高蕾 程雷 周林福，3

1 南京医科大学第一附属医院呼吸与危重症医学科（210029）

2 南京医科大学第一附属医院耳鼻咽喉科

3 南京医科大学中西医结合研究所

支气管哮喘（哮喘）是一种常见的由多种炎症细胞及细胞组分参与的慢性气道炎症性疾病，以气道炎症、气道高反应性、气道重塑为显著的临床特征。哮喘发生发展涉及遗传（基因）、环境、免疫交互作用。近年来，全球哮喘发病率呈增高趋势[1]。重症哮喘虽然仅占哮喘患者的5%～10%，但其急诊就医率和住院率分别为轻、中度哮喘的15 倍和20 倍，是导致哮喘治疗费用和死亡骤增的重要原因。目前常用的控制哮喘症状的药物，如糖皮质激素，并不能显著逆转或减少气道重塑。维生素D 是人体所需的一种脂溶性维生素。维生素D 缺乏与增加哮喘急性加重的风险、严重程度及反复发作有关，补充维生素D 有益于哮喘的治疗[2]。现有证据表明，补充维生素D 有助于辅助治疗哮喘乃至重症哮喘[2]。本文将对维生素D 与重症哮喘关系的研究进展作一综述，重点介绍维生素D 治疗重症哮喘的潜在机制及其疗效。

1 维生素D 的基本特性

1.1 维生素D 分布和代谢

维生素D 主要有维生素D2和维生素D3两种形式，其中维生素D3约占90%～95%。皮肤合成是维生素D3的主要来源。

维生素D 具有生物学惰性，需要经过两次羟基化，才能转化为生物活性形式。第一次羟基化发生于肝脏，在25-羟化酶的作用下，转化成25-羟维生素D[25(OH)D]。第二次羟基化场所主要在肾脏，在1-α 羟化酶（CYP27B1）的催化作用下，生成具有生物活性的代谢物1,25(OH)2D3（骨化三醇）。1,25(OH)2D3通过与维生素D 受体（vitamin D recrptor, VDR）结合，发挥生物学作用[3，4]。维生素D 在人体内不可或缺，除了调节钙磷代谢以外，与骨质疏松、骨骼畸形等骨骼相关疾病也密切相关。由于VDR 广泛分布于体内各种组织器官，故维生素D 亦具有广泛的骨骼外生物学效应。近来，对维生素D 的认识已延伸至哮喘、糖尿病、自身免疫性疾病、心血管疾病、肾脏疾病以及癌症等疾病[5]。

1.2 维生素D 含量评估

25(OH)D 是人体维生素D 的主要循环形式，临床上用于衡量维生素D 的状态。1,25(OH)2D3不能真实地反映人体维生素D 水平，其主要原因为：①体内血清1,25(OH)2D3浓度比25(OH)D 约低1000倍。②维生素D 缺乏可促进25(OH)D 转化为1,25(OH)2D3。机体维生素D 缺乏时，1,25(OH)2D3仍能保持在正常范围。③25(OH)D 半衰期较长，可达3 周左右，而1,25(OH)2D3半衰期只有4h。

体内维生素D 水平受多种因素（如皮肤色素含量、户外活动、饮食、季节、纬度等）影响。2011 年美国内分泌协会建议，血清25 (OH)D 浓度低于20ng/ml（50nmol/L）即为维生素D 缺乏，在21～29ng/mL（50～70nmol/L）为不足，对成人或儿童而言超过30 ng/mL 时为足量，在40～60ng/mL 范围内被视为理想的状态，直到 100ng/mL 都是安全的[6，7]。2011 年美国医师协会提出，25(OH)D＜37.5nmol/L（15ng/mL）为维生素D 缺乏。2010 年儿童微量营养素缺乏防治建议指出，对于成人，25(OH)D＜50nmol/L(20ng/mL)为维生素D 缺乏。此外，孕期高维生素D 水平（≥125nmol/L）与增加后代哮喘用药及因哮喘入院的风险相关[8]。迄今，有关维生素D 水平的分级以及维生素D 的推荐剂量，尚未达成一致共识。由于维生素D 具有重要的生理功能，维生素D 缺乏与多系统疾病相关，适当提高维生素D 水平，有利于预防多种疾病，促进机体健康。

2 维生素D 缺乏参与重症哮喘的潜在机制

有关维生素D 缺乏与重症哮喘之间的潜在机制的体外研究表明，维生素D 可以减轻气道炎症、逆转激素抵抗、改善气道重塑，并有益于防治病毒感染诱导的哮喘急性加重[9-11]。

2.1 维生素D 缺乏促进气道炎症

维生素D 的免疫调节作用可改善哮喘病理生理，且对重症哮喘有保护作用。维生素D 能够促进单核细胞增殖、成熟以及向巨噬细胞分化，且能够抑制巨噬细胞分泌趋化因子和炎症细胞因子。此外，维生素D 在B 细胞、T 细胞、树突状细胞等介导的固有免疫以及适应性免疫中发挥着重要的调节作用[9]。由此推测，维生素D 缺乏可促进气道炎症的发生发展。

白介素10（IL-10）是一种重要的免疫抑制因子，可调节淋巴细胞、单核细胞对激素的敏感性。体外研究发现，维生素D 可上调在地塞米松作用下CD4+T 细胞分泌IL-10 的能力，并诱导Th0 细胞分化为 CD4+CD25+调节性 T 细胞（Treg 细胞），Treg 细胞能够分泌IL-10，具有免疫抑制作用[10]。此外，维生素D 能下调CD4+T 细胞产生炎症介质，抑制Th1细胞因子水平[11]。体内研究报道，维生素D 和中波紫外线都能够抑制肺组织和支气管肺泡灌洗液（BALF）的嗜酸粒细胞募集，从而改善哮喘的气道炎症。据此推测，维生素D 在肺内免疫中发挥了重要的作用，维生素D 缺乏或不足降低了地塞米松在激素抵抗型哮喘患者中治疗的有效性，补充维生素D则有益于逆转激素抵抗。

2.2 维生素D 缺乏参与气道重塑

哮喘气道重塑的主要特点是气道结构变化，表现为气道上皮细胞黏液化生、平滑肌细胞增生、上皮下胶原沉积和纤维化、血管增生等。支气管平滑肌在气道重构、管腔缩窄、支气管收缩中起重要作用。气道重塑常引起不可逆的气流受限，并增加气道高反应性。一般说来，重塑缘于长期的气道炎症反应。现认为，气道重塑始于儿童时期，早在3 岁之前就有发生[12]。在卵蛋白致敏的小鼠模型中，维生素D 缺乏的小鼠气道高反应性和气道重塑较水平正常的小鼠有所增强。补充维生素D 能减轻促炎反应，但不能完全逆转过敏性气道炎症。在慢性哮喘小鼠模型中，维生素D 治疗可抑制气道炎症、改善气道结构，包括上皮下纤维化、杯状细胞增生及气道平滑肌增生。补充维生素D 可能通过抑制核因子κB（NF-κB）活化而减轻哮喘气道重塑[13]。

巨噬细胞、淋巴细胞、嗜酸粒细胞、成纤维细胞和气道上皮细胞等均可合成TGF-β。TGF-β 依赖Th2 细胞诱导基质金属蛋白酶抑制剂1（TIMP-1）表达，而TIMP-1 过表达可增加细胞外基质和上皮下纤维化沉积[14]。肿瘤生长因子TGF-β1 活化导致过量胶原沉积，其中成纤维细胞起关键作用。Th2 细胞产生IL-4、IL-5、IL-13 等细胞因子，在气道重塑中发挥重要作用。维生素D 可降低CD4+T 细胞及Th2细胞因子的产生，同时还促进IL-10 释放。骨化三醇浓度是确定Th2 细胞分化和功能的关键。1,25(OH)2D3通过抑制TGF-β1 和细胞外基质表达，从而抑制小鼠成纤维细胞活化和增殖。

现有研究表明，维生素D 具有抗纤维化作用[15]。VDR 基因敲除小鼠炎性细胞侵袭能力增加，NF-κB磷酸化上调肺部炎性介质和基质金属蛋白酶，促进肺气肿形成及肺功能下降。VDR 在支气管平滑肌mRNA 转录和翻译时表达。肿瘤坏死因子α（TNF-α）和（或）干扰素γ（IFN-γ）预处理支气管平滑肌细胞，维生素D 治疗可有效抑制趋化因子分泌达60%，然而丙酸氟替卡松或骨化三醇单独应用只能分别抑制趋化因子分泌达38%和20%。

维生素D 可抑制支气管平滑肌增生，对气道重塑和肺功能产生影响。动物实验也证明，1,25-(OH)2D3不仅可有效缓解哮喘病情，还能降低哮喘小鼠肺内巨噬细胞、树突状细胞上T 细胞免疫球蛋白域黏蛋白域蛋白（ITM4）mRNA 表达，下调 ITM4 蛋白表达，进而缓解气道炎症，改善气道重塑和肺功能[16]。

气道重塑在哮喘早期即可发生，维生素D 在肺发育中起重要作用。维生素D 刺激肺泡II 型细胞DNA 和表面活性物质的合成。维生素D 缺乏的母鼠后代表现为肺功能受损，主要是肺容量减少，同时肺顺应性亦有所下降。由此可见，早期维生素D 缺乏可能影响肺发育，从而促进哮喘发生发展[14]。

2.3 维生素D 可减少病毒感染所诱发的哮喘急性加重

病毒感染是重症哮喘急性加重的重要危险因素之一[17]。呼吸道合胞病毒（RSV）是婴幼儿和老年人呼吸道感染的主要病原体。7.2%的哮喘住院患者与RSV 感染相关[18]。一项针对RSV 感染的人气道上皮细胞体外研究表明，维生素D 可诱导上皮细胞表达 IκBα，从而抑制核因子 NF-κB 激活，减少气道炎症反应[14]。此外，另有研究表明维生素D 作用于IκBα 水平而非 IFN-β，因此不影响 IFN-β 介导的抗病毒作用。这表明1,25 (OH)2D3可通过抑制NF-κB 激活而减少RSV 诱导的炎症反应，且不影响病毒清除。然而，维生素D 在哮喘患者中是否有类似的抗炎作用亟待阐明。

3 维生素D 缺乏与重症哮喘遗传易感性相关

遗传因素和环境因素共同参与了哮喘的发生发展。VDR 是一种位于人12 号染色体长臂上的核转录因子，其包含了11 个外显子，在基因组上总长75kb。VDR 分子量为50kD，含有427 个氨基酸残基。VDR在人体各组织细胞中广泛存在，通常有核细胞均能表达VDR，在肺、结肠、肾上腺皮质等组织细胞和淋巴细胞中的表达量较高。当无配体存在时，VDR 与共抑制子作用，与靶DNA 的维生素D 应答元件结合，从而抑制基因转录。VDR 与1,25-(OH)2D3结合后，引起构象改变和磷酸化，使其与共抑制子解离，进而与共激活子形成复合物，激活目的基因转录。据报道，维生素D 应答元件数量与VDR 转录的反应强弱有关[19]。而且，在VDR 敲除小鼠模型中，ADAM-33、MMP-2 和 MMP-9 基因表达上调，而 1,25(OH)2D3治疗可使其表达均下调。

4 维生素D 治疗重症哮喘的价值

吸入糖皮质激素（ICS）是目前治疗哮喘的基石。联合吸入ICS 和长效β2 受体激动剂（LABA）是哮喘症状控制最有效的治疗方法。约5%-10%的哮喘患者即使经过长期规范化治疗，甚至使用大剂量激素，仍有不同程度的不可逆性气流阻塞，需反复急诊就医或门诊治疗，甚至承受长期口服激素带来的不良反应[20，21]。全球哮喘防治创议（GINA）将经过第4 步治疗（缓解药物加2 种或更多的控制药物）尚未达到可控制水平的哮喘，称为难治性哮喘（重症哮喘）。现有药物对重症哮喘的疗效仍然欠佳，甚或有引起严重不良反应的风险。英国医学杂志（BMJ）率先报道，在哮喘常规治疗的基础上，补充维生素D可减少重症哮喘急性加重的风险，而且不增加副作用[22]。

维生素D 缺乏与哮喘的严重程度相关，可表现为哮喘的临床控制水平下降、急性加重的频率增加[23]以及急诊就诊和住院次数增加[24]。维生素D 缺乏或不足可分别使病毒性呼吸道感染的风险增加50%和70%[25]。以色列对21237 例成人哮喘患者进行大样本队列研究发现，血清维生素D 水平与既往1 年内急性加重次数呈负相关[26]。另有一项前瞻性研究报道，对于维生素D 水平≤25ng/mL 的儿童哮喘患者，与长期维持补充维生素D 相比，短期大量补充维生素D 能够短期内（3 个月）降低哮喘急性加重[27]。

哮喘患者低血清维生素D 水平与气道高反应性和肺功能下降有关。对280 例成人哮喘患者进行分析，发现维生素D 水平与呼出气一氧化氮（FeNO）、诱导痰嗜酸粒细胞计数呈负相关，与哮喘控制水平、哮喘严重程度以及肺功能亦呈负相关[28]。有趣的是，对于轻、中度哮喘患者，在常规哮喘控制用药的基础上，大剂量补充维生素D 可显著改善肺功能[29]。

哮喘患者血清维生素D 水平与激素用量呈负相关。对86 例儿童患者(其中36 例为激素抵抗的重症哮喘，26 例为中度哮喘，24 例为无哮喘的对照组)分析后发现[30]，与非激素抵抗型哮喘患者相比，激素抵抗的哮喘患者血清维生素D 水平显著降低；血清维生素D 水平与ICS 用量呈负相关。补充维生素D或可减少哮喘患者的激素用量，有益于治疗激素抵抗型哮喘患者。然而，补充维生素D 对维生素D 水平正常的哮喘患者是否有益尚待进一步研究证实。

5 总结与展望

哮喘是一种多基因参与的具有遗传易感性的慢性气道炎症性疾病。重症哮喘仍是困惑临床的瓶颈问题。现有资料表明，维生素D 在哮喘免疫应答与气道炎症和气道重塑中具有多重调控作用，很可能通过调节哮喘的病理生理，为哮喘患者带来临床获益。重症哮喘是一种异质性疾病，其发病机制亟待阐明。深入剖析重症哮喘患者遗传易感性，有望识别有效分子靶标，并据此研发新型哮喘治疗药物。诚然，维生素D 治疗哮喘和重症哮喘的有效性及安全性，尚需大样本随机对照临床试验或真实世界研究提供循证医学证据。总之，维生素D 具有较高的安全性，在哮喘、重症哮喘和过敏症防治领域具有潜在的应用前景。