维生素D受体在系统性红斑狼疮中的免疫调节作用研究进展

明希希,王 涛

系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus,SLE)是一种累及多系统的自身免疫性疾病,其特征是机体中有大量自身抗体和炎性细胞因子产生,随之免疫复合物形成和补体系统被激活,导致包括神经系统、关节、血管、肾脏和皮肤等多器官和组织受累[1-3]。SLE的详细病因和发病机制尚不完全清楚,普遍认为是遗传、环境和免疫因素复杂相互作用的结果[4]。维生素D(vitamin D,VitD)是一种脂溶性类固醇激素,在骨代谢以及钙和磷酸盐稳态中起经典的调节作用。近年VitD的免疫调节功能可能在SLE的发展和发病机制中发挥关键作用[4]。VitD受体(vitamin D recepter,VDR)是位于靶细胞,包括树突状细胞(DC)、单核-巨噬细胞、自然杀伤细胞、B淋巴细胞和T淋巴细胞等免疫细胞等细胞核内的VitD活性中介物[5]。除了在维持骨骼健康和钙稳态中起着重要作用,VDR还与抗炎和抗纤维化状态、糖尿病肾病的发生、蛋白尿的产生、高血压和动脉粥样硬化、细胞增殖和分化的一致性等有关。VDR的研究对于进一步认识VitD的生理病理学特性至关重要,并且可能具有开发靶向疗法的潜质[6]。本文对VDR在SLE中免疫调节作用的研究进展作一综述。

1 VDR的结构与表达

1.1 VDR的分子结构与功能 1,25(OH)2D3的生物活性是由VDR蛋白介导的[6]。VDR是配体活化转录因子核受体(NR)超家族成员之一[8]。NR具有相似的模块化结构,有2个不同的结构域,其中两个主要功能定位是N端锌指和C端配体结合,由1个柔性铰链连接[9]。在VDR的C端末端有一个配体依赖的激活域AF-2,这是转激活所必需的。大多数NRs保守度较低的N端A/B区域至少包含一个配体独立自主激活功能(AF-1)与AF-2结构域相互作用和协同[10]。在人类细胞或细胞系中只发现了VDR的3种亚型,其中2种是选择性剪接,1种是翻译起始密码子多态性。最常见的形式是VDRA,由427个氨基酸组成;第2种亚型称为VDRB1,在N端延伸的区域大约有50个氨基酸,在人肾、肠和肾上皮细胞系中均发现了1d外显子的起始位点(VDRA在第2外显子有起始位点),这种延伸使不同类型的组织对配体(骨化三醇或石胆酸)产生不同的反应,这表明VDRA和VDRB1的激活是配体和组织特异性的;第3种亚型是由于VDR的FokⅠ多态性[8]。

1.2 VDR的基因表达和调控 作为VitD的活性形式,1,25(OH)2D3启动下游信号通路的VDR,与维甲酸X受体(RXR)形成异源二聚体,和绑定到目标DNA序列,被命名为维生素D响应元素(VDRE)。VDRE通过招募协激活子或协抑制子复合物,配体激活的VDR-RXR调节基因的转录,编码蛋白质[9]。VDRE在物理上和功能上位于靶基因的启动子区域,这些基因的功能包括调节细胞生长、增殖和凋亡,以及其他生理功能[7]。

VDR也表达于T、B淋巴细胞、DC、巨噬细胞等免疫细胞。1,25(OH)2D3在各种免疫细胞中通过与VDR结合实现免疫生理效应,通过与VDRE结合介导基因转录,引起共激活物或共阻遏物的启用,分别引起靶基因转录的正调控或负调控。然而,关于VDRE影响免疫细胞下游功能的机制尚不清楚[11]。现在多采用聚合酶链反应和限制性片段长度多态性对BsmⅠ、ApaⅠ、TaqⅠ和FokⅠ的VDR多态性进行分型。VDR基因突变与SLE易感性相关[12],但是目前关于VDR多态性对SLE易感性影响的研究结果并不一致[13]。有研究[14]结果显示,BsmI和FokⅠ多态性使亚洲人群SLE易感性增加,但BsmⅠ、ApaⅠ、TaqⅠ和FokⅠ与白种人SLE的风险无关[15]。在印度东部人群中,FokⅠ和TaqⅠ变异与SLE显著相关,但未发现ApaⅠ和BsmⅠ与疾病易感性之间存在这种联系[16]。也有研究[17]证明,在埃及儿童中,VDRBsmⅠ多态性BB基因型与SLE风险增加相关。氧化应激可能参与了SLE的发病机制,但与VDRBsmⅠ多态性无关。

由于亚洲人的VDR基因的FokⅠ多态性中的f等位基因频率较高,会导致较长的VDR蛋白具有较低的转录活性[18]。VitD可能在不同人群中发挥作用,但需要进一步研究来检验1,25(OH)2D3浓度与SLE风险的关系。VitD的作用是通过与1,25(OH)2D3结合的VDR高亲和力结合介导的,并分布在各种组织中。VDR多态性是使个体易发生自身免疫的多种多态性之一,但其对VDR功能的影响尚不清楚[19]。遗传关联研究[20]表明,高达65%的VitD血清变异可以由遗传背景解释。90%的遗传变异性以单核苷酸多态性(SNPs)的形式发生,与VitD代谢相关的基因中的SNPs与影响钙二醇血清水平有关,其中4个重要的VDR基因多态性(rs2228570、rs1544410、rs731236和rs7975232)可能参与自身免疫性疾病。研究[13]表明,VDR多态性与SLE和SLE严重程度(慢性损害)有关,并可能与SLE病人预后较差和器官损害风险增加有关。VDR基因有高度多态性,而在8号内含子的rs7975232和rs7975232、9号外显子的rs731236和起始密码子的rs2228570是研究最多的变异。有研究[13]发现,在SLE病人中VDR rs2228570Ff基因型的频率更高,在显性模型中VDR rs2228570多态性与SLE高风险之间存在关联性,而在隐性和等位基因模型中不存在关联性;VDR rs731236Tt基因型频率在SLE病人中较高,rs7975232多态性与SLE之间无显著相关性;没有发现VDR多态性与SLE临床表现之间有相关性。还有Meta分析显示,VDR rs2228570、rs1544410、rs731236和rs7975232多态性在特定人群中均与SLE易感性显著相关,尤其是对亚洲人群[21]。综上,VDR多态性与SLE易感性相关,但是未发现与SLE表现相关,对VDR功能的影响尚不清楚。

1.3 VDR相关的表观遗传学研究 VDR相关的表观遗传机制,例如甲基化,在感染、癌症和其他一些疾病中发挥调节作用[6]。表观遗传机制削弱和选择性地倾斜VDR基因转录反应性[22]。VDR基因受维A酸、甲状旁腺素和糖皮质激素等多种激素调控。此外,VDR通过1,25(OH)2D3对转录和翻译后调节进行自动调节。前者,用1,25(OH)2D3处理后,VDR内的几个区域是VDR和RXR直接结合的靶标。后者,尽管其机制仍有待确定,配体与其受体的相互作用导致VDR蛋白的稳定性增强。这些区域内存在几个高度保守的VDRE,其中至少一个负责激活增强子。1,25(OH)2D3对VDR基因的自动调节是由几个位于基因本身的增强子直接介导的[23]。

2 VDR参与免疫细胞的调节作用

不同的T细胞亚群,包括CD4+、CD8+和TCRγδ+T细胞,表达VDR。随后的T细胞激活,已经证明需要通过与1,25(OH)2D3的关联来激活VDR[24]。VitD在不同的T细胞亚群,如CD4+(Th1、Th2、Th17和Treg)和CD8+T细胞中有不同的作用。这说明,VitD对T细胞生理的影响是亚群依赖性的。VitD如何影响狼疮CD4+Th1细胞的数据尚不充分,但有数据[11]显示,VDR在非狼疮CD4+T细胞中的表达并不像其他T细胞亚型那样显著。VitD在炎症反应和自身免疫中的作用在Th2和Th17细胞中比Th1细胞更为显著,部分原因是Th1细胞中VDR的低表达[25-26]。因此,1,25(OH)2D3/VDR可能具有调节免疫的强大潜力。

2.1 VDR与Th17细胞 Th17细胞越来越被认为在许多自身免疫性疾病中发挥重要作用,包括SLE。1,25(OH)2D3抑制Th17的促炎症反应,理论上VitD治疗可以抑制SLE疾病。事实上,有临床研究[27-29]已经证明VitD在减少Th17细胞的频率和白细胞介素(IL)-17表达方面的有益作用。需要进一步大样本实验来探索VitD补充对Th17活性抑制的潜在临床益处。

1,25(OH)2D3通过抑制p65转录因子转位到细胞核,抑制RORγt/IL-17的表达。在体内实验中,1,25(OH)2D3结合VDR抑制IL-17和RANKL的表达。研究[7]证明,1,25(OH)2D3进入VDR-/-Th17细胞,结合VDR,通过调节p65 NF-κB的活性,抑制了p65和Rorc的结合,Rorc是转录因子p65的直接靶点,抑制了IL-17和RANKL表达,随后抑制Th17细胞分化,抑制炎症损伤。1,25(OH)2D3可以通过结合VDR来调控不同免疫调节基因的表达。在Th17细胞中,Rorc是转录因子p65的直接靶点,并且p65与Rorc启动子结合位点的结合被1,25(OH)2D3所抑制。1,25(OH)2D3通过抑制p65转录因子向核位,抑制NF-κB活性和RORγt/IL- 17水平。在体内,1,25(OH)2D3抑制模型小鼠脾脏炎症浸润及p65、RORγt、IL- 17的表达。VDR可能与NF- κB和IκBα形成三元复合物,抑制P65的核转运,具体机制仍需进一步研究[7]。这些研究结果揭示了VitD作用于VDR调节免疫系统的分子机制,为1,25(OH)2D3类似物靶向Th17免疫提供了基础。

2.2 VDR与Treg细胞 Treg细胞在许多自身免疫性疾病,包括SLE中,在抑制促炎症反应中发挥关键作用[30-31]。而在SLE病人中,低水平的VitD抑制了Treg迁移能力[11]。VDR通过调节skp2/p27信号通路,提高skp2 mRNA和降低p27 mRNA的表达抑制Treg细胞,减轻SLE。在SLE病人中,VDR和p27表达下调,skp2表达上调。skp2和p27通过影响Treg细胞,对SLE发挥关键作用。该研究表明SLE与1,25(OH)2D3/VDR有明显关联。1,25(OH)2D3/VDR可减轻SLE进行性的体质量减轻、皮肤糜烂溃疡和泌尿系统感染的症状[32]。为治疗SLE提供了一个新的靶标。

2.3 VDR与B淋巴细胞 B细胞活化在SLE的发病过程中具有重要的病理意义,因为它们产生狼疮相关的自身抗体,并作为抗原呈递细胞(APC)[33]。然而,VDR的表达在SLE病人B细胞中所起的作用很少被报道。

2.4 VDR与DC 从DC、单核-巨噬细胞到淋巴细胞,都已被证明表达VDR[34-35]。在早期分化阶段,在1,25(OH)2D3存在的情况下,从单核细胞分化的DC保持在耐受性状态,其特征是IL-12减少,IL-10产生增加,导致随后外源T细胞激活的减少和Treg细胞分化的增强。VitD在SLE病人DC中的作用尚未得到充分的证明,因此VitD在SLE发病过程中对DC的作用值得进一步研究[11]。

2.5 VDR与巨噬细胞 与其他DC不同,1,25(OH)2D3在巨噬细胞中具有双重作用,这取决于它们的激活状态。虽然关于VitD在SLE病人巨噬细胞中的作用的资料还很缺乏,但是有研究结果显示VitD对SLE病人巨噬细胞的这种致炎和抗炎的特性双重作用可能有一定影响[36-37]。

3 VitD和VDR与SLE

3.1 VitD缺乏与SLE VitD作为一种环境因子具有多种免疫抑制特性。事实上,VitD可以作为免疫系统的调节剂。有报道VitD缺乏/不足在SLE病人中发生率较高[38],提示补充VitD治疗SLE可能有效[13]。SLE病人VitD缺乏是因为大多数SLE病人对紫外线敏感,因此,他们通常被建议采取光保护措施,这可能会导致皮肤缺乏维生素D[39-40],SLE中VitD低的原因是SLE的光敏性所以易缺乏VitD,中波紫外线辐射也影响VitD。2项Meta分析[41-42]结果表明,VDR基因多态性(如FokⅠ、BsmⅠ、TaqⅠ和ApaⅠ)与SLE病人显著相关,因此VDR基因型可能与SLE病人血清25(OH)D水平低有关。

3.2 VDR与SLE的靶器官损伤 缺乏VitD会增加心血管疾病、传染病和自身免疫性疾病的风险,如SLE、类风湿关节炎(RA)和多发性硬化(MS)[43]。VitD与VDR结合可诱导细胞凋亡,这可以用于抗癌。流行病学数据[44]表明,VitD缺乏与几种传染病的发病率有关,并且有研究表明,血清VitD水平与COVID-19的发病率和严重程度呈负相关。VitD通过下调核因子-κB和抑制环氧化酶的表达,具有广泛的抗炎作用[45],VitD通过影响免疫细胞中关键因子协调免疫系统,对自身免疫病有重要影响,已有学者[46]运用VitD治疗SLE病人,结果发现可改善其症状,如贫血、脱发、溃疡、间歇性发热、皮疹和关节炎以及神经系统并发症,部分病人出现的淋巴细胞减少症状、少数人有肾炎症状也可改善。有实验[32]表明,1,25(OH)2D3/VDR可以降低SLE小鼠BUN、Cr和尿蛋白水平;降低肾脏损害程度和炎性细胞浸润;减低免疫复合物(IgG、IgA、IgM)和补体的沉淀强度;减低炎症因子(IL-4、IL-410、IL-17、INF-γ)的mRNA的表达水平;降低anti-nRNP IgG和anti-dsDNA IgG水平;还可以介导调节脾脏免疫细胞。但是,应用VitD治疗SLE等自身免疫病的适应证以及剂量、疗效等目前尚无定论,是未来值得探索的问题。

综上,VitD除了对钙磷的调节,还可参与免疫系统调节。VitD与VDR结合,通过调节免疫细胞,进而参与多种自身免疫疾病的免疫调控。但是关于VDR还有以下一些内容值得继续探索。首先,1,25(OH)2D3启动VDR,与RXR结合成异源二聚体,绑定到VDRE,引起转录调控,但关于VDRE如何影响免疫细胞下游功能的机制还需研究。第二,VDR基因的多态性提高了SLE的易感性和风险,但对SLE症状的影响需要进一步明确。第三,VDR在B淋巴细胞及DC中的相关研究不多。这些将是未来探索的方向。VDR参与免疫系统调节的机制进一步阐明,有助于寻找自身免疫病新的治疗靶点。