维生素D及其信号通路与代谢性心血管疾病

维生素D 及其信号通路与代谢性心血管疾病

范益博1，邵琴1,2，卜军1,2*

（1. 上海交通大学医学院，上海200025; 2. 上海交通大学医学院附属仁济医院，上海200127）

[ 摘要] 维生素D 作为一种脂溶性维生素，参与人体多种组织器官的发育及功能发挥。新近研究表明，体内维生素D及其信号通路与代谢性心血管疾病的发生、发展和转归密切相关。代谢性心血管疾病是由一系列代谢性因素包括肥胖、高血压、糖脂代谢紊乱和代谢综合征等参与的以心血管功能损害为特征的疾病。综述维生素D 及其信号通路在代谢性心血管疾病中的相关研究，为靶向作用于维生素D 及其受体信号的药物治疗代谢性心血管疾病提供参考依据。

[ 关键词] 维生素D；信号通路；代谢性心血管疾病

维生素D 作为一种脂溶性维生素，是由各种维生素D 原经紫外照射后的衍生物，包括维生素D2（麦角钙化醇）和维生素D3（胆钙化醇)。维生素D 受体（vitamin D receptor，VDR）在血管和心脏组织中均有表达，并介导维生素D 的众多功能。维生素D 的主要生理功能为调节钙磷代谢，维持血清钙磷浓度的稳定。近年来研究表明，维生素D 及其受体信号参与代谢性心血管疾病的发生、发展及转归。本文对维生素D 及其信号通路在代谢性心血管疾病中的功能作用进行综述。

1 维生素D 及其受体信号通路

维生素D 作为骨化三醇，即1, 25-二羟基维生素D 的前体，其主要来自于皮肤组织中的内源性合成。当皮肤暴露于紫外线B 或阳光中时，来自肝脏的7-去氢胆固醇（7-dehydrochlesterol）转变为维生素D 前体，然后通过异构化转变为维生素D，而食物摄入仅占维生素D 来源的一小部分。存在于机体中的维生素D 主要由肝脏所分泌的维生素D 结合蛋白（vitamin D-binding protein，DBP）进行转运，随后经过肝脏的羟化作用变成25-羟基维生素D，因其是循环中维生素D 的主要代谢物并能最好地反映出所有途径摄入的维生素D 水平，故通常以25-(OH)D水平来评价机体维生素D 水平的高低。绝大部分的25-(OH)D 被转运至肾脏近曲小管上皮细胞内的线粒体中，通过1α-羟化酶再次羟化为具有生物活性的1, 25-(OH)2D，然后转运至靶组织（小肠、骨、肾等）与维生素D 受体结合，通过细胞内信号通路转译蛋白质从而发挥效应。有研究发现一些肾外细胞包括心血管细胞能够表达1α-羟化酶，因此1, 25-(OH)2D 能够通过自分泌和旁分泌的方式产生效应。

维生素D 受体在体内多种组织细胞广泛表达，包括心血管系统（血管和心肌组织细胞）。体内的维生素D 受体可分为膜受体（membrane vitaminD receptor，mVDR） 和核受体（nuclear vitamin Dreceptor，nVDR），mVDR 主要参与钙磷代谢平衡，nVDR 与1, 25-(OH)2D 结合后， 与类视黄醇X 受体（retinoid-X-receptor，RXR）结合形成异源二聚体，最终形成1, 25-(OH)2D-VDR-RXR 复合物，在基因水平上产生调控作用。

2 维生素D 信号通路与心血管系统疾病

2.1 维生素D 信号通路与血压调节

研究表明维生素D 是肾素-血管紧张素-醛固酮系统（renin-angiotensin-aldosterone system，RAAS）的负性调节因子，其通过肾素基因启动子上的cis-DNA 元件来调节肾素产生的相关基因，下调肾素的形成从而抑制RAAS 。相对于野生型小鼠来说，VDR 敲除和1α- 羟化酶敲除的小鼠其心脏和肾脏的肾素表达水平明显提高，肾素水平的升高导致血管紧张素Ⅱ（AngiotensinII，Ang II）产生增多，从而造成小鼠血压的上升。长期补充维生素D，能够协同血管紧张素转换酶抑制剂或血管紧张素受体阻滞剂，降低VDR 敲除和1α-羟化酶敲除小鼠升高的血压。在一项队列研究中，Qi 等对普通人群进行了为期2 年的随访，发现与25-(OH)D水平高于3×10-5g · L-1 者相比，25-(OH)D 水平低于2×10-5g · L-1者的高血压罹患风险更高（OR：1.225，95%CI：1.010 ~ 1.485，P=0.04）；但在校正了潜在偏倚后，这种关联的显著性消失（OR：1.092，95%CI：0.866 ~ 1.377，P=0.456）； 而对7 个前瞻性研究进行Meta 分析发现，维生素D 缺乏与高血压显著相关（HR：1.235，95%CI：1.083 ~ 1.409，P=0.002）。Larsen 等对112例高血压患者进行研究，予补充3 000 IU 维生素D 或安慰剂共20 周，发现对于25-(OH)D 水平正常者，干预组血压未见显著降低（收缩压：－3 mmHg，P=0.26；舒张压：－1 mmHg，P=0.18，1 mmHg=0.133 kPa），但当患者25-(OH)D 水平低于3.2×10-5g · L-1 时，干预组患者的血压较安慰剂对照组显著降低（收缩压：－4 mmHg，P=0.05；舒张压：－3 mmHg，P=0.01）。Vimaleswaran等进一步研究发现，25-(OH)D 水平提高10%，可使高血压发生率降低8.1%（OR=0.92，95%CI：0.87 ~ 0.97；P=0.002）。但在一项由200 名患者参加的随机对照试验中未发现补充维生素D 与舒张压及收缩压之间存在显著关系；另一项包括4 541 名患者的Meta 分析也得出了类似的结论。

2.2 维生素D 信号通路与糖代谢

研究发现1,25-(OH)2D 能够激活胰岛素基因转录，VDR 和1α-羟化酶在胰腺β 细胞上的表达以及VDR 激活所产生的各种分子效应也进一步证明了维生素D 具有抗糖尿病作用，包括增加胰岛素分泌和机体对胰岛素的敏感性，防止由细胞因子介导的β 细胞功能障碍和死亡。另一方面，维生素D 水平影响血钙水平，而高浓度钙离子能够促进胰岛素释放。在一项横断面分析研究中，将7 674 名受试者按照25-(OH)D 浓度进行分组，并计算稳态模型评估的胰岛素抵抗指数（homeostaticmodel assessment-insulinresistance index, HOMA-IR），超过正常糖耐量人群HOMR-IR 的最高四分位视为胰岛素抵抗，结果发现与最低四分位组相比，最高四分位组受试者HOMA-IR 的相对危险度减少了30% 。对于1型糖尿病的研究发现，编码1α-羟化酶的CYP27B1 基因存在多态性，且影响维生素D 代谢，而该基因的多态性是1 型糖尿病的病因之一。Lee 等对22 项临床研究进行Meta 分析，发现相对于安慰剂组，维生素D 补充组的糖化蛋白水平轻度下降, 但对空腹血糖水平无显著影响。另一项针对芬兰人群的为期17 年的随访发现，基线维生素D 水平大于28 g · L-1 的参与者其罹患2 型糖尿病的风险下降了40% 。Gannagé-Yared等研究发现，患者25-(OH)D 水平与空腹血糖水平、胰岛素水平以及HOMA 指数均呈负相关。一项旨在评估补充维生素D 对空腹血糖水平程度影响的前瞻性研究结果显示，经过3 年观察，每日口服400 IU 维生素D 者其基线空腹血糖水平升高程度较对照组少；而一项包括43 407 名患者的Meta 分析却未发现补充维生素D 对血糖内稳态各指标的影响。由此可见，维生素D 对于如何影响糖代谢的确切机制仍需进一步的研究。

2.3 维生素D 信号通路与脂代谢

VDR 的激活抑制高密度脂蛋白（high densitylipoprotein，HDL） 的主要成分—— 载脂蛋白A1 的表达，并且由于维生素D 可使肠道内钙吸收增加，使得粪便排出的钙脂肪酸结合物减少，从而使肠道对脂肪的吸收增加。但有研究认为由于肝细胞中钙元素吸收的增加导致肝细胞三酰甘油酯的形成和分泌减少，因此血浆三酰甘油酯水平下降。Asano 等研究发现，作为调节血脂自稳态的转录因子，固醇调节元件结合蛋白（sterol regulator element-binding proteins，REBPs） 的激活由固醇结合SREBP 裂解激活蛋白（SREBP cleavage-activating protein， SCAP）或胰岛素介导基因（insulin-induced genes，Insigs）并在内质网中螯合形成的SREBP-SCAP-Insig 复合物进行负反馈调节，而25-(OH)D 能够通过介导SCAP 的蛋白水解和泛素调节的SCAP 降解来抑制SREBP 的激活，从而对血脂调节产生影响。在一项纵向研究中，对13 039 名社区内具有动脉粥样硬化风险的患者进行了中位随访时间为5 年的随访，在剔除了进行降脂治疗的患者后，发现25-(OH)D 缺乏（＜ 2×10-5g · L-1）患者其高密度脂蛋白胆固醇水平显著下降，而低密度脂蛋白胆固醇水平、非高密度脂蛋白胆固醇水平、总胆固醇与高密度脂蛋白胆固醇之比显著升高，并且25-(OH)D 缺乏患者血脂异常的发生率与25-(OH)D 正常水平（＞ 3×10-5g · L-1）患者发生率之比为1.43(95% CI，1.27~1.60) 。Yin 等对126 名维生素D 缺乏的代谢综合征患者进行随机对照试验，予每日口服700 IU 维生素D 或安慰剂，经过12 个月的干预后，治疗组的25-(OH)D 水平显著升高，但两组代谢变量如体质量指数、血压、血糖和血脂等无显著差异。一项大样本Meta 分析也发现，补充维生素D 与总胆固醇、三酰甘油酯、低密度脂蛋白胆固醇和高密度脂蛋白胆固醇水平的变化无显著关系。故维生素D 对于血脂代谢以及人群中血脂水平的影响有待进一步的研究。

研究发现维生素D 缺乏与肥胖有关，适量补充维生素D 和钙能够有效减少躯体和内脏脂肪。Sergeev等用饮食诱导肥胖的小鼠模型观察钙和维生素D 对脂肪细胞的作用，结果显示高水平维生素D 和钙的摄入能激活钙离子介导的脂肪组织凋亡途径。一项针对非糖尿病性肥胖人群的观察性研究表明，肥胖组的25-(OH)D水平显著低于对照组[(33.5 ± 15.2) vs (60.1 ± 23.1) nmol · L-1，P < 0.001)]。

2.4 维生素D 信号通路与免疫炎症

炎症反应对于心血管疾病特别是动脉粥样硬化的发生、发展具有重要作用，而维生素D 与炎症反应存在广泛的联系。维生素D 能经免疫细胞的VDR 介导而发挥免疫调节作用，下调核因子κB（nuclear factor κB,NF-κB）活性，提高白细胞介素10（interleukin-10，IL-10） 水平， 减少IL-6/12、γ 干扰素（interferon-γ，IFN-γ）和肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）的产生。有研究表明维生素D 在发挥免疫调节作用时与关键酶1α-羟化酶紧密相关，通过激活相应Toll 样受体，诱导1α-羟化酶表达，激活1, 25-(OH)2D 并作用于VDR，参与免疫功能的调控。动物研究发现1, 25-(OH)2D 具有抗炎作用，其对固有免疫及获得性免疫产生影响，能够把炎症反应较强的T 辅助细胞1（T-help cell 1，Th1） 和T 辅助细胞17（T-help cell17，Th17）转变为炎症反应相对较弱的T 辅助细胞2（T-help cell 2，Th2） 和调节性T 细胞（T regulatorycell, Treg）。研究发现，维生素D 能够抑制巨噬细胞向泡沫细胞转化以及增加胆固醇外流，并通过激活VDR 从而减少内皮细胞NF-κB 和IL-6 的表达，下调组织因子和上调血栓调节蛋白在内皮细胞和巨噬细胞上的表达，减少血栓形成并提高内皮细胞一氧化氮的生成等，发挥抗动脉粥样硬化的作用。Laird 等发现在去除年龄、性别和体质量指数影响后，维生素D缺乏组（<25 nmol · L-1）IL-6、C 反应蛋白（C-reactionprotein, CRP） 浓度以及IL-6 与IL-10 的比值和CRP与IL-10 的比值显著高于维生素D 理想水平组（＞ 75nmol · L-1）。新近一项随机双盲研究发现，相对于安慰剂组，维生素D 补充组的IL-6 水平显著降低，并且相对于基线水平，维生素D 补充组的内皮细胞黏附分子（vascular cell adhesion molecule，VCAM）和选择素-E的水平明显下降，但两组间无显著差异；两组在颈动脉内-中膜厚度及高敏C-反应蛋白的水平上亦无显著差异。Cannel 等对39 项随机对照试验进行回顾分析，发现其中17 项试验认为维生素D 能够显著减少炎症因子，而19 项试验未能发现维生素D 能够降低炎症因子水平；在肥胖、2 型糖尿病及稳定性心血管疾病的患者中未能发现维生素D 所带来的益处，而在7 项具有显著炎症状态（小儿急性充血性心力衰竭、多发性硬化症、炎症性肠病、囊性纤维化、系统性红斑狼疮及心肌梗死等）的随机对照试验中，有6 项试验表明维生素D 能够降低炎性标记物水平。

2.5 维生素D 信号通路与血小板活化及血管内皮保护

炎症因子的释放增加能够诱导血小板活化，致使不成熟及活化的大体积血小板从骨髓释放入外周循环，表现为平均血小板体积（mean platelet volumn，MPV）水平的升高。一般来说MPV 水平较高，则血栓烷A2 水平和血小板表面糖蛋白Ⅱb/Ⅲa 受体的表达水平更高，更容易快速聚集胶原，从而加重心血管包括冠状动脉的阻塞，增加罹患心血管疾病的风险。俞刚等对420 例患者进行维生素D 水平及MPV 测定，发现维生素D水平与MPV存在负相关（r2=0.337，P ＜ 0.001）。维生素D 还可减少血管内皮细胞VCAM-1 和细胞间黏附分子-1（intercellular cell adhension molecule-1，ICAM-1），抑制血小板的活化聚集及血栓形成。 Stach等把人脐静脉细胞用1, 25-(OH)2D 预培养24 h 后予脂多糖进行刺激并在直接与血小板接触的情况下进行培养，结果发现预培养内皮细胞的VCAM-1 和1 型细胞膜基质金属蛋白酶（membrane type 1 matrixmetalloproteinase,MT1-MMP）的表达显著减少，与预培养内皮细胞直接接触的血小板的CD62P 的表达显著减少，从而认为1, 25-(OH)2D 能够减弱血小板的活化和内皮细胞VCAM-1 和MT1-MMP 的表达。Uberti 等发现维生素D 可以通过调节凋亡和自噬的相互作用来防止内皮细胞死亡，通过维生素D 预处理或给予VDR激动剂ZK191784，可使相关细胞凋亡基因的表达下降，并防止线粒体跨膜电位的损失，从而防止细胞色素C的释放和细胞凋亡蛋白酶的激活。

2.6 维生素D 信号通路与心肌肥厚和心力衰竭

心力衰竭主要是由于心肌损伤后残存的心肌细胞及细胞外基质的病理性重构，包括心肌肥厚、纤维化等引起心脏收缩能力下降所致的泵功能异常，RAAS 系统和交感神经系统的激活在其中扮演了重要角色。维生素D 具有抑制RAAS 激活、抑制心肌重构等作用，其通过nVDR 介导靶细胞产生基因效应，也可以由mVDR介导非基因效应，对神经体液系统进行调节，从而发挥抑制病理性重构、增强心肌收缩功能的作用。nVDR 是核受体超家族成员，属于配体依赖性核转录因子。目前发现，nVDR 几乎存在于所有心血管组织细胞中，包括血管平滑肌细胞、血管内皮细胞和心肌细胞等。nVDR激活后能与DNA 上的VDR 反应元件结合，引起靶基因的表达和转录。通过对新生大鼠心肌细胞的体外研究发现，维生素D 能够减缓心室心肌细胞的增殖，阻止由内皮介导的心肌细胞增殖和肥大相关基因的转录。体内研究发现，VDR 缺乏的小鼠会出现左心室心肌细胞肥大和心房钠尿肽水平的显著升高，且这种异常可以通过卡托普利的治疗而逆转。机制研究发现，VDR敲除小鼠其组织金属蛋白酶抑制物（tissue inhibitor ofmatrix metalloproteinases，TIMPs）的表达低于正常野生型小鼠，基质金属蛋白酶-2 和基质金属蛋白酶-9 上调，导致心肌组织重塑、胶原沉积及纤维化。给野生型大鼠喂食骨化三醇后，心肌肌丝收缩减慢、舒张增快；相反地，VDR 基因敲除大鼠心肌收缩和舒张速率增加，提示维生素D 能够改善心肌收缩及舒张功能。临床研究也发现，充血性心力衰竭（心功能分级＞Ⅱ级）患者血25-(OH)D 水平与N-末端心房利钠肽前体水平呈负相关（r2= 0.12，P< 0.01）。但一项纳入了7 项随机对照试验的Meta 分析，却未发现补充维生素D 对心脏功能（左室射血分数、N- 末端心房利钠肽前体水平和6 min 步行距离）的改善。

2.7 维生素D 信号通路与缺血性心脏病

维生素D 信号通路在缺血性心脏病中的作用仍不明确。笔者所在课题组发现， 在缺血-再灌注小鼠心肌细胞中内源性VDR 明显升高。VDR 激动剂（天然激动剂骨化三醇或合成激动剂帕立骨化三醇）能显著减少心梗面积，提高心肌对于氟脱氧葡萄糖（fluorodeoxyglucose，18F-FDG） 摄取， 阻止缺血再灌注引起的左室射血分数下降。进一步机制研究发现，VDR 受体激活能通过直接抑制靶基因金属硫蛋白（metallothionein，MT）的表达，从而减少缺血心肌氧化应激，抑制缺血再灌注引起的内质网应激、线粒体功能障碍和自噬功能障碍，对于缺血心肌保护具有重要意义。

在Health Professionals Follow-up Study 病例对照研究（n=18 225）中，低水平的25-(OH)D（≤ 37.5 nmol · L-1）与急性心肌梗死的风险增加相关。在另一项大规模病例对照研究中，即使校正已知的心肌梗死危险因素，严重维生素D 缺乏仍然与急性心肌梗死密切相关。Brøndum-Jacobsen 等按照25-(OH)D 水平对10 170名受试者进行分组，发现低维生素D 水平者的缺血性心脏病风险增加40%，急性心肌梗死风险增加64%，早期死亡风险增加57%，致死性缺血性心脏病/心肌梗死风险增加了81%。Ng 等对1 259 名急性心肌梗死患者的研究发现，血浆25-(OH)D3 水平是除去死亡之外的主要不良心血管事件的独立预测因子。Arnson等对急性心肌梗死住院患者给予短期补充维生素D，剂量为4 000 IU，持续5 d，结果发现短期维生素D 治疗能够有效抑制急性冠脉事件后循环中炎症细胞因子（VCAM-1、C 反应蛋白、IL-6）的增加。Anderson 等对Intermountain Healthcare 数据库进行前瞻性分析，发现维生素D 缺乏与糖尿病、高血压、高脂血症和外周血管疾病的发生高度相关（P ＜ 0.000 1）；即使不合并其他危险因素但严重维生素D 缺乏患者，其发生糖尿病、高血压和高脂血症的可能性也显著上升，并与冠心病、心肌梗死、心衰和卒中的发生高度相关（P＜0.000 1）。

3 结语与展望

未来对于维生素D 与心血管疾病的研究需要注意以下几点：1）25-(OH)D 测量方法的选用，目前使用较多的是酶联免疫法，而液相色谱串联质谱法使用较少，后者不仅精度高，而且能测定酶联免疫法无法测定的维生素D2、维生素D3，对于临床补充维生素D 的种类能进行准确指导；2）维生素D 与药物之间的作用，例如他汀类药物可能会增加体内25-(OH)D 水平，应用某些利尿剂时补充维生素D 可能会引起高钙血症、甲状旁腺功能亢进等情况；3）25-(OH)D 水平测定结果能够反映维生素D 缺乏状态，但不能反映VDR 的活化状态；4）不同的VDR 激活剂所产生的效应可能不同；5）心血管疾病是一种异质性疾病，每个人的病因及具有的危险因素各不相同，对维生素D 等药物的反应也可能不同。

综上所述，维生素D 缺乏与高血压、糖尿病、高血脂、免疫炎症、血小板活化及内皮功能障碍等心血管疾病的危险因素广泛关联，维生素D 及其受体在代谢性心血管疾病的发生进展中起重要作用。随着维生素D及其受体信号通路在心血管疾病发病和进展中作用研究的不断深入，靶向作用于维生素D 受体信号的药物或可成为心血管药物研发的候选之一。

[ 专家介绍] 卜军：上海交通大学医学院附属仁济医院心内科主任医师、博士生导师。教育部长江学者特聘教授、国家杰出青年基金获得者。专注于冠心病事件链机制及干预的临床与转化医学研究，主要研究方向为核受体与心血管疾病，研究成果先后被写入国际心血管内科学教科书和中国急性心肌梗死指南等，是TCT、CRT、EuroCHORUS、TCT-AP 等国际心血管大会的国际主席团成员，作为主要完成人获教育部科技进步一等奖（2016）、上海市医学科技一等奖（2015）、中华医学科技二等奖（2013）、教育部科技进步二等奖（2012）等。

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