血清25羟维生素D对脑卒中及卒中后抑郁影响机制的研究进展

姜淑莹,张淑岩,鲍丽娓

0 引言

脑卒中导致人类死亡的比例逐年攀升,其致残率也居众多急慢性疾病的首位,近年来已经晋升为中国第一致死原因。在人体内长期维持25羟维生素D[25(OH)D]水平较低状态,可引起多种疾病的产生和进展。Manouchehri等[1]发现，25羟维生素D缺乏的人群患缺血性卒中的风险较对照组增加了近7倍,大血管中风的风险增加了13倍。老年人血清25羟维生素D与动脉僵硬度和动脉硬化指数之间的关联是非线性的,特别是其血清水平从50 nmol/L起,随着25羟维生素D水平的升高,颈动脉内膜中层厚度(IMT)略有增加。本文对血清25羟维生素D缺乏与急性缺血性脑卒中及卒中后抑郁的相关性的研究进展进行综述,为老年高危人群脑卒中的预防和治疗提供新方向。

1 25(OH)D的生物学特点

1.1 25(OH)D的循环代谢途径 维生素D为脂溶性甾体化合物,主要涵盖维生素D1、D2、D3、D4和D5。对人类生物学最重要的维生素D2(麦角钙化醇),其前体是麦角甾醇(Ergosterol),又称麦角固醇,是一种重要的植物甾醇,主要存在于酵母、霉菌等真菌和一些植物体内,经紫外线照射生成维生素D。维生素D3(又称胆钙化固醇)为维生素D的一类,胆固醇经过脱氢过程,生成的7-脱氢胆固醇经紫外线照射变成胆钙化醇。维生素D2和D3通过维生素D结合蛋白(VDBP)、白蛋白和脂蛋白等载体蛋白在血液中运输,分别转运到机体各组织(主要为肝脏),在肝脏经过细胞色素P450单加氧酶(CYP2R1、CYP27A1)的催化,生成维生素D的关键循环物质,即25(OH)D,25(OH)D与维生素D结合蛋白结合通过血液运输到肾脏,通过受体(megalin)介导的内吞作用被肾近端小管细胞内化,在C-1处通过线粒体1-羟化酶(CYP27B1)进一步羟基化,产生有活性的维生素D,即1,25-二羟基维生素D[1,25(OH)2D]。具备2种存在形式:1,25(OH)2D2及1,25(OH)2D3,机体许多组织表达CYP27B1酶,肾脏特有1-α-羟化酶是1,25(OH)2D催化剂的主要来源。25(OH)D和1,25(OH)2D的失活和分解代谢均由线粒体CYP24A1酶催化的24-羟化酶完成[2]。众所周知,维生素D受体(VDR)配体调控核受体转录超家族的成员广泛分布于人体细胞,如白细胞、内皮细胞[3]、星形胶质细胞和神经元[4],2种形式1,25(OH)2D可以激活VDR[2]。通过与配体结合,VDR与视黄素X受体(RXR)异质二聚体形成转录活跃的复合体[5],VDR/RXR异质二聚体的形成是激活配体必不可少的,VDR与类维生素X受体(RXR)形成异源二聚体,参与调控1,25(OH)2D3的基因转录[6]。维生素D反应元件(VDREs)是特定的启动子序列,也是调节因子,可以增加与之结合的各种靶细胞的基因表达,协同调节因子的增殖或抑制各种靶基因的转录,主要包括参与细胞增殖、分化、凋亡、炎症和氧化应激有关的基因[7]。

VDR在人体的30多个靶组织中表达[8],在大多数组织中发现了超过1 000个VDR特异性基因的结合位点,表明维生素D的转录活性形式可能影响许多相关基因的表达。VDR分为膜受体(VDRm)、核受体(VDRn)2种,由于膜受体发挥作用及作用消退速度较快,不依赖基因表达与活性蛋白的生成,故VDR主要经过核受体发挥生物效应。VDR 蛋白从N 端到C 端分成6区,即A 区～E 区：A+B 区是转录激活自身调节的功能位点;C 区为DNA 结合位点;D 区具有免疫原性;E 区为VDR 和1,25(OH)2D3结合的重要位置[9]。Langub 等[10]发现,大脑中具有功能性的VDR,其与配体结合时,可以与DNA 反应元件特异性结合,参与神经系统病症的产生进展。Eyles等[11]发现，维生素D 受体也存在于大脑中,维生素D 在发育过程的大脑中,发挥其神经激素的效能。研究结果提示,维生素D 受体广泛存在于啮齿类动物的神经细胞内部。有研究表明，在白质内的少突胶质细胞中VDR 免疫反应占优势[12]。也有实验结果显示，维生素D 受体广泛存在于大鼠的神经元及神经胶质细胞中[13],在人体神经细胞内也发现VDR 与1-羟化酶的分布[11]。Tague等[14]研究发现,VDR 在视上核、视旁核及外围神经元等处存在。上述结论为维生素D 在神经系统疾病的产生及进展中发挥了关键作用,提供了理论基础。

1.2 25(OH)D的抗炎特性 血清25(OH)D水平与白细胞介素-6高敏感性呈负相关,缺血性脑卒中患者体内的活性蛋白(hsCRP)水平与卒中后25(OH)D的潜在抗炎作用一致[5,15]。研究表明,骨化三醇作为维生素D3经肝脏和肾脏羟化酶代谢的产物,通过多种机制发挥免疫调节作用,例如激活VDR[16],阻止白细胞在损伤组织聚集[17]。25(OH)D还可以抑制心肌损伤后的炎症反应。此外,VDR/RXR复合物参与激活T细胞核因子,与相应位点结合,并抑制T细胞内NFAT活性,从而阻断T细胞增殖而导致IL-17A的表达减少。此外,骨化三醇还能促进细胞极化，从而抑制因炎症驱动产生的损伤,促进树突状细胞的生成,以达到预防细胞凋亡的作用,也可以通过促进巨噬细胞的极化来抑制动脉粥样硬化,其可对小胶质细胞发挥抗炎作用,还可通过抑制促炎细胞因子的表达,进而发挥其调节作用。炎症是继发性脑损伤的关键因素,使得上述过程成为新疗法的合理靶点[18]。国外实验研究通过提高正常小鼠的25(OH)D水平(类似于人类的高剂量急性补充维生素D),可以减少约50%梗死体积,减少了促炎介质的基因表达,并增加T细胞标记p3(FoxP3)的表达,此发现不仅证明25(OH)D对炎症程度和继发性脑损伤有直接影响,也表明急性骨化三醇补充剂实际上可以在一定程度上抑制损伤过程。

1.3 25(OH)D的抗氧化特性 有研究表明,活性形式的25(OH)D可以增加细胞膜的稳定性[19],主要通过膜抗氧化特性来阻止细胞膜脂质过氧化和磷脂脂肪酸侧链通过。有研究显示,25(OH)D在降低脂质过氧化和诱导活性氧(ROS)清除酶[如超氧化物歧化酶(SOD)]活性方面,与维生素E(一种脂溶性抗氧化剂)同样有效。25(OH)D是细胞内稳态的守护者,通过抑制各种细胞类型氧化应激过程起到保护作用。目前,关于25(OH)D抗氧化特性与临床应用的相关性仍存在争论,维生素D制剂的使用在临床治疗中应慎重考虑[20]。

2 25(OH)D缺乏与脑卒中的关系

脑卒中是目前导致人类死亡的第2位原因,是全球疾病负担的巨大来源。Manouchehri等[1]发现,维生素D缺乏的人群患缺血性卒中的风险较对照组增加了近7倍,大血管中风的风险增加了13倍,同时证明维生素D水平与初次卒中的严重程度有关,也对脑卒中早期预后有一定的影响,早期发现和管理维生素D水平对于卒中的预防有重大意义。一项RCT荟萃分析研究了50名护理机构中的老年妇女,给予维生素D服用2年,结果显示,维生素D可以降低死亡率[18]。Kota等[21]进行的一项随机对照开放试验,发现接受维生素D和钙剂补充的急性缺血性卒中患者，6个月后恢复程度优于仅进行常规治疗的患者。

维生素D与脑卒中关系的机制已在动物和人类范围广泛研究,较多证据显示，维生素D对肾素-血管紧张素系统有负性调节作用,在维生素D受体敲除的小鼠中肾素表达量显著增加,给予大鼠补充维生素D的治疗可能增加内皮依赖性血管的舒张,并抑制血管平滑肌细胞增长。在人类受试者中补充维生素D，可能有助于改善胰岛素敏感性和细胞功能,以及降低炎症标志物水平[22]。最近研究显示，维生素D缺乏也与脑血管病危险因素(如高血压、血脂异常、糖尿病等)有关。Methta[23]提出,维生素D较低水平应被认定为引起高血压的危险因素之一。Kota 等[23]表示,患有维生素D缺乏的个体,其收缩压、舒张压和平均动脉压均较高。25(OH)D参与血脂代谢过程可能包括以下机制：①25(OH)D可使胞内钙离子的浓度升高,调节脂肪酸的氧化,进而阻碍了脂质生成[24]；②1,25(OH)2D3能阻碍前脂肪的增殖分化,并干预脂肪因子与促脂质代谢反应的酶的表达[25]。③25(OH)D可抑制PTH,增强脂解活性等。也有学者发现，2型糖尿病患者血清25 羟维生素D受体表达水平降低,其中主要原因可能是老年2型糖尿病患者自身基础健康状况及生活质量较差,饮食营养摄入控制不佳、缺少户外运动、日晒时间缩短,导致维生素D合成与代谢能力降低,进一步致使体内的25 羟维生素D长期处于较低水平[26-27],25羟维生素D与糖尿病的相互作用关系的机制尚需进一步研究。

脑卒中的病理生理学复杂,涉及血管疾病的相关机制,脑缺血损伤是由于炎症的激活,包括免疫细胞和小胶质细胞、星形胶质细胞的浸润和内皮细胞的激活[28-29]。由于维生素D水平降低,可能导致动脉粥样硬化的促炎细胞因子释放,从而促进动脉粥样硬化性血管改变,导致斑块不稳定。维生素D还可以通过抑制前列腺素的合成来调节炎症过程,减少有丝分裂原活化蛋白激酶(MAPK),并通过抑制核的表达因子 kappa B(NF-κB)途径[30],下调促炎细胞因子(肿瘤坏死因子、白介素、干扰素)的表达,故维生素D的缺乏可导致血管内皮功能障碍。通常,卒中患者会出现维生素D缺乏,其患病率比一般患者更高,可能与患者发病后户外活动减少、营养摄入与吸收不平衡有关。维生素D与卒中之间的确切关系尚不明确,对卒中后康复的病理生理机制仍需阐明(可能与脑梗死体积的减少和神经保护特性有关),补充维生素D能否被认为是中风治疗的基础部分,还需要进行新的研究予以证实。

3 25(OH)D作用于PSD的生物学机制

3.1 研究现状 PSD是卒中后较为多见的精神情感障碍,指在患有脑血管疾病后发生的以情绪低落、思维迟缓、兴趣丧失为重要特征的情感障碍综合征,多伴躯体症状[31]。高达70%的幸存的中风患者患PSD[32]。Shaffer等[33]的前瞻性随机对照试验发现,采用维生素D补充剂对于预防PSD有帮助。也有研究表明,季节不同,PSD发病率也有所差异,这主要与体内维生素D水平降低有关[34]。因此,循环25羟维生素D水平低下与PSD发生发展关系密切。

25羟维生素D水平降低引起PSD发生的机制如下：①维生素D能透过血脑屏障,在脑发育、神经可塑性、神经营养因子调节的过程中发挥关键效能,25羟维生素D水平降低影响PSD的发生及病理进展；②维生素D缺乏症会引起多种神经递质(去甲肾上腺素、5-羟色胺等)的生成减低,引起PSD的发生；③维生素D可调节炎症经过,其途径是维生素D受体介导的基因转录对炎症反应起到推动作用,抑制了免疫反应,进而发挥神经保护作用,反之维生素D减低会弱化神经保护效应,导致PSD的发生[35]。

3.2 维生素D受体信号转导通过上调海马BDNF表达减轻小鼠PSD的症状 针对卒中和PSD的治疗措施,维生素D最近备受关注[36]。研究表明，VitD 缺乏可能会导致抑郁和认知功能障碍[20]。 但很少有研究探寻VitD 对PSD 症状或发病机制的影响。脑源性神经营养因子(BDNF)是哺乳动物中枢神经系统中最丰富的神经营养蛋白,对于各种神经元的生存、神经发生以及各种形式的突触可塑性都是必需的[37]。 临床和实验研究表明,抑郁症患者BDNF 的水平显著降低[38],成功的抗抑郁治疗与逆转BDNF 的缺乏有关[39]。研究证实,给予维生素D制剂可以上调高脂饮食诱导的肥胖大鼠中BDNF的表达,从而改善认知功能。目前,VitD在PSD 治疗中的疗效和作用机制仍不明确。 Xu等[40]探讨VitD3对运动功能障碍、海马变性、抑郁样行为特征(压力下的快感和无助/被动)的影响,研究海马BDNF 蛋白在合并大脑中动脉闭塞(MCAO)以及PSD的慢性温和不可预知应激(CUMS)模型,得出结论：①PSD 模型小鼠海马VDR、BDNF 表达水平下调;②脑室内注射VitD3可以上调海马VDR 和BDNF的表达;③VitD3预防PSD 模型小鼠的运动功能障碍和抑郁样行为的发生;④清除海马BDNF 可减轻VitD3的抗抑郁作用。上述研究表明,VitD3通过增强海马BDNF 信号转导改善PSD 模型小鼠的抑郁样行为。

4 结论

综上所述,血清25(OH)D与脑卒中及PSD的影响机制尚未研究透彻,脑卒中及卒中后抑郁的新型治疗靶点仍有待探索。目前，抗抑郁药是PSD的主要治疗方法,可显著改善患者的认知功能和预后[41-42],但适用性受到了不良反应的限制。维生素D制剂作为一种新型BDNF信号转导调节剂的确定性有待进一步证实。期待通过调控血清25(OH)D水平,合理服用维生素D补充剂,为脑卒中及PSD的预防及临床治疗提供新思路。