数十年来对维生素D的研究主要集中在钙磷代谢的调节作用,近年来维生素D被证实具有更为广泛的生物学效应,包括抑制多种类型细胞的增殖,诱导细胞调亡和分化,调节机体免疫系统的功能等。Michael等研究发现,身体中的大多数组织及细胞都存在维生素D受体及把循环中的1,25(OH)D转化为有活性的1,25(OH)2D3的转化酶,为这个维生素的功能提供了一些新的观点,它在降低一些慢性疾病发生率方面扮演着重要的角色,其中包括常见的肿瘤,自身免疫性疾病,传染性疾病,心脏病等。相关研究表明1,25(OH)2D3可抑制肿瘤细胞增殖、促进肿瘤细胞分化,有不少研究发现1,25(OH)2D3及其类似物对前列腺癌、乳腺癌、皮肤癌及肺癌等均有抑制增殖、促进调亡的作用,与其它抗肿瘤药物具有协同作用,阻止肿瘤生长及转移。本文重点介绍维生素D与肿瘤相关疾病的研究进展。
1 维生素D的来源、代谢
维生素D既是一种维生素,也是一种类固醇激素,分为内源性和外源性两种,内源性是人体皮肤中的7-脱氢胆固醇经波长290~320mm的紫外线照射先转化为维生素D3前体,在体温作用下逐渐转化成维生素D3(胆骨化醇cholecalciferol)。维生素D在小肠中以乳糜微粒形式吸收,胆盐促进其吸收。在血液中与α球蛋白(DBP)结合后转运,先在肝脏线粒体经25-羟化酶系统作用转变为25-(OH)D,随后转运至肾脏近曲小管上皮细胞在线粒体内经1-羟化酶作用生成1,25(OH)2D3,它是活性最强的维生素D代谢衍生物。维生素D在最近研究中发现除了对肠、骨骼、肾脏有重要作用外,还在皮肤角质层细胞、胰岛细胞、淋巴细胞及早幼粒细胞中发现了维生素D受体,此外,1,25(OH)2D3对淋巴细胞、单核巨噬细胞以及胸腺细胞的增殖分化也有较深远的影响,作为一种免疫调节因子,1,25(OH)2D3同样引起了人们的关注。
2 维生素D的受体结构及功能
维生素D受体(vitamin Dreceptor,VDR)属类固醇激素/甲状腺激素受体超家族,存在于靶细胞核内,是1,25(OH)2D3发挥生物学效应的核内受体,可分为多个功能区,其中A/B区是一个很弱的自主调控功能区,D区为铰链区,可能和定位有关,而C区和E区位则是VDR的主要功能区,C区为DNA结合区(DBD),主要参与DNA顺序识别,也部分参与异二聚体的形成:E区为配体结合功能区(LBD),主要功能是结合配体,与维甲酸X受体(RXR)形成异二聚体VDR/RXR,该区的羧基末端有一配体依赖的转录激活区,称之为AF-2,能与C区AF-1协同作用。因此,VDR在本质上是一种配体依赖性的核转录因子,它在维持机体钙、磷代谢、调节细胞增殖分化等方面起重要作用。VDR的表达与人类癌细胞株的分化程度有关,它可以作为预测癌症病人临床治疗预后的生物学指标之一。1,25(OH)2D3对肿瘤细胞具有直接及间接调节作用,直接作用为1,25(OH)2D3与肿瘤细胞核内的VDR特异性结合后,使VDR与视黄醛酸受体结合形成复合物,该复合物能够与相应目的基因的启动子区域的作用元件结合,启动或抑制该基因的转录活性;间接作用为通过调节其它细胞的基因转录,如调节CD8+CTL细胞产生抗肿瘤细胞因子,从而间接影响肿瘤细胞的生长及分化。
3 1,25(OH)2D3与肿瘤
体外研究表明,1,25(OH)2D3可促进外周单核细胞向吞噬细胞诱导分化,促进单核细胞、巨噬细胞向破骨细胞方向分化,加快骨吸收,而对淋巴细胞都有抑制作用,但对粒细胞的吞噬功能和杀菌能力无明显影响,其对白血病细胞、肿瘤细胞以及皮肤细胞的生长分化均有调节作用,近年来对1,25(OH)2D3抗肿瘤作用机制的研究表明,除了上述的机制外还有包括诱导肿瘤细胞周期阻滞及调亡,同样可以通过降低IGF的活性来抑制肿瘤细胞生长,抑制端粒酶活性、抑制肿瘤转移、侵袭及血管形成。肿瘤细胞的细胞周期动力学特点是肿瘤细胞G1期→S期控制点失常,细胞群体主体分布于DNA合成活跃期S期,而分化细胞群体主要分布于DNA合成静止期G1/G0期。因此G1期被认为是细胞分化期,G1期的细胞停滞可作为诱导分化的判断指标。新的研究发现,1,25(OH)2D3抑制肿瘤细胞生长的重要机制是抑制肿瘤细胞周期的进展,其可诱导多种类型的细胞停留在细胞周期的G1期,同时S期细胞数目下降,即发生G1期的阻滞。1,25(OH)2D3对乳腺癌细胞、皮肤癌细胞、膀胱癌、前列腺癌、骨肉瘤细胞、肺癌和结肠癌等恶性细胞有生长抑制效应,并可诱导人粒系白血病细胞向单核细胞分化。
3.1 1,25(OH)2D3与乳腺癌
乳腺癌是严重威胁妇女健康的恶性肿瘤,国内外对其病因进行了大量研究。Berger在1988年发现VDR存在于正常乳房及其他上皮组织中。2000年Colston等的研究发现,循环中1,25(OH)2D3的浓度在怀孕及哺乳期时增高,目前已有研究证明正常乳腺组织中存在1-α羟化酶,这些研究证明1,25(OH)2D3在乳汁的生成及分化中起重要作用。1,25(OH)2D3与维生素D受体结合后可抑制乳腺癌细胞的生长和转移。bcl-2基因是公认的抗凋亡基因,bcl-2常见于雌激素受体阳性的乳腺癌,Wang等发现雌激素能明显提高bcl-2mRNA的水平,并可保护MCF-7细胞免受凋亡。乳腺癌是一种全身性的疾病,其治疗效果已不仅局限于手术范围的大小,综合性治疗在生存率方面占的比例越来越重要。随着维生素D非经典作用研究的进展,研究者发现1,25(OH)2D3有促进乳腺癌细胞株凋亡的作用,而且与化疗药物、放射治疗联合应用效果更明显。三苯氧胺(tamoxifen,TAM)已广泛用于雌激素受体阳性的各期乳腺癌的治疗,但在用药过程中出现的TAM耐受及肿瘤进展是不容忽视的临床问题。
刘静等研究显示1,25(OH)2D3和TAM均可下调bcl-2的表达,两药联用bcl-2几乎不表达,结合两者联用时MCF-7细胞凋亡增加,表明两者联用可有效地消灭肿瘤细胞,保护人体正常细胞,具有协同作用。他莫西芬(Tamoxifen,TAM)为代表的选择性雌激素受体调节剂(SERM)是目前临床上治疗乳腺癌的最具代表性的内分泌治疗药物,由于其仅能使部分雌激素受体阳性的乳腺癌患者受益,而雌激素受体阴性的患者极易对其产生耐药性,从而限制了其疗效的发挥。郎海滨等研究发现1,25(OH)2D3靶控雌激素受体α表达载体联合他莫西芬可以阻止雌激素受体α阴性的MDA-MB-231乳腺癌细胞的周期进程并诱导其发生凋亡,从而使原本对他莫西芬耐受的乳腺癌细胞恢复对其的化疗敏感性。放疗是一种重要的治疗手段,特别是在保乳术的治疗方案中尤其如此。李冰燕等发现1,25(OH)2D3和辐射联合作用后,MCF-7细胞在G1期和G2都出现阻滞,S期延迟,因此1,25(OH)2D3可增加γ射线对乳腺癌细胞的杀伤能力。在乳腺癌的治疗中1,25(OH)2D3有望成为新一代辅佐药物。
3.2 1,25(OH)2D3与皮肤肿瘤
皮肤肿瘤是人类最常见的肿瘤包括恶性黑素瘤、基细胞癌(BCC)和鳞状细胞癌(SCC),紫线的照射与这些肿瘤的发生、发展密切相关。紫外线具有双重作用,一方面,紫外线照射过度可引起DNA受损导致癌症;另一方面,紫外线对人体也是有益的,因为表皮利用紫外线的能量将7-DHC转变为前维生素D3,再转变成激活形式1,25(OH)2D3。Liu等将719例SCCHN(头颈部的人类鳞状细胞癌)患者与821例健康者作对照研究发现,VDRff和t基因型比普通的FF、TT更能减少SCCHN发生的危险,且与年龄、性别、种族等因素无关,表明VDRf和t等位基因及它们的基因型可能是SCCHN的保护型基因。郑天虎等研究发现1,25(OH)2D3能抑制黑色素瘤细胞株A375细胞的增生,且具有时间剂量的依赖性,人bcl-2基因是公认的抗凋亡基因,1,25(OH)2D3能下调bcl-2的表达,使bcl-2蛋白下降,解除bcl-2抑制细胞凋亡的作用,紫杉醇类药物能刺激bcl-2蛋白磷酸化使之失活,同1,25(OH)2D3联合,可降低紫杉醇用药量,减少药物毒副作用,1,25(OH)2D3有望成为治疗黑色素瘤的药物。
3.3 1,25(OH)2D3与前列腺癌
前列腺癌是严重威胁男性健康的疾病,也是男性泌尿生殖系最常见的恶性肿瘤之一,国内外对其病因进行了大量研究。有研究证明维生素D缺乏是前列腺癌的一个致病因素,血清中高水平的1,25(OH)2D3可以降低前列腺癌的患病风险。Medeiros等调查了191例行前列腺癌根治术后患者的VDR翻译起始位点的多态性发现,等位基因F的存在和肿瘤恶性度的增加呈正比,ff基因型和肿瘤的分级呈负相关,预示ff基因型对前列腺癌发展有保护机制。研究发现,维生素D抑制前列腺癌细胞增殖的能力与前列腺癌细胞表达VDR强弱密切相关,而且与癌细胞中24一羟化酶活性有关,将维生素D与抗癌药物如紫杉醇合用于前列腺癌细胞,发现维生素D可以增强紫杉醇的细胞毒性作用协同抑制前列腺癌上皮细胞生长。
Hsu发现1,25(OH)2D3对前列腺上皮细胞癌具有抗增生、促分化、抗转移/浸润的作用。由于存在血钙增高的副作用,临床直接应用1,25(OH)2D3治疗前列腺癌受限制,而1,25(OH)2D3的前体25-(OH)D具有不升高血钙的特性,并且可以用在前列腺局部通过1-α-羟化酶作用转化为1,25(OH)2D3。在前列腺癌细胞中1-α-羟化酶的活性明显降低,25-(OH)D抑制作用主要依赖于内源性1-α-羟化酶的活性,所以对于防止和治疗前列腺癌应用复合维生素D有待于进一步研究。
3.4 1,25(OH)2D3与肺癌
肺癌是严重威胁人民生命健康的一种恶性肿瘤,目前的治疗主要有手术、化疗及中药辅助治疗。肺癌细胞对抗癌药物产生多药耐药性(MDR)是化疗失败的主要原因,尤其是非小细胞肺癌(NSCLC)化疗失败的主要原因。在绝大多数肿瘤细胞中都存在着若干细胞周期调控基因的改变,细胞周期调控基因的改变与肿瘤的发生、发展密切相关。全反式维甲酸(all-transretinoicacid,ATRA)是维甲酸类化合物的活性形式,具有抑制细胞生长、促进细胞分化等多种生物学功能,它通过特异性维甲酸受体(retinoicacidreceptor,RAR)发挥其生物学功能。
近年来发现,1,25(OH)2D3对细胞的增殖和分化、免疫功能亦有明显的调节作用,并主要表现在抑制肿瘤细胞的周期进展。ATRA与1,25(OH)2D3抗肿瘤的主要作用机制为调整细胞周期、诱导细胞凋亡等,均作用于靶基因上的特定DNA序列,因此ATRA和1,25(OH)2D3两者联合使用时可以下调肺腺癌MRP、LRP基因的表达水平,提高肺腺癌的化疗敏感,产生协同作用。但对肺鳞癌MRP、LRP基因的表达水平无明显影响,可能还存在其他的提高肺鳞癌化疗敏感性的机制。1,25(OH)2D3有待成为肺癌化疗药物中的新一员。
3.5 1,25(OH)2D3与膀胱癌
膀胱癌的发生、发展是一个多步骤的过程,异常基因型的长期积累导致恶性表型的出现,胡少群调查了37例膀胱移行上皮细胞癌患者和40例正常对照。采用聚合酶链式反应(PCR)和限制性酶切法研究VDR的TaqⅠ、ApaⅠ、FokⅠ等位基因多态性与膀胱癌之间的关系,发现VDR基因TaqⅠ及ApaⅠ酶切位点的等位基因多态性与膀胱癌无关,而FokⅠ酶切位点的等位基因多态性可能与膀胱癌有关而ff型基因可能是膀胱癌的高危基因型。1,25(OH)2D3在膀胱癌的预防及治疗上所起的作用还有待进一步研究。
综上,1,25(OH)2D3的免疫调节功能,特别是在预防及治疗肿瘤疾病上,逐渐被重视。1,25(OH)2D3的毒性作用主要是高钙血症的发生,因此限制了其应用剂量,也因此会影响其抗肿瘤作用的发挥。随着维生素D类似物进一步的研究,在小剂量及不引起高钙血症的情况下,就能起到高剂量维生素D的作用,使其成为预防和治疗肿瘤很有前景的药物。
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