【内分泌代谢论坛】探索维生素D及其活性类似物防治2型糖尿病的新途径——从略显失望的临床研究到重现曙光...

文章来源：中华内分泌代谢杂志, 2018,34(12) : 992-996

作者：杨毓莹 刘建民

摘要 

糖尿病患病率与日俱增，给社会造成了严重的经济负担。维生素D在骨骼之外的作用逐渐为人们所知。在横断面研究中，维生素D水平与肥胖、2型糖尿病的发病有相关性，但是补充维生素D的前瞻性随机对照临床试验却没有发现维生素D具有防治糖尿病的效果，其原因除与维生素D受体基因型不同有关外，还与药物剂量、疗程等有关。然而，最新的基础研究结果提示，中枢性给予活性维生素D能避免外周给药无效的问题，起到改善高脂喂养大鼠糖代谢的作用。此外，联合应用活性维生素D类似物和BRD9抑制剂，能在染色质水平上使维生素D受体反应元件的可及性增加，更好地起到抑制肥胖和糖尿病小鼠炎症反应、保护胰岛β细胞的作用。有必要不断加强基础研究，探索发挥维生素D及其活性类似物防治2型糖尿病作用的新途径和新方法。

2型糖尿病已经成为世界范围内最常见的疾病之一，造成了严重的社会负担。人们一直在探索各种途径和方法，来防治2型糖尿病。维生素D是一种固醇类衍生物，可以通过食物摄取或者在日光照射下由皮肤合成，在肝脏内转化为25-羟维生素D[25(OH)D]，继而在肾脏中转化为其活性形式1，25-二羟维生素D[1，25(OH)₂D]，其在骨骼发育中的重要作用已经广为人知。然而，随着维生素D受体(VDR)被广泛发现于各种组织中，维生素D的其他生物学活性逐渐被人们所认识，并且发现了其在癌症、糖尿病、自身免疫性疾病、心血管疾病以及高血压等疾病中的作用。维生素D非经典的作用包括调节细胞增殖、分化、凋亡和固有及获得性免疫^[1]。有研究表明，维生素D在自身免疫性疾病、肿瘤和2型糖尿病的发生发展中也发挥作用^[2]。VDR广泛表达于β细胞、脂肪组织和骨骼肌中，提示维生素D可能参与糖代谢过程^[3,4]。一系列临床横断面研究提示维生素D缺乏与肥胖、糖尿病和妊娠糖尿病等有关，但补充维生素D的前瞻性、安慰剂双盲临床随机对照试验(RCT)并没有取得预期的结果。然而，最近的几项基础研究却带来了令人欣喜的新发现。

一、维生素D与2型糖尿病的横断面研究

大量人群研究显示维生素D缺乏与肥胖和糖调节受损相关^[5]。无论是在糖尿病人群还是在非糖尿病人群中，维生素D不足与血糖升高风险增加均有相关性^[6]。针对非糖尿病患者的研究发现，在调整年龄、性别、体重指数、腰围和吸烟状况后，血浆25(OH)D浓度与空腹血糖、胰岛素浓度、HbA_1C以及稳态模型评估的胰岛素抵抗指数(HOMA-IR)呈负相关，并且是空腹血糖受损和糖尿病发展的独立危险因素^[7,8,9]。对于2型糖尿病患者，低25(OH)D浓度与胰岛素敏感性降低和β细胞功能障碍有相关性，且与体重、体重指数和腰围呈负相关^[10,11]。老年糖尿病患者常常伴有其他代谢性疾病，低25(OH)D水平除了与空腹血糖、HbA_1C和HOMA-IR等糖代谢指标呈负相关，还与三酰甘油、高密度脂蛋白胆固醇等其他代谢综合征指标呈负相关关系^[12]。

糖尿病患者常伴有其他系统的并发症，而这些并发症是影响患者生活质量甚至是导致患者死亡的主要原因。一项研究对289例2型糖尿病患者进行了为期0.2～23年的随访，发现严重维生素D缺乏的2型糖尿病患者全因死亡率[风险比为1.96(95%CI 1.29～2.98)]及心血管死亡率[风险比为1.95(95%CI 1.11～3.44)]均有增加^[13]。与之类似，Herrmann等^[14]发现低25(OH)D浓度与2型糖尿病患者发生大血管和微血管疾病事件的风险增加有关。补充活性维生素D可通过抑制炎症来延缓糖尿病肾病的发展^[15]。给糖尿病大鼠应用维生素D可以减轻糖尿病性心肌病^[16]；但是尚未有人群研究报道。此外，低血清25(OH)D可以预测糖尿病前期人群进展为2型糖尿病的风险，但不能预测糖耐量正常人群发生糖调节受损的风险^[17]。血清25(OH)D每增加25 nmol/L，糖尿病风险降低24%，膳食钙摄入量与糖尿病风险降低无关^[18]。

上述研究表明，较低的维生素D状态与2型糖尿病及其慢性并发症的发生有关，也可以作为2型糖尿病的一个风险指标。

二、补充维生素D以防治2型糖尿病的前瞻性人群研究

大量横断面研究均发现，维生素D水平低下或摄入不足与糖代谢之间有相关性。随之而来的临床问题是，补充维生素D能否逆转糖尿病前期向糖尿病的进展，起到预防糖尿病或协助控制血糖的作用？

一项meta分析发现，补充维生素D可以通过提高瘦素水平来降低2型糖尿病患者血清C反应蛋白、肿瘤坏死因子α(TNF-α)、红细胞沉降率等炎症因子水平，从而改善2型糖尿病患者的慢性炎症反应，但是对于血糖控制的结论尚不统一^[19]。一项RCT研究针对伴有缺血性心肌病的2型糖尿病患者，给予单次肌肉注射维生素D 300 000 IU或安慰剂，8周后观察到维生素D组空腹血糖和HbA_1C明显降低^[20]。补充维生素D(维生素D2每周20 000 IU或维生素D3每周15 000 IU) 3个月后，空腹血糖受损和糖耐量受损患者的腰围及HOMA-IR有下降趋势，但是差异无统计学意义^[21]。Meta分析结果显示，补充维生素D可显著改善2型糖尿病患者的空腹血糖、HbA_1C和HOMA-IR^[22,23]。然而，在其他一些研究中观察到，不论是单次大剂量(400 000 IU，观察6个月)，还是高剂量维持(30 000 IU，每周1次，持续8周)，亦或是间歇性大剂量(每月50 000 IU，持续6个月)补充维生素D，均不能对β细胞功能、胰岛素敏感性或血糖控制产生实质性影响^[24,25,26]。最近的一项meta分析研究显示，补充维生素D对空腹血糖、空腹胰岛素和HbA_1C没有影响，但是可以显著降低HOMA-IR；此外，亚组分析中观察到非肥胖且HbA_1C控制良好的中东人补充维生素D后，伴随着血清25(OH)D水平升高，胰岛素抵抗减轻；当维生素D以大剂量(4 000～5 000 IU/d)和短时间(持续时间短于3个月)给予时，这种效果尤其突出^[27]。由此可见，补充维生素D改善血糖的效果与剂量的相关性不明显，而与人种和基础状态下的代谢情况和血糖控制水平有关。

RCT研究还发现，无论是短至1年还是长达5年的小剂量(每天400 IU)或大剂量(每周20 000 IU)补充维生素D，都不影响糖尿病前期的进展及2型糖尿病的发病风险^[28,29]。值得注意的是，通常在2型糖尿病患者中观察到的不同人群中对维生素D摄入的个体差异可能与遗传因素有关，导致这种多样性的可能因素之一是VDR，具有特定基因型(VDR-Cdx-2AA)的2型糖尿病患者对补充维生素D的反应更好^[30,31]。

三、基础研究中的新发现

1．维生素D中枢给药对糖代谢的调控作用：

尽管在前瞻性临床研究中得到的结论让人略感失望，但一项基础研究发现，维生素D在中枢神经系统中参与糖和能量代谢的调节。中枢神经系统，尤其下丘脑在体重和糖代谢的调节过程中有着举足轻重的作用^[32]。VDR在机体多种组织中广泛表达，其中就包括了调节血糖和能量代谢的关键性核团——下丘脑室旁核(PVN)和弓状核^[33,34]。研究发现通过第三脑室注射小剂量活性维生素D[1，25(OH)₂D]，可以改善饮食诱导的肥胖大鼠的糖耐量；而通过外周给予活性维生素D则不会产生这一效果。既往研究表明，维生素D可以增加胰岛素分泌^[35,36]。与之相反的是，维生素D中枢给药后，血清胰岛素水平轻微降低，但与此同时，肝脏对胰岛素的敏感性显著增加，肝脏糖异生限速酶PCK1表达下降，葡萄糖生成减少，从而改善糖耐量。在干扰或敲除PVN中的VDR后，这一作用消失，说明这一作用依赖于PVN的VDR。VDR通过PVN调节血糖的机制尚不明确。有研究表明，PVN核团注射去甲肾上腺素导致大鼠血糖升高，注射三碘甲状腺原氨酸导致小鼠肝糖异生增加^[37,38]。说明PVN参与了血糖调节过程。此外，PVN整合了视交叉上核、下丘脑腹内侧核、弓状核等其他核团的信号，其中弓状核的刺鼠基因相关蛋白(AgRP)神经元在胰岛素介导的肝糖合成中起到关键作用^[39]。考虑到AgRP神经元与PVN核团的神经元有突触连接，因此PVN可能是AgRP神经元调控血糖的中间神经元。VDR在PVN有大量表达^[40]。有证据表明维生素D可能会影响脑内多种神经递质的水平^[41,42]。下丘脑炎症是肝脏胰岛素抵抗的关键因素，中枢给予抗炎因子可以增加下丘脑对瘦素的敏感性，增加交感神经系统活性，改善肝脏胰岛素信号转导^[42,43]；而维生素D可以下调2型糖尿病患者单核细胞的促炎细胞因子，产生抗炎作用^[44]。综上可以推测，VDR可能是通过调节下丘脑对胰岛素和瘦素的敏感性以及神经元的功能参与血糖的调节。

此外，给予饮食诱导的肥胖大鼠第三脑室长期应用1，25(OH)₂D，可以明显减少大鼠进食，并因此使体重减轻。经典的食欲调控中枢位于下丘脑弓状核的AgRP神经元(促进进食)和阿片黑素促皮质激素原(POMC)神经元(抑制进食)，VDR与弓状核内POMC神经元有共定位，并且可以激活后者。中枢神经系统VDR信号通路在代谢调节中的这一全新方式让人们重新思考临床上应用维生素D防控糖尿病的给药方式^[45]。在未来的研究中，揭示维生素D在PVN作用的具体机制，将有助于进一步了解维生素D缺乏与糖尿病之间的关系，以及如何利用维生素D来治疗和预防糖尿病。

2．VDR通过结合不同的染色质重塑复合物来保护胰岛β细胞：

炎症导致的胰岛β细胞功能减退和胰岛素抵抗是2型糖尿病进展的基础^[46]。体外实验和体内实验均发现，VDR在维持β细胞稳态中发挥重要作用，而这种作用与炎症抵抗和内质网应激有关。究其机制，研究者发现了一种新的与VDR有交互作用的分子——溴结构域因子(BRD)9和其同源物BRD7。BRD9与BRD7分别是染色质重塑复合物BAF和PBAF的重要组成部分。VDR通过乙酰化的K91支链(K91Ac)与BRD9的溴化结构域结合，此时VDR处于失活状态，而配体(活性维生素D)以及选择性BRD9抑制剂(iBRD9)可以使VDR与BRD9的结合降低。另一方面，VDR也能与BRD7结合；但不同于BRD9，VDR与BRD7的结合在存在配体(活性维生素D)和iBRD9时会进一步增强。进一步研究提示，β细胞上这种与BRD7结合的VDR处于活化状态，能更好地起到保护β细胞的作用。研究发现，炎症应激时大鼠β细胞株(INS1)上染色质的可及性广泛下降，而VDR与BRD7/PBAF复合体结合后，使以维生素D应答元件(VDRE)为主的染色质可及性增加，能促进关键性负反馈抗炎因子Nfkbia和Nfkbiz等的转录。在细胞实验中，联合应用iBRD9和活性维生素D时，才能使Nfkbia持久升高(>24 h)。在模拟2型糖尿病早期、中期和晚期的3种小鼠模型中，单独应用活性维生素D类似物或iBRD9仅能得到有限的血糖获益，而二者联合应用可以更加有效地保护β细胞，促进胰岛素分泌，降低小鼠的血糖，并且这种获益随着应用时间的延长而越发明显。值得注意的是，在以β细胞耗竭为特征的终末期糖尿病小鼠模型中，联合应用活性维生素D类似物和iBRD9可以使胰岛总体积增加70%左右，并且单个胰岛的体积也显著增加，反映β细胞功能的生物学标志物NKX6-1明显升高^[46]。这项研究结果提示，或许活性维生素D类似物需要与iBRD9联合应用才能更有效地改善2型糖尿病的血糖控制。

四、小结

在一些横断面研究中发现了维生素D水平与肥胖、2型糖尿病相关，但是补充维生素D对2型糖尿病防治作用的前瞻性临床研究并未得到一致的结论。然而，最近的2项基础研究似乎又带来了新的希望。脑内注射活性维生素D有改善高脂喂养大鼠糖代谢的作用，这就促使人们思考改变活性维生素D给药途径或提高中枢内维生素D水平，进而获得防治糖尿病效果的可能性。VDR与BRD9解离并与BRD7结合，从而促进一系列基因转录、调节β细胞炎症反应的新发现提示，也许仅仅给予活性维生素D还不够，还需要联合应用iBRD9才能更好地发挥维生素D对胰岛β细胞的保护作用。此外，还有研究发现，维生素D3可以通过减少胰岛素降解过程中的限速酶——胰岛素降解酶并且提高胰岛素受体磷酸化的激活，改善糖尿病大鼠模型中的胰岛素抵抗和高胰岛素血症^[47]。至于维生素D联合应用胰岛素降解酶抑制剂是否能更有效地控制血糖尚未有研究报道。

虽然很多令人鼓舞的基础研究结果并不一定都能最终转化为有效的临床干预措施，但不断深入探索问题的实质，以新的理念，尝试各种新方法和新技术，是战胜各种疾病的必由之路。