维生素D参与支气管哮喘发生发展的机制

闫玉晓，严 俊，李宇宁

(兰州大学第一临床医学院，兰州 730000)

支气管哮喘是一种以可逆性支气管收缩、黏液增生以及气道高反应性为特征的慢性异质性疾病[1]。现认为Th1/Th2细胞失衡是导致支气管哮喘发生的基本机制，而Th2细胞功能亢进是其发生的基础。近年来，维生素D(Vitamin D，Vit D)作为治疗支气管哮喘的重要手段之一逐渐受到重视，但其参与支气管哮喘发生、发展的具体机制尚未完全明确。有研究发现，Vit D的低水平与支气管哮喘病情的恶化、气道炎症加重及肺功能下降有关[2]，但在临床试验中获得的结果却不完全一致[3]，这可能与疾病的发生、发展及个体差异有关。激素抵抗型哮喘(steroid-resistant asthma,SRA)是支气管哮喘的一种亚型，其发生严重影响患者的生存质量，甚至危及生命，其医疗费用占全部哮喘医疗的大部分。近年来研究表明，Vit D可改善SRA对激素的敏感性[4]。因此，探究Vit D参与支气管哮喘的发病机制对于制订针对性的治疗策略具有重要现实意义。现就Vit D基因与支气管哮喘的相关性及其参与支气管哮喘免疫调节、气道重塑及改善激素抵抗等方面的机制进行综述。

1 Vit D基因多态性研究

Vit D的代谢途径受一组多态基因的控制，包括调节Vit D合成及代谢的关键酶的基因[CYP2R1(cytochrome P450,family 2,subfamily R,polypeptide 1)、GC(group-specific component)、CYP27B1(cytochrome P450,family 27,subfamily B,polypeptide 1)和CYP24A1(cytochrome P450,family 24,subfamily A,polypeptide 1)]、编码Vit D信号下游介质物的基因[维生素D受体(vitamin D receptor，VDR)基因、类视黄醇X受体基因、过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferator-activated receptor,PPAR)基因、核受体辅激活物基因以及SMAD][5]。研究表明，Vit D的水平与支气管哮喘的发病率及严重程度的相关性存在矛盾[2,6-7]，造成差异的可能原因之一是遗传背景，尤以单核苷酸多态性改变Vit D的功能并导致不同病理表现最为突出。CYP2R1的rs10766197，GC的rs7041和rs4588，CYP27B1的rs4646536，VDR的rs2228570、rs7975232和rs1544410，PPAR的rs1805192和rs10865710均与支气管哮喘发生风险增加显著相关[8]。另有研究表明，GC的rs7041基因型改变了妊娠母体Vit D的代谢，进而可能对胎儿和婴儿健康造成影响[9]。支气管哮喘的预后与CYP2R1的rs10766197、CYP27B1的rs4646536、VDR 的rs7975232和rs1544410及PPAR的rs1805192和rs10865710密切相关[10-11]。CYP2R1和7-脱氢胆固醇还原酶基因的多态性与25(OH)D3的循环水平相关[12]。Einisman等[8]认为，Vit D的水平和VDR的FokI C等位基因多态性与支气管哮喘控制状态可能存在相关性；而CYP2R1和CYP27A1可能是儿童支气管哮喘表型的遗传决定因素[13]；此外，对VitD与支气管哮喘严重程度的研究表明，Vit D的水平与支气管哮喘药物使用的减少及支气管哮喘病情恶化延缓均呈正相关[2]。1,25-(OH)2D3改变了CYP11A1启动子VDR的募集并使其活性降低，从而降低了对CD8+T细胞的转化调节效能，进而使Tc1细胞转化为Tc2细胞的过程受阻[14]。

2 Vit D的免疫调节机制

2.1参与细胞免疫调节 叉头框蛋白P3(forkhead box P3，FoxP3)是CD4+CD25+T细胞发育及发挥功能必不可少的转录因子，参与维持人体自身耐受。Th17细胞是产生白细胞介素(interleukin，IL)-17的CD4+T细胞。研究表明，1,25-(OH)2D3能够上调调节性T细胞(regulatory T cells，Tregs)中FoxP3的表达，使IL-10(Tregs产生的调节性细胞因子，并作用于抗原递呈细胞，从而抑制T细胞活化)的产生增加，通过影响Th1细胞与Th2细胞的平衡进而发挥抗炎作用；另一方面，因树突状细胞中的细胞跨膜Notch配体4(一种跨膜蛋白，参与相邻细胞间的通讯进而调控细胞发育)参与1,25-(OH)2D3对Th17细胞分化的抑制，从而减弱了Th17细胞对人FoxP3+Tregs的免疫抑制抗性[15-17]。Th9细胞是与支气管哮喘高度相关的CD4+T细胞亚群，产生的IL-9是促进肥大细胞生长、免疫球蛋白E产生、嗜酸粒细胞成熟及呼吸道上皮细胞黏蛋白转录的多效性细胞因子。Takami等[18]发现，1,25-(OH)2D3以非IL-10依赖性方式抑制人类Th9的发育，并抑制人类T细胞芳香烃受体(开发多种CD4+T细胞亚群所必需的配体)的表达。同时，1,25-(OH)2D3与芳香烃受体之间的平衡可能是决定病理生理条件下CD4+T细胞分化结果的关键因素[18]。另外，1,25-(OH)2D3能够上调抑制性共刺激分子细胞毒T细胞相关抗原4(T细胞上的一种跨膜受体，参与免疫反应的负调节)的表达。CD39和CD73均是Tregs的标志物，研究表明，1,25-(OH)2D3在体内可上调CD39的表达，这有助于抑制IL-17[19]。

2.2参与固有及体液免疫调节 研究发现，1,25-(OH)2D3可诱导树突状细胞调节Tregs，进而增加IL-10的分泌以抑制小鼠中Th1 81和Th2 82细胞的发育，其对于支气管哮喘的抗失衡机制有重要意义[20-21]。另一项研究发现，树突状细胞Notch配体δ样配体4表达的增加可导致Th17细胞分化增加，而1,25-(OH)2D3可减少这种影响[15]。Vit D也可通过抑制p38促分裂原活化的蛋白激酶，进而抑制IL-6、肿瘤坏死因子-α (tumor necrosis factor α,TNF-α) 等细胞因子的产生，同时下调淋巴细胞中核因子κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)的水平[21]。另外，Vit D的增加不仅促进了单核细胞的增殖和成熟，还抑制了Toll受体2和4的表达，进而减少了TNF-α的产生[21]。

1,25-(OH)2D3也可抑制B细胞增殖并诱导其凋亡[20]。Chary等[22]发现，支气管哮喘患儿B细胞表面免疫球蛋白E受体(CD23和CD21)和VDR信使RNA的表达上调，其中免疫球蛋白E在急性支气管哮喘恶化和气道炎症的扩散中起关键作用[23]。

3 Vit D的抗炎机制

支气管哮喘恶化的一个主要诱因是呼吸道感染。在这一背景下发现，在一定范围内血清1,25-(OH)2D3的水平与RTIS的发生呈负相关[1]。有研究表明，孕妇血循环中25(OH)D3的水平较高与后代出生第1年内下呼吸道感染的发生风险较低相关，但与儿童喘息或支气管哮喘的发生无直接关联[24]。此研究表明，Vit D可能通过影响呼吸道感染的发生率参与支气管哮喘的发生、发展。1,25-(OH)2D3通过增强组蛋白去乙酰化酶2的表达及活性限制NF-κB的活动，从而减少炎性基因转录[25]，并且通过减少脂多糖刺激吞噬细胞产生TNF-α和活性氧类而发挥抗炎作用[26]。相关研究表明，25(OH)D3通过限制转录因子孤核受体、Runx1(runt-related transcription factor 1)及IL-6的表达，减少Th17细胞的数量[1,27]。同时25(OH)D3也影响前列腺途径中促炎性分子的生物合成，进而发挥抗炎作用[28]。Li等[29]研究表明，1,25-(OH)2D3抑制中性粒细胞和嗜酸性蛋白进入呼吸道上皮深层，通过增加上皮钙黏素的表达，预防甲苯二异氰酸酯诱导的气道上皮屏障破坏，然而这一机制是否有利于减轻非甲苯二异氰酸酯所参与的气道上皮损伤还有待于进一步探究。

4 Vit D参与气道重塑的机制

4.1调节气道平滑肌细胞(airway smooth muscle cells，ASMCs)增殖 ASMCs是气道结构所必需的细胞，其一直被认为是发挥支气管收缩功能的主要细胞，可导致气道高反应性，进一步参与支气管哮喘的发生、发展[30]。气道慢性炎症导致气道结构改变，进而造成ASMCs肥大增生、黏液过度分泌及上皮下纤维化[31]。1,25-(OH)2D3能够调节参与气道重塑相关基因的细胞周期、转录和翻译[17]。血管内皮生长因子的存在与支气管哮喘相关的炎症和重塑有关。1,25-(OH)2D3通过抑制血管内皮生长因子受体2和细胞外调节蛋白激酶的活化、下调ADAM33(支气管哮喘易感基因之一)的表达以及影响ASMCs周期，减少血管内皮生长因子诱导的ASMCs增殖[32]。

此外，1,25-(OH)2D3通过影响ASMCs的质量、减少上皮下沉积以及杯状细胞增生，并减少基质金属蛋白酶9在ASMCs中的表达，从而在支气管哮喘治疗中发挥积极作用[1]。1,25-(OH)2D3也可抑制成纤维细胞分泌纤维化介质[17]。Song等[33]研究表明，1,25-(OH)2D3可通过显著上调被动致敏的ASMCs ⅠκBα的表达或抑制ⅠκBα的降解，发挥抑制NF-κB的作用，并显著降低支气管哮喘患者ASMCs中NF-κB的DNA结合活性，抑制NF-κB p65的核转位[25]。1,25-(OH)2D3对ASMCs NF-κB活化的抑制作用可能与VDR相关。

4.2炎症与气道重塑 1,25-(OH)2D3能显著降低支气管哮喘肺组织中高迁移率族蛋白1、Toll样受体4以及NF-κB信使RNA的表达，且三者的表达与气道壁厚度呈正相关[34]。T细胞免疫球蛋白黏蛋白4表达于巨噬细胞和活化的树突状细胞表面，发挥调节T细胞的功能。研究表明，1,25-(OH)2D3可下调肺内T细胞免疫球蛋白黏蛋白4的表达，从而改善支气管哮喘小鼠的气道重塑[35]。1,25-(OH)2D3能否下调人类肺内T细胞免疫球蛋白黏蛋白4的表达还有待于进一步探究。

5 Vit D参与激素抵抗的机制

糖皮质激素是目前最有效的控制支气管哮喘的药物，其主要作用是关闭相关炎症基因，其编码细胞因子、趋化因子、黏附分子以及参与炎症的酶和受体等，激活相关抗炎基因，共同控制支气管哮喘症状[36]。然而，部分支气管哮喘患者即使长期或大量使用糖皮质激素，其症状也难以控制，即SRA[37]。有研究认为，SRA的发生与Th17细胞的表达密切相关[38]。而Vit D可抑制Th17细胞的发育和功能[21]。Nanzer等[39]研究发现，Vit D可抑制Th17细胞因子的产生。Vit D与糖皮质激素能协同治疗支气管哮喘，Vit D可显著上调糖皮质激素所诱导的IL-10的产生[40]。另一方面，激素抵抗的发生可能涉及糖皮质激素与激素受体间亲和力的降低和核易位的减少[41]。Lan等[26]研究发现，Vit D可增强支气管哮喘人群气道上皮细胞系和单核细胞系中糖皮质激素所诱导的激素受体核易位，同时增强单核细胞系中糖皮质激素与激素受体间的结合力，进而下调促炎因子的表达[42]。多项研究发现，Vit D通过下调淋巴细胞中NF-κB的水平[21,43]而增强激素受体与糖皮质激素反应元件间的结合亲和性[44]，从而有利于糖皮质激素抗炎效应的发挥。另外，也可通过抑制树突状细胞相关的p38促分裂原活化的蛋白激酶信号通路，降低糖皮质激素受体磷酸化以进一步增强糖皮质激素的抗炎效应[45-46]。熊安吉[47]研究发现，Vit D可上调促分裂原活化的蛋白激酶磷酸酶1的表达，并降低趋化因子的表达，进而增强糖皮质激素的抗炎作用。促分裂原活化的蛋白激酶磷酸酶1可介导糖皮质激素的抗炎效应[48]。

6 其他参与机制

Vit D结合蛋白不仅参与Vit D的信号转导过程，同时也可增强单核细胞和中性粒细胞的趋化功能，并与巨噬细胞活化因子共同驱动巨噬细胞向高吞噬细胞表型转变，进而产生超氧化物。有研究发现，严重支气管哮喘患者外周血单个核细胞中活性氧类和DNA损伤增加，证明Vit D的缺乏加重了氧化应激，这与低第1秒用力呼气量有关[26]。以上作用参与了气道高反应性的发生。此外，高水平Vit D结合蛋白对Vit D缺乏患儿有一定的保护作用，同时参与肺部免疫过程的调节[22]。Pfeffer等[19]提出，支气管哮喘本身可影响Vit D的状态(反向因果关系)。炎症及糖皮质激素治疗支气管哮喘影响Vit D代谢，特别是增加VDR和CYP24A1的表达。以上研究进一步说明Vit D参与支气管哮喘发生、发展机制的复杂性。

7 结 语

Vit D参与支气管哮喘发病的调控涉及基因、免疫应答、炎症调节、气道重塑及改善激素抵抗等多种机制，强调了Vit D在支气管哮喘治疗中潜在的应用前景，为支气管哮喘的治疗开辟了新视野。研究表明，支气管哮喘儿童血清Vit D[25(OH)D<30 ng/L]的低水平与症状的增加、病情恶化、肺功能下降及药物使用增加有关[49]。由于Vit D抗炎、免疫调节、气道重塑及改善激素抵抗等多方面的调节作用，临床可将其作为支气管哮喘的辅助治疗药物。然而，Vit D在支气管哮喘治疗方面的使用剂量是否会对治疗效果造成影响还有待进一步研究。深入探究Vit D在不同水平的调控机制，有助于缓解支气管哮喘发作的次数及严重程度，并延缓其所造成的结构改变。