维生素D的免疫调节机制与肾脏病的研究进展

陈璐彦 聂振禹 包蓓艳

[摘要] 近年来，越来越多研究证明25-羟维生素D 1a羟化酶和维生素D受体广泛存在于除肠、骨、肾等经典靶器官外的一些组织中。由此人们对维生素D有了新的认识，发现维生素D可作为一种免疫调节剂，通过与维生素D受体相互作用来调节机体的固有免疫及适应性免疫反应。本文着重探讨其在慢性肾脏病中的免疫调节作用。

[关键词] 维生素D；慢性肾脏病；氧化应激；免疫调节

[中图分类号] R692      [文献标识码] A      [DOI] 10.3969/j.issn.1673-9701.2023.11.030

1  概述

1.1  维生素D的转换及来源

天然维生素D是脂溶性维生素从少数饮食摄取或由皮肤7-脱氢胆固醇经紫外线照射转化而成[1]。皮肤或膳食摄入的维生素D经肝脏25-羟化酶催化下生成25-羟维生素D[25-hydroxyvitamin D，25（OH）D]，再在25（OH）D 1a羟化酶（1-hydroxylase，CYP27B1）的作用下转化为1，25（OH）2D[2]。25（OH）D是反映人体血液循环中维生素D营养水平的主要监测指标[3]。

1.2  CYP27B1

最初CYP27B1仅在肾脏中被发现，其被认为只受甲状旁腺激素（parathyroid hormone， PTH）调节。随着研究的不断深入，证明其广泛存在于与钙稳态调节无关的肾外组织中，如大脑、平滑肌及免疫系统细胞等均可以通过CYP27B1的羟化作用将25（OH）D转化为1，25（OH）2D[4]，1，25（OH）2D经内分泌、旁分泌、胞内分泌、自分泌等途径在机体内环境中发挥作用。

1.3 维生素D受体（vitamin D receptor， VDR）

1，25（OH）2D由VDR介导，其与类视黄醇X受体（retinoid X receptor，RXR）异二聚化形成1，25（OH）2D3-VDR-RXR复合物，该复合物与靶基因中的维生素D反应元件（vitamin D response element，VDRE）结合，进而通过调控靶基因转录蛋白的合成来发挥生物功能[5]。

2  维生素D与氧化应激

活性氧（reactive oxygen species，ROS）的增加是导致细胞氧化应激不良事件发生的常见原因，它的增加会促进动脉粥样硬化、糖尿病、自身免疫性疾病和慢性肾脏病（chronic kidney disease，CKD）的发展[6]。核因子-红细胞2相关因子2（nuclear factor-erythroid-2-related factor 2，Nrf2）通过激活抗氧化反应元件下调氧化还原致敏基因和炎症基因，从而减轻细胞的氧化应激[7]。25（OH）D通过促进Nrf2的合成、上调编码抗氧化酶的基因表达、抑制ROS的合成等途径来调节氧化应激减少全身炎症反应[6，8-10]。

3  维生素D对固有免疫的调节作用

3.1  维生素D对Toll样受体及PRR受体的调节作用

单核-巨噬细胞在固有免疫应答中起着关键作用，单核-巨噬细胞可以经CYP27B1的羟化作用在胞内合成1，25（OH）2D，1，25（OH）2D作为配体与VDR结合发挥作用。维生素D在单核细胞中通过自分泌途径激活模式识别Toll样受体（toll-like receptor，TLR），上调VDR和CYP27B1基因的表达，促进抗菌肽的合成和细胞内结核分枝杆菌的杀灭[11]。模式识别受体（pattern recognition receptor，PRR）是细胞内或跨膜蛋白，可识别病原微生物特异性结构或内源性危险信号分子，与配体结合的PRR会启动相关信号级联反应，从而启动免疫防御反应[12]。在人和鼠细胞中，1，25（OH）2D能显著上调编码CD14基因的表达。CD14是PRR、Toll樣受体4（toll like receptor 4，TLR4）的共同受体，可诱发一系列免疫防御反应[11]。此外，有研究发现维生素D信号传导能上调角质形成细胞中TLR2的表达[13]，当人类巨噬细胞或上皮屏障细胞通过TLR2识别到病原微生物，激活的免疫信号会上调CYP27B1基因的表达，促进25（OH）D向1，25（OH）2D3的转化，促进更多1，25（OH）2D与VDR结合来显著上调抗菌肽（cathelicidin antimicrobial peptide，CAMP）基因转录蛋白的合成，继而产生更多的免疫活性物质参与机体的固有免疫应答反应。上述机制揭示了维生素D具有增强机体固有免疫应答的能力。

3.2  维生素D对机体抗菌反应的调节作用

维生素D直接调节抗菌免疫反应的证据源于发现VDRE与编码抗菌肽（antimicrobial peptides，AMP）、CAMP和β-防御素2（β-defensins，DEFB2）基因的转录起始位点相邻[14]。除了CD14和TLR，维生素D还可以诱导单核细胞和上皮细胞中细胞内病原体传感蛋白的转录，PRR能识别细菌肽聚糖的溶酶体分解物（muramyl dipeptide，MDP），只有在表达功能性（nucleotide binding oligomerization domain containing，2NOD2）细胞中经1，25（OH）2D和MDP双重作用下才能启动1，25（OH）2D和核因子κB（nuclear factor kappalight-chain-enhancer of activated B cell，NF-κB）依赖性诱导的DEFB4/人类β防御素2（human beta defensin 2，HBD2）和CAMP基因的转录，诱发一系列抗菌免疫反应。结果表明，维生素D不足/缺乏会通过减弱1，25（OH）2D的直接诱导和下调NOD2表达来减弱MDP-NOD2信号传导，双重影响HBD2和CAMP表达[15]，见图1。

3.3  维生素D对细胞因子的调节作用

白细胞介素（interleukin，IL）-1是病原体定向激活炎症因子引发感染而产生的细胞因子，在体外细胞实验中发现，当IL-1和1，25（OH）2D协同作用时可显著上调HBD2表达[16]，IL-1的信号传导可能是由NF-传导转录因子与HBD2近端启动子结合介导的[17]。研究发现1，25（OH）2D能够强烈上调细胞因子/趋化因子的分泌，如趋化因子配体（C-C motif chemokine ligand，CCL）3、CCL4和CCL8以及中性粒细胞趋化因子IL-8/ CXCL8，且只有机体处于感染条件下1，25（OH）2D才会启动和增强固有免疫反应促进炎症介质释放[18]。

3.4  维生素D对细胞自噬的调节作用

自噬反应可促进微生物清除，形成物理屏障，阻止细菌入侵机体[19]。有研究发现1，25（OH）2D能减少支链氨基酸依赖性激活的主要代谢激酶哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）的产生，mTOR是细胞自噬反应的抑制因子[20]。总体而言，维生素D能够促进细胞的自噬反应，帮助杀灭更多病原菌，为CKD患者提供更强有力的免疫防御屏障。

4  维生素D对适应性免疫的调节作用

4.1  维生素D对树突状细胞的调节作用

树突状细胞是抗原呈递细胞（antigen presenting cells，APC），直接参与抗原的识别、加工、处理及递呈，是启动T细胞介导的免疫反应的首要环节。1，25（OH）2D信号传导能有效调节树突状细胞的功能和表型，1，25（OH）2D能够增强树突状细胞的耐受性以及影响其分化的各个阶段，包括阻碍树突状细胞 1前体细胞分化成树突状细胞，阻断未成熟树突状细胞向成熟树突状细胞分化[21]，从而下调主要组织相容性复合体（major histocompatibility complex，MHC）-Ⅱ、CD80、CD86、CD40和CD54的表达，使IL-6、IL-12随IL-10的增加而减少[22]。1，25（OH）2D还能够上调免疫球蛋白样转录物（immunoglobulin-like transcript，ILT）-3和程序性死亡配体1（programmed death ligand 1，PD-L1）的表达，后者有助于诱导调节性T细胞（regulatory T cells，Tregs）产生和发挥作用[23]。Tregs能够抑制其他免疫细胞的促炎反应，有效防止过度或自身的免疫反应[24]。

4.2  维生素D对T淋巴细胞的调节作用

1，25-（OH）2D可以直接和间接影响T淋巴细胞的免疫反应，维生素D可以通过APC以间接途径诱导和刺激Tregs的产生及发挥作用。1，25-（OH）2D通过下调树突状细胞（dendritic cells，DCs）表面MHC-Ⅱ和协同刺激分子的表达抑制DCs成熟，减少抗原呈递，抑制其致IL-12的产生，促进IL-10的表达[25]。该过程会导致自身反应性T淋巴细胞增殖减少，诱导自身反应性T淋巴细胞早期和晚期凋亡，刺激Tregs细胞产生及增殖[22]。DCs分泌的细胞因子能够促使Th1和Th17细胞向Th2细胞转化[26]。总而言之，1，25-（OH）2D3的间接作用是对T淋巴细胞反应的调节，尤其是对DCs的调节，因此DCs被认为是该过程的中心目标。

1，25-（OH）2D能直接作用于T淋巴细胞以抑制其增殖，但1，25-（OH）2D的直接影响是可变的，它取决于T淋巴细胞的激活状态，激活时可获得更高的VDR浓度。用1，25-（OH）2D处理T细胞可抑制Th1细胞因子、Th9细胞因子、Th22细胞因子、Th17细胞因子的分泌；同时也会促进更多抗炎性Th2细胞因子如IL-3、IL-4、IL-5、IL-10的分泌[27]。1，25-（OH）2D通过与叉头框蛋白P3（forkhead box P3，FoxP3）啟动子区域结合来诱导分泌IL-10的Treg细胞产生，并且能够上调FoxP3与细胞毒性T淋巴细胞抗原4（cytotoxic T lymphocyte antigen 4，CTLA-4）的表达[28]。CTLA-4表达是Treg抑制免疫反应的关键机制，而1，25-（OH）2D能促使其上调，表明Tregs可更有效地抑制机体过度的免疫反应和自身免疫反应，提高机体的免疫耐受能力。

4.3  维生素D对B淋巴细胞的调节作用

在B淋巴细胞中，1，25（OH）2D能够通过上调VDR及CYP27B1表达，诱导活化的B淋巴细胞凋亡及抑制相关抗体的合成，以此调节B淋巴细胞的功能[29]。1，25（OH）2D除了直接作用于B淋巴细胞功能外，还可以通过下调CD86和上调CD74表达来降低B淋巴细胞对T淋巴细胞的激活[30]。

5  维生素D的免疫调节作用在肾脏病中的应用

5.1  维生素D对肾脏炎症反应的抑制作用

炎症反应程度与肾功能恶化程度密切相连，维生素D对肾脏有较强的保护作用。有研究显示尿毒症毒素能显著上调NF-κB的表达[31]，NF-κB是慢性肾脏病炎症反应的关键转录因子，可调控干扰素-γ，IL-6，转化生长因子（transforming growth factor，TGF）-β1、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α、RANTES、MCP-1等炎症相关因子的表达[32]，说明NF-κB在CKD进展中起着重要作用。VDR可通过抑制蛋白的磷酸化、泛素化等来下调NF-κB活性，从而干扰活化的NF-κB亚基的核转位，且维生素D可以减少脂多糖诱导肾病小鼠的足细胞TGF-β1和AGT的表达及NF-κB的活化[33]。说明维生素D通过下调NF-κB活性来拮抗炎症反应，保护肾脏。

5.2  维生素D对肾素-血管紧张素系统（renin- angiotensin system，RAS）的抑制作用

RAS的激活是慢性肾脏病和糖尿病肾病发生和发展的重要因素。血管紧张素Ⅱ的持续活化不仅导致CKD患者持续性高血压，还会对肾实质造成损害。维生素D缺乏和高血糖都是RAS的激活剂。血管紧张素Ⅱ可增强肾小管细胞表面的跨膜蛋白酶ADAM17活性，ADAM17促进TGF-α的释放而激活表皮生长因子（epidermal growth factor receptor，EGFR）受体，导致肾小管增生、纤维化、肾小球硬化、蛋白尿和肾实质巨噬细胞浸润[34]。肿瘤坏死因子转换酶（tumor necrosis factor converting enzyme，TACE）能够促进TNF-α的释放，同时TNF-α也能够诱导ADAM17基因转录，两者不断作用形成恶性循环，加重对肾实质的损害[35]。Dusso等[36]发现维生素D抑制RAS来发挥保护肾脏的作用机制，主要为以下3种途径：①维生素D通过下调诱导血管紧张素Ⅱ升高的肾素基因表达来改善高血压驱动的肾损伤；②维生素D抑制ADAM17表达来有效减弱血管紧张素Ⅱ介导的导致CKD进展的TGF-α/EGFR信号转导；③维生素D通过血管紧张素转换酶Ⅱ（angiotensin converting enzymeⅡ，ACE2）促进血管紧张素1-7的合成和血管紧张素1-7/MAS受体抗高血压、抗纤维化和抗炎信号的诱导，以及对TNF-α表达的抑制。

5.3  维生素D对肾脏间质纤维化的抑制作用

TGF-β信号通路与肾脏间质纤维化有密切联系。TGF-β/Smad是导致肾脏纤维化和细胞凋亡的途径之一，而维生素D能够通過减少TGF-β/Smad的信号转导来延缓肾脏纤维化进程。TGF-β1通过增加细胞外基质（extracellular matrix，ECM）的合成，减少其降解，促进肾小管上皮细胞转变为肌成纤维细胞（epithelial to mesenchymal transition，EMT）并激活炎症反应[37]。Sari等[38]发现维生素D可能通过下列几种途径抑制肾纤维化：①维生素D通过抑制pSmad3阻止TGF-β/Smad的信号转导；②维生素D能够诱导肝细胞生长因子（hepatocyte growth factor，HGF）的合成，HGF可抑制肌成纤维细胞活性并抑制上皮向间质转化，减少肾间质中的胶原蛋白Ⅰ、Ⅲ和纤连蛋白的产生；③维生素D还通过减少肾素基因转录来抑制RAS，进而减少TGF-β产生。

5.4  维生素D与足细胞

足细胞损伤和丢失可能是CKD发生和发展的重要因素。足细胞不能再生，因此一旦丢失就无法修复。足细胞是肾小球滤过屏障的重要组成部分，凋亡率越高，表明尿蛋白漏出率越高。Sari等[38]研究发现维生素D可以通过与肾脏足细胞中的VDR结合来上调nephrin mRNA的表达，发挥直接保护足细胞功能的作用，减少大量蛋白尿的漏出。因此维生素D和VDR是保护肾小球过滤屏障结构完整的重要因素[32，38]。

6  小结

维生素D对免疫系统有多种免疫调节作用，DCs、T淋巴细胞及B淋巴细胞是其作用的靶细胞，主要是通过诱导产生基因耐受性DCs，抑制活化的T淋巴细胞及B淋巴细胞的增殖，促进Tregs的增殖，激发免疫耐受状态。在肾脏中，维生素D具有抑制肾脏炎症反应、抑制RAS、抑制肾间质纤维化等作用，因此，维生素D在慢性肾脏病治疗方面中有良好的应用前景，但补充维生素D的持续时间、药物剂量、目标水平仍是未来的多个研究领域。

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