维生素D在慢性肾病治疗中的研究进展

丁伯祥，王继芳

(南京海融医药科技股份有限公司，江苏 南京 211100)

慢性肾脏病(chronic kidney disease，CKD)作为世界范围临床上较为常见的流行性慢性疾病，具有起病隐匿、发展缓慢的特点、如不能及时在疾病早期准确诊断和治疗，将会快速进展至终末期肾病(End Stage Renal Disease，ESRD)，临床表现为尿毒症，往往伴随各种严重并发症及高死亡率。维生素D缺乏与CKD及ESRD的发生发展有密切关系，维生素D用于肾病的治疗已经使用了半个多世纪，一些报道表明维生素D及其类似物可以改善CKD及ESRD患者的治疗效果并降低死亡率。本文对维生素D类药物在CKD及ESRD中发挥的作用及机制进行综述。

1 维生素D概述

维生素是一类对生物体存活至关重要的有机化合物。维生素D属于类固醇类化合物，是人体必需的脂溶性维生素，一般意义上的“维生素D”是对一组相关化合物的统称，包括胆钙化醇(维生素D3,VD3)，以及麦角钙化醇(维生素D2,VD3)，植物和真菌衍生的钙化醇。对健康关系较密切的是维生素D2和维生素D3。维生素D均为不同的维生素D原经紫外照射后的衍生物，人体皮下储存有从胆固醇生成的7-脱氢胆固醇，受紫外线的照射后，可转变为维生素D3。维生素D在维生素中是不常见的，在大多数情况下，必须从饮食中获得。胆钙化醇和麦角钙化醇是无活性的前体，必须经过进一步的修饰才能在人体中发挥生理作用，因此它们也被称为“营养维生素D”。

体内(VD3)和营养上获得的(VD2，VD3)维生素D分子中的25位碳原子在肝脏中经羟基化修饰，可以生成25-羟基维生素D(25(OH)D)。人体内不同部位的几种细胞色素P450酶可以催化这个羟基化步骤，包括睾丸，皮肤中存在的CYP2R，肝脏，肠道中存在的CYP27A1和CYP3A4，肝脏，心脏，脑中存在的CYP2J2。25-羟基维生素D是一种激素原，需要通过在1位碳原子的羟基化的基础上进一步修饰以产生1,25-二羟基维生素D(1,25OH2 D)，也被称为骨化三醇，是维生素D的活性形式。此步反应主要由肾小管近端细胞线粒体内的1-α-羟化酶(基因CYP27B1的表达产物)催化。 1-α-羟化酶的合成受甲状旁腺激素(PTH)，钙，磷，成纤维细胞生长因子23(FGF23)，雌激素，降钙素和1,25OH2 D的调节。

25(OH)D和1,25OH2D均被24-羟化酶(基因CYP24A1的产物)灭活，1,25OH2D是优势结合底物。CYP24A1主要在肾脏中表达，其他组织中也有分布 ，例如肠，巨噬细胞，皮肤，肺，骨，胰腺，卵巢，脑和甲状腺[1]。作为负反馈回路的一部分，1,25OH2D强烈诱导CYP24A1表达和24-羟化酶的产生。 PTH和FGF23也影响CYP24A1的表达。利福平，卡马西平和苯巴比妥等许多其他化合物也会诱导CYP24A1。CYP24A1的表达在许多恶性肿瘤中也增加，往往标志着预后不良。

除肾脏外，来自皮肤，胃肠道，免疫系统、大脑及其他的细胞也会表达1-a-羟化酶并产生1,25OH2D，但浓度往往较低。如胰腺，结肠，脑，胎盘和内皮组织的1-a-羟化酶表达或活性低于肾脏组织，但高于乳房，卵巢，甲状旁腺和肾上腺髓质等组织[2]，这些“非典型”维生素D应答细胞中的1-α-羟化酶表达是基于在细胞功能特异性。

在体液循环中，25(OH)D和1,25OH2D均以蛋白质结合形式存在，主要存在于血液白蛋白或维生素D结合蛋白(DBP)中，游离状态只占很小的一部分。 在尿液中蛋白质结合形式的25(OH)D通过肾脏近端小管中的megalin-cubilin系统过滤并重吸收。在一些动物模型中，肾脏在疾病状态下重吸收系统出现障碍导致尿液中DBP的损失，并且出现维生素D缺乏的症状[3]。后续研究发现DBP敲除的小鼠体征正常，并且1,25OH2D具有正常的组织水平，表明DBP可以作为25(OH)D在血清中储存的载体[4]。能够结合25(OH)D的DBP的总量，以及DBP对25(OH)D的亲和力对于25(OH)D在组织水平发挥生理效应至关重要[5]。

2 1,25OH2 D的作用

1,25OH2D通常作为核激素发挥生物学作用。1,25OH2D进入细胞核以后与维生素D受体(VDR)结合。VDR与视黄酸X受体(RXR)复合形成异二聚体，能够识别称为维生素D反应元件(VDRE)的特定DNA序列。当1,25OH2 D / VDR / RXR复合物与VDRE结合时，它能够募集转录因子并增加或减少参与骨和钙代谢的基因的转录，以及影响细胞增殖，分化或功能的多种信号通路。

此外，有研究者提出1,25OH2D通过激活心尖电压依赖性钙通道和增加细胞内钙离子的浓度，具有快速的非基因组效应，这一过程是否需要VDR参与还不清楚[6]。非基因组效应还包括触发不同组织中影响细胞分化，凋亡和增殖的下游信号传导通路[7]。

在慢性肾病中，1,25OH2D作用受损的机制有多种。活性激素的绝对水平降低。骨化三醇最有效地上调VDR的表达，因此骨化三醇缺乏也降低了VDR水平。此外，VDR / RXR二聚化和靶DNA结合以及转录辅因子的募集在尿毒症中受损，导致下游基因转录的缺陷[8]。

3 CKD患者维生素D缺乏的流行情况

维生素D类化合物既可以作为典型的内分泌激素来调节钙和磷的平衡，也可以直接和间接地影响甲状旁腺激素合成和骨转换。因此，维生素D缺乏对CKD患者的骨代谢和疾病进程有显着影响，维生素D也具有矿物质代谢轴之外的生理作用。

维生素D的缺乏有两种形式：维生素D原的缺乏，25(OH)D和1,25OH2D的缺乏。纠正这些缺陷的方法有所不同：25(OH)D缺陷通常用口服维生素D前体或营养维生素D(VD2,VD3)治疗，1,25OH2D缺乏可用骨化三醇，帕立骨化醇，马沙骨化醇直接进行治疗，度骨化醇，阿法骨化醇的在肝脏中完成25-羟基化后也可以达到治疗效果[9]。

肾功能正常人群中25(OH)D缺乏的现象并不罕见[10]，在CKD患者中有所增加，可能是由于病程对25(OH)D的产生(皮肤中前体产量减少导致在肝脏中产生的25(OH)D减少)和分解代谢(尿液中的损失，CKD中24-羟化酶上调增加降解)。更为关键的是，生成维生素D活性形式1,25OH2D的最终步骤发生在肾脏中 ，CKD患者特别容易发生1,25OH2缺陷。

关于维生素25(OH)D体内合理浓度的定义目前临床上还存在争议。通常认为低于30 ng/mL(75 nmol/L)的25(OH)D水平被认为是不充分的，低于15或20 ng/mL(37.5或50 nmol/L)的水平则被认为严重不足[11]。虽然25(OH)D缺陷的患病率在世界不同人群中有所不同[12]，但在CKD和终末期肾病(ESRD)患者中普遍存在25(OH)D缺陷增加的现象。例如，对于患有CKD 3期和4期的201名美国患者的研究报道71%至83%的患者缺乏25(OH)D[13]。加拿大某医疗中心针对160名患者的另一项研究报告显示，98.7%的个体缺乏或严重缺乏25(OH)D[14]。

已经有多项临床观察性研究证实了维生素D缺乏与CKD之间的病理生理学联系。2003 年，Rahmdhani 等[15]提供了第一个流行病学证据，证明维生素D化合物不仅降低甲状旁腺素(PTH)水平，而且降低慢性肾脏病(CKD)患者透析的总死亡率。美国第三次国家健康和营养调查(NHANES III)发现，在调整CKD阶段和各种临床上潜在的混杂因素后，25(OH)D水平低于15 ng/mL的人群，仍有较高的全因死亡风险，较低25(OH)D水平的人群更可能导致CKD，25(OH)D浓度降低增加蛋白尿的流行率[16]。

4 1,25OH2 D缺乏的临床影响

CKD和ESRD人群中维生素D代谢的改变会影响钙的周转和骨骼健康。更显着的是，维生素D缺乏症(25(OH)D和1,25OH2D)在多种类型疾病患者的观察性研究中的发现与疾病进程具有相关性，如发病率和死亡率增加，维生素D缺乏症已被证实与充血性心力衰竭，高血压，糖尿病，恶性肿瘤和免疫功能异常有关[17]。鉴于所有细胞类型中维生素D受体的普遍存在，这些关联支持维生素D在机体对矿物质代谢的控制之外在组织水平发挥生理功能。此外，已发现多种组织具有低水平的1-α-羟化酶，因此可参与骨化二醇到骨化三醇的局部转化，用于自分泌或旁分泌功能。

对开始血液透析的患者进行的回顾性分析表明，那些起始25(OH)D水平最低(<10 ng/mL)的患者与维生素D充足的患者相比，全因死亡的风险增加[18]。在未接受过维生素D治疗的患者中，死亡风险增加最为明显。在CKD患者中，一项前瞻性研究还发现低25(OH)D水平可以作为死亡率和ESRD进展的独立预测因子[19]。

在没有出现肾功能不全的患者中，维生素D缺乏与心血管危险因素和心血管死亡率增加有关[20]。肾功能不全患者也有类似的发现。例如，一项针对在230例腹膜透析患者的研究发现，25(OH)D水平<47.5 nmol/L(～20ng/mL)与射血分数保持不稳和/或左心室肥厚缺失患者的心血管事件增加有关[21]。在1108名德国糖尿病透析患者中，与25OH足够的患者相比，25OH缺乏(<25 nmol/L)导致心源性猝死风险增加3倍[22]。

除了与不良心血管事件相关外，25(OH)D缺乏与血管僵硬和冠状动脉钙化也有相关性。例如，在动脉粥样硬化队列的多种族研究中，394名CKD患者中，25(OH) D水平<15 ng/mL的患者增加了冠状动脉钙化(CAC)评分[23]。

慢性肾病患者中普遍存在维生素D缺乏的情况，低25(OH)D水平也与CKD的快速进展相关。在一项对168名慢性肾病患者的跟踪研究中，将25(OH)D水平作为疾病进展到终末期的重要标准[19]。根据美国营养与健康调查数据，当25(OH)D水平低于15 ng/mL时往往意味着肾病将快速发展到终末期[24]。慢性肾病患者在临床治疗过程中预后效果较差，且多数患者伴随有心脑血管疾病，导致其死亡率较高，一项对207名初始GFR> 60 mL/min，GFR损失超过4年的老年慢性肾病患者心血管健康的随访研究中，那些25(OH)D水平低于15 ng/mL的患者与25(OH)D水平高于30 ng/mL的患者相比，GFR快速损失的调整风险高68%而与血清PTH，钙或磷浓度无关[25]。这种风险程度大于高血压或糖尿病等并发症导致的GFR损失风险。

潜在的机制可能是维生素D在调节 肾素-血管紧张素-醛固酮系统轴(RAAS)中发挥的抑制作用[26]，某些CKD流行病中已经证实干扰RAAS激活是的肾脏保护的重要策略。 低糖25(OH) D对GFR损失的影响在糖尿病患者中最为强烈[25]。一些动物研究表明，糖尿病肾病模型中的VDRA治疗可以改善疾病进展并与血管紧张素受体阻断协同减少蛋白尿和减少肾小球硬化[27]。除了对肾素表达的影响外，动物研究中的VDRA治疗被认为具有抗纤维化和抗增殖作用，这一发现可能有助于临床开发肾脏保护的治疗方案。

巨噬细胞中存在通过维生素D信号通路表达产生的1-α-羟化酶和VDR等分子[28]，发生感染时，环境诱导1-α-羟化酶大量表达，Toll样受体的激活导致 1,25OH2D和VDR表达上调。这使得巨噬细胞能够产生拮抗微生物的肽段，如已被证明具有抗微生物特性的导管素。在维持血液透析患者的一项回顾性研究中，低导管素水平与1,25OH2D水平有一定相关性，推测因感染导致的死亡率增加[29]。

慢性肾病患者经常出现葡萄糖代谢受损。一些在透析患者中补充维生素D的短期研究显示胰岛素敏感性和分泌增加[30]。根据美国营养与健康调查数据，在一些肾功能受损的成年人体内往往具有较低的25(OH)D水平，与eGFR和胰岛素抵抗均不相关[31]。一项针对120名非糖尿病CKD患者的研究发现，接受活性维生素D治疗的患者胰岛素水平降低[32]。

维生素D缺乏往往与肌肉功能受损相关联，荟萃分析表明，补充维生素D可以降低老年人跌倒的风险[17]。与没有肾功能受损的同龄人相比，终末期肾病患者的骨折风险增加，肌肉萎缩和虚弱会导致这种风险进一步增加[33]。骨化三醇浓度水平下降可能是导致肌肉无力的原因之一，有研究表明年龄相关肾功能丧失的老年妇女安慰剂对照试验中接受骨化三醇治疗的女性显示3年内跌倒减少[34]。

5 维生素D缺乏的临床治疗

虽然将维生素D缺乏与治疗结果相关联的流行病学数据对于提出治疗机理的假设至关重要，但与治疗结果相关的干预性研究提供了维生素D缺乏与治疗结果关联的进一步证据。一些研究显示，终末期肾病患者在补充骨化三醇或其它维生素D受体激动剂后存活率延长。例如，滕等在对超过50,000名透析患者的长期研究发现接受VDRA治疗的患者与没有接受VDR治疗的患者相比平均存活时间提高了20%[35]。Wolf等在随后的一项能够跟踪检测25(OH)D水平的回顾性研究中发现1000例患者开始进行血液透析后无论25(OH)D水平如何，用活性D类似物治疗的患者在所有原因下死亡率均有所降低[18]。

目前临床上常用的VDRA包括骨化三醇和帕立骨化醇，度骨化醇是一种1-羟基化的维生素D2衍生物，需要在肝脏中进一步羟基化，也被作为一种前激素包括在VDRA中。使用VDRAs的主要适应症是继发性甲状旁腺功能亢进的治疗，尽管副作用各不相同，所有这些VDRAs都能抑制PTH水平[36]。但是，这些化合物对PTH轴以外的生物学通路的影响并不等同。例如，一项回顾性研究发现，骨化三醇与帕立骨化醇治疗的透析患者生存率较使用帕立骨化醇治疗的患者死亡率降低[37]。随后在采用不同治疗方案的7731名透析患者的跟踪观察中发现了类似结果，该研究还发现度骨化醇对透析患者死亡率降低的效果与帕立骨化醇相似。

活性维生素D类似物是可以激活VDR或需要通过第25碳的羟基化步骤进行非肾脏修饰以变得活跃的化合物。目前除VD2、VD3、25(OH)D外，骨化三醇、帕立骨化醇、度骨化醇、马沙骨化醇在临床上也开始用于CKD患者的治疗。

维生素D对心血管功能的有益作用可能是改善心血管疾病患者死亡率的潜在原因。 这一设想来源于观察到缺乏VDR或1-α-羟化酶基因的动物会发生心脏肥大，后续研究通过外源性1,25OH2 D给药使症状得到改善[38]。此外，在高血压模型大鼠中，帕立骨化醇可减少左心室异常并改善心脏舒张功能[39]。临床上在对15例终末期肾病患者的研究发现注射骨化三醇输注导致PTH部分减少从而缓解了心肌肥大的症状[40]。

然而，动物肾切除实验表明，VDRA给药增加了血管钙化[41]。随后对儿童终末期肾病进行的研究中发现颈动脉内膜中层厚度和钙化评分增加与1,25OH2 D水平升高有关[42]。在一项PRIMO研究中，将227例3期和4期慢性肾脏病患者随机分配至2 mg帕立骨化醇或安慰剂组，心脏核磁共振成像或超声心动图的舒张功能测量值均未检测到左心室质量指数出现降低，但治疗48周后，达到住院治疗标准的患者数量减少[43]。在后续ADVANCE研究中，360例血液透析患者随机分为西那卡塞加低剂量骨化三醇或帕立骨化醇与不同的VDRA剂量组，评估其冠状动脉钙化(CAC)评分，进行为期52周的治疗后前组患者的CAC评分有小幅增加的趋势[44];目前尚不清楚不同VDRA剂量对治疗效果是否有显着差异。因此，VDRAs治疗可能对肾功能衰竭患者的心血管疾病和预后产生U形影响，VDRA过少或过多都会产生不良后果。

检测VDRAs对慢性肾病患者蛋白尿影响的小型试验已经陆续开展[45-47]，在一项考察维生素D受体激动剂降低白蛋白尿的研究(VITAL)中，将281名患有糖尿病性肾病并出现蛋白尿的患者随机分为两组，其中一组每日口服两种不同剂量的帕立骨化醇，另外一组则使用安慰剂。经过24周治疗后发现只有使用较高剂量的帕立骨化醇能够显着降低白蛋白尿，这种变化与疗程中血压以及肾小球滤过率的稳步降低有关[48]。 肾小球滤过率降低的机制尚不清楚，但研究者认为可能与VDRAs对肌酸酐代谢的影响有关。虽然实验结果令人鼓舞，但在高帕立骨化醇组中发生了更多的临床不良事件，这些结果导致了VDRA治疗的局限性。

由于1-α-羟化酶的广泛表达，有研究者认为对慢性肾病和终末期肾病患者补充维生素D2或维生素D3，可能会对局部组织水平转化为骨化三醇有一定影响，此外，一些研究表明，前体补充剂可以增加血液透析患者血清中1,25OH2D的水平，可能的机制是通过非肾脏1-α-羟基化实现，在肾切除的个体案例中也观察到了这种效应[49]。

Bhan等发现，适量补充维生素D2并通过纠正潜在的25(OH)D缺乏可以提高健康成年人的导管素水平[50]。一项对七名终末期肾病患者进行的维生素D3和帕立骨化醇治疗发现外周血单核细胞中炎性细胞因子和骨化三醇响应基因表达增加[51]。

补充维生素D3也可以减少对维生素D受体激动剂和磷酸盐结合剂治疗的需求，一项涉及158名血液透析患者的研究显示，患者使用维生素D3治疗一年后，血清磷酸盐水平下降，血清25(OH)D和1,25OH2D增加，导致使用司维拉姆和帕立骨化醇治疗的患者减少[52]。

6 总结

维生素D及其衍生物对许多器官的正常生理功能至关重要。 慢性肾病患者人群中普遍存在的维生素D缺乏导致临床上不良后果的显著增加，包括相关疾病死亡率上升，心血管疾病发病率升高，感染性并发症和贫血的出现。活性维生素D类似物是可以激活VDR或需要通过第25碳的羟基化步骤进行非肾脏修饰以变得活跃的化合物。 目前除VD2、VD3、25OH2D外，骨化三醇、帕立骨化醇、度骨化醇、马沙骨化醇在临床上也开始用于CKD患者的治疗。

目前进行中的试验一方面力争阐明这些临床上维生素D类化合物的作用机理，同时也需要更多的临床试验结果来指导用药实践。