维生素D在脓毒症中的作用及机制
维生素D是一种脂溶性类固醇激素，其主要功能是调节钙、磷酸盐代谢和骨质稳态。此外，维生素D通过对免疫系统进行调节，具有促进机体对病原微生物的清除、增强机体免疫耐受、减轻机体炎症反应、减少组织损伤等作用。脓毒症被定义为宿主对感染的反应失调导致的危及生命的器官功能障碍[1]。目前已有许多研究证实维生素D对脓毒症的发生发展具有保护作用。现对维生素D在脓毒症中的作用及可能机制进行综述。
维生素D是高等动物必需的脂溶性类固醇激素，包括维生素D2和维生素D3两种主要形式。维生素D2由紫外线照射植物中的麦角固醇产生，只能通过外源饮食摄取；维生素D3主要由高等动物的表皮和真皮层内的7-脱氢胆固醇经紫外线照射产生，是人体中维生素的主要来源[2]。而活性维生素D的形式需要经过二步活化才能形成：首先，维生素D在肝脏通过微粒体中单氧化酶系统的作用形成25-羟维生素D〔25（OH）D〕；然后，随循环进入肾脏，再在25-羟维生素D-1α-羟化酶（即1α-羟化酶，CYP27B1）的作用下转化为具有活性的1，25-二羟维生素D〔1，25（OH）2D〕[3]。活性维生素D可通过与机体细胞内的维生素D受体（VDR）结合而调控靶基因的转录和表达，从而介导复杂的生物学功能，包括维持机体钙磷代谢平衡以及调节免疫反应等[4]。25（OH）D在血中浓度较高，血浆清除速度较慢、稳定性好，半衰期长达2～3周，其血清浓度通常被作为衡量维生素D水平的指标，在一定程度上也可以反映1，25（OH）2D的水平。根据美国内分泌学会制定的标准，维生素D充足定义为在冬末或早春测量血清25（OH）D水平≥30 μg/L，维生素D不足定义为血清25（OH）D水平20～29 μg/L，维生素D缺乏定义为血清25（OH）D水平<20 μg/L[5]。
2 维生素D缺乏与脓毒症关系的研究现状
尽管现代医学取得了重大进展，但脓毒症仍然是世界范围内的一个主要医疗负担。近年来研究者发现，脓毒症患者普遍存在维生素D缺乏或不足，血清维生素D水平与患者感染风险和预后显著相关。因此，维生素D与脓毒症之间的关系引起了越来越多的关注。
2.1 脓毒症患者普遍存在维生素D缺乏或不足：
西方国家报道，在危重患者中，维生素D缺乏的发病率为38%～93%[6]。一项回顾性研究显示，437例重症加强治疗病房（ICU）成人患者中维生素D缺乏、维生素不足和维生素D充足的发生率分别为77.8%、16.9%、5.3%，其中脓毒症和脓毒性休克患者血清25（OH）D水平为（13.2±9.2）μg/L[7]。另一项针对24例成人脓毒症患者及20例健康人群的研究显示，脓毒症患者血清25（OH）D水平为（16.0±8.5）μg/L，明显低于健康对照者（26.0±7.6）μg/L（P<0.001）[8]。
2.2 维生素D缺乏影响脓毒症患者预后：
尹冰如和钱素云[9]发现，维生素D缺乏与感染风险增加以及感染加重有关。两项荟萃分析显示，维生素D水平较低的受试者发生脓毒症的风险增加[10,11]。Ginde等[12]发现，急诊科81例疑似感染的住院患者中有79%血清25（OH）D水平低于30 μg/L，感染24 h后发展为严重脓毒症的比例显著高于维生素D水平正常者（67%比29%，P＝0.005），且引发多器官功能障碍的风险明显增加（P＝0.02），序贯器官衰竭评分（SOFA）>2分的比例显著增高（63%比29%，P＝0.02）。一项针对136例入住ICU退伍军人的研究显示，血清25（OH）D水平>20 μg/L者生存率显著提高，当血清25（OH）D水平<20 μg/L时，ICU住院时间增加了2倍[13]。另一项纳入110例严重脓毒症患者的前瞻性研究表明，维生素D缺乏者占75%，其30 d住院病死率显著升高[6]。Moromizato等 [14] 研究表明，入院前维生素D缺乏是危重患者短期和长期死亡率及血培养阳性的重要预测因子。De Pascale等 [15] 研究表明，25（OH）D3<7 μg/L可以作为脓毒症相关病死率的预测因素。
2.3 维生素D干预改善脓毒症患者预后：
临床研究已经验证了维生素D在预防和控制呼吸道感染中的作用，而呼吸道感染是脓毒症最常见的感染来源[16]。研究表明，给予严重维生素D缺乏的危重患者高剂量维生素D治疗，可大大降低住院病死率[17]。Amrein等[18]对1993至2011年住院的4 344例成人患者进行回顾性队列研究，结果显示，对于初始25（OH）D<20 μg/L的患者，住院前维生素D状况改善可降低住院后30 d全因病死率。由此可见，维生素D水平影响脓毒症的发生发展及预后，可能成为治疗脓毒症的潜在新型药物。
3 维生素D在脓毒症中的免疫调节作用免疫系统细胞（B细胞、T细胞和抗原呈递细胞）均表达羟化酶，能够合成活性维生素D。此外，几乎所有免疫细胞中都存在VDR，包括中性粒细胞、活化的CD4+ T细胞、CD8+ T细胞、B细胞及抗原呈递细胞[19]。由此表明，维生素D可通过调节免疫系统功能在脓毒症患者中发挥作用。
3.1 对固有免疫的调节：
维生素D能促进单核细胞分化为成熟巨噬细胞，诱导巨噬细胞对病原微生物及肿瘤细胞产生杀伤作用[20]，其机制涉及抗菌肽CAMP上调，抗菌肽在呼吸道、结肠上皮、唾液及皮肤等屏障部位高表达，为先天免疫系统应对感染性损伤提供重要的一线防御机制[8]。人抗菌肽基因编码一种相对分子质量为18 000的前肽（hCAP18），该前肽位于中性粒细胞的次级颗粒中，通过蛋白水解为成熟的抗菌肽LL-37，杀灭入侵的病原体[21]。LL-37对包括革兰阴性菌、革兰阳性菌、真菌和分枝杆菌在内的广谱病原体均有效。LL-37还具有驱化免疫细胞至感染部位，以及破坏假单胞菌生物膜的作用[22]。Sadeghi等[23]研究表明，ICU患者血清LL-37水平与25（OH）D水平呈显著正相关。维生素D与VDR结合，通过激活抗菌肽基因转录而上调抗菌肽LL-37的表达[24]。进一步探究维生素D刺激抗菌肽产生的机制发现，维生素D可以增加Toll样受体（TLR）的表达。TLR2/1的激活诱导VDR和基因CYP27B1表达，TLR2/1-25（OH）D3复合体刺激抗菌肽蛋白的表达，从而增强单核细胞抗菌的活性[24]。TLR2及TLR4高表达与脓毒症的发生发展也存在一定关联性。Sadeghi等[23]研究发现，1，25（OH）2D能下调人单核细胞TLR2、TLR4表达，从而减轻革兰阴性菌细胞壁内毒素的炎症损伤作用。维生素D可能有助于促进适当的先天免疫反应，同时防止先天免疫反应过度复杂和与之相关的组织损伤。
3.2 对适应性免疫的调节3.2.1 调节树突细胞产生免疫耐受：
树突细胞是最主要的抗原呈递细胞，是启动特异性免疫应答的初始环节。1987年首次提出纯化组织的树突细胞表达VDR。有研究显示，维生素D干预可减少树突细胞表面的共刺激分子CD40、CD80、CD86表达，表明维生素D可有效抑制树突细胞的成熟与分化，从而增加免疫耐受[25]。1，25（OH）2D已被确定为抑制树突细胞分化和成熟的主要因素，其作用取决于与VDR的结合。Hewison等[26]研究发现，随着树突细胞的分化成熟，CYP27B1表达逐渐升高，但VDR表达下降，维生素D对成熟树突细胞的作用弱，局部产生的维生素D通过旁分泌方式允许抗原呈递给初始T细胞，这样既可允许诱导初始T细胞反应，又可避免T细胞过度刺激。此外，维生素D还可通过增加白细胞介素-10（IL-10）的表达，从而加速树突细胞的凋亡，减轻机体的免疫损伤[27]。因此，维生素D在树突细胞的成熟分化及凋亡中具有重要作用。
3.2.2 调节T细胞的功能：
静止的T细胞表达的VDR水平几乎无法检测到，但受体水平随着抗原激活后T细胞的增殖而增加[28]。辅助性T细胞1和2（Th1和Th2）是CD4+效应T细胞的两个子集，Th1主要与细胞免疫反应密切相关，Th2与体液介导免疫有关。1，25（OH）2D通过抑制细胞因子γ-干扰素（IFN-γ）减少Th1介导的组织损伤，增加Th2细胞因子IL-4、IL-5和IL-10等抗炎因子，从而促进T细胞由Th1向Th2转化[29,30]。Th17细胞是一类与器官特异性自身免疫相关的CD4+ T细胞，它可通过分泌IL-17产生促炎作用，引起组织损伤。维生素D可下调Th17从而减少IL-17分泌[31]。研究表明，维生素D在转录水平上直接抑制IL-17的表达[32]。1，25（OH）2D诱导调节性T细胞分化并增强其免疫耐受功能，直接抑制T细胞的增殖和向淋巴结迁移[33]。此外，活性维生素D激活VDR可上调抗炎细胞因子IL-10和IL-4的产生，促进抑制性T细胞表达，从而关闭适应性免疫反应[34]。
3.2.3 调节B细胞的功能：
除了对T细胞的调节作用外，人类B细胞也表达VDR和编码维生素D活性酶的mRNAs，如CYP27B1和24-羟化酶[35]。研究表明，维生素D可与B细胞表面的VDR特异性结合，直接调控B细胞增殖[36]和免疫球蛋白[35]产生。随后的研究表明，1，25（OH）2D抑制B细胞增殖和免疫球蛋白产生的能力都是由Th细胞间接介导的[37]。维生素D还可抑制活化的B细胞分化为浆细胞及记忆性B细胞[38]。因此，在脓毒症中，维生素D可能通过抑制过度的免疫应答反应，降低过度的炎症反应和减轻组织损伤，从而起到保护作用。
4 对炎症反应的调节在脓毒症起始阶段，机体释放大量的促炎因子，包括肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、IFN-γ、IL-6、IL-33和IL-12。随着疾病进展，免疫抑制逐渐出现，表现为巨噬细胞失活、抗原呈递能力下降、淋巴细胞增殖抑制，机体释放大量的抗炎细胞因子，局部产生生物活性1，25（OH）2D已被证明可下调IL-1、IL-2、IFN-γ、TNF-α、IL-6、IL-8、IL-12等促炎细胞因子表达[39]。活性维生素D激活VDR可促进抗炎细胞因子IL-10和IL-4的生成[40]。此外，Yu等[41]研究表明，1，25（OH）2D通过降低核转录因子-κB（NF-κB）在T细胞胞质和胞核中的蛋白表达，对NF-κB起到抑制作用。
5 对内皮细胞的保护作用
脓毒症的血管改变是一种重要的病理生理机制，血管内皮细胞在血管床上构成一个连续的半透性屏障，感染性休克时，内皮屏障功能受损。内皮细胞的细胞连接，如血管内皮钙黏附素和闭合带被破坏，导致蛋白和溶质外渗，引起间质水肿，保护内皮屏障功能是脓毒症患者治疗的重要途径。Lee等[42]证实，帕立骨化醇（维生素D2的类似物）通过调控NF-κB通路抑制TNF-α诱导的内皮细胞黏附分子〔细胞间黏附分子-1（ICAM-1）和血管细胞黏附分子-1（VCAM-1）〕及趋化因子（fractalkine）的表达增加，在脂多糖（LPS）诱导的心肌炎症小鼠模型中，帕立骨化醇预处理可阻止LPS诱导的ICAM-1的表达、磷酸化p65和心肌TNF-α的增加，减轻内毒素引起的心肌微血管渗漏。维生素D及其代谢产物〔25（OH）D和1，25（OH）2D〕可直接作用于内皮，以稳定血管屏障结构和功能，从而减少血管泄漏到周围组织[43]。低血清25（OH）D水平已被证明是慢性肾脏病内皮功能受损的独立预测因子[44]。
6 对一氧化氮（NO）的调节作用
维生素D诱导内皮生成NO，且呈浓度依赖性[45]。对小鼠而言，体内和体外研究都提供了强有力的证据，证明巨噬细胞可以通过NO依赖性途径杀死各种分枝杆菌，包括结核分枝杆菌[46]。Rockett等[47]观察到1，25（OH）2D在巨噬细胞样HL-60细胞株（人骨髓母细胞株）中可通过诱导NO的产生抑制结核分枝杆菌的生长。
7 VDR的基因多态性
VDR基因位于12号染色体长臂上（12q13.11），VDR基因多态性酶切位点分别为FokⅠ、TaqⅠ、BsmⅠ和ApaⅠ。研究报道，VDR的基因多态性与免疫性疾病（如1型糖尿病、系统性红斑狼疮）、哮喘、肿瘤等相关[43,48,49,50]。2017年Zeljic等[51]首次证实，VDR FokⅠ基因（rs2228570）位点CC基因型与TT基因型相比，可以增加脓毒症风险〔优势比（OR）＝13.396，P＝0.000 009〕；单因素Logistic回归分析显示，VDR FokⅠ多态性与脓毒症患者28 d病死率增加有关。
8 结 语
尽管现代医学取得了重大进展，但仍然缺乏有针对性的药物干预来治疗和改善脓毒症预后。大量的基础及临床研究均证实了维生素D在脓毒症防治中的作用，维生素D作为"一级预防""急性干预"或"二级预防"的潜在作用界定尚不十分清楚，希望后续更大样本的前瞻性临床对照研究能够证实，补充维生素D治疗将有助于维生素D缺乏患者预防脓毒症，并成为脓毒症及脓毒性休克的有效治疗手段。
来源: 杨晨, 刘瑜, 万文辉. 维生素D在脓毒症中的作用及机制 [J] . 中华危重病急救医学,2019,31( 9 ): 1170-1173. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-4352.2019.09.024
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