维生素D3促进皮肤损伤修复的研究进展

赵雅玫 余小平 张苗苗 付倩倩 周军利

（1.甘肃中医药大学第一临床医学院，甘肃 兰州 730000；2.甘肃省人民医院烧伤科，甘肃 兰州 730000；3.宁夏医科大学临床医学院，宁夏 银川 750000）

皮肤是人体最大的器官，具有调节体液平衡、感觉、调节体温和合成维生素D以及作为机体与外界的屏障等多种功能[1]。皮肤位于体表，容易受到外力损伤及机体衰老或血液循环减少等的影响。皮肤损伤后的修复是维持皮肤完整性的重要生理过程，也是一个复杂的生物学过程[2]，一般包括止血和炎症反应、细胞增殖和组织重塑3个阶段，每一个阶段都需要多种细胞因子及营养物质参与。维生素D是一种脂溶性维生素，包含多种形式，维生素D3是其最重要的形式。维生素D3是皮肤经过紫外线照射后产生的，是皮肤受到光刺激后产生的一种反应，也是强有力的类固醇激素1,25-二羟维生素D3 [1，25(OH)2D3]的前体[3-4]。此外，维生素D3也可以从动物性食物中摄取，需要在肝脏中经历25-α羟基化形成钙化二醇，钙化二醇在肾脏中被25-羟基维生素D3-1α羟基酶代谢成骨化三醇，才能被身体吸收利用[5]。维生素D3在被激活、转化为活性代谢物1,25-二羟维生素D3后发挥其相应的作用。1,25-二羟维生素D3是维生素D受体（VDR）的天然配体，也是一种核受体，是临床药物治疗的靶点[5]，其与VDR结合后发挥生理作用，主要是维持细胞外液中钙和磷的浓度在正常范围内。此外，维生素D还参与矿物质离子的稳态[6]。现已证明维生素D3参与调节皮肤损伤修复的生理和病理过程，包括细胞生长、迁移、免疫反应调节和细胞分化。现对维生素D3在创面修复中的作用机制及其临床应用的研究进展综述如下。

1 维生素D3促进创面修复的作用机制

1.1 调节炎症反应和氧化应激反应 维生素D3可减弱炎症介质的表达，诱导抗氧化主动防御系统的分子表达[7-9]，通过其抗炎和抗氧化作用对伤口愈合产生积极的影响。

皮肤损伤后的第一阶段即是炎症反应。皮肤受到损伤后中性粒细胞迁移至创面并分泌促炎细胞因子，放大炎症反应，随后巨噬细胞也聚集到创面，来调节组织炎症。有研究报道炎症反应募集的巨噬细胞可以分泌促进伤口愈合的生长因子，包括转化生长因子-α（TGF-α）、TGF-β以及血小板源性生长因子，促进损伤皮肤的修复[10-11]。Yuan等[12]在创面上给予维生素D3后中性粒细胞和巨噬细胞明显减少，并降低促炎细胞因子白细胞介素-1α（IL-1α）和IL-1β的表达，刺激细胞增殖，增加创面新生血管。维生素D有强大的抗炎活性，可抑制肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、γ干扰素（IFN-γ）、IL-1、IL-6、IL-9和IL-17的产生[10-11]。另外，维生素D3通过抑制核因子-κB（NF-κB）在多种细胞类型中具有抗炎作用，包括内皮细胞、树突状细胞 、T细胞和巨噬细胞等，还通过抑制NF-κB通路及其下游炎症因子IL-1β、IL-6和TNF-α的表达，促进慢性创面的愈合[13-15]。维生素D减轻氧化应激的作用是其促进创面修复重要机制之一。氧化应激是慢性创面的病理生理基础，氧化应激反应中活性氧（ROS）的增加损害了血管内皮细胞的功能，使损伤皮肤愈合困难。以糖尿病患者为例，糖尿病时糖、脂代谢紊乱可导致血管内皮细胞线粒体超氧化物歧化酶（SOD）减少，激活多种信号通路，增加细胞内ROS，导致血管内皮功能障碍，刺激促炎因子的表达，使创面炎症时间延长，延缓愈合；氧化应激反应还通过损害DNA及碳水化合物、蛋白质和脂质等生物大分子，造成细胞功能障碍甚至死亡。补充维生素D3可提高机体SOD、过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）水平，减少脂质过氧化，并增加重要抗氧化物mRNA表达来减轻氧化应激反应。

1.2 调节免疫反应 维生素D3可通过刺激跨膜模式识别受体如Toll样受体（TLR）在固有免疫中起重要作用[16]。维生素D3的活性代谢物1,25-二羟维生素D3可以降低TLR2和TLR4的结合[17]。还可以抑制TLR2、TLR3和TLR4的蛋白质和mRNA的表达，下调细胞因子，如TNF-α、IL-6和IL-8的表达，在细胞水平上加速伤口愈合。

1.3 调节M2/M1巨噬细胞比例 维生素D3可以抑制M1巨噬细胞（促炎细胞）介导的诱导型一氧化氮合酶(iNOS)的产生，并增强M2巨噬细胞（抗炎细胞）自噬，通过增加皮肤伤口中抗炎的M2巨噬细胞、减少促炎的M1巨噬细胞，即通过增加M2/M1巨噬细胞比例来改善伤口愈合[18]，促进损伤皮肤创面修复和恢复动态平衡。有报道采用维生素D3和螺内酯联合治疗烷化剂造成的皮肤损伤促进了创面修复，并观察到联合治疗可激活M2巨噬细胞，M1巨噬细胞数量显著减少[19]。紫外线诱导的皮肤损伤主要影响M2巨噬细胞，维生素D3可通过促进M2巨噬细胞数量增加、改变M2/M1巨噬细胞比例来减轻紫外线损伤皮肤的炎症反应，加快修复。

1.4 促进上皮-间充质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT） EMT是指上皮细胞失去细胞极性，细胞间黏附降低，迁移能力增加，逐渐形成间质细胞样特性。EMT在伤口愈合中起重要作用,主要发生于再上皮化阶段。再上皮化是伤口愈合的基本过程，包括伤口周围的表皮角质形成细胞的增殖和迁移[20]。研究显示，维生素D3通过抑制Hippo信号通路诱导人永生化表皮角质形成细胞（HacaT）形成YAP/TAZ-Smad2/3复合体[21]，促进TGF-β的产生，并促进角质形成细胞的增殖和迁移及EMT过程，从而促进创面修复[22]。

1.5 促进血管生成 血管生成是皮肤损伤后修复的核心环节。新生血管可以将氧和营养物质输送到组织，维持新形成的肉芽组织的生长和角质形成细胞的增殖[23-24]。维生素D3通过参与激活促血管生成髓系细胞（AMCs）以及激活信号转导糖蛋白130（gp130）和转录激活剂3（STAT3）来促进血管新生[25-27]。有研究发现，1,25-二羟维生素D3促进了健康小鼠的血管再生，恢复了糖尿病小鼠的血管修复功能和AMCs的功能[23]。将含有维生素D3的海藻酸盐水凝胶创面敷料应用于动物创面中，发现其促进了创面愈合，其机制与血管生成有关[25]。

1.6 促进角质形成细胞的增殖 维生素D3可以促进皮肤损伤部位周围角质形成细胞分化、增殖和迁移，再生表皮，促进创面修复。其主要机制可能为：维生素D3促进角质形成细胞中TGF-β/Smad2信号的激活；通过与靶细胞和器官上的VDR相互作用而发挥维生素D3的生物活性；与β-连环蛋白（β-catenin）信号的增加有关。VDR和钙敏感受体（CaSR）调节角质形成细胞的黏附和迁移，是伤口再上皮化的关键过程。角质形成细胞中VDR和CaSR双敲除表皮的基因表达谱显示，VDR和CaSR双敲除可以影响多条与伤口愈合相关的通路，包括VDR、β-catenin和黏附连接信号。VDR和CaSR双敲除导致伤口闭合和再上皮化的显著延迟，损伤诱导的表皮角质形成细胞在表皮和毛囊中的增殖被钝化，β-catenin在VDR和CaSR双敲除后表达减少，E-钙黏附素在再上皮化创面的表达减少，显示VDR和CaSR是β-catenin调控的细胞增殖和损伤后上皮化所必需的。另外，有报道应用1,25-二羟维生素D3作用于损伤的角膜，通过增加对表皮角质细胞分化具有至关重要作用的ΔNp63α（p63的一种亚型）蛋白水平诱导角质形成细胞增殖，并上调血小板衍生生长因子刺激细胞生长[28-29]。维生素D3还通过下调脂质合成和表皮屏障形成所需酶的表达，减少c-myc的转录，从而抑制上皮细胞增殖[30]。

1.7 调节钙信号 维生素D3是维持钙稳态所必需的物质，钙是一种很好的表皮分化介质，对角质形成细胞的作用主要是通过CaSR介导。钙是哺乳动物表皮细胞增殖和分化的细胞调节因子[31]。维生素D3和钙信号在表皮和毛囊干细胞对创伤的反应能力中起关键作用。维生素D3可以作为营养激素，通过上调基因决定钙蛋白的表达、钙通道和膜受体位点以及细胞膜对微量元素（如锌、镁）的通透性等来促进钙的吸收。维生素D3缺乏合并钙信号的减少导致创面延迟愈合和（或）慢性创面，钙减少引起皮肤创面愈合缺陷[32]，富含钙、乳糖和磷酸盐的饮食可以延缓VDR基因敲除的小鼠角膜伤口愈合缺陷，还可以逆转低钙血症导致小鼠的其他表型特征，钙信号还可以弥补维生素D3信号的缺失[33]。VDR和CaSR的联合缺失通过限制角质形成细胞中β-catenin信号的刺激来钝化损伤诱导的角质形成细胞的增殖。

1.8 其他促进创面愈合机制 皮肤损伤后，毛囊和毛囊间表皮干细胞被激活，增殖并迁移到创面，承担着表皮细胞的功能，使创面再上皮化。在这个过程中，VDR参与控制表皮干细胞，VDR和CaSR使干细胞对损伤做出反应并发挥关键作用[34-37]。神经对创面修复具有调节作用。1,25-二羟维生素D3还是神经生长因子、神经营养因子的有效诱导剂。Bouillon等[38]报道，VDR敲除后小鼠血钙降低，通过影响神经密度延缓损伤上皮的愈合；在角质形成细胞中敲除VDR会导致伤口愈合延迟，无法激活表皮干细胞中的β-catenin信号，限制了其对创伤的增殖和迁移反应。1,25-二羟维生素D3可通过刺激钙黏蛋白家族成员CDH1的转录和膜定位，部分抑制表皮角质形成细胞中CTNNB的转录活性，有助于成纤维细胞和角质形成细胞增殖、迁移和再上皮化。Wnt/CTNNB(β-catenin)信号通路在创伤反应中发挥重要作用[32]。p63在表皮基底层表达最高，对角质形成细胞分化至关重要[33]。与VDR类似，p63的缺失抑制了表皮分化，在许多细胞，VDR和p63共同定位在它们的启动子中。钙离子、CTNNB、VDR和p63之间的协调作用，可以调节表皮和毛囊干细胞的转变，从而使伤口重新上皮化，随后表皮再生[33]。维生素D3还通过抑制内质网应激反应降低细胞凋亡率，提高细胞存活率，促进创面修复[9]。

2 维生素D3的应用

2.1 维生素D3应用于创面修复的研究 维生素D3是皮肤中重要的成分之一，对促进创面愈合起着重要作用。Tian等[39]在小鼠皮肤伤口局部应用维生素D3，认为1,25-二羟维生素D3是通过同时影响成纤维细胞和角质形成细胞，并激活巨噬细胞促进血管生成，从而促进伤口愈合。Ehterami等[25]在动物模型中使用含维生素D3的海藻酸盐水凝胶敷料，显示其具有良好的血液和细胞相容性，通过抗炎、抗氧化及增加血管生成的作用促进了创面修复，提示含维生素D3的海藻酸盐水凝胶敷料为潜在的皮肤组织工程中创面敷料。Cataldi等[40]研究显示，将维生素D3搭载银纳米颗粒，可通过角质形成细胞增殖和向间充质细胞发生EMT的转分化来促进创面修复。维生素D3通过水凝胶基质覆盖创面，可以有效地吸收创面的炎症物质，保持创面微环境，促进创面修复。维生素D3治疗伤口需要一定的基质共同作用，与水凝胶共同作用的效果优于单独应用维生素D3[41]，与银纳米颗粒联合应用疗效也明显优于单独应用维生素D3[40]。

2.2 维生素D3在皮肤老化中的应用 随着年龄的增长，皮肤产生维生素D3的能力逐渐下降。1,25-二羟维生素D3可以诱导皮肤细胞快速凋亡，还可以通过非基因组能量守恒的自噬和有丝分裂吞噬来促进环丁烷嘧啶二聚体（CPDS）的修复和减少DNA氧化损伤，激活NRF2和p53，下调NF-κB信号通路或调节线粒体功能[42]，促进皮肤内在的光保护作用。维生素D通过免疫调节发挥对皮肤的抗衰老和光保护作用，其中包括抗炎作用，从而调节角质形成细胞增殖及建立维持皮肤动态平衡的表皮屏障，另外，维生素D还通过诱导抗氧化反应、抑制DNA损伤并诱导修复机制，减缓皮肤早衰及癌变[43]，促进皮肤损伤的修复。其作用机制可能涉及多种核受体相互作用，包括维生素D与VDR、芳香烃受体（AHR）等相互作用,以及与1,25-二羟维生素D3-MARRS受体的非基因组结合部位的相互作用。

2.3 维生素D3在其他皮肤疾病中的应用 小剂量的维生素D3可显著加速大疱性表皮松解症角质形成细胞的划痕愈合[42]。有研究报道，维生素D联合光动力疗法对光化性角化病、浅表基底细胞癌和痤疮的反应比单独使用光动力疗效好[18]。VDR缺失则抑制了免疫反应，破坏毛囊导致斑秃，应用维生素D可以改善斑秃症状[[18]。表皮角质形成细胞中VDR和（或）CaSR的缺失会抑制表皮分化及伤口愈合并容易发生肿瘤。在部分皮肤癌患者中，1,25-二羟维生素D的水平明显增加[42]，癌细胞对钙离子和1,25-二羟维生素D3缺乏正常反应。目前在体外实验和临床前动物实验中已经表明维生素D3可以改变癌细胞的分化、增殖及凋亡，有待成为癌症调控的候选药物[43]，但是维生素D3预防癌症还是限制癌症进展的问题尚未解决。紫外线辐射会导致表皮中诱导环丁烷嘧啶二聚体和嘧啶二聚体的形成，局部应用1,25-二羟维生素D3在预防损伤和加速修复方面起着重要的作用。

3 小结与展望

维生素D3可以通过多种机制促进损伤皮肤的修复，对创面起到积极治疗作用。维生素D是伤口愈合的重要成分之一，是皮肤损伤修复的一个高度相关的靶点。未来需要关注的重点是：①维生素D3除可以通过搭载水凝胶基质发挥作用外，未来还可以搭载其他基质，如无细胞支架、生物敷料、合成敷料胶原等，共同发挥作用。②维生素D3的浓度决定了它对细胞功能的影响程度，因此找到最佳的浓度可以达到最优治疗效果。在文献报道中尚未见到维生素D3应用于皮肤损伤修复的最佳用药浓度和用药途径，局部用药和全身用药的疗效评价如何还需要进一步临床试验来证实。维生素D3的生物学作用在动物学实验中得到了证实，但是缺乏足够的临床数据支持。③近年来，新型生物敷料是创面修复领域的一大热点，维生素D3联合银纳米颗粒可以达到优于单独使用维生素D3的疗效，未来可以研究维生素D联合多种愈合因子共同作用于创面的效果。④创面修复后瘢痕的形成也是临床一大难题，维生素D3应用后对瘢痕的影响如何尚需研究，这对于创面修复具有重大的临床意义。