维生素D 调控肿瘤发生发展的研究进展

张 梅 朱凤琴 王君萍 高 杉

维生素D（vitamin D，VD）是一种可从食物中获得的脂溶性维生素，同时体内胆固醇可被氧化为7-脱氧胆固醇，后者经紫外线照射转变成VD。它是一种强效类固醇激素的前体，在肝脏和肾脏经过代谢后合成具有生物活性的骨化三醇，骨化三醇与维生素D 受体（vitamin D receptor，VDR）结合，发挥多种生物学效应，不仅调节体内钙磷代谢，且广泛参与细胞代谢和组织功能的调节。VD 还具有骨骼外的健康效应，其在抗肿瘤方面中的研究受到越来越多的关注，可调控肿瘤的发生、转移以及肿瘤细胞与微环境间的相互作用，调控机制包括细胞增殖、分化、凋亡、自噬、上皮-间充质转化、血管生成、抗氧化、炎症和免疫微环境等[1］。本文将重点阐述VD 对表观基因组学、转录组学、免疫学的影响，探索VD 信号途径在癌症发生发展中的分子机制及其作为药物靶点的潜在价值。

1 VD及其受体的作用

VD 是一种脂溶性化合物，天然存在形式主要有两种：麦角钙化醇（VD2）和胆钙化醇（VD3）。人体中的VD 主要来源于皮肤在紫外线照射下合成。在此过程中，皮肤中的7-脱氢胆固醇在紫外线辐射下转化为VD3的非活性前体，该前体随后在肝脏中被25-羟化酶催化，形成25-羟基VD（25-OHD3），这是VD 在人体中主要的循环形式。25-OHD3在肾脏中经1α-羟化酶作用进一步转化为生物活性最高的维生素D 代谢物——骨化三醇[1，25（OH）2D3］，它是转录因子VDR 的高亲和力配体[2］。

VDR 属于核受体家族，具有与其他核受体相似的特性。结合了配体[如1，25-（OH）2D3］的VDR 与维甲酸X 受体（retinoic acid X receptor，RXR）结合，形成二聚体后转移到细胞核，后者在核内与VD 反应元件（VD response element，VDRE）结合于特定基因启动子区，从而调控相关基因的转录[3］。1，25-（OH）2D3通过VDR 影响人类基因组中约10 000 个位点，进而调控大约1 000 个靶基因的转录[4-5］。然而，并非所有VDR 的结合位点都直接影响基因表达。VDR 也可被表观遗传修饰，这种机制可以调控基因表达，但不涉及DNA 序列的改变，体现VDR 在基因表达调控中的复杂和多样性[6-7］。

2 VD信号通路的表观遗传学基础

表观遗传在调节VD 信号通路中扮演着关键角色，影响VD的代谢和功能，主要的表观遗传机制包括DNA 甲基化和组蛋白的甲基化、乙酰化、磷酸化或泛素化修饰。例如，启动子区域CpG 岛的胞嘧啶残基甲基化通常导致基因沉默，而组蛋白的甲基化和乙酰化修饰则调节染色质的构象，影响转录因子对特定基因结合位点的访问性。此外，VD 的代谢过程受到多种酶的调控，如CYP2R1、CYP24A1 和CYP27B1 等[8］，这些酶的表达受VDR 与VDREs 的结合及其后的转录激活所调控[9］。VDREs 的表观遗传修饰（如乙酰化）以及上述代谢酶启动子区域CpG 岛的甲基化修饰，直接影响这些代谢酶的表达，进而影响VD 的血清水平[10-11］。因此，VD 信号通路和其代谢过程的调节深受表观遗传因素的影响（见图1）。

图1 VD的表观基因组与转录组调节作用

3 VD信号通路对转录组学的影响

VD 的作用涉及细胞多种生物学行为，如细胞周期进展、细胞凋亡、细胞黏附和氧化应激等。VD 可以通过触发细胞周期抑制剂（cell-cycle inhibitors，CDKN1A）的表观遗传变化，激活相关基因的转录，这些基因编码的蛋白质与细胞周期蛋白依赖性激酶（cyclin-dependent kinases，CDK）复合物结合，从而抑制细胞周期，导致细胞生长停滞[12］。VDR 也在多聚蛋白复合物中调节转录，控制受体结合区域及更广泛靶基因位点的表观遗传状态。许多转录激活蛋白质，如组蛋白乙酰化酶CBP/p300 和转录共激活因子SNW1/NCOA62[13］，参与VDR 复合物的形成。VDR 的蛋白相互作用具有多样性，例如，共激活因子SNW1 可以作为剪接因子或调节蛋白激酶SRPK1 的活性。VDR 复合物还与mRNA和microRNA（miRNA）的激活有关，这些转录组共同调控蛋白编码基因的表达和表型，且配体激活的VDR 也能抑制某些miRNA 的表达。因此，VDR、mRNA 和miRNA 之间存在多层次的共同调控和相互依赖关系，这些关系影响最终的基因表达和细胞表型。

4 VD信号通路对免疫系统的影响

VD 对免疫系统的调节是其关键的骨外功能之一[14-15］。VD影响免疫细胞的生长、分化、激活/去活化及凋亡，且免疫细胞和癌细胞共享某些信号转导途径和生长机制[16-17］。抗原刺激引发的信号传导级联过程在免疫细胞生长中起着关键作用，这一过程也涉及表观遗传调控。

在巨噬细胞的分化中，1，25（OH）2D3通过VDR-PPARγ 途径上调白细胞介素-10（interleukin-10，IL-10）的表达，抑制M1型巨噬细胞的活化，同时促进M2 型巨噬细胞的活化，后者具有抗炎特性[18］。因此，VD 在某些情况下可能结合其抗炎和免疫抑制功能以及促进肿瘤生长的效应。此外，VD 作为适应性免疫的调节剂，能够减少辅助T 细胞（helper T cell，TH1）的数量，同时增加TH2 细胞和调节性T 细胞（regulatory T cells，Treg）的数量。人体干预试验表明，VD3 补充在西方饮食背景下会增加结肠细胞中炎症基因的表达，而额外补充钙质可逆转此效应[19］，这可能解释了充足的VD 水平结合高钙摄入与降低结直肠癌风险的相关性。综合来看，VD 在免疫调节中的多方面作用使其成为肿瘤免疫治疗的潜在辅助手段。见图1。

5 VD信号通路调控肿瘤机制

5.1 VD和结直肠癌（colorectal cancer，CRC） CRC 是全球最常见的恶性肿瘤之一，在全球发病率中排名第三，死亡率排名第二。研究表明，VD 缺乏与CRC 的高发病率和/或死亡率有关[20］。大多数原发性结直肠肿瘤及高达96%的转移性CRC 含有激活WNT/β-连环蛋白信号通路的基因突变[21］。VD 通过诱导细胞核内VDR 与β-连环蛋白结合，从而阻止转录活性TCF7L2/β-连环蛋白复合物的形成。此外，VD 上调钙黏蛋白1（cadherin 1，CDH1），吸引新合成的β-连环蛋白，并诱导Dickkopf-1（WNT 信号通路抑制剂，DKK1）的失活[22］。VD 也通过直接抑制细胞周期调节因子MYC 基因和间接通过WNT/β-连环蛋白通路的抑制[23］，发挥抗增殖作用。在CRC 中，VD 还诱导上皮分化表型[24］，通过上调CDH1 基因促进细胞间的强黏附，降低细胞的增殖能力。值得注意的是，大多数晚期CRC 病例不表达VDR 基因，可能因为转录因子SNAI1 和SNAI2 的上调，它们结合并阻断VDR 启动子区域。这提示VDR 激动剂在CRC 的早期预防中可能更为重要。

5.2 VD 和乳腺癌（breast cancer， BC） BC 是女性最常见的恶性肿瘤，位居女性恶性肿瘤发病率首位，对女性的身心健康构成严重威胁。流行病学研究显示，VDR 的表达与BC 的侵袭性负相关[25-26］。但由于乳腺癌的异质性（包括不同的病理和遗传亚型），这一发现仍有争议。1，25-（OH）2D3对BC 细胞有抗增殖作用，通过抑制生长刺激信号及相关基因（如MYC 和CDK）发挥作用。它还能促进凋亡，这与凋亡调节蛋白BCL2 家族有关。此外，1，25-（OH）2D3通过诱导CDH1 基因的表达和抑制CDH2和CDH3 基因的表达，促进乳腺肿瘤细胞形成非侵袭性的上皮表型[27］。1，25-（OH）2D3还能影响RAS/MEK/ER 信号通路，从而影响细胞增殖和凋亡[28］。在乳腺癌细胞系MCF7（ER+）和MDA-MB-453（ER-）中，1，25-（OH）2D3降低RAS 表达并促进MEK 和ERK1/2 的磷酸化，而上调RAS 表达则消除其抗增殖作用[29］。1，25-（OH）2D3还对细胞代谢产生影响，例如增加MCF7细胞内丝氨酸和活性氧水平，并激活AMP 激酶（AMP kinase，AMPK）信号。乳腺脂肪组织中VDR 的缺失增加了乳腺上皮密度[30］，突显了脂肪细胞和上皮细胞间VDR 信号转导在乳腺发育和癌变中的重要性。因此，1，25-（OH）2D3对人类乳腺癌干细胞的作用仍需进一步研究。

5.3 VD 和前列腺癌 前列腺癌是男性生殖系统中最常见的恶性肿瘤，其发病率随年龄增长而上升。流行病学研究显示，前列腺癌的发生与种族和家族遗传因素相关。与结直肠癌或乳腺癌相比，VD 与前列腺癌之间的相关性尚未充分证实。尽管一些研究发现循环中25-（OH）D3水平与前列腺癌风险或死亡率直接相关，但也有研究表明高水平的25-（OH）D3可能与增加的风险相关[31］，这导致了荟萃分析结果的不确定性。1，25-（OH）2D3在前列腺癌中不仅具有抗增殖和凋亡致敏作用，还调节COX-2 和前列腺素途径的其他基因，能够直接或间接地抑制炎症及COX-2 的表达和活性。此外，1，25（OH）2D3在前列腺癌细胞中激活代谢酶如CYP3A4、CYP3A5、UGT2B15/17 和SULT2B1，降低有丝分裂原的雄激素的可用性。鉴于前列腺癌的复杂激素调节和多种细胞类型，VD 在前列腺癌中的具体机制和潜在应用价值仍需进一步研究。

5.4 VD 和血液系统恶性肿瘤 血液系统肿瘤在恶性肿瘤中的发病率和病死率均较高，位居前十位。这类肿瘤因其临床表现多样和分类复杂，早期诊断率较低，治疗也更具挑战性。血液恶性肿瘤患者通常具有较低的VD 水平，并且预后较差[32］。VD 通过其活性形式1，25-（OH）2D3作用于VDR，在白血病和淋巴瘤等血液恶性肿瘤中发挥抗增殖、促进凋亡和诱导分化的作用。此外，1，25-（OH）2D3能减少促炎细胞因子的产生。在白血病和淋巴瘤细胞中，常见的Janus 激酶（Janus kinase，JAK）信号转导和转录激活子（signal transduction and activators of transcription，STAT）信号通路过度激活，而1，25-（OH）2D3能降低这一通路的活化。尤其在人类原髓细胞白血病HL60 细胞中，1，25-（OH）2D3处理能促进主要中性粒细胞前骨髓细胞系的分化，同时导致单核-巨噬细胞通路增殖减少和分化增强，这可能与上调转录因子CEBPD 的表达有关。在斑马鱼模型中，VD 调节胚胎造血干细胞数量，可能通过诱导C-X-C 趋化因子配体CXCL8 的活化实现。这表明VD 在造血干细胞的生长和髓系细胞的分化中起到关键作用。见表1。

表1 VD调控的关键代表性过程及参与的肿瘤类型

6 靶向VD信号传导通路的小分子药物

虽然缺乏随机临床实验的数据，但多项流行病学、临床前和体外实验研究均支持激活VD 信号作为癌症预防和治疗的有效策略。在临床应用中，1，25-（OH）2D3需要较高剂量以达到治疗效果，但这同时增加了患者患高钙血症的风险[46］，限制了其作为肿瘤治疗药物的应用。为降低治疗过程中的副作用，这些类似物的结构改变包括加入不饱和键、重新定位C20 侧链、改变侧链长度，以及侧链的氟化等（表2）。例如，Medioni 等[46］进行的TX522 的I 期和Ⅱ期临床试验确定了每日4 000 μg 的最大耐受剂量，这一剂量被证实是安全的，并且能将高钙血症维持在正常范围内。然而，在癌症治疗方面，尽管I 期和Ⅱ期试验显示有限的抗肿瘤活性，仍存在诸多未解决的问题，如确定最大耐受剂量、最佳生物剂量、最佳治疗方案以及对可用VD 配方的药物动力学关注等。因此，为了提高疗效和减少副作用，有必要设计和合成更高效且降低钙化活性的VD 类似物，这些努力将有助于提高VD 在癌症治疗中的应用潜力。

表2 已上市和正在临床试验中的VD类似物

7 总结与展望

本文综述了VD 信号通路对表观遗传学、转录组学和肿瘤免疫微环境的影响。在肿瘤微环境中，VD 水平影响肿瘤细胞、免疫细胞等多种细胞类型。虽然VD 的调控机制已经部分阐明，但鉴于肿瘤微环境的复杂性，未来研究需更加深入和全面地探讨VD 对肿瘤微环境的具体调控作用。理解VD 在肿瘤微环境中的作用对于临床应用至关重要。这不仅关乎VD 是否能灵活应用于临床治疗，也涉及VD 是否能与其他针对肿瘤微环境的药物联合使用。深入研究VD 在肿瘤微环境中的作用将有助于开发新的治疗策略，提高癌症治疗的效果。