维生素D 对HIV 感染者免疫功能调节的研究进展

彭勇权 曾紫微 曹旭健 余维维 王 敏

艾滋病（acquired immune deficiency syndrome， AIDS），医学全称是获得性免疫缺陷综合征，是由人类免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus， HIV）感染引起的慢性传染病。据联合国艾滋病规划署［1］估计，截至2021 年底，全球现存活HIV 感染者/AIDS 患者3 840 万，当年新发HIV 感染者150 万，有2 870万感染者正接受抗逆转录病毒治疗（antiretroviral therapy，ART），俗称“鸡尾酒疗法”。ART 治疗的规范化有效地抑制了患者体内HIV 的再复制且大幅度保护了AIDS 患者的生命，但始终无法真正完全清除AIDS 患者体内的HIV。即使那些长期规律接受ART 的HIV 感染者仍明显比正常人群更易发生包括骨骼、肾脏、中枢神经、肿瘤、心血管病变等非AIDS 相关疾病，这些疾病将成为ART 时代中影响所有HIV 感染者总体生存状态质量和临床预后的主要原因［2-3］。研究［4］发现，即使是在体内HIV RNA 完全抑制的情况下，HIV 感染者体内仍有着比非HIV 人群更高水平的炎症因子。除此之外，在HIV 感染者中，免疫细胞的持续激活作用及局部炎症反应也一直贯穿于人体整个病毒感染过程［5］。正因为如此，近年来大量研究都围绕此方面展开。研究［6］发现，感染HIV 的人群通常都患有维生素D 缺乏症，而且维生素D 的缺乏与炎症因子水平升高、免疫异常激活、外周血CD4+T 细胞减低、HIV 疾病进展加快密切相关。维生素D 缺乏可能是导致HIV 感染者更易发生各类疾病的重要原因。维生素D 作为一种人体中不可缺少的营养素，它不仅在骨骼发育中起到作用，还发挥了重要的免疫调节功能。研究［6］表明，维生素D的免疫调节作用能有效减弱HIV 感染者炎症反应，抑制感染者免疫异常激活，从而预防各类疾病发生并提高感染者的生存质量。本文将阐述维生素D 对HIV 感染者免疫功能调节的研究进展。

1 维生素D的免疫调节功能

维生素D 的人体免疫调节功能主要是通过免疫细胞表达维生素D 受体蛋白（vitamin D receptor，VDR）并且发挥其生物效应来实现的。VDR 可以分为细胞核受体蛋白（nuclear Vitamin D receptor， nVDR）和细胞膜受体（membrane vitamin D receptor，mVDR）两大类［7］。其中nVDR 是通过介导合成1，25 二羟基维生素D 来达到发挥其生物效应作用的一条主要途径。1，25 二羟基维生素D 除了它本身通过nVDR 途径而产生的基因效应作用于各种表达分布靶细胞表面上外，还伴随发生着一种主要是由mVDR 介导所产生的快速的非基因效应，一般可认为它在小肠对体内钙离子进行快速有效的吸收、刺激胰岛细胞分泌胰岛素、破骨细胞离子通道的开放、内皮细胞转移等方面发挥了快速非基因效应［7］。

nVDR 在细胞核中与维生素D 受体结合，还与维A 酸类X受体（视黄醛X 受体，retinoid X receptor， RXR）结合，形成一种异二聚体的复合物，此异二聚体的复合物由1，25 二羟基维生素D3 受体激活，与靶基因的启动子区域维生素D 效应元件（vitamin D response elements， VDRE）特异性结合，表现出与转录因子相似的控制靶基因转录活性［8］。VDR 与VDRE 特异性的结合能调控基因转录过程，以此来对人类基因组和不同类型的细胞进行调节，发挥多种生物学功能［8］。目前，已有超过250 种调节蛋白已经被发现，但有关其明确的生物学功能机理和它们与VDR DNA 后相互调节作用目前仍不明确［9］。

2 维生素D与免疫细胞

维生素D 在免疫细胞中的调节作用主要是通过1，25 二羟基维生素D3 诱导免疫细胞表达VDR，并以此干扰免疫细胞的成熟和分化、调节免疫相关的细胞因子、阻断T 细胞的活化、提升免疫细胞杀菌能力等方式来实现的［10］。

2.1 维生素D 与树突细胞 成熟的树突细胞（dendritic cells，DC）可以高表达主要组织相容性复合体（major histocompatibility complex，MHC）-I 类和II 类分子，通过分子间的结合作用促使呈递抗原给T 细胞，从而启动免疫反应。与此同时，DC 通过其高表达的共刺激分子也能为T 细胞的活化提供必须的信号。此外，DC 分泌的趋化因子（chemotactic cytokines，CCK）也促进了T细胞的聚集，增强了T 细胞的激发。DC 在经过上述一系列免疫反应后，最终活化的CD4+T 细胞和活化的CD8+T 细胞通过细胞因子或直接杀伤作用增强了机体的免疫应答。然而，由于HIV感染者体内存在有病毒储存库、持续的低水平病毒复制等因素，局部的炎症与免疫持续激活一直贯穿于整个HIV 感染过程中。免疫持续激活可能不利于HIV 感染者的免疫恢复，甚至导致感染者体内免疫细胞的耗竭［11］。而维生素D 的免疫调节作用或许在此方面能起到重要作用。研究［12］表明，维生素D 可通过下调MHC-II 分子、共刺激分子蛋白及白细胞介素（interleukin，IL） -12，抑制DC 的细胞分化成熟过程，最终有效地阻断了T 细胞的活化。

2.2 维生素D与单核/巨噬细胞 在哺乳动物中，非特异性免疫的部分是由Toll 样受体（toll-like receptors， TLR）介导完成的，其通过激活单核细胞诱导产生的抗菌肽，具备了细胞内直接杀伤细菌的能力。在一项有关TLR 途径抗分枝杆菌机制的研究［13］中发现，TLR 能够激活巨噬细胞，上调VDR 和CYP27B1 基因表达，同时1，25 二羟基维生素D3 对单核细胞靶基因的诱导产生了抗菌肽和CYP27B1 mRNA 剂量依赖性上调，导致单核细胞中的细菌毒力和数量均有所减弱。以上结果均表明维生素D能通过激活单核/巨噬细胞上的TLRs 途径发挥重要的抗菌作用。然而由于HIV 感染者血清中通常存在较低水平的维生素D，TLR 诱导单核细胞靶基因表达相对较低，导致HIV 感染者中抗菌免疫反应能力也相对较低。在HIV 感染者中，炎症因子（IL-4、IL-14、干扰素γ）和HIV 感染本身能够抑制TLR2/1 诱导的CYP27B1 在单核细胞中表达和活性，这也可能是HIV 感染者通常患有维生素D 缺乏的原因之一［14］。因此，补充维生素D 或许有助于恢复该途径，增强单核/巨噬细胞的抗菌能力。除此之外，1，25 二羟基维生素D3 还能通过抑制巨噬细胞中的基因miR-155 的表达，刺激细胞因子信号转导抑制蛋白1（suppressoR of cytokine signaling 1，SOCS1）的正常表达，进而负反馈调控TLR 的信号通路，以此逐渐减弱炎症反应［15］。最后，1，25 二羟基维生素D3 还能够有效减少M1 型巨噬细胞相关促炎活化因子及趋化因子的产生，并有效促使M1 型促炎型的巨噬细胞移向M2 型抗炎极化［16］。1，25 二羟基维生素D3 可下调巨噬细胞共刺激分子CD80 和CD86 的表达以及相关促炎因子IL-12 的产生，从而减弱对巨噬细胞T 细胞的刺激活化能力［10］。

2.3 维生素D 与T 细胞 在T 细胞方面，1，25 二羟基维生素D3 已在体外实验证明了可以通过促进幼稚性T 细胞的分化转变为可调节性T 细胞（regulatory T cells，Tregs）或辅助性T 细胞（T helper cells，Th）2 细胞，抑制了Th1 细胞和Th17 细胞等淋巴细胞的再分化及发育［17］。维生素D 通过选择性抑制Th1、Th17细胞的再分化，调整Th2 的分布，进而通过改变免疫细胞表型和表达的方式调节T 细胞。因此，1，25 二羟基维生素D3 能够有效抑制由Th1、Th17 类介导产生的促炎因子的产生，减少促炎症因子IL-2、IL-6、干扰素γ、IL-17 和IL-22 的分泌［10］。另一方面，维生素D 则能大大增强由Th2 介导免疫反应及其活性，促进抗炎因子IL-3、IL-4、IL-5、IL-10、IL-13 的分泌［10］。最终，维生素D 对T 淋巴细胞的调节作用，抑制了由巨噬细胞激活和中性粒细胞介导的炎症反应。

2.4 维生素D 与B 细胞 在B 细胞中，1，25 的二羟基维生素D3 可上调免疫细胞CYP24A1 基因的表达，表明维生素D 可通过细胞色素降解酶的途径来影响B 细胞行为［10］。此外，1，25 二羟基维生素D3 在体外直接诱导免疫细胞的凋亡，抑制记忆性B细胞的形成，并能有效阻止B 细胞分化为产生免疫球蛋白（immunoglobuLin，Ig）的浆细胞［10］。利用1，25 二羟基维生素D3 预处理B 细胞证实出了其活性可以通过明显地减少共刺激分子CD40L 受体的活化，进而可减少从T 细胞来源的炎症因子的产生［18］。综上所述，维生素D 在免疫细胞既能有效抑制炎症又能抑制免疫的激活。正因如此，上述的免疫调节作用特别适合于体内长期存在慢性炎症和免疫激活的HIV 感染者。

3 HIV感染与炎症反应

HIV 感染者的炎症标志物水平比非HIV 人群更高，Neuhaus等［19］研究发现HIV 感染参与者的超敏C 反应蛋白（C-reactive protein，CRP）、IL-6、D-二聚体和胱抑素C 水平分别高出50%、152%、94% 和27%，且即使ART 完全抑制HIV RNA 水平后仍如此。高水平的炎症标志物或许与维生素D 的缺乏有一定关系。Manion 等［20］对HIV 感染者的维生素D 水平和炎症标志物进行相关性研究，提出了当HIV 感染者维生素D 缺乏时，HIV感染者可能出现更多炎症因子［如CXCL10、IL-6、坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α、D-二聚体］，此外，维生素D 缺乏还与激活的单核细胞表型（CX3CR1+和CCR2+）有关。IL-6、D-二聚体等炎症标志物的上升或许也与HIV 感染者的全因病死率有着密切关系，提高IL-6 和D-二聚体水平，且中断ART 可能会进一步增加死亡风险［21］。以上研究表明炎症标志物水平升高还可以用于预测感染者的病死率和其他不良事件的发生率［22-23］。

王晓辉等［24］在一项有关补充维生素D 对患者肾脏疾病微炎症样反应的研究中发现，补充维生素D 组的患者血清CRP、IL-6、TNF-α 水平均低于对照组，血肌酐、24 h 尿蛋白定量、血尿素氮、甲状旁腺激素降低幅度均高于对照组。以上研究表明补充维生素D 确实能有效降低炎症指标，缓解肾脏受损状态，预防继发性甲状旁腺功能亢进。然而也有研究发现，虽然维生素D与炎症标志物（TNF-α）及代谢标志物脂联素之间存在关联性，但是补充维生素D 后并不会导致炎症或代谢标志物的变化［25］。由于该研究中纳入的研究对象包含有已经接受ART 的人群，并且还要求HIV 感染者实现病毒学抑制，导致感染者的炎症水平低于其他炎症相关的研究，因此，该研究中补充维生素D 12 周后炎症或代谢标志物水平并未出现明显变化。综上所述，HIV感染者的炎症水平比正常人群更高，而补充维生素D 能够有效地降低炎症指标，降低HIV 感染者全因病死率，降低不良事件的发生率。

4 HIV感染与免疫异常激活

HIV 感染者中免疫细胞的持续激活作用及局部炎症反应一直贯穿于人体整个病毒感染过程［5］。由于这些免疫异常激活持续存在于AIDS 患者体内，一方面既能够有效帮助人体抵抗病毒，但另一方面也会造成因为自我免疫功能过度的激活从而影响到免疫功能重建。因此，免疫异常激活可能进一步加速身体免疫组织老化过程和增加非AIDS 相关系统疾病的风险［26］。HIV 感染者的免疫功能异常激活机制通常与AIDS 患者体内有低水平病毒的复制、肠道黏膜屏障受损所导致的肠道菌群易位症以及与其他病毒共感染有关［26］。研究表明HIV 破坏胃肠道中大量存在的免疫细胞，导致肠上皮屏障功能完整性的受损，并促使病原微生物的易位［4］，这或许是导致HIV 感染者慢性免疫激活疾病的原因。HIV 的感染破坏了肠道生物学屏障的结构完整性，导致对肠道正常细胞生态功能的一些定量和定性改变、病原菌的过度聚集生长、免疫细胞的耗竭（CD4+T 细胞，尤其是Th17 细胞）、肠黏膜损伤减少所致的巨噬细胞吞噬能力降低、肠道促炎环境的一些改变以及机械屏障完整性的严重破坏（其中主要影响是对肠上皮细胞的凋亡和紧密连接的破坏）［27］。

研究表明，维生素D 在调节宿主-细菌相互作用、肠道先天免疫和稳态中发挥积极的作用，它主要通过调节VDR 及其转录相关基因表达的方式影响肠道细胞的功能，从而抑制HIV 感染者的免疫异常激活［28］。在一项有关维生素D 与免疫激活的横断面及纵向研究［29］中发现，与未感染的对照组相比，长期接受ART 的HIV 感染者血液中活化的记忆CD8+T 细胞的百分比保持显著较高的免疫激活水平，其中记忆CD8+T 细胞表面CD38的表达（作为免疫激活的一个强有力的标记）在严重维生素D 缺乏个体中表现出更高水平的表达，补充维生素D 后，维生素D的增加与细胞免疫激活水平的降低有关。此外，在另一项随机对照双盲试验［30］中，研究者对HIV 感染者使用了3 种不同维生素D3 剂量联合ART 的方案，发现补充维生素D 12 个月时，各给药组维生素D 水平均显著增高，其中高剂量组增幅最大，同时高剂量组的 CD4 激活（CD4+CD38+HLADR+）、CD8 激活（CD8+CD38+HLA-DR+）、CD4 衰竭（CD4+CD38+HLADR+PD1+）、炎症单核细胞（CD14+CD16+）的标志物水平均显著降低，中剂量组和标准剂量组无明显下降。以上研究均表明补充维生素D 能有效地减弱免疫激活和衰竭。但是，补充维生素D 减少HIV 感染者中微生物易位和全身炎症的基本原理是存在争议的。如在HIV 感染者中没有发现维生素D 水平与微生物易位标记物之间的关联［31］，而在HIV/HCV 合并感染患者中，最佳的维生素D 血浆水平与较低的细菌DNA 易位相关［32］。由于缺乏关于在HIV感染者中补充维生素D 的共识指南，因此有必要开展更加有力的研究来评估补充维生素D 对HIV 人群微生物易位方面的潜在益处。

5 维生素D与HIV感染

维生素D 不仅能够在HIV 感染者中发挥抑制炎症反应、减少免疫异常激活等作用，还具有一定程度抑制HIV 感染的作用。维生素D 抑制HIV 感染的途径是通过抑制自噬复制、上调抗炎因子、表达抗病毒基因等方式实现的。研究［33-34］认为，在单核细胞中的外源性维生素D 能够通过抑制病毒进入、减少CD4 表达和限制单核细胞增殖来降低对HIV 感染的易感性。维生素D通过影响HIV 结合方式，调节单核细胞的HIV 感染，从而降低人类单核细胞的HIV- 1 传染性［33］。此外，自噬相关蛋白（autophagy-related protein， ATG）-7、微管相关蛋白1 轻链3、ATG-12，ATG-16L2 是HIV 感染者自噬复制过程中所必需的，HIV 可能利用自噬进行复制［35］。在HIV 感染期间，HIV 下调了Beclin-1 和微管相关蛋白1 轻链3B-II，减少了基础自噬和每个细胞自噬体的数量。但研究发现1，25-二羟基维生素D 可以通过化学抑制磷脂酰肌醇3-激酶、ATG-5 和Beclin -1 依赖机制诱导人巨噬细胞自噬，以剂量依赖的方式显著抑制HIV复制［35］。

不仅如此，高水平的维生素D 及其受体与对 HIV 感染的天然抵抗力有关，抗炎因子IL-10 的上调和黏膜中抗HIV 防御素的诱导可能是机制的一部分。在一项［36］有关HIV 暴露血清阴性个体中发现，与未暴露的健康人群相比，HIV 暴露血清阴性个体中外周血单个核细胞（peripheral blood mononuclear cell，PBMC）和生殖器黏膜中VDR mRNA 相对单位水平显著升高，PBMC 中TNF-α、IL-1β 和IL-10 mRNA 较高，转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β） mRNA 较低。VDR mRNA与IL-10、人β 防御素（human beta-defensin，HBD）-2 和HBD-3 mRNA 表达呈正相关。由VDR 诱导产生的抗菌肽、HBD-2 和HBD-3 能够在口腔和黏膜中限制细菌的生长，能够在不增加炎症的情况下增强了先天免疫防御［37］。表明维生素D 诱导的抗HIV 感染的可能机制是抗炎因子IL-10 的上调，和/或诱导具有抗HIV 活性的抗菌肽HBD-2 和HBD-3 的产生。而在另一项有关维生素D 免疫调节机制研究［38］中也发现，接受ART 的HIV感染者中，补充维生素D 会增强抗HIV 阻断趋化因子抗原特异性T 细胞表达巨噬细胞炎症蛋白-1β（macrophage inflammatory protein-1β， MIP-1β）的频率以及促进抗菌肽的产生［39］。MIP-1β 是一种关键的抗HIV 因子，通过与病毒直接竞争结合其细胞表面受体CCR5 来阻止HIV 感染，同时分泌MIP-1β 的CD4+T细胞也很少被HIV 感染［39］。

此外，维生素D 也能够诱导抗病毒基因表达、减少CD4+T细胞上的病毒共受体CCR5 表达以及促进HIV 限制性的CD38+HLA-DR+免疫表型等方式来减少T 细胞中的HIV 感染［40］。1，25 二羟基维生素D3 也可以降低由TNF-α 上调潜伏感染的CD4+T 淋巴细胞中HIV RNA 转录的能力［41］。在HIV 感染者中，高水平的维生素D3 或许与Tregs 的扩增有关，小鼠模型研究［42］发现，在Tregs 丢失后病毒复制出现增强。在另一项HIV 高暴露血清阴性个体的研究［43］中发现，HIV 感染者高水平的血清维生素D 水平增加了表达细胞内的免疫球蛋白和免疫粘蛋白结构域-3（T-cell immunoglobulin and mucin domain 3， TIM-3）的CD4+T 淋巴细胞的百分比，TIM-3 是Th1 和Th17 细胞活化的负调节因子，可以起到减少体外HIV 感染的作用［44］。以上结果均表明维生素D 具有潜在的抗HIV 的有益作用。

6 维生素D与免疫重建

研究［45］表明，维生素D 能够有效改善HIV 感染者的免疫功能，在维生素D 与免疫恢复相关性的研究中发现，25 羟基维生素D 水平与HIV 感染者CD4+T 淋巴细胞呈正相关，与CD8+T 淋巴细胞和HIV 的RNA 呈负相关。不仅如此，研究［46］发现，维生素D 缺乏也与接受ART 的HIV 感染者的CD4+T 淋巴细胞计数恢复受损有关。虽有研究［47］表明低水平的维生素D 与HIV 进展迅速和HIV 感染者的生存率降低有关，但也有研究［48］表明维生素D 与CD4+T 细胞水平并无相关性，补充维生素D 无法增加HIV 感染者的CD4+T 细胞计数。由于HIV 感染者免疫重建过程较为复杂，且免疫恢复涉及到的机制较多［49］（如括胸腺输出减少、CD4+T 细胞破坏、HIV 储存库存在、骨髓造血功能减弱等），仅仅补充维生素D 不能完全适合于所有HIV 感染者的免疫重建。

综上所述，有关维生素D 的免疫调节作用的研究虽然有很多，但是深入探索HIV 相关机制的研究却很少。目前研究表明维生素D 能够通过免疫调节方式，抑制HIV 感染者的炎症反应以及异常免疫激活，改善并恢复HIV 感染者的免疫功能，有助于提升CD4+T 淋巴细胞数，降低全因病死率。但是仍然有许多问题亟待解决，特别是现今缺少大量有关补充维生素D 的前瞻性研究，其中维生素D 对于HIV 感染者的免疫调节的具体作用和机制也仍需要进一步研究。