维生素d与神经发育

维生素d与神经发育

维生素d（vitamind，vd）是人体不可或缺的重要药物。它有助于促进钙和磷的吸收，促进骨骼的发育，充分发挥免疫调节作用。它也可用作神经激素的发育和功能。一些研究人员认为，vd是“被遗忘的神经类固醇”。近十年来许多科学家把目光集中到VD在神经发育中的作用,包括VD代谢酶、VD受体(vitaminDreceptor,VDR)在脑内的分布以及VD影响神经发育的机制等。本文就近年来关于VD对神经发育影响的研究进行综述,以便进一步了解VD对神经系统的作用。1cyp27b1对肝脏vd活性的影响人体VD大部分由皮肤产生,其代谢过程为:在紫外线照射下7-脱氢胆固醇转化为VD后在肝脏经羟化反应生成25(OH)D,而25(OH)D较稳定,是目前常用的检测机体VD水平的指标,随后25(OH)D经CYP27B1转化为活性形式1,25(OH)2D,最终由CYP24A1进一步羟化灭活。1.1cyp27b1和cyp2ca1在脑细胞和海VD代谢物可跨过血脑屏障进入脑内,体内外研究也证实脑内能发生VD的代谢消除过程。早期研究发现人类脑脊液中含有VD的3种主要代谢物,即25(OH)D、1,25(OH)2D和24,25(OH)2D;随后发现CYP27B1和CYP24A1在脑部细胞表达,且大鼠和人类胎儿脑组织中也含有CYP27B1。体外培养的神经胶质细胞中存在的CYP27B1可催化25(OH)D转化为1,25(OH)2D,并且1,25(OH)2D能诱导CYP24A1的mRNA,这种基因表达的水平会随着1,25(OH)2D的浓度增加而上升。由此推断1,25(OH)2D可能在脑组织中自行合成和消除。1.2大鼠脑内vdr的表达VDR属于核受体家族,在体内许多组织均有表达,1,25(OH)2D与其结合后发挥生物效应。Sutherland等对阿尔茨海默病患者进行尸检,在其脑组织中提取到VDR的mRNA,首度证明VDR在人脑中表达;随后又有学者在胎鼠脑部背根神经节细胞系中发现VDR,表明发育阶段VDR就已经在脑内出现。VDR在大鼠和人类脑组织内均有分布,包括小脑颗粒细胞,海马CA1和CA2锥体细胞,以及下丘脑视上核和室旁核等。而后Cui等在新生大鼠脑部细胞分裂最活跃的侧脑室室管膜表面发现大量VDR,推测VD信号通路参与了脑部细胞增殖过程;此外,有研究发现大鼠胎龄E15~E23期间脑内VDR的mRNA和蛋白表达明显增加,且该阶段细胞增殖减弱和程序性凋亡数增加,细胞凋亡数增加可能会影响神经元分化进而影响神经系统正常发育。这些发现进一步表明VD信号通路可能参与脑部神经元的分裂和凋亡。2sd大鼠在妊娠和妊娠期间vd为研究VD对机体神经发育及功能的影响,有学者建立了进行性VD缺乏(developmentalvitaminDdeficiency,DVD-deficiency)大鼠模型,即通过避免紫外照射和除去食物中的VD,使雌鼠交配前6周及妊娠期间持续缺乏VD,其后代中表现出某些形态结构和分子上改变的即DVD缺乏大鼠。与正常胚胎情况相反,DVD缺乏胚胎细胞程序性凋亡数量减少而有丝分裂活跃,并且脑内扣带回、齿状回、基底核和海马等多个区域都存在这种现象;DVD缺乏新生大鼠P75NTR受体、NGF以及GDNF水平下降,同时皮质变薄,侧脑室变大。神经球培养可反映脑组织细胞增殖状态。DVD缺乏新生大鼠神经球多于正常组,表明其脑组织细胞增殖活跃,而1,25(OH)2D可减少正常组神经球数量,对DVD缺乏组却没有明显影响,而DVD缺乏大鼠的VDR密度也未改变,推测在胚胎脑部发育关键时期,低水平VD诱导VDR发生翻译后变化而使受体功能永久性失效。3疾病关联与诊疗VD在脑组织中具有多种功能,探明这些作用的机制,明确VD水平异常与多种疾病的关联,为疾病预防和诊疗提供参考一直以来都是人们的关注焦点。VD对神经发育的机制包括影响脑内神经递质、促进脑内神经元分化和轴突生长、调控脑内钙信号、调节脑内活性氧以及调节脑内神经营养因子等。3.1海因子检测da神经元发育和采后调控的作用胚胎神经发育所需VD来源于母体,临床研究也发现母亲血清和新生儿脐带血中25(OH)D的浓度呈明显正相关。发育阶段VD缺乏将会影响多巴胺(dopamine,DA)系统的正常发育。黑质既含有大量DA,也是脑内VDR和CYP27B1主要分布的区域;在病理条件下,1,25(OH)2D还能促进DA合成限速酶酪氨酸羟化酶(tyrosinehydroxylase,TH)的生成。以上研究都表明VD与儿茶酚胺类神经递质有一定的相互作用。大鼠脑内VDR开始出现时间为孕12日(E12)时,该阶段也正是绝大部分DA神经元发育形成的高峰期。在此基础上,研究人员分别在DVD缺乏大鼠胚胎E12日和E15日,即DA神经元形成高峰期和细胞有丝分裂后期取胚胎脑组织,检测其中对DA神经元形成和成熟有关键作用的有丝分裂后调控因子Nurr1和p57kip2a的表达,结果显示这2种因子表达下降,表明DA功能异常。另有研究发现DVD缺乏新生大鼠前额DA水平虽是正常的,但其代谢过程发生了改变,儿茶酚胺氧位甲基转移酶(catechol-O-methyltransferase,COMT)减少,导致二羟苯乙酸(dihydroxy-phenylaceticacid,DOPAC)向高香草酸(homovanillicacid,HVA)转化减少,因而DA的这2种主要代谢物比例DOPAC/HVA增加。3.2小鼠海马表面轴突生长情况VD可有效促进多种类型细胞分化,同样动物实验也证实VD对脑部细胞正常分化也具有关键作用。DVD缺乏大鼠出生时细胞增殖活跃而细胞凋亡数量减少,细胞分化程度低,表现为脑组织体积增大,进一步研究发现这是由于在海马组织中1,25(OH)2D减少增殖细胞数量并诱导轴突生长增加。另有研究VD对外周去神经支配后大鼠的轴突再生能力,损伤后立即给予VD治疗可观察到新轴突形成、轴突直径增加及轴突功能恢复。近期另一项体外研究向海马神经元添加1,25(OH)2D,不仅再次验证VD促进细胞分化的作用,还发现在神经核摄取1,25(OH)2D的过程中,该作用同时与细胞增殖、突触形成及促进细胞程序性凋亡相关基因表达变化有关,提示VD可能参与调控上述基因的表达而发挥促神经元分化和轴突生长作用。3.3病理生理和外神经系统中vd的表达Ca2+参与调控细胞多种生理过程,细胞内外恒定的Ca2+浓度梯度构成钙稳态,以维持细胞的正常生命活动,L型钙通道功能活动和Ca2+内流共同参与了神经元的发育过程,包括神经锥生长、神经元迁移和分化、轴突和树突延伸以及突触和突触可塑性形成等。由多种因素引起的胞内钙含量异常增高及钙超载和钙稳态失衡可导致细胞功能代谢障碍甚至细胞死亡,进而影响神经发育。中枢兴奋性突触传递可引起胞内瞬时性Ca2+浓度增高,增加的Ca2+通过多条钙信号转导通路扰乱钙稳态而对神经发育和神经系统完整性产生损害。早期已有研究证实VD可调节电压敏感L型钙通道和钙结合蛋白表达,维持神经元内钙稳态进而发挥神经保护作用:生理水平1,25(OH)2D能下调海马神经元中电压敏感L型钙通道从而阻断中脑神经元Ca2+内流引起的超极化和毒性作用;利用RNA干扰技术沉默原代皮质神经元VDR表达后,L-type-A1C钙通道mRNA和蛋白表达均上调,而在VDR表达正常组织中添加1,25(OH)2D、L-type-A1C和L-type-A1D型钙通道mRNA和蛋白表达均减弱;1,25(OH)2D能下调大鼠皮质神经元中电压敏感L型钙通道蛋白的表达,抑制β-淀粉样蛋白,进而减少Ca2+内流而保护神经元,VD还可诱导体内外神经元内钙结合蛋白表达,后者与Ca2+螯合而减轻钙过量的损伤;Alexianu等向大鼠运动神经元VSC4.1细胞系中加入1,25(OH)2D共同孵育后发现胞内钙结合蛋白表达增加2倍,向成年大鼠脑室注射1,25(OH)2D后,脑室周围原本不表达钙结合蛋白的神经元却出现了钙结合蛋白的阳性表达。近期体内外研究表明,全氟辛烷磺酸(POFS)、多溴联苯醚(PEBDs)、四氯二苯并-p-二噁英(TCDD)等物质在出生前后大鼠大脑皮质、人神经祖细胞和人成神经细胞瘤细胞SHSY5Y中,都能诱导细胞内Ca2+浓度瞬时、显著增高,引起钙稳态失衡进而产生神经发育毒性。虽然目前还没有进一步的研究探讨在上述毒物损伤的细胞中,VD是否能逆转其钙稳态失衡,不过鉴于早期发现VD可减少钙超载引起的神经发育损伤的研究,推测今后可针对该方向进一步研究。3.4氧化应激作用VD能从基因转录和蛋白表达水平阻断神经元摄入过氧化氢等活性氧引起的神经毒性效应,氧化亚氮和过氧化亚硝酸盐等活性氧能抑制VDR与其共活化物维甲酸X受体(retinodXreceptor,RXR)的络合作用,VD也能逆转这种抑制作用,进而逆转活性氧对细胞核VD信号的抑制。生理水平1,25(OH)2D可增加氧化应激状态下大鼠脑部星形胶质细胞γ-谷氨酰基转移酶,增加谷胱甘肽(glutathione,GSH)的量以清除活性氧。VD诱导的抗氧化作用还能保护DA神经元的完整性。DA毒性代谢产物6-羟多巴胺(6-OHDA)能引起游离铁和过氧化氢增加,两者结合产生的较强的羟自由基使GSH大量消耗,机体抗氧化负荷过重,堆积的自由基引起DA神经元死亡。给予大鼠6-OHDA可破坏黑质中DA神经元导致动物帕金森样症状的产生,预先给予1,25(OH)2D可缓解6-OHDA的毒性,同时增加TH的表达,保护DA神经元功能,并且预先给予1,25(OH)2D还能阻止脱氧麻黄碱所导致的DA耗竭。另外,急性氧化应激条件下,齿状回的损伤也可由1,25(OH)2D改善。除此之外,大剂量的VD可以显著改善局部锌过量引起的DA神经元脂质过氧化、神经元调亡和纹状体DA水平下降,从而进一步验证了VD的抗氧化保护作用。3.5小鼠脑胆碱能神经元生养成分与mdnf表达的关系神经营养因子对神经元的生存、生长和迁移具有重要意义,VD可以影响神经生长因子(nervegrowthfactor,NGF)和胶质源性神经营养因子(glialderivedneurotropicfactor,GDNF)等神经营养因子的合成。研究显示,当人为去除孕期雌鼠饮食中的VD后,新生小鼠脑部NGF和GDNF表达水平较正常饮食组明显下降,表明VD对神经营养因子的表达有重要作用。NGF可调节基底前脑胆碱能神经元,为海马神经元提供营养支持,1,25(OH)2D能促使体外培养的小鼠成纤维细胞L-929合成的NGF增加,也能促使原代星形胶质细胞上调NGF和神经营养因子-3(neurotrophin-3,NT-3)的表达,同时下调NT-4的表达。1,25(OH)2D还能够增加体外培养的海马组织和神经元中NGF的表达。除此之外,将原代培养的皮质神经元细胞系的VDR基因短暂性沉默后,观察到NGF生成减少。也有体内研究显示,向成年大鼠海马直接注射1,25(OH)2D,观察到NGF在mRNA和蛋白水平均有上调。GDNF是一类影响DA神经元生存、发育及其正常功能的重要调节因子。1,25(OH)2D能诱导C6神经胶质瘤细胞及脑组织GDNF的合成增加。预先给予1,25(OH)2D能增加神经元GDNF水平,辅助恢复DA神经元功能,减少6-OHDA诱导的神经元凋亡。4vd影响神经发育的机制综上所述,VD在脑内能通过多重作用,多种途径影响神经系统的发育及其功能,从而对机体健康发挥关键作用。有研究显示,VD缺乏可增加抑郁症、精神分裂症、自闭症和认知障碍等神经精神