌症[1]。近期，相关研究强调维生素D在多种癌症发生和进展中的作用，已经发现低水平维生素D与乳腺癌、结肠癌和前列腺癌风险增加有关[2]。维生素D可参与细胞周期调控、细胞增殖、细胞凋亡和细胞信号传导，因此认为其可能在肿瘤形成过程中发挥重要作用[3]。目前我国消化系统肿瘤的发病率和死亡率均较高，由于早期症状不明显和缺乏简单易行的筛查方法，许多患者确诊时错过了手术治疗的最佳时机，极大的影响了患者预后生存。因此，寻找新的有效生物标志物和辅助治疗方法对提高消化系统肿瘤的早期诊断率，以及对术后病情发展评估和监测都显得尤为重要[4]。消化系统肿瘤复杂的发病机制和信号传导通路一直是临床基础研究的难点和热点，探讨维生素D及维生素D受体与消化系统肿瘤的关系有助于对消化系统肿瘤发病机制做进一步了解。

1 维生素D和维生素D受体

1.1 维生素D

体内的维生素D主要由皮肤中7-脱氢胆固醇经日光中的紫外线照射转化而来，也可从肝、乳、鱼肝油等食物中获取[5]。维生素D活性激活需要进一步转化，首先在肝脏经25-羟化酶催化为具有一定生物活性的25-羟维生素D3(25-(OH)2D3)，然后在肾近端小管1α-羟化酶的催化下生成活性更高的1，25(OH)2D3。目前认为维生素D是一种类固醇激素，维生素D家族成员中最重要的成员是麦角钙化醇(VD2)和胆钙化醇(VD3)[6]。

1.2 维生素D受体

维生素D受体(VDR)分为细胞核受体(nVDR)和细胞膜受体(mVDR)两大类，nVDR属于核受体超家族成员，核受体超家族是由甾体类激素核受体、甲状腺激素核受体和类视黄醇X受体组成，nVDR是介导维生素D发挥生物效应的主要途径。维生素D除了通过nVDR产生基因效应作用于靶细胞外，还存在由mVDR介导的快速非基因效应，该效应的产生和完成所需要的时间仅为数秒到数分钟，而基因效应通常需要数小时到数天才可以显现出来[7]。维生素D通过与VDR结合表达活性，VDR在所有的身体组织中均有表达，因此维生素D可表现出骨骼外效应。VDR基因由9个外显子和8个内含子组成，它具有能够产生多种组织特异性转录物的启动子区域[3-8]。目前已知维生素D反应元件可以控制细胞周期相关过程如细胞生长、分化、凋亡、侵袭和肿瘤细胞的转移，其过程影响多个基因表达：如p21/WAF1、cyclin E、nm23H1、c-fms和c-fos。应用限制性片断长度多态性多聚酶链反应技术(PCR-RFLP)研究发现，VDR基因序列上存在多个内切酶酶切位点，证实了VDR基因具有明显的多态性，不同区域的多态性位点对VDR基因表达产生的影响不同，并且这种影响与其所在细胞的类型、分化阶段和活性状态有关[9]。

2 维生素D与消化系统肿瘤

2.1 食管癌

食管癌是一种常见的消化系统恶性肿瘤，其中鳞状细胞癌是最常见的病理类型，占95%以上，腺癌少见，大量吸烟或酗酒均会增加食管癌的发病率[10]。食管癌患者就诊时大多是伴有吞咽困难的中晚期，多数患者在确诊后第一年死亡[11]。维生素D在食管癌发生过程中通过降低环氧合酶2(COX-2)的促疾病效应和活性氧簇(ROS)的基因毒性抑制细胞化生和肿瘤形成[12]。维生素D还在胆汁酸代谢中起促进作用，石胆酸(LCA)是一种有毒性的次级性胆汁酸，易在胆汁反流中引发食管炎症反应，而在这些炎症过程中有可能导致化生或启动癌变的基因表型，石胆酸可被细胞色素CYP3A分解代谢，维生素D可与VDR相互作用上调细胞色素CYP3A的转录水平，增加LCA的分解代谢率，降低胆汁酸反流引发肿瘤的风险[14]。VDR和食管癌的研究以腺癌居多，在食管腺癌中VDR表达水平随着肿瘤去分化而下降，VDR在肿瘤转化过程中转位至细胞质，在巴雷特食管(Barrett食管)中，正常的鳞状上皮被柱状上皮所取代这，与食管正常鳞状上皮相比，VDR在Barrett食管黏膜中表达不受调节[13-14]。在食管鳞状细胞癌(ESCC)细胞中VDR基因的多态性和不良的预后相关[15]。这些结果表明维生素D可能对食管癌有化学预防作用，而维生素D干预可能降低疾病风险。

2.2 胃癌

胃癌(Gastric carcinoma)是源于胃黏膜上皮的恶性肿瘤，由于工作压力增大、饮食结构的改变以及幽门螺杆菌感染等原因，使得胃癌发病呈现年轻化倾向[16]。绝大多数胃癌属于腺癌，早期无明显症状或仅出现上腹不适、嗳气等非特异性症状，常与胃炎、胃溃疡等胃慢性疾病症状相似，易被忽略，导致胃癌的早期诊断率较低。维生素D在胃癌发生过程中起重要作用，血清维生素D水平升高降低了胃癌风险[17]。Bao等[18]实验研究发现1，25(OH)2D3可以诱导胃癌细胞的凋亡，进一步支持维生素D在胃癌中的抗肿瘤作用。维生素D通过Hedgehog信号通路发挥作用，Hedgehog信号通路的异常激活与肿瘤发生有关，很多参与肿瘤细胞增殖、扩散的效应分子(如n-Myc、EGF、CyclinD、CyclinE、CyclinB、BMP等)被证明是Hedgehog信号通路的靶基因或下游分子，维生素D通过抑制胃癌细胞中Patched1和Gli1基因在内的多种Hedgehog信号传导目标基因的表达来降低癌细胞活力[19]。维生素D还可以通过调节细胞外微环境阻碍胃癌进展，如通过中断肿瘤上皮细胞与微环境之间的交叉影响[20]。此外，功能性VDR元件在PTEN基因(抑癌基因家族中的一种)启动子中发现，表明VDR可能在调控PTEN表达中发挥作用。以上研究结果证明了维生素D水平是影响胃癌患者预后的重要因素，维生素D缺乏可能与预后不良有关。

2.3 肝癌

肝癌(Liver cancer)是发病率和死亡率均较高的恶性肿瘤，可分为原发性和继发性两大类。近年来，虽然肝癌的诊断和治疗有了显著的进展，但肝癌患者的预后仍然不容乐观。部分肝切除是肝癌患者首选的治疗方法，预测不良结果肝内复发和转移是肝癌术后临床监测面临的主要挑战[21]。研究表明，肝细胞肝癌(Hepatocellular carcinoma，HCC)和胆管细胞癌(Cholangiocarcinoma，CCH)均高水平表达细胞色素CYP24A1(25-羟维生素D3-24-羟基化酶)，其可使维生素D分解代谢加快，维生素D水平降低有利于肿瘤生长，在对照组中使用维生素D治疗降低了HCC和CCH细胞系的细胞增殖率[22]。维生素D还可以调节肝癌中多种基因和蛋白质表达，其中比较重要的是对转化生长因子β(TGF-β)信号通路的抑制，TGF-β受体复合物通过磷酸化激活Smads信号通路，参与目标基因表达的调控，调节靶基因参与不同的病理过程，如结缔组织沉积、G1/S期细胞周期阻滞、诱导细胞凋亡、免疫抑制和肿瘤发生[23]。在肝癌微环境改变方面维生素D还可作为抗纤维化药物，维生素D的抗纤维化作用表现在抑制肝星状细胞增殖，抑制细胞周期蛋白D1(Cyclin D1)、金属蛋白酶组织抑制因子1(TIMP-1)和胶原蛋白的表达[24]。因此，维生素D或其类似物在肝癌中是有效的癌细胞抑制剂或凋亡剂。

2.4 胰腺癌

胰腺癌是一种恶性程度较高，诊断和治疗都很困难的消化道恶性肿瘤，治愈率较低且5年生存率<1%[25]。胰腺癌的病因尚不清楚，其发生与吸烟、饮酒、高热量饮食、环境污染及遗传因素相关。Cho等[26]研究发现胰腺癌患者维生素D水平异常，低水平维生素D与胰腺癌Ⅲ、Ⅳ期患者生存率较差相关。维生素D在胰腺癌中的抗肿瘤作用通过调控细胞周期、AMP依赖蛋白激酶(AMPK)信号途径和磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)/Akt途径来抑制癌细胞的侵袭和迁移。维生素D改变细胞周期主要通过对关键酶和节点的调控，如G0/G1细胞周期停滞因细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)或细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂(CDKI)活性改变[27]。AMPK是生物能量代谢调节的关键分子，实验室中5-氨基咪唑-4-甲酰胺核糖核苷酸(AICAR)可做为AMPK激动剂，Rattan等[28]发现当维生素D和AICAR联合应用时，癌细胞停滞在S期并激活细胞周期蛋白p21、p27、p53和AMPK以及抑制PI3K，然而单独使用AICAR重复实验时效果降低60%～85%，说明维生素D在此过程中的效果应被重视。前瞻性研究汇总分析维生素D和胰腺癌的风险关系显示了不同的结果，这种差异的原因尚不清楚[25]。考虑流行病学研究干扰因素的不确定性，仍可认为维生素D在胰腺癌的治疗中是有价值的。

2.5 结直肠癌

结肠直肠癌是消化系统中常见的恶性肿瘤，男性较女性多发，其发病与生活方式、遗传、大肠腺瘤等关系密切。早期症状不明显或无症状，中晚期多为消化系统异常表现如肠梗阻、排便习惯改变，伴或不伴贫血和消瘦等全身症状[29]。早在1980年，Garland等[30]研究发现，结肠癌的发病率与太阳辐射呈负相关，并提出了维生素D对结肠癌可能有预防作用的观点。多年来，许多相关研究报道了维生素D在结直肠癌中的抗肿瘤作用。维生素D通过上调促凋亡蛋白BAK1和BAX，下调抗凋亡蛋白BAG1、BIRC5和BCL2(B-cell lymphoma-2)诱导结直肠癌细胞的凋亡[31]。有研究提出维生素D可调节肠道微生物菌群，在葡聚糖硫酸钠诱导的结肠炎模型中，与维生素D充足饮食的小鼠相比，维生素D缺乏饮食的小鼠显示更明显的结肠炎症状和细菌浓度升高[32]。已知人细胞色素P450家族成员27B1蛋白(CYP27B1)可以降解维生素D，向基因CYP27B1敲除的小鼠补充维生素D(1.25 Sg/100 g饮食)可降低螺杆菌数量和结肠炎严重程度[33]。Alvarez-Diaz等[34]报道MicroRNA(miRNA)也参与了维生素D的抗肿瘤作用，miR-22在多种结直肠癌细胞系中以时间、剂量和VDR依赖性方式被维生素D诱导，在表达VDR的SW480-ADH和HCT116细胞中，miR-22是维生素D抗增殖和抗迁移作用所必需的，可以推断miR-22可能是参与VDR介导维生素D抗肿瘤作用的重要环节。维生素D可能通过影响癌细胞凋亡、菌群调节和miRNA降低结直肠癌的发病风险，维生素D或其类似物的功能研究为其在结直肠癌中的抗肿瘤作用提供了支持性证据。

3 小结与展望

维生素D在VDR介导的消化系统肿瘤中通过多种细胞机制表现出抗肿瘤作用，如抑制分化、增殖、转移和侵袭，诱导细胞周期阻滞和凋亡。然而，临床应用高剂量维生素D治疗癌症时受阻，因大剂量使用维生素D出现严重的副作用高钙血症可以引起多种器官功能障碍，甚至引起致命性心律不齐。因此，开发副作用少、效果相同或甚至比1，25(OH)2D3效果更好的维生素D类似物在抑制肿瘤的治疗中有更好的前景。在对维生素D的作用机制有更好的生物学解释之前，对建议维持健康人群增加维生素D浓度以预防癌症的指导方针和推荐为抗癌药物时应小心谨慎，且有必要进行临床试验。维生素D和肿瘤之间的关系为未来的研究提供了一个新的方向，迅速发展的生物科学技术可能会更多地阐明维生素D与消化系统肿瘤之间的关联机制。