維生素D 在慢性疼痛中的調控作用及機制研究進展 *

楊濟瑋 尤浩軍 雷 靜△

（1 延安大學感覺與運動疾病轉化醫學研究中心，延安 716000；2 延安市運動康復醫學重點實驗室，延安716000）

作為嚴重的公共衛生問題，慢性疼痛影響著超過30%的世界人口。隨著人類壽命延長和全球老齡化趨勢加劇，慢性疼痛易患人群增多，有效治療慢性疼痛已經成為迫切需要解決的問題。然而慢性疼痛的病理生理學機制復雜，其發生機制尚未完全清楚，臨床傳統藥物治療[1,2]對慢性疼痛的療效有限，還可能引發病人的不良反應和濫用風險。近年來可起到鎮痛作用的營養補充劑越來越受到研究人員的關注，因其安全有效，營養補充劑療法已逐漸成為重要的疼痛干預手段之一。

維生素D 是一種人體必需的脂溶性維生素，現也被認為是大腦中一種多效性神經類固醇[3]，由皮膚、腎臟和肝臟在體內合成，以自分泌和旁分泌方式發揮作用[4]，其在體內的主要儲存形式是血清25-羥維生素D (25-Hydroxyvitamin D, 25(OH)D)。維生素D 主要在機體鈣穩態和骨代謝中起重要作用。此外，越來越多的研究揭示了維生素D 的其他功能，包括調節細胞增殖和分化，影響免疫反應，調節大腦發育和參與認知、記憶、情緒行為等。有研究表明，維生素D 缺乏可能與心血管疾病、自身免疫性疾病和腫瘤等多種疾病有關，補充維生素D可能在糖尿病和神經系統疾病的發展中發揮積極作用[5,6]。值得注意的是，多項基礎和臨床研究的結果顯示，維生素D 在疼痛的感知和調控中也具有重要意義。動物實驗中，低維生素D 濃度飲食會導致小鼠出現機械痛敏和脊髓神經元敏化[7]；而補充維生素D3可顯著減輕坐骨神經慢性壓迫性損傷(chronic constriction injury, CCI)大鼠和關節炎大鼠的機械性痛覺敏感[8]；且持續補充維生素D 21 天可有效減少CCI 大鼠的疼痛行為評分[9]。同樣，臨床研究發現，慢性疼痛與低水平維生素D 之間具有相關性[10]，補充維生素D 可降低特異性、非特異性肌肉骨骼疼痛及糖尿病周圍神經病理性疼痛等不同疼痛類型病人的疼痛評分，減輕病人的疼痛程度、改善其生活質量[11,12]；Basit 等[13]發現，單次肌肉注射600,000 IU維生素D3可以顯著緩解慢性疼痛病人的疼痛癥狀，提示維生素D 可作為慢性疼痛的潛在治療方式。迄今，國內外相關研究多聚焦于維生素D 對慢性疼痛的有效程度，而維生素D 對慢性疼痛發生與維持的影響機制尚未完全明確。本文將基于目前維生素D 對慢性疼痛調控作用及相關機制的基礎和臨床研究予以相應綜述，為慢性疼痛的臨床管理提供新思路。

一、維生素D 及其受體

維生素D 是維持人體多種功能所必需的微量營養素，最常見的形式是維生素D3（膽鈣化醇）和維生素D2（麥角鈣化醇）。維生素D 主要由人體皮膚中7-脫氫膽固醇經紫外線B 波段照射轉化合成而來，少部分從食物或補充品中攝入。其本身無生物活性，不能被機體直接利用，需要在體內先后經過肝臟25-羥化酶和腎臟1α-羥化酶兩步羥化，轉化為活性形式1,25 雙羥維生素D3(1,25-Dihydroxvitamin D3, 1,25(OH)2D3)，即骨化三醇。1,25(OH)2D3是一種神經活性類固醇，可調節中樞神經系統的多種功能，在體內發揮抗炎和神經保護等生理作用。體內1,25(OH)2D3水平由CYP24A1 編碼的24-羥化酶調節，24-羥化酶是維生素D 代謝過程中的關鍵酶，可啟動1,25(OH)2D3分解過程，調節維生素D 局部濃度。維生素D 可劑量依賴性地增強CYP24A1 表達[3]，進而通過負反饋調節維持血鈣濃度穩定。維生素D 在皮膚內合成或從飲食攝入后，與血液中的特定轉運蛋白結合，運輸到肝臟后轉化為25(OH) D。血液中25(OH) D 水平比活性形式1,25(OH)2D3高約1000 倍[14]，其半衰期長，性質穩定，不受飲食、生活方式等因素影響，可反映人體內維生素D 含量與儲存水平，因此血清25(OH) D 濃度是臨床判斷機體維生素D 營養狀況的主要依據。

維生素D 可通過基因組和非基因組機制發揮作用，維生素D 受體(vitamin D receptor, VDR)是其作用的主要介質。維生素D 的基因組作用需要結合作為轉錄調節因子的VDR，結合后的VDR 與類視黃醇X 受體形成異源二聚體，該復合物易位到細胞核中后通過與特定的DNA 反應元件結合來調節基因的轉錄表達；非基因組作用是維生素D 通過跨膜信號轉導引起的快速生物學效應，包括激活信號分子和蛋白激酶導致第二信使的快速產生和離子通道的開放，與基因組交叉相互作用[15]。VDR 是親核蛋白，屬于配體活化轉錄因子的類固醇/核受體超家族成員，包含高度保守的DNA 結合域和配體結合域，在細胞核和細胞膜中均有表達，表現為核受體(nuclear vitamin D receptor, nVDR)和膜受體(membrane vitamin D receptor, mVDR) 兩 種 形 式，可分別介導維生素D 的基因效應和部分快速效應。胚胎組織中VDR 主要分布于核內，成年后VDR 在質膜上的存在則更為突出。VDR 廣泛分布于身體的不同細胞和組織，如腎小管上皮細胞、皮膚上皮細胞和腸組織等，此外，VDR 基因也可在背根神經節(dorsal root ganglion, DRG)神經元、脊髓和大腦等部位表達。成年嚙齒動物大腦中的VDR 存在于不同細胞類型中，包括神經元、星形膠質細胞和多個大腦區域的少突膠質細胞，表達VDR 的細胞位于多個大腦區域如皮質、杏仁核、丘腦和下丘腦等，且人腦中VDR 的分布模式與嚙齒動物存在密切的解剖學重疊[16]。但與經典的VDR 靶標（如腸道和腎臟）相比，大腦中的VDR 表達水平較低[17]，因此維生素D 在大腦中可能優先通過快速的非基因組途徑起作用。

二、維生素D 對慢性疼痛的調控作用

維生素D 對于緩解慢性疼痛的有效性及其潛在機制的爭論一直是關注的焦點[18]。有學者在納入的10 項研究中將維生素D 與安慰劑或活性對照組進行比較，表明補充維生素D 對于慢性疼痛的緩解效果可能并不優于安慰劑[19]。同時也有多項研究表明，慢性疼痛病人普遍缺乏維生素D。補充維生素D 可能對健康有益，且當前的臨床實踐仍然推薦維生素D 替代療法作為一種慢性疼痛輔助療法[20]。低維生素D 狀態與慢性疼痛發展相關，可預示慢性疼痛相關疾病的發病率增加。Chen 等[21]發現，帶狀皰疹后神經痛病人的自發性疼痛和觸痛與血清25(OH) D濃度間存在顯著負相關。低維生素D 水平與糖尿病周圍神經病變 (diabetic peripheral neuropathy, DPN)病人疼痛癥狀的發生之間存在聯系。Shillo 等[14]的研究證明，在調整年齡、體重指數、活動評分和陽光照射評分后，與無痛DPN 病人和健康受試者相比，痛性DPN 病人的血清25(OH) D 水平明顯較低，且疼痛評分最高的人群血清25(OH) D 水平最低。Gendelman 等[22]進行的隨機雙盲對照研究顯示，慢性肌肉骨骼疼痛病人的維生素D 缺乏癥患病率較高，且病人每日服用4000 IU 維生素D 及配合常規鎮痛方案3 個月后，其疼痛評分顯著降低，同時血清中腫瘤壞死因子-α (tumor necrosis factor, TNF-α)和前列腺素E2 (prostaglandin E2, PGE2) 等炎性生物標志物水平大幅下降。目前，關于補充維生素D 對慢性疼痛臨床療效的研究顯現出矛盾性結果，這種矛盾可能部分歸因于個體研究中維生素D 缺乏的程度、維生素D 缺乏的診斷、給予的補充劑量以及測量條件的可變性。

多項研究已經提出了維生素D 可能參與慢性疼痛的許多機制。維生素D 可激活多種信號轉導系統、調節大腦神經遞質和受體，包括影響阿片受體等特定疼痛信號通路改變傷害感受。Wojcikowski等[23]則認為維生素D 可參與疼痛傳遞的三級神經元調節慢性疼痛，在一級神經元，作為神經活性類固醇的維生素D 可調節神經元的興奮性，并可能通過降解前列腺素、抑制環氧合酶-2 (cyclooxygenase-2,COX-2) 表達等來降低感覺神經元的放電閾值；在二級神經元，維生素D 可下調星形膠質細胞和小膠質細胞中的TNF-α 從而抑制脊髓傳遞疼痛信號；Gaikwad 等[24]指出，維生素D 可能在減少組織炎癥方面發揮更重要的作用；研究顯示[25]維生素D可以抑制星形膠質細胞和小膠質細胞中誘導型一氧化氮合酶的合成，進而通過減少一氧化氮(nitric oxide, NO)的產生發揮濃度依賴性的抗炎作用，因而維生素D 可能通過刺激機體抗炎過程緩解疼痛感受。綜上所述，維生素D 的抗傷害感受作用可能涉及不同的機制。

三、維生素D 影響慢性疼痛發展的相關機制

1.阿片受體信號通路

阿片類藥物在調節疼痛行為和抗傷害感受方面至關重要，阿片肽及其受體在痛覺神經回路中廣泛分布。維生素D 可能在多個大腦區域調節阿片類藥物反應，如中腦腹側被蓋區中的VDR 與μ 阿片受體mRNA 之間存在顯著負相關，且維生素D 信號傳導缺失會誘發外源性阿片類鎮痛藥物使用劑量增加[26]。與維生素D 水平正常的圍手術期外科病人相比，維生素D 不足的病人增加阿片類藥物用藥時間和劑量的可能性更高。在此基礎上，Helde Frankling等[27]通過臨床研究表明，補充維生素D 的癌痛病人與接受安慰劑的病人相比，芬太尼的使用劑量顯著減少。Kemény 等[26]的實驗進一步證實了維生素D 水平與阿片類藥物使用劑量成反比且存在劑量依賴性關聯。此外，Kemény 等還發現阿片受體拮抗劑納曲酮的外周給藥逆轉了VDR 敲除小鼠熱痛覺閾值升高的現象，而外周注射甲基納曲酮（外周作用類阿片受體拮抗劑，甲基化形式的納曲酮不穿過血腦屏障，因此僅在外周阻斷阿片受體）沒有產生相同作用，表明維生素D 信號缺失會通過中樞阿片受體信號傳導影響傷害感受閾值。Poisbeau 等[8]基于前期動物實驗結果，進一步對DRG、脊髓和腦組織進行了轉錄組學分析，觀察到膽鈣化醇補充劑可誘導與阿片類藥物受體信號傳導、傷害感受和痛覺異常調控相關的大量基因異質性失調，尤其是編碼大腦內源性阿片類藥物的Pomc、Pdyn 和Penk，其中Pomc 上調，而Pdyn 和Penk 下調，表明維生素D 可能通過影響內源性阿片類藥物途徑發揮鎮痛作用；除了三種阿片肽基因的表達改變外，研究還揭示了補充膽鈣化醇會使G 蛋白亞基和效應物的轉錄水平失調，如電壓門控鈣離子通道的亞單位和腺苷酸環化酶-5 (adenylyl cyclase type 5, AC5) 等，還觀察到膽鈣化醇補充劑可導致大鼠腦內AC5 基因下調，與急性給予阿片類激動劑后AC 活性受到抑制的結果類似，激動劑結合后，阿片受體會經歷由G蛋白偶聯受體激酶和第二信使調節激酶觸發的磷酸化過程，這同樣與實驗中所觀察到的蛋白激酶相關基因失調的結果相符合。

（1）電壓門控鈣離子通道：電壓門控Cav2 通道是阿片受體的效應器，通過直接結合G 蛋白亞基啟動活性，阿片類藥物對鈣離子通道活性的調節參與了阿片類藥物的鎮痛作用。功能研究表明，在δ-阿片受體(delta-opioid receptor, DOR)激動劑作用下，大鼠三叉神經節或DRG 的感覺神經元中DOR 的表達會抑制電壓門控鈣離子通道[28]，且顯著作用于Cav2.1 和Cav2.2 亞型。與Cav2 通道類似，VDR 也在DRG 神經元中表達。大鼠DRG 的感覺神經元中存在VDR 及其代謝酶，維生素D 信號傳導可能主要在傷害感受性神經細胞群中發揮作用；糖尿病神經病變大鼠的DRG 神經元中VDR 表達顯著增加，且傷害感受神經元中可觀察到VDR 表達的最大增加[29]。但VDR 是否可以通過與阿片受體二聚化、或通過直接調節Cav2 通道等效應器的表達水平從而影響阿片類信號傳導，目前仍需更多研究。

（2）腺苷酸環化酶：腺苷酸環化酶(adenylyl cyclase, AC)是膜整合蛋白，可催化三磷酸腺苷合成環磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate, cAMP)進而對多種細胞過程產生影響。AC 作用調節的cAMP 信號通路也是阿片受體信號轉導機制的重要組成部分。阿片受體激活會抑制神經元內AC 活性，降低細胞內cAMP 濃度，引起蛋白激酶活性下降，下調細胞內靶分子磷酸化水平，進一步影響細胞內靶蛋白和細胞膜上離子通道功能，從而發揮抑制性效應，產生鎮痛等藥理作用。AC 亞型在中樞神經系統內高度表達，并與阿片受體具有重疊的表達模式，AC5 是紋狀體中DOR 的主要效應物。與野生型小鼠相比，AC5 敲除小鼠顯示阿片類藥物的鎮痛效果減弱[30]，而敲除其他AC 亞型的小鼠，如AC1、AC8，對阿片類藥物的鎮痛反應與野生型小鼠相比無差異，表明AC5 在阿片受體信號傳導通路中可能具有特異性。從分布上看，VDR 與DOR 和AC5 類似；動物研究發現，膽鈣化醇補充劑可誘導大鼠腦內AC5 基因下調[8]，證明維生素D 可能通過cAMP 途徑影響阿片受體信號通路，進而對慢性疼痛發展產生調節作用。

2.降低炎性反應

傳入神經纖維在脊髓的DRG 和背角釋放神經遞質，激活作為局部免疫細胞的小膠質細胞?；罨男∧z質細胞產生促炎細胞因子、趨化因子和神經肽，可與二級神經元相互作用，也可與節段性和下行抑制性神經元相互作用。周圍神經損傷后，局部巨噬細胞和施萬細胞協同作用釋放促炎細胞因子，如刺激傷害感受器活性的TNF-α、白細胞介素-1β(interleukin-1β, IL-1β) 和趨化因子。損傷部位的炎性介質增加過多，引發傷害感受性纖維的自發動作電位放電，導致感覺輸入信號異常放大，到達DRG感覺神經元和衛星膠質細胞后激活衛星膠質細胞，進一步驅動DRG 的免疫應答，上述順行信號傳導至中樞激活脊髓小膠質細胞，并可能上調膠質來源的促炎細胞因子或傷害感受介質[31]。

有研究發現，維生素D 缺乏可引起小鼠小膠質細胞表型改變，進而導致慢性疼痛。Alessio 等[32]對從缺乏維生素D 的成年小鼠獲得的體外小膠質細胞的形態分析顯示，脊髓中激活的小膠質細胞數量增加，且維生素D 缺乏會誘導原代小膠質細胞產生活性氧。巨噬細胞集落刺激因子(macrophage colony-stimulating factor, M-CSF)可刺激單核細胞和巨噬細胞的增殖、分化和存活。巨噬細胞可釋放許多炎癥介質，包括促炎細胞因子，特別是TNF-α、IL-1β、NO 和前列腺素。維生素D 可抑制星形膠質細胞和小膠質細胞中的TNF-α 和M-CSF，因此維生素D通過減少促炎細胞因子的釋放發揮抗炎作用，對與慢性疼痛發展和持續相關的炎癥途徑產生影響。

補充維生素D 還可劑量依賴性地降低前列腺素水平。臨床研究顯示[25]，維生素D 預處理可抑制小鼠海馬和前額葉皮質區COX-2 的表達；體外研究表明[33]，維生素D 通過抑制COX-2 和上調15-羥基前列腺素脫氫酶(15-hydroxyprostaglandin dehydrogenase, 15-PGDH) 的表達來影響前列腺素的作用，15-PGDH 降解前列腺素并抑制成纖維細胞中PGE2的合成，從而減少炎癥反應。前列腺素對感覺神經元有直接影響，可降低放電閾值，增加去極化引起的動作電位的數量，還可通過PGE2 使脊髓廣動力范圍神經元去極化，進而介導慢性疼痛。1,25(OH)2D3可增強固有免疫，降低適應性免疫，其對T 細胞活性的影響導致Th2 和Treg 細胞介導的抗炎反應增強[34]。1,25(OH)2D3的神經免疫調節作用表明其可能是參與調節痛覺敏化的重要分子。

3.清除活性氧

活性氧 (reactive oxygen species, ROS) 是具有化學活性的含氧分子，在細胞信號傳導和體內平衡中具有重要作用，包括自由基和非自由基含氧分子，如超氧化物和過氧化氫 (hydrogen peroxide, H2O2)，過量的ROS 形成會抑制細胞的抗氧化防御系統，誘發氧化應激，導致慢性疼痛發生。神經損傷后，ROS 作為重要分子參與異常疼痛感受傳遞過程，超氧化物介導興奮性神經元的長時程增強和脊髓抑制性中間神經元的長時程抑制，從而導致痛覺回路中相關神經元對傷害性刺激反應增強，產生中樞敏化，而ROS 清除劑在脊神經結扎誘導的神經病理性疼痛大鼠模型中可產生抗痛覺敏感作用。

維生素D 在調節ROS 方面也起著重要作用。維生素D 可改善疼痛癥狀并表現出抗氧化特性，缺乏維生素D 會增加ROS 的產生。研究表明[35]，維生素D 參與調節抗氧化系統，通過清除ROS 和逆轉ROS 信號傳導過程中發生的氧化變化來防止氧化應激，維持氧化還原穩態。慢性疼痛大鼠的脊髓中，具有抗氧化作用的谷胱甘肽減少，而補充維生素D可增加谷胱甘肽[36]，提高機體抗氧化能力。Santos等[37]的研究首次發現，維生素D 誘導的抗傷害感受與CCI 大鼠脊髓中促氧化劑和抗氧化劑標記物的變化平行發生，證明給予維生素D 可預防CCI 大鼠脊髓中超氧陰離子和H2O2水平的增加。維生素D可下調產生ROS 的氮氧化物，同時上調超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶的表達，而谷胱甘肽過氧化物酶是催化H2O2分解的酶之一。因此進行維生素D 治療的CCI 大鼠脊髓中，超氧陰離子和H2O2水平的降低與維生素D 對氮氧化物、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶等的作用有關。未來的研究仍需要進一步檢查維生素D 治療的CCI 大鼠脊髓中上述酶的活性。

4.抑制TRPV1 受體活性

瞬時感受器電位香草酸受體 1 (transient receptor potential vanilloid subfamily 1, TRPV1) 通道屬于四聚體形式的離子通道蛋白，與慢性疼痛和炎癥產生密切相關，是痛覺敏感產生的關鍵離子通道，其活性由外源性和內源性親脂配體調節，而同樣親脂性的維生素D 可參與與TRPV1 相似的生物過程。TRPV1 通過調節細胞內的鈣來調節免疫細胞的激活和細胞因子的產生，從而介導痛覺信號。研究發現[38]，25(OH) D 和1,25(OH)2D3可 在TRPV1 激 動劑辣椒素的相同作用區域直接與TRPV1 受體結合，且25(OH) D 可以弱激活TRPV1 并抑制辣椒素引起的TRPV1 活性，提示維生素D 可能作為新型的內源性TRPV1 部分激動劑直接作用于TRPV1 受體，并抑制TRPV1 的過度激活。TRPV1 對T 細胞的激活和分化至關重要，藥物或基因抑制TRPV1 可以防止T 細胞分泌促炎細胞因子，體外研究表明25(OH) D 可減少TRPV1 活性介導的T 細胞因子釋放和辣椒素誘導的三叉神經元鈣信號傳導，因此維生素D 可能通過抑制過度活躍的TRPV1，阻止T 細胞受體介導的TNF-α和干擾素γ 的上調，從而在不影響正常感覺和生理功能的情況下緩解病理性疼痛。TRPV1 受體通路可能是維生素D 調節慢性疼痛的作用機制之一，但目前仍需詳細研究進一步確定維生素D 是否只在炎癥條件下抑制感覺神經元中TRPV1 的過度活躍。

5.其他

除上述機制外，維生素D 還具有神經保護作用。維生素D 可促進神經營養因子合成分泌，還可以增強DRG 神經元的髓鞘形成并調節參與軸突生長的基因表達。有研究顯示[39]，維生素D 可能通過調節神經營養因子表達在鈉通道介導的神經性疼痛中發揮作用，如膠質細胞源性神經營養因子可以通過改變損傷后的電壓門控鈉通道變化，逆轉由神經損傷誘導的感覺異常，從而改善疼痛癥狀。

四、總結與展望

作為人體必需的脂溶性維生素，維生素D 在鈣穩態和骨代謝中的重要作用已被廣泛認可，近年來維生素D 的其他作用，尤其是可以改善慢性疼痛的作用越來越受到基礎及臨床研究人員的關注。其緩解疼痛的機制主要涉及影響阿片受體信號通路傳導、降低炎性反應、清除ROS 及抑制TRPV1 受體活性等。同時維生素D 具有價格低廉、不良反應小、耐受性良好等優點，且維生素D 補充可對骨骼健康和血糖控制產生有益影響，可以考慮合理地將維生素D 納入慢性疼痛管理方案。迄今有關維生素D 與慢性疼痛的臨床研究結論仍存在爭議，今后還需要更具有針對性的基礎及臨床研究，以明確維生素D在慢性疼痛中的作用機制，同時需要評估補充維生素D 所需的最佳劑量和時程。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。