維生素D與細胞焦亡在炎癥性肺部疾病中的研究進展

余亞麗 唐以軍 程雪琴 王梅芳

(十堰市太和醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學科，十堰 442000)

1 維生素D與炎癥性肺部疾病的關(guān)系

1.1維生素D的作用及機制 維生素D是一種具有廣泛生物活性的脂溶性開環(huán)甾體類激素，人體吸收和轉(zhuǎn)化維生素D的主要途徑為腸道吸收及紫外線照射。維生素D在肝臟中經(jīng)25-羥化酶作用轉(zhuǎn)化為25(OH)D3，在腎臟中經(jīng)1-α羥化酶轉(zhuǎn)化為有活性的1,25-二羥維生素D3[1,25-(OH)2D3]。維生素D受體(Vitamin D receptor,VDR)屬于類固醇激素核受體，與1,25-(OH)2D3結(jié)合后可導致基因轉(zhuǎn)錄的核異位和調(diào)控[1]。維生素D的經(jīng)典作用是促進鈣磷吸收及骨骼發(fā)育[2]。進一步研究發(fā)現(xiàn)維生素D還具有抗炎、抗感染、抗纖維化、免疫調(diào)節(jié)等作用,通過結(jié)合多種免疫細胞VDR減弱單核巨噬細胞的抗原呈遞，下調(diào)單核細胞促炎細胞因子水平或作用于CD14和抗菌肽，調(diào)節(jié)VDR介導的基因表達，識別和殺死病原體[3-6]。維生素D可減輕LPS誘導的肺損傷及保護肺泡屏障功能、減少呼吸道病毒介導的趨化因子及核轉(zhuǎn)錄因子κB(NF-κB)，提高氣道防御性[7，8]。此外，實驗證明肺泡上皮細胞高表達1-α羥化酶，推測維生素D在炎癥性肺部疾病中的作用可能與此有關(guān)[9]。

1.2維生素D與炎癥性肺部疾病的關(guān)系

1.2.1維生素D與哮喘 哮喘的發(fā)生與T細胞的產(chǎn)生密切相關(guān)，維生素D使Th1/Th2平衡傾向于Th2，并激活調(diào)節(jié)型T細胞、提高IFN-γ水平、降低IL-4和IL-5水平及減輕氣道炎癥反應(yīng)[10]。Li等[11]研究顯示，血清25(OH)D3與成人哮喘患者的FEV1預(yù)計值顯著相關(guān)，且VDR多態(tài)性與哮喘易感性密切相關(guān)。維生素D也可促進CD4+T細胞分泌IL-10，提高重度哮喘患者對糖皮質(zhì)激素的敏感性[12]。

1.2.2維生素D與慢性阻塞性肺疾病(COPD) COPD的發(fā)病與炎癥的產(chǎn)生和氧化應(yīng)激密切相關(guān)。高劑量維生素D可改善COPD急性加重情況、減少炎癥介質(zhì)產(chǎn)生，同時有助于改善肺通氣功能[13]。激素治療COPD急性加重效果顯著，同時COPD的激素抵抗效應(yīng)也備受到關(guān)注，激素的抵抗性與乙酰化酶表達減少相關(guān)，對此，Malinen等[14]研究表明COPD患者肺泡巨噬細胞中蛋白去乙?；副磉_減少，維生素D可上調(diào)去乙?；富钚?，提高激素對炎癥反應(yīng)的療效[14]。

1.2.3維生素D與肺間質(zhì)纖維化 肺間質(zhì)纖維化早期表現(xiàn)為彌漫性肺泡炎，晚期則表現(xiàn)為以成纖維細胞為主的間質(zhì)細胞增生及膠原沉積，并逐漸取代正常肺組織。TGF-β在阻止損傷修復(fù)和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)過程中發(fā)揮重要作用。1,25-(OH)2D3TGF-β1對誘導的肺成纖維細胞增殖及Ⅱ型肺泡上皮纖維化具有一定抑制作用，同時，也可抑制平滑肌肌動蛋白α表達，及誘導抗纖維化因子Smad7表達[15，16]。博來霉素誘導的肺纖維化實驗結(jié)果表明，1,25-(OH)2D3可明顯改善博來霉素導致的小鼠肺泡結(jié)構(gòu)破壞、肺間隔增厚、纖維細胞增生及膠原沉積，并進一步證明維生素D3顯著降低肺NADPH氧化酶和抗氧化酶基因表達[17]。流行病學調(diào)查顯示，肺纖維化患者在春冬季節(jié)病死率最高[18]。可能與春冬季節(jié)患者接觸陽光少，維生素D合成水平低有關(guān)。

1.2.4維生素D與塵肺 塵肺是由外界粉塵刺激細胞因子和炎癥介質(zhì)分泌，促使成纖維細胞増殖并向肌成纖維細胞轉(zhuǎn)化，同時合成、釋放大量細胞外基質(zhì)引起，最終導致肺纖維化[19,20]。維生素D的鈣穩(wěn)態(tài)作用與塵肺發(fā)病相關(guān)，維生素D缺乏可導致鈣吸收減少，引起鈣離子第2信使功能異常，導致氧自由基、炎癥介質(zhì)水平提高[21]。研究表明，塵肺患者血清1,25-(OH)2D3水平明顯低于健康志愿者，且塵肺分期越高，其水平越低[22]。血清1,25-(OH)2D3與FEV1、FEV1 /FVC呈正相關(guān)，說明塵肺患者普遍存在維生素D缺乏，導致其對肺成纖維細胞的增殖抑制作用減弱。巨噬細胞自噬是塵肺肺泡炎和肺纖維化的基礎(chǔ)，戴京京等[23]研究表明維生素D可減少細胞自噬體與溶酶體融合并下調(diào)自噬信號通路蛋白表達。

2 細胞焦亡與炎癥性肺部疾病的關(guān)系

2.1細胞焦亡的概念 細胞焦亡是一種伴隨炎癥反應(yīng)的程序性細胞死亡方式,依賴于半胱天冬氨酸蛋白酶-1(cysteine aspartate-specific protease-1，caspase-1)。當外源性危險信號(如細菌和病毒等)或內(nèi)源性危險信號(機體受損時釋放的應(yīng)激因子)刺激機體時，由NF-κB途徑激活NLRP3(NOD樣受體家族之一，細胞焦亡的識別分子)，活化caspase-1前體，切割Gasdermin蛋白，釋放N端片段識別和結(jié)合細胞膜上的磷脂類物質(zhì)，形成細胞膜孔洞并失去控制物質(zhì)進出細胞的能力，導致細胞滲透壓變化、細胞裂解，釋放細胞內(nèi)容物，引發(fā)細胞焦亡。

2.2細胞焦亡與各炎癥性肺部疾病的關(guān)系 Gasdermin基因家族共享45%的同源序列，GSDMB是Gasdermin蛋白家族成員，在支氣管上皮細胞高度表達。研究表明，當刪除剪接變異體rs11078928上的全部外顯子6(編碼13個GSDMB釋放的N端關(guān)鍵氨基酸)時，細胞焦亡現(xiàn)象消失，刪除剪接變異體可降低哮喘發(fā)病風險[24]。NLRP3是細胞焦亡中炎癥小體的基礎(chǔ)組成部分，在COPD小鼠模型和博來霉素誘導的肺纖維化小鼠模型中，NLRP3-/-小鼠支氣管肺泡灌洗液中caspase-1激活、IL-18、IL-1β生成和中性粒細胞流入均減少，提示NLRP3參與實驗性肺纖維化的發(fā)病[25,26]。NF-κB活化是肺成纖維細胞合成膠原的關(guān)鍵調(diào)控環(huán)節(jié)，通過促進TNF-α、IL-1β、IL-8、轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)和血小板源性生長因子(PDGF)等細胞因子的基因轉(zhuǎn)錄介導肺泡炎和肺纖維化的發(fā)生發(fā)展[27]。細胞焦亡與炎癥性肺部疾病密切相關(guān)。

3 維生素D和細胞焦亡

3.1細胞焦亡的調(diào)節(jié) 細胞焦亡受多種因素調(diào)節(jié)。外源性危險信號、內(nèi)源性危險信號的分子傳感是通過與模式識別受體的相互作用實現(xiàn)的，模式識別受體由TLR和NLR家族成員代表，模式識別后，激活模式識別受體，啟動信號調(diào)節(jié)炎癥和先天免疫反應(yīng)的轉(zhuǎn)導[28,29]。炎癥小體是多蛋白復(fù)合物，由識別分子(包括NOD樣受體家族的NLRP1、NLRP3等)、接頭分子和效應(yīng)分子(如caspase-1)組成。識別分子通過接頭分子激活并招募結(jié)構(gòu)域的凋亡相關(guān)斑點樣蛋白(ASC)，激活效應(yīng)分子，促進炎癥因子前體(如pro-IL-1β)成熟。NLRP3炎癥小體激活可作為宿主防御入侵細菌和病原體的重要組成部分，但過度激活可導致慢性疾病的炎癥相關(guān)損傷。激活NLRP3炎癥小體首先需要TLR配體誘導NF-κB活化，促進NLRP3基因轉(zhuǎn)錄。NF-κB活化需具備以下條件：①與核因子κB 抑制蛋白(IκB)解離；②NF-κB的核移位。NLRP3炎癥小體激活途徑包括鉀離子外流、溶酶體破裂和活性氧(reactive oxygen species，ROS)產(chǎn)生[30]。

3.2維生素D通過自噬調(diào)節(jié)細胞焦亡 溶酶體破裂釋放是激活NLRP3炎癥小體的途徑之一，是結(jié)晶體或特殊顆粒被內(nèi)吞入巨噬細胞，最終導致溶酶體破裂的過程，釋放的內(nèi)容物可直接促進NLRP3炎癥小體的聚集和活化[30]。自噬在炎癥小體和caspase-1活化過程中發(fā)揮重要作用[31]。研究表明，維生素D可減弱巨噬細胞自噬體和溶酶體的融合，由此減少溶酶體破裂及炎癥因子釋放[23]。

3.3維生素D通過調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)細胞焦亡 細菌和病毒細胞壁的脂多糖(LPS)作為外源性危險信號，被巨噬細胞的模式識別受體識別，激活細胞焦亡啟動信號[32,33]。研究表明1,25-(OH)2D3可下調(diào)人單核細胞TRL-24表達，減輕LPS誘導的炎癥損傷。NF-κB因在哮喘患者氣道中過度活化，成為哮喘發(fā)病機制中最受關(guān)注的信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng)之一[34]。研究顯示，1,25-(OH)2D3可上調(diào)NF-κB抑制蛋白-α(IκB-α蛋白)表達，增強其穩(wěn)定性，同時抑制p65核轉(zhuǎn)位，從而抑制NF-κB活化，減輕肺部炎癥反應(yīng)和肺組織破壞[35-37]。脂肪性肝炎大量ROS的產(chǎn)生能激活NLRP3炎癥小體和caspase-1，并促進Ⅰ型膠原纖維和TGF-β表達，最終促發(fā)肝臟纖維化；而維生素D可通過激動VDR，降低NF-κB、TGF-β1表達，抑制p66Shc線粒體轉(zhuǎn)位，減少ROS生成和caspase蛋白激活，減輕血管內(nèi)皮細胞氧化[16,38]。Deb等[39]實驗表明，1,25-(OH)2D3可通過阻斷NF-κB信號轉(zhuǎn)導減少血管緊張素Ⅱ合成，減少蛋白尿，延緩糖尿病腎病進展。另外，膽維丁乳(CCE)作為1,25-(OH)2D3的前體，有效刺激VDR，通過抑制細胞焦亡中NF-κB活化治療實驗性結(jié)腸炎[40,41]。心肌組織中，CCE可通過抑制凋亡相關(guān)斑點樣蛋白ASC mRNA表達及caspase-1激活減少細胞焦亡[42]。

4 展望

炎癥性肺部疾病發(fā)病率日益提高，目前尚無有效防治方法，但眾多研究顯示維生素D和細胞焦亡在炎癥性肺部疾病中均發(fā)揮重要作用。維生素D通過受體調(diào)節(jié)細胞焦亡的機制有待進一步研究，補充維生素D調(diào)節(jié)細胞焦亡有望改善炎癥性肺部疾病預(yù)后。