維生素D 調控腫瘤發生發展的研究進展

張 梅 朱鳳琴 王君萍 高 杉

維生素D（vitamin D，VD）是一種可從食物中獲得的脂溶性維生素，同時體內膽固醇可被氧化為7-脫氧膽固醇，后者經紫外線照射轉變成VD。它是一種強效類固醇激素的前體，在肝臟和腎臟經過代謝后合成具有生物活性的骨化三醇，骨化三醇與維生素D 受體（vitamin D receptor，VDR）結合，發揮多種生物學效應，不僅調節體內鈣磷代謝，且廣泛參與細胞代謝和組織功能的調節。VD 還具有骨骼外的健康效應，其在抗腫瘤方面中的研究受到越來越多的關注，可調控腫瘤的發生、轉移以及腫瘤細胞與微環境間的相互作用，調控機制包括細胞增殖、分化、凋亡、自噬、上皮-間充質轉化、血管生成、抗氧化、炎癥和免疫微環境等[1］。本文將重點闡述VD 對表觀基因組學、轉錄組學、免疫學的影響，探索VD 信號途徑在癌癥發生發展中的分子機制及其作為藥物靶點的潛在價值。

1 VD及其受體的作用

VD 是一種脂溶性化合物，天然存在形式主要有兩種：麥角鈣化醇（VD2）和膽鈣化醇（VD3）。人體中的VD 主要來源于皮膚在紫外線照射下合成。在此過程中，皮膚中的7-脫氫膽固醇在紫外線輻射下轉化為VD3的非活性前體，該前體隨后在肝臟中被25-羥化酶催化，形成25-羥基VD（25-OHD3），這是VD 在人體中主要的循環形式。25-OHD3在腎臟中經1α-羥化酶作用進一步轉化為生物活性最高的維生素D 代謝物——骨化三醇[1，25（OH）2D3］，它是轉錄因子VDR 的高親和力配體[2］。

VDR 屬于核受體家族，具有與其他核受體相似的特性。結合了配體[如1，25-（OH）2D3］的VDR 與維甲酸X 受體（retinoic acid X receptor，RXR）結合，形成二聚體后轉移到細胞核，后者在核內與VD 反應元件（VD response element，VDRE）結合于特定基因啟動子區，從而調控相關基因的轉錄[3］。1，25-（OH）2D3通過VDR 影響人類基因組中約10 000 個位點，進而調控大約1 000 個靶基因的轉錄[4-5］。然而，并非所有VDR 的結合位點都直接影響基因表達。VDR 也可被表觀遺傳修飾，這種機制可以調控基因表達，但不涉及DNA 序列的改變，體現VDR 在基因表達調控中的復雜和多樣性[6-7］。

2 VD信號通路的表觀遺傳學基礎

表觀遺傳在調節VD 信號通路中扮演著關鍵角色，影響VD的代謝和功能，主要的表觀遺傳機制包括DNA 甲基化和組蛋白的甲基化、乙?；?、磷酸化或泛素化修飾。例如，啟動子區域CpG 島的胞嘧啶殘基甲基化通常導致基因沉默，而組蛋白的甲基化和乙?；揎梽t調節染色質的構象，影響轉錄因子對特定基因結合位點的訪問性。此外，VD 的代謝過程受到多種酶的調控，如CYP2R1、CYP24A1 和CYP27B1 等[8］，這些酶的表達受VDR 與VDREs 的結合及其后的轉錄激活所調控[9］。VDREs 的表觀遺傳修飾（如乙?；┮约吧鲜龃x酶啟動子區域CpG 島的甲基化修飾，直接影響這些代謝酶的表達，進而影響VD 的血清水平[10-11］。因此，VD 信號通路和其代謝過程的調節深受表觀遺傳因素的影響（見圖1）。

圖1 VD的表觀基因組與轉錄組調節作用

3 VD信號通路對轉錄組學的影響

VD 的作用涉及細胞多種生物學行為，如細胞周期進展、細胞凋亡、細胞黏附和氧化應激等。VD 可以通過觸發細胞周期抑制劑（cell-cycle inhibitors，CDKN1A）的表觀遺傳變化，激活相關基因的轉錄，這些基因編碼的蛋白質與細胞周期蛋白依賴性激酶（cyclin-dependent kinases，CDK）復合物結合，從而抑制細胞周期，導致細胞生長停滯[12］。VDR 也在多聚蛋白復合物中調節轉錄，控制受體結合區域及更廣泛靶基因位點的表觀遺傳狀態。許多轉錄激活蛋白質，如組蛋白乙?；窩BP/p300 和轉錄共激活因子SNW1/NCOA62[13］，參與VDR 復合物的形成。VDR 的蛋白相互作用具有多樣性，例如，共激活因子SNW1 可以作為剪接因子或調節蛋白激酶SRPK1 的活性。VDR 復合物還與mRNA和microRNA（miRNA）的激活有關，這些轉錄組共同調控蛋白編碼基因的表達和表型，且配體激活的VDR 也能抑制某些miRNA 的表達。因此，VDR、mRNA 和miRNA 之間存在多層次的共同調控和相互依賴關系，這些關系影響最終的基因表達和細胞表型。

4 VD信號通路對免疫系統的影響

VD 對免疫系統的調節是其關鍵的骨外功能之一[14-15］。VD影響免疫細胞的生長、分化、激活/去活化及凋亡，且免疫細胞和癌細胞共享某些信號轉導途徑和生長機制[16-17］?？乖碳ひl的信號傳導級聯過程在免疫細胞生長中起著關鍵作用，這一過程也涉及表觀遺傳調控。

在巨噬細胞的分化中，1，25（OH）2D3通過VDR-PPARγ 途徑上調白細胞介素-10（interleukin-10，IL-10）的表達，抑制M1型巨噬細胞的活化，同時促進M2 型巨噬細胞的活化，后者具有抗炎特性[18］。因此，VD 在某些情況下可能結合其抗炎和免疫抑制功能以及促進腫瘤生長的效應。此外，VD 作為適應性免疫的調節劑，能夠減少輔助T 細胞（helper T cell，TH1）的數量，同時增加TH2 細胞和調節性T 細胞（regulatory T cells，Treg）的數量。人體干預試驗表明，VD3 補充在西方飲食背景下會增加結腸細胞中炎癥基因的表達，而額外補充鈣質可逆轉此效應[19］，這可能解釋了充足的VD 水平結合高鈣攝入與降低結直腸癌風險的相關性。綜合來看，VD 在免疫調節中的多方面作用使其成為腫瘤免疫治療的潛在輔助手段。見圖1。

5 VD信號通路調控腫瘤機制

5.1 VD和結直腸癌（colorectal cancer，CRC） CRC 是全球最常見的惡性腫瘤之一，在全球發病率中排名第三，死亡率排名第二。研究表明，VD 缺乏與CRC 的高發病率和/或死亡率有關[20］。大多數原發性結直腸腫瘤及高達96%的轉移性CRC 含有激活WNT/β-連環蛋白信號通路的基因突變[21］。VD 通過誘導細胞核內VDR 與β-連環蛋白結合，從而阻止轉錄活性TCF7L2/β-連環蛋白復合物的形成。此外，VD 上調鈣黏蛋白1（cadherin 1，CDH1），吸引新合成的β-連環蛋白，并誘導Dickkopf-1（WNT 信號通路抑制劑，DKK1）的失活[22］。VD 也通過直接抑制細胞周期調節因子MYC 基因和間接通過WNT/β-連環蛋白通路的抑制[23］，發揮抗增殖作用。在CRC 中，VD 還誘導上皮分化表型[24］，通過上調CDH1 基因促進細胞間的強黏附，降低細胞的增殖能力。值得注意的是，大多數晚期CRC 病例不表達VDR 基因，可能因為轉錄因子SNAI1 和SNAI2 的上調，它們結合并阻斷VDR 啟動子區域。這提示VDR 激動劑在CRC 的早期預防中可能更為重要。

5.2 VD 和乳腺癌（breast cancer， BC） BC 是女性最常見的惡性腫瘤，位居女性惡性腫瘤發病率首位，對女性的身心健康構成嚴重威脅。流行病學研究顯示，VDR 的表達與BC 的侵襲性負相關[25-26］。但由于乳腺癌的異質性（包括不同的病理和遺傳亞型），這一發現仍有爭議。1，25-（OH）2D3對BC 細胞有抗增殖作用，通過抑制生長刺激信號及相關基因（如MYC 和CDK）發揮作用。它還能促進凋亡，這與凋亡調節蛋白BCL2 家族有關。此外，1，25-（OH）2D3通過誘導CDH1 基因的表達和抑制CDH2和CDH3 基因的表達，促進乳腺腫瘤細胞形成非侵襲性的上皮表型[27］。1，25-（OH）2D3還能影響RAS/MEK/ER 信號通路，從而影響細胞增殖和凋亡[28］。在乳腺癌細胞系MCF7（ER+）和MDA-MB-453（ER-）中，1，25-（OH）2D3降低RAS 表達并促進MEK 和ERK1/2 的磷酸化，而上調RAS 表達則消除其抗增殖作用[29］。1，25-（OH）2D3還對細胞代謝產生影響，例如增加MCF7細胞內絲氨酸和活性氧水平，并激活AMP 激酶（AMP kinase，AMPK）信號。乳腺脂肪組織中VDR 的缺失增加了乳腺上皮密度[30］，突顯了脂肪細胞和上皮細胞間VDR 信號轉導在乳腺發育和癌變中的重要性。因此，1，25-（OH）2D3對人類乳腺癌干細胞的作用仍需進一步研究。

5.3 VD 和前列腺癌 前列腺癌是男性生殖系統中最常見的惡性腫瘤，其發病率隨年齡增長而上升。流行病學研究顯示，前列腺癌的發生與種族和家族遺傳因素相關。與結直腸癌或乳腺癌相比，VD 與前列腺癌之間的相關性尚未充分證實。盡管一些研究發現循環中25-（OH）D3水平與前列腺癌風險或死亡率直接相關，但也有研究表明高水平的25-（OH）D3可能與增加的風險相關[31］，這導致了薈萃分析結果的不確定性。1，25-（OH）2D3在前列腺癌中不僅具有抗增殖和凋亡致敏作用，還調節COX-2 和前列腺素途徑的其他基因，能夠直接或間接地抑制炎癥及COX-2 的表達和活性。此外，1，25（OH）2D3在前列腺癌細胞中激活代謝酶如CYP3A4、CYP3A5、UGT2B15/17 和SULT2B1，降低有絲分裂原的雄激素的可用性。鑒于前列腺癌的復雜激素調節和多種細胞類型，VD 在前列腺癌中的具體機制和潛在應用價值仍需進一步研究。

5.4 VD 和血液系統惡性腫瘤 血液系統腫瘤在惡性腫瘤中的發病率和病死率均較高，位居前十位。這類腫瘤因其臨床表現多樣和分類復雜，早期診斷率較低，治療也更具挑戰性。血液惡性腫瘤患者通常具有較低的VD 水平，并且預后較差[32］。VD 通過其活性形式1，25-（OH）2D3作用于VDR，在白血病和淋巴瘤等血液惡性腫瘤中發揮抗增殖、促進凋亡和誘導分化的作用。此外，1，25-（OH）2D3能減少促炎細胞因子的產生。在白血病和淋巴瘤細胞中，常見的Janus 激酶（Janus kinase，JAK）信號轉導和轉錄激活子（signal transduction and activators of transcription，STAT）信號通路過度激活，而1，25-（OH）2D3能降低這一通路的活化。尤其在人類原髓細胞白血病HL60 細胞中，1，25-（OH）2D3處理能促進主要中性粒細胞前骨髓細胞系的分化，同時導致單核-巨噬細胞通路增殖減少和分化增強，這可能與上調轉錄因子CEBPD 的表達有關。在斑馬魚模型中，VD 調節胚胎造血干細胞數量，可能通過誘導C-X-C 趨化因子配體CXCL8 的活化實現。這表明VD 在造血干細胞的生長和髓系細胞的分化中起到關鍵作用。見表1。

表1 VD調控的關鍵代表性過程及參與的腫瘤類型

6 靶向VD信號傳導通路的小分子藥物

雖然缺乏隨機臨床實驗的數據，但多項流行病學、臨床前和體外實驗研究均支持激活VD 信號作為癌癥預防和治療的有效策略。在臨床應用中，1，25-（OH）2D3需要較高劑量以達到治療效果，但這同時增加了患者患高鈣血癥的風險[46］，限制了其作為腫瘤治療藥物的應用。為降低治療過程中的副作用，這些類似物的結構改變包括加入不飽和鍵、重新定位C20 側鏈、改變側鏈長度，以及側鏈的氟化等（表2）。例如，Medioni 等[46］進行的TX522 的I 期和Ⅱ期臨床試驗確定了每日4 000 μg 的最大耐受劑量，這一劑量被證實是安全的，并且能將高鈣血癥維持在正常范圍內。然而，在癌癥治療方面，盡管I 期和Ⅱ期試驗顯示有限的抗腫瘤活性，仍存在諸多未解決的問題，如確定最大耐受劑量、最佳生物劑量、最佳治療方案以及對可用VD 配方的藥物動力學關注等。因此，為了提高療效和減少副作用，有必要設計和合成更高效且降低鈣化活性的VD 類似物，這些努力將有助于提高VD 在癌癥治療中的應用潛力。

表2 已上市和正在臨床試驗中的VD類似物

7 總結與展望

本文綜述了VD 信號通路對表觀遺傳學、轉錄組學和腫瘤免疫微環境的影響。在腫瘤微環境中，VD 水平影響腫瘤細胞、免疫細胞等多種細胞類型。雖然VD 的調控機制已經部分闡明，但鑒于腫瘤微環境的復雜性，未來研究需更加深入和全面地探討VD 對腫瘤微環境的具體調控作用。理解VD 在腫瘤微環境中的作用對于臨床應用至關重要。這不僅關乎VD 是否能靈活應用于臨床治療，也涉及VD 是否能與其他針對腫瘤微環境的藥物聯合使用。深入研究VD 在腫瘤微環境中的作用將有助于開發新的治療策略，提高癌癥治療的效果。