翟敏，刘虹麟，张文健

维生素D促进干细胞分化作用的研究进展

翟敏，刘虹麟，张文健

维生素 D（vitamin D，VitD）既是一种脂溶性维生素，也是一种类固醇激素，其生理作用非常广泛，除了广为人知的参与体内钙磷代谢外，VitD 也具有调节免疫力、控制细胞生长与存活、细胞分化、保护 DNA 等多种作用。最近研究表明，VitD 还对干细胞的增殖和分化有重要影响，涉及干细胞类型广泛，包括起源于各个胚层的干细胞。特别是在干细胞向神经、成骨、造血等方向的分化。另外，VitD 对肿瘤干细胞的分化也有明显影响，这可能对肿瘤的治疗具有提示作用。本文对 VitD 在干细胞分化中的作用及其机制进行总结。

1 VitD 概述

VitD 可以从食物中摄取，也可由体内合成。体内由胆固醇生成的 7-脱氢胆固醇储存于皮下，受紫外线的照射后生成开环甾体化合物，即维生素 D3（VitD3），再经过两次羟化后成为具有生物学活性的 VitD3[1]。第一次羟化是在肝脏中 25-羟化酶作用下转变成 25-羟维生素 D3，第二次羟化是在肾脏中，在 1α 羟化酶作用下将 25-羟维生素 D3转变为具有生物活性的 1,25-(OH)2D3，进入血液循环。

进入血液循环的 VitD 与 VitD 结合蛋白（vitamin D binding protein，DBP）结合被运输到靶器官。在靶细胞内，VitD 与 VitD 受体（vitamin D receptor，VDR）结合发挥作用。VDR 是核受体超家族中的一员，是一种 DNA 结合蛋白，与 VitD 结合后进入细胞核，与靶基因结合，从而调节靶基因的转录[2]。VDR 存在于几乎所有的有核细胞内，所以 VitD 具有广泛的生物学效应。

VitD 生理作用广泛，除了调节钙磷吸收和骨骼钙化外，研究证明 VitD 在调节免疫力、控制细胞生长与存活、细胞分化、保护 DNA 损伤等方面具有重要作用，特别是在干细胞分化方面的作用近年来备受关注[3]。

2 维生素 D 对干细胞分化的影响

2.1 对外胚层来源的干细胞分化的影响

2.1.1 对神经干细胞分化的影响 当神经系统发生炎症或损害时，神经干细胞可增殖、迁移和分化成相应的细胞来修复神经损伤。在实验性自身免疫性脑脊髓炎和多发性硬化的实验研究中，发现 VitD 促进神经干细胞增殖及分化为少突胶质细胞，减少了神经功能缺损[4]。Gu 等[5]在用多发性硬化小鼠模型研究神经干细胞对 VitD 的反应中发现，VitD能够促进神经干细胞的增殖并抑制凋亡，其通过激活神经干细胞，来防止和延缓多发性硬化的发展并有助于疾病恢复。de la Fuente 等[6]的研究表明，阻断 VDR 信号将损害少突胶质细胞祖细胞分化及髓鞘的形成和再生。证实 VDR 信号和 VDR 激动剂具有促进少突细胞祖细胞分化的作用。在 VitD3的刺激下，神经干细胞表达 VDR 上调，细胞形态发生变化，并且 VDR 的表达上调及神经干细胞形态变化是 VitD3浓度依赖的。这些研究均表明，VitD3具有促进神经干细胞向神经细胞和少突胶质细胞分化的潜能。

2.1.2 对皮肤干细胞分化的影响 早期研究发现[7]，VitD3及其类似物可通过直接诱导表皮干细胞分化来抑制其克隆生长。此外，无论是在体内还是体外，缺乏功能性的 VDR会导致角质形成细胞干细胞的功能受损，从而导致脱发[8]。而 Oda 等[9]在研究皮肤损伤和伤口的愈合中也发现，VitD和钙信号可能通过增加 β-catenin 转录来调控干细胞的活动从而使表皮应对损伤。这些发现均表明，皮肤干细胞的分化受到 VitD 的调节。

2.2 对中胚层来源干细胞分化的影响

2.2.1 对干细胞向成骨方向分化的研究 近几年，VitD 对干细胞向成骨方向分化的研究很受重视。VitD3可促进人脂肪组织来源的基质干细胞[10]、小鼠胚胎干细胞（embryonic stem cells，ESCs）[11]和人骨髓间充质干细胞[12-13]向成骨方向分化，VitD3还可作为一种有效的成骨细胞-骨细胞转换的启动子，促进诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells，iPSCs）向成熟成骨细胞分化[14]。并且 VitD 还能够延缓间充质干细胞的老化过程及维持其全能性[15]。在对牙齿来源干细胞的研究上发现，VitD3对牙乳头干细胞的增殖无明显作用，但可影响牙乳头干细胞向成骨细胞方向的分化[16]。VitD 矿化液对人牙髓干细胞向成骨样细胞分化也具有诱导效应并能促进其产生矿化基质[17]。

2.2.2 对造血干细胞分化的影响 有研究认为，骨髓前体细胞在分化的各个阶段均需要启动 VitD 依赖的基因编程[18]。大量证据表明，VitD3具有影响正常和白血病髓系细胞增殖和分化的潜力。但 VitD 对淋巴系祖细胞的影响观点不一。一些研究表明 VitD 既抑制正常 T 细胞系和 B 细胞系的祖细胞生长，也抑制恶性 B 细胞系祖细胞生长；另一项研究则发现，无论是在半固体还是液体培养，均未观察到 VitD 对 B 细胞系淋巴祖细胞的诱导分化作用[18]。在自然杀伤细胞（NK 细胞）方面，Weeres 等[19]用 IL、IL-3、 IL-7、FLT 3 配体和干细胞因子培养的脐血 CD34+细胞及胚肝基质干细胞能够分化为有功能的 NK 细胞，但经 VitD处理后发现，生理浓度（10 nmol/L）的 VitD3会使 NK 细胞发育受损。并且在 VitD3的影响下，NK 细胞在细胞毒性和细胞因子产生方面的功能显著降低，而其对成熟 NK细胞的功能无影响。另一方面，VitD3具有强烈诱导造血干细胞沿髓细胞通路分化的能力，并产生 CD14+细胞。表明在造血干细胞中，VitD 支持向单核细胞方向分化而不利于向 NK 细胞发展。

2.2.3 对其他中胚层干细胞分化的影响 除成骨和造血方面的研究外，VitD 对中胚层来源的多种其他干细胞均有促进分化的作用。例如，VitD 可通过调控 STEAP4 基因刺激人脂肪间充质干细胞成脂分化[20]，这可能对肥胖和代谢性疾病的预防和治疗起到积极的作用。VitD 也可以促进人胎儿胰腺祖细胞的分化成熟[21]。亦有最新研究表明，在糖尿病患者中，体外补充 VitD 可以改善血管内皮祖细胞的增殖和生存能力，对糖尿病患者的内皮和血管的损伤修复过程具有重要作用[22]。

2.3 对内胚层来源干细胞分化的影响

有证据表明，VitD 在前列腺干细胞的调控中亦起着重要作用。Maund 等[23]用 VitD3的活性代谢形式1,25-(OH)2D3处理成人前列腺干细胞后，其细胞周期停滞，衰老，并分化为雄激素受体阳性的上皮细胞。深入研究发现其机制是 VitD3上调促炎细胞因子 IL-1 介导的。

2.4 VitD 对肿瘤干细胞分化的影响

肿瘤干细胞是肿瘤发生、发展、复发和转移的关键因素。针对肿瘤干细胞的基础研究和治疗策略的开发均受到广泛重视。在血液肿瘤和实体肿瘤中均发现 VitD 可以抑制肿瘤干细胞的功能。在髓系白血病的研究中发现，1,25-(OH)2D3及其类似物可通过抑制 IL-1β 的产生来抑制急性髓系白血病祖细胞的增殖，并通过 MEF2C 调控 C/EBPbeta 来诱导人髓系白血病细胞分化为单核细胞[24]。在实体肿瘤中，Kulbersh 等[25]发现，免疫抑制性的 CD34+祖细胞的数量在头颈部鳞状细胞癌（鳞癌）患者中增高，该细胞在1,25-(OH)2D3作用下可以分化为免疫刺激的树突状细胞。体内实验证实，经 VitD 治疗后，肿瘤内 CD34+祖细胞的水平和未成熟树突状细胞水平下降，成熟树突状细胞增加，说明 VitD 增强了瘤内免疫能力。So 等[26]报道，VitD 及其化合物（BXL0124）可减少乳腺癌干细胞的数量，从而抑制了导管原位癌向浸润性导管癌的进展。并且，在其随后的研究中证实，VitD 及其化合物是通过减少微球体形成和降低乳腺癌干细胞相关表型标记物的表达来发挥作用的[27]。同样在乳腺癌的研究中，Jeong 等[28]发现 VitD 化合物能抑制乳腺肿瘤干细胞的增殖及自我更新，其与标准疗法相结合，可提高抗癌活性并可能提高治疗效果，进一步支持了其在肿瘤干细胞中潜在的治疗价值。Peng 等[29]研究发现，VitD3可以抑制来自甲状腺未分化癌细胞的肿瘤干细胞的生长，并可能有促进甲状腺肿瘤干细胞分化的作用。此外，VitD 的缺失和 VDR 的失活还可以促进肠道肿瘤的发生[30]。说明VitD 作为常见的营养和肠细胞成熟的诱导剂，是体内决定Lgr5+（肠隐窝基底柱状细胞）干细胞功能的主要环境因素。有研究表明，VitD 不仅抑制肿瘤干细胞的生长而且抑制其转移潜能[31]。而且几乎所有的正常和恶性的生殖系来源的细胞均表达有功能性的 VDR，且 VitD 可不同程度地影响其增殖和迁移[32]。以上这些发现提示，VitD 通过抑制肿瘤干细胞增殖，促进其分化可提高肿瘤对各种治疗的反应性，改善治疗效果，在未来肿瘤的治疗方面具有巨大潜力。

3 VitD 影响干细胞分化的作用机制

在 VitD 处理后可使干细胞表达 VDR 显著上调[4]。VitD 主要通过与 VDR 结合，后者入核后启动靶基因表达而发挥作用。VDR 的靶基因很多，可通过影响组织修复和凋亡的信号调节干细胞增殖[5]。VitD 还可以通过 VDR-视黄醇 X 受体的异源二聚体信号来调控少突胶质祖细胞[5]和胰腺祖细胞[21]的分化。实验发现，在 VDR 高表达的活动性多发性硬化斑块中，阻断 VDR 信号将损害髓鞘的形成和再生，并使少突胶质祖细胞分化受损。说明 VDR 是 VitD发挥作用的关键。

VDR 激活后，可通过上调核因子-κB 受体活化剂配体及骨保护素促进干细胞成骨分化[16]。也有研究发现，VitD 还可以通过 Wnt 经典途径、Wnt5a/ROR2 轴、BMP/TGF-β/ Samd 和 ROS/ERK 信号通路等促进骨髓基质干细胞的成骨分化[33]。此外，VitD 通过抑制 Wnt/β-catenin 通路影响乳腺肿瘤干细胞的活性[26]。

VitD 对造血干细胞的分化成熟作用复杂，其可通过激活 VDR 影响淋巴细胞的分化成熟[34]，同时，也可能存在不依赖于 VDR 的机制，如 Consolini 等[18]研究 VitD 的作用时，未检测到恶性 B 细胞祖细胞 VDR 的表达，推测VitD 可能通过对其他关键的生长和分化因子受体的调控来实现对 B 淋巴细胞的克隆性生长的抑制作用。

此外，VitD 可通过影响炎性因子发挥作用。1,25-(OH)2D3及其类似物可通过阻断 IL-1β 介导的生长刺激信号抑制急性髓系白血病（AML）的增殖[24]。加入 IL-1β可逆转 VitD 的生长抑制作用，表明 VitD 及其类似物通过抑制 IL-1β 的产生而不是通过阻断 IL-1β 的功能发挥作用。此外，在 Ib 期临床试验的晚期头颈部鳞癌患者中，研究发现，VitD3可减少外周血 CD34+细胞数，增加HLA-DR 表达，增加血浆中 IL-12 和 IFN-γ，提高患者外周血 T 细胞活性，从而起到其瘤内免疫作用[25]。

4 结语

VitD 对干细胞的作用以抑制增殖和促进分化为主，由于 VDR 的广泛分布，决定了VitD 对各类型干细胞的分化可能均具有促进作用。虽然其作用机制还有待进一步阐明，但 VitD 促进干细胞分化的作用在多个方面具有潜在应用价值，不仅可用于干细胞体外诱导分化方案的完善，以促进干细胞移植的临床应用，而且因其促进肿瘤干细胞分化，有望用于肿瘤的辅助治疗。总之，随着 VitD 在干细胞领域研究的不断深入，有望开辟 VitD 的新用途。

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第八届中国医药生物技术论坛在青岛隆重开幕

2017年10月19日，第八届中国医药生物技术论坛在青岛香格里拉大酒店隆重召开。中国科学院院士、肿瘤治疗及肿瘤免疫学家、中国医药生物技术协会理事长魏于全致开幕辞，中国医药生物技术协会副理事长李少丽主持。中国医药生物技术协会名誉理事长、卫生部原副部长彭玉，2001年诺贝尔生理或医学奖获得者、英国癌症研究中心首席科学家蒂姆·亨特（Tim Hunt）爵士，中国医药生物技术协会再生医学专业委员会主任委员、中国科学院院士、军事医学科学院研究员吴祖泽，中国医药生物技术协会单克隆抗体专业委员会主任委员、中国工程院院士、空军军医大学教授陈志南，中国医药生物技术协会生物医学信息技术分会主任委员、中国科学院院士、清华大学生命科学院教授王志新，青岛市政府党组成员、红岛经济区工委书记、高新区工委书记王作安，中国医药生物技术协会顾问、原中国医药生物技术协会副理事长肖梓仁，中国医药生物技术协会顾问、原中国医药生物技术协会副理事长刘海林，中国医药生物技术协会副理事长、生物芯片上海国家工程研究中心主任郜恒骏，中国医药生物技术协会副理事长单位、北京源德生物医学工程有限公司总经理毕晓琼，中国医药生物技术协会常务理事单位，青岛奥克生物开发有限公司董事长黄玉香等嘉宾以及来自全国医疗医药企业代表、科研机构代表、协会各分会代表、投资机构、技术团队、创业团队和媒体代表等出席论坛。

在论坛开幕式上，协会理事长魏于全院士签发了《细胞库质量管理规范》，该规范的发布适应我国干细胞、免疫细胞存储产业发展需要，能够起到加强细胞库质量管理、促进行业自律的作用。协会吴朝晖秘书长宣布了中国医药生物技术协会企业信用等级评价结果，首批有4家会员单位获A级以上证书。

本次大会主论坛特别邀请到2001年诺贝尔生理学或医学奖得主、英国生物化学家蒂姆·亨特爵士，他向与会嘉宾分享了有关细胞周期调控的内容，国内三位业内知名专家魏于全院士、陈志南院士、王志新院士分别就中国创新药物研发、精准医疗等主题做了精彩报告。

本届论坛为期3天，紧密围绕“前沿、精准、转化、共赢”主题，通过举办20多个专业分论坛、邀请近百名专家授课、推介7个医药生物技术项目、展示数十家医药生物技术公司等方式，搭建医疗医药领域国内外最新科技成果展示平台、国家最新政策发布与解读平台、青年工作者学习与交流平台、产学研交流合作平台以及投融资平台；促进国际交流与人才培养、促进技术传播和成果转化、促进地方产业进步和技术升级、促进行业规范化和标准化。同时，本届论坛将积极推动我国医药生物技术领域的政策完善和产业发展，加速生物技术研发及产业化的发展步伐，及时、全面反映我国医药生物技术领域的最新研发成果和最新行业动态，共启中国医药生物技术的无限未来。

10.3969/j.issn.1673-713X.2017.06.011

国家自然科学基金（81370873、81302334）

100029 北京，中日友好医院临床医学研究所

张文健，Email：zwj-72@163.com

2017-09-13