维生素D的抗肿瘤作用与食管癌

赵钦，杨志勇，庄则豪

福建医院

　　维生素D是人体必需的脂溶性维生素，属于类固醇衍生物。维生素D的许多生物学功能都是通过其受体介导调节靶基因转录来实现的。已发现维生素D缺乏与多种肿瘤的发生、发展相关，充足的维生素D水平可降低多种肿瘤的发生率，并能改善某些肿瘤患者的存活率及结局。维生素D及其类似物不仅能调节体内钙磷代谢，而且可通过抑制肿瘤细胞增殖、诱导细胞分化、促进细胞凋亡、抗血管生成、抑制肿瘤细胞浸润与转移以及抑制炎症等方式来发挥抗肿瘤作用。然而，食管癌患病风险与维生素D水平之间的相关性仍存在争议。不同研究中维生素D与食管癌患病风险相关性的显著差异可能与研究对象的性别，年龄及食管癌的分型、分化等组织学特征有关。相关体外及动物模型研究表明，维生素D能抑制食管癌细胞增殖。另有学者发现，食管癌患者中维生素D受体高表达者结局较好，维生素D受体基因的多态性可能与食管癌相关。本文主要就维生素D及其受体的结构、功能和抗肿瘤作用机制以及其与食管癌关系的研究作一综述。

通讯作者：庄则豪，zhuang

原文参见：肿瘤代谢与营养.;4(3):-.

　　食管癌是最常见的消化道恶性肿瘤之一，全球食管癌的年新发病例近45.6万、死亡病例达40.0万。食管癌包括食管腺癌和食管鳞癌两种病理类型，年发病率分别为0.7/10万和5.2/10万，两者流行病学特征及其发生差异明显。食管癌早期常无明显的临床症状，多数患者确诊时已是疾病晚期，尽管可以采用术前放疗、化疗等综合治疗手段，但结局仍然很差，5年总生存率不到10%。探讨食管癌的发病机制对改善食管癌的结局有着重要意义。

　　流行病学资料显示，维生素D不足与肿瘤发生和发展相关。有研究表明，高血清25-羟维生素D浓度与多种肿瘤的发生率和（或）死亡率呈负相关，并能改善某些肿瘤患者的存活率及结局。近年来大量研究表明，维生素D及其类似物不仅能调节体内钙磷代谢和维持血钙浓度，而且可通过抑制肿瘤细胞增殖、诱导细胞分化、促进细胞凋亡、抗血管生成、抑制肿瘤细胞浸润与转移等方式来发挥抗肿瘤作用。本文综述了维生素D及其受体的结构、功能、抗肿瘤作用机制以及在食管癌中的研究进展。

　　1　维生素D的代谢及作用

　　1.1　维生素D的来源与转化

　　维生素D是人体必需的脂溶性维生素，属于类固醇衍生物，包括维生素D2和维生素D3。维生素D2存在于植物中，而人体内的维生素D大部分通过自身合成而来（占90%），在紫外线作用下，皮肤中的7-脱氢胆固醇可转变成维生素D3。来源于日照或饮食的维生素D必须在体内经两次羟化作用才能发挥生物效应。进入血液的维生素D主要与维生素D结合蛋白（DBP）结合，在肝脏25-羟化酶的催化下，维生素D被羟化生成25-羟维生素D。25-羟维生素D是维生素D在体内的主要的储存形式及循环形式，其半衰期较长，血中浓度较稳定，是人体维生素D含量最常用的监测指标。25-羟维生素D在肾脏1α-羟化酶的作用下，生成具有活性的1,25羟维生素D，继而与靶细胞中的维生素D受体（VDR）结合形成复合物，进而发挥其生物学作用。

　　1.2　维生素D受体的结构、功能

　　VDR为亲核蛋白，属于类固醇激素/甲状腺激素受体超家族成员，VDR分为膜受体（mVDR）和核受体（nVDR）两大类，mVDR主要参与钙、磷代谢，nVDR本质上是一种配体依赖的核转录因子，与维生素D3结合形成激素-受体复合物，调节结构基因的表达，在调节细胞增殖、分化等方面起重要作用。VDR几乎分布在人体的所有组织中，包括消化道、骨和肾。维生素D的许多生物学功能都是通过VDR介导调节靶基因转录来实现的。当游离的1α,25-羟维生素D3进入细胞后被转移至核内，与VDR结合并使VDR发生磷酸化，从而导致VDR构象的改变，再与类视黄醇X受体结合形成异质二聚体，该异质二聚体可促使VDR与靶基因启动子区的维生素D反应元件（VDRE）结合，进而调节靶基因的转录活性。

　　2　维生素D抗肿瘤机制

　　大量研究证实，1α,25-二羟维生素D3及其类似物主要通过依赖VDR途径调节细胞的增殖分化，诱导细胞凋亡，抑制肿瘤血管生成等，进而抑制肿瘤细胞生长，见图1。

图1　1α,25-二羟维生素D3发挥抗肿瘤作用的重要信号通路

注：1α,25(OH)2D3（1α,25-二羟维生素D3）；CDK（细胞周期蛋白依赖型激酶）；EGFR（表皮生长因子受体）；ERK（细胞外信号调节激酶）；IGF（胰岛素样生长因子）；MAPK（丝裂原活化蛋白激酶）；PARG（多腺苷二磷酸核糖水解酶）；PI3K（磷脂酰肌醇-3-羟激酶）；RB（视网膜母细胞瘤）；TCF4（转录因子4）；TGFIR（转化生长因子I受体）；TGF-β（转化生长因子-β）；VDR（维生素D受体）

　　2.1　抑制细胞增殖

　　1α,25-羟维生素D3与VDR结合后增加细胞周期蛋白依赖型抑制因子p21和p27的表达，同时也可抑制细胞周期蛋白的表达，降低细胞周期蛋白依赖型激酶（CDK）活性，并可抑制细胞周期蛋白-CDK复合物的连续磷酸化，还可促进视网膜母细胞瘤（Rb）基因的转录，增加视网膜母细胞瘤蛋白的表达，减少转录因子E2F的释放，进而将细胞周期阻滞在G0/G1期。VDR与胰岛素样生长因子（IGF）结合蛋白-3（BP-3）基因的启动子结合，增加IGFBP-3的表达，并抑制胰岛素样生长因子（IGF）与其受体结合，降低IGF的活性，阻断了IGF-1和IGF-2的促有丝分裂作用，从而抑制细胞的增殖；同时，VDR能上调转化生长因子-β（TGF-β）的表达，抑制TGF-β结合蛋白的表达，减少了TGF-β的降解，故1α,25-羟维生素D3和VDR可通过激活TGF-β信号通路，从而发挥抑制细胞生长和增殖的作用。此外，尚可通过调控细胞内丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）、细胞外信号调节激酶（ERK）和磷脂酰肌醇-3-羟激酶（PI3K）通路以及抑制原癌基因MYC表达等途径，抑制细胞增殖。

　　2.2　诱导细胞分化

　　活性维生素D使一些恶性肿瘤改变其恶性表型、降低其恶性生物学行为，转化为较正常及成熟的表型，表明1α,25-羟维生素D3具有诱导细胞分化的作用。

　　1α,25-羟维生素D3可调节多种与细胞分化相关基因的表达，见图1。活性维生素D可诱导VDR竞争性结合β-联蛋白，抑制了转录因子4（TCF4）与β-联蛋白的结合，减少了TCF4-β-联蛋白转录复合物的形成，进而抑制了β-联蛋白对靶基因转录的调控作用；另外，可通过上调E-钙黏着蛋白的表达，抑制β-联蛋白核积聚，间接影响其功能。1α,25-羟维生素D3和VDR还可影响Wnt信号通路其他因子的表达，包括对抑制Wnt激活因子DKK-4以及对激活Wnt拮抗因子DKK-1等；此外，还可调控PI3K和核因子-κB（NF-κB）信号通路，增加蛋白激酶C的表达和N末端激酶的表达，进而诱导细胞分化。

　　2.3　促进细胞凋亡

　　1α,25-羟维生素D3和VDR可通过抑制抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-XL的表达或诱导促凋亡蛋白BAX、BAK和BAD的表达，发挥促进细胞凋亡的作用；1α,25-羟维生素D3和VDR还可通过激活胱天蛋白酶效应分子（如胱天蛋白酶-3、4、6和8）诱导细胞凋亡，其中胱天蛋白酶-3是细胞凋亡的主要诱导物；磷酸酶基因（PTEN）是一种抑癌基因，能抑制Akt信号通路的抗凋亡作用，而VDR可通过上调PTEN的表达发挥促进细胞凋亡作用；此外，1α,25-羟维生素D3和VDR还可诱导其他促凋亡因子的表达，发挥促进细胞凋亡作用，如G0/G1开关基因2（G0S2）、促凋亡蛋白-3（DAP-3）、程序性细胞死亡4（PDCD4）、Fas相关的死亡结构域（FADD）样凋亡调节因子等。总之，1α,25-羟维生素D3和VDR诱导细胞凋亡的机制因细胞类型不同而各异。

　　2.4　抗血管生成、抑制肿瘤的侵袭和转移

　　1α,25-羟维生素D3和VDR可通过抑制乏氧诱导因子-1（HIF-1）及其靶基因，如血管内皮细胞生长因子（VEGF）、E-1和葡萄糖转运蛋白-1（Glut-1）的转录活性，下调VEGF相关蛋白的表达，上调抗血管生成因子血小板反应蛋白-1的mRNA水平以及干扰血管生成因子白细胞介素-8（IL-8）的信号通路，进而抑制血管内皮细胞的迁移和微血管形成；Wnt/β-联蛋白信号通路可通过抑制糖原合酶激酶-3β（GSK-3β）对上皮-间质转化（EMT）诱导物Snail1的磷酸化作用，增加了Snail1的稳定性，而VDR可抑制Wnt/β-联蛋白信号通路，促进了GSK-3β对Snail1的磷酸化作用，加快了Snail1的出核与降解，减少了Snail1对E-钙黏着蛋白基因启动子的甲基化，增加了E-钙黏着蛋白的表达，从而抑制了EMT和肿瘤细胞转移；此外，1α,25-羟维生素D3和VDR还可通过抑制ZEB1和Vimentin等EMT相关转录因子的活性，抑制EMT的发生，从而发挥抑制肿瘤细胞侵袭和转移的作用。

　　2.5　抑制炎症

　　1α,25-羟维生素D3通过抑制肿瘤相关巨噬细胞产生炎症细胞因子IL-1β，抑制肿瘤微环境中的巨噬细胞对Wnt信号通路的激活，同时通过上调NAD依赖型15-羟前列腺素脱氢酶（15-PGDH）的表达和下调环氧合酶-2（COX-2）的表达，调节炎症介质前列腺素的合成与代谢，而前列腺素在多种肿瘤的发生、发展中起重要作用，从而发挥抗肿瘤作用。

　　3　维生素D及其受体在食管癌中的研究进展

　　目前大量流行病学资料显示，维生素D摄入不足与肿瘤的危险性相关，充足的维生素D水平可降低肿瘤的发生率，包括结直肠癌、前列腺癌、乳腺癌和胰腺癌等。然而，食管癌患病风险与维生素D水平之间的相关性仍存在争议。一项纳入例爱尔兰食管腺癌患者、采用问卷调查分析的病例对照研究发现，膳食中维生素D高摄入量者食管腺癌的患病风险较低摄入者更高，维生素D摄入量与食管腺癌的患病风险呈正相关；Chen等一项随访5.25年的前瞻研究发现，高浓度血清维生素D水平与男性食管鳞癌患病风险增加有关，风险比为1.77（95%置信区间：1.16～2.70，P=0.），而与女性患者的患病风险无关（风险比：1.06，95%置信区间：0.71～1.59，P=0.70）。然而，有研究发现增加平均年太阳光照射水平可降低消化系统肿瘤，如食管癌的死亡率。Giovannucci等的前瞻队列研究表明，高维生素D摄入可降低食管癌风险；在中国人群中进行的研究也显示，食管癌发病率和死亡率与阳光中紫外线B照射呈负相关，增加维生素D可能改善食管癌的结局。此外，尚有研究报道，血清维生素D的水平与食管癌的发生无关。不同研究中维生素D与食管癌患病风险相关性的显著差异可能与研究对象的性别、年龄及食管癌的分型、分化等组织学特征有关，维生素D在食管腺癌及食管鳞癌中的作用机制是否不同目前尚不明确。另外，上述异质性明显的研究结果均来自现有的流行病学数据，而 　　研究发现，维生素D水平可影响包括乳腺癌、结肠癌、肺癌在内的多种肿瘤的临床结局。尽管高水平的维生素D可显著改善某些肿瘤患者的生存，但目前有关维生素D与食管癌患者结局之间相关性的研究仍较少。Mimori发现，食管癌组织中VDR的表达低于正常食管组织，与VDR高表达者相比，低表达的食管癌患者结局更差，表现为肿瘤的浸润和侵袭能力、淋巴结转移、血行扩散能力增加，提示VDR表达抑制可能在食管癌的进展中有着重要的作用，而上调VDR基因表达具有改善食管癌结局的潜在可能。另一方面，相关体外及动物模型研究表明，维生素D能抑制食管鳞癌细胞增殖，使细胞周期阻滞在G0/G1期，诱导细胞凋亡。然而，现有的相关实验室在体内及体外研究主要都集中于观察维生素D对食管鳞癌的作用，尚缺乏有关食管腺癌的研究。

　　遗传学研究发现，不同组织类型的肿瘤与VDR基因特定的单核苷酸多态性可能存在相关性，而VDR基因的多态性可影响VDR基因在mRNA和蛋白水平上的表达，从而影响VDR基因发挥其生理作用。目前有关VDR基因多态性在食管癌中作用的研究仍较少。有学者发现VDR基因的多态性与食管癌相关，Tt、tt基因型降低食管癌的易感性。然而，一项纳入例爱尔兰食管腺癌患者病例对照研究发现，VDR基因多态性与食管腺癌的发生无明显相关性。

　　4　展望

　　随着维生素D与食管癌关系研究的不断深入，相关研究已证实，维生素D具有明显的抗肿瘤作用，为维生素D用于肿瘤的预防和治疗提供了理论依据。然而，关于维生素D的抗肿瘤作用，目前更多的是在动物和细胞水平的研究，主要是验证流行病学观察的结果，尚缺乏主动干预的临床应用资料。关于维生素D用于肿瘤的临床治疗，仍有很多问题亟待解决，仍需进一步研究来证实维生素D在食管癌中的抗肿瘤作用。由于高钙血症等不良反应的存在，目前迫切需要进一步的研究来确定维生素D疗法何时开始，最适剂量、最大安全范围、持续时间等。

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