维生素D受体基因多态性与神经系统疾病的关系

王 丹 张亚男 马尚寅 朱 岚 李文妍 罗 璇 肖云峰（.内蒙古自治区人民医院药学处呼和浩特 0007；.内蒙古自治区人民医院质量管理处 呼和浩特 0007；3.内蒙古医科大学 呼和浩特 0000）

维生素D受体（Vitmin D Receptor，VDR）通过与维生素D（Vitmin D ，VD）的主要活性代谢产物 1，25-（OH）2D3结合，调控相应DNA序列基因的表达，在调节钙磷代谢、组织细胞的生长分化、维持体内矿物质动态平衡、炎症反应、免疫调节等方面发挥着重要的作用[1]。近年来，VDR基因单核苷酸多态性（single nucleotide polymophism，SNP）与疾病的相关性研究成为热点，从1989年科学家们利用限制性内切酶对ApaI位点单核苷酸多态性研究开始[2]，不断地对 EcoRV、BsmI、TaqI、Tru9I、ForkI等位点单核苷酸多态性进行研究，已经证实VDR基因多态性可能影响多种疾病的易感性，如骨关节炎、糖尿病、心血管疾病、肿瘤和肺结核等[3]。近几年研究发现，VDR基因单核苷酸多态性与神经系统疾病的发生有着密切的关系。

1 维生素D受体基因多态性

1.1 维生素D及其受体的结构与功能：维生素D是一种类固醇衍生物，本身不直接作用于靶器官，而是在一系列酶的代谢下转化成活性形式1，25-（OH）2D3[4]，在机体钙磷代谢及内分泌、呼吸、循环、免疫、神经系统中发挥重要作用[5]。人体血清中的维生素D来源有两种，少部分是经食物摄入，大部分是通过光照合成。在紫外线B（波长290～315 nm）的照射下，皮肤中的7-脱氢胆固醇被转化为维生素D的前体D3，继而转化为维生素D3，然后维生素D3在CYP2R1和CYP27A1两种肝微粒体酶的作用下转化为无活性的25（OH）D，此物与维生素D结合蛋白结合后，在肾脏CYP27B1酶的作用下转化成活性形式的1，25-（OH）2D3，此物与维生素D受体结合，形成 1，25-（OH）2D3-VDR 受体-配体复合物，从而发挥多种生物学效应[16]。维生素D受体（vitamin D receptor，VDR）在机体多数细胞、组织、器官中分布，通过信号通路的传导参与对靶基因的调控，在细胞分化、生长、凋亡、免疫反应、血管生成及炎症反应中发挥着重要的生物学作用[7]。

维生素D受体类型有两种，分别为膜受体（VDRm）和核受体（VDRn），因为膜受体的作用发生和消失都很短暂，不依赖活性蛋白质生成和基因表达，所以VDR要想发挥作用主要是通过核受体完成的。VDR蛋白从N端到C端分为六个区即A区到E区：A+B区为转录激活自主调节功能区；C区为DNA结合区；D区具有免疫原性；E 区是VDR 与 1，25-（OH）2D3结合的主要部位[8]。维生素D受体在全身器官、组织、细胞中均有分布，与配体结合后能产生一系列信号通路，参与许多靶基因的调控，在细胞分化、生长、死亡、血管生成、炎症、免疫反应中发挥作用[9]。

1.2 维生素D及其受体在神经系统疾病中的作用：维生素D在神经细胞的增殖和分化、脑内钙信号传导、神经保护和神经营养中具有重要的作用，另外它还可能改变神经传递和突触的可塑性。研究发现，维生素D缺乏与多种神经精神疾病和神经退行性疾病有关。Langub等人发现，大脑中存在功能性的VDR，当它与配体结合时，能够特异性地结合DNA反应元件，参与神经系统疾病的发生发展[10]。Eyles等人也在大脑中发现了维生素D受体，维生素D在发育的大脑中起着神经激素的作用[11]。在一项实验研究中，活性形式的维生素D促进了初级海马细胞的神经突生长[12]。另外，VD可以保护不成熟的神经元避免受到无缓冲钙和活性氧的神经毒性。这主要通过下调L型电压敏感型钙通道和刺激细胞内钙结合蛋白。由此可见，无论是动物实验还是人体实验，越来越多的证据表明合适的维生素D水平可以促进大脑的健康发育。而从药物经济学方面考虑，维生素D价格便宜且容易获取，研究其在神经系统疾病中的生物学效应及药理学机制意义深远。

维生素D会增加神经系统多种疾病的易感性。Wrzosek M等人发现维生素D的缺乏可导致帕金森病、多发性硬化、精神分裂症、癫痫、血管性痴呆及卒中等神经系统疾病的发病率增加[13]。McGrath等人研究发现，补充VD可以减少精神分裂症的患病风险[14]。另外，Smolders J等人研究发现维生素D通过免疫途径参与了多发性硬化的发病机制，维生素D通过抑制IFN-9和IL-2的产生并直接通过干扰小胶质细胞而起到调节免疫的作用，从而预防或减缓多发性硬化疾病的进展[15]。一项对敲除VDR基因的小鼠进行化学诱发癫痫的研究证实了VDR基因敲除增加了癫痫的易感性[16]。Rimmelzwaan等人进行Meta分析对比帕金森病患者与健康对照组人群的平均血清25（OH）D浓度，结果发现帕金森病患者平均血清 25（OH）D浓度为11.6 μg/mL，低于健康对照人群[17]。Kumar等人研究发现，患有糖尿病的动物在Y型迷宫中认知辨别能力受损，在服用维生素D3后，不仅能恢复胆碱能受体的表达，而且能改善认知功能障碍[18]。来自英国的一项研究发现，低25（OH）D3与认知功能障碍存在显著的相关性[19]。在囊括了226篇文献的Meta分析中提到，前瞻性队列研究结果显示，维生素D缺乏与阿尔茨茨海默症（AD）的发生风险增加相关。考虑到维生素D的安全性且及成本效益，补充维生素D对预防AD和痴呆的潜在有益影响应引起神经学家和老年病学家的注意和评估[20]。Matthew R Durk等人发现，维生素D可以减少小鼠脑β淀粉样蛋白，从而提高阿尔茨海默症小鼠的认知能力[21]。Afzal等人研究发现，缺乏维生素D可以使糖尿病、高血压、高脂血症等代谢性疾病的风险增加，从而使血管性痴呆的患病风险增加[22]。Brondum等人所做的一项Meta分析表明，低浓度的25（OH）D可直接增加缺血性卒中的风险[23]。Lemire等人所做的一项队列研究发现，维生素D可以减少细胞的氧化损伤，其可能的机制是减少细胞自由基的产生、抑制诱导型一氧化氮合酶的合成及提高谷氨酰转肽酶的活性[24]。此外，研究表明维生素D可能通过调节IL和促进胶质细胞产生神经营养因子，从而在周围神经病变[25]、亨廷顿氏病[26]、良性阵发性位置性眩晕[27]等疾病的发生发展中起着重要作用。

研究发现，维生素D受体广泛存在于神经细胞中。在啮齿类动物中，VDR免疫反应已被证明在白质内的少突胶质细胞中占优势[28]。另外有证据表明，维生素D受体在大鼠的神经元和神经胶质细胞中广泛存在[29]。在人体神经细胞内同样发现了VDR及1-羟化酶的分布[30]。Tague等研究发现，VDR存在于视神经上核、视神经旁三核及外围神经元[31]。这些结论为维生素D在神经系统疾病的发生中起到重要作用提供了生理基础。然而，不同的年龄、性别、种族等因素均会影响维生素D受体与配体的结合，从而影响对维生素D的敏感性，需要探讨维生素D受体基因多态性与神经系统疾病的关联。

1.3 维生素D受体基因多态性：VDR基因位于22号染色体12q13，由9个外显子和8个内含子组成，长度约为75 kb，是一种配体诱导的转录因子，其编码的蛋白属于核受体超家族成员。在维生素D的激活下，VDR与DNA上的激素反应元件结合，调控靶基因的表达[32]。越来越多的证据表明维生素D受体存在单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP），通过影响受体配体结合从而影响VD的生物学活性。目前VDR信号通路中SNP研究最为广泛的是 FokI、BsmI、ApaI、TaqI和 Cdx2。其中，FokI位于VDR基因外显子2，能编码产生大小和活性不同的蛋白质，其SNP位点为rs2228570。BsmI与ApaI均位于VDR基因内含子8，SNP位点分别为rs1544410和rs7975232，有研究认为BsmI与A－paI并不影响VDR、mRNA和蛋白质的含量，但可能促进VDR、mRNA的稳定性和转录活性，从而使维生素D受体的活性增加[33]。TaqI位于VDR基因外显子9，SNP位点为rs731236，TaqI多态性使得VDR基因的第352个密码子出现ATC-ATT突变，然而突变前后的密码子均编码异亮氨酸，并不影响VDR的氨基酸序列[34]。Cdx2基因位于染色体13q12-13的1a启动子区域，包含3个外显子和2个内含子及311个单氨基酸，长度为22～23kb，SNP位点为rs11568820。

2 维生素D受体基因多态性与神经系统疾病的关系

2.1 FokI位点基因多态性与神经系统疾病的关系：FokI（rs2228570）位点有两种可能的等位基因，即存在FokI限制性内切酶的f（T）位点和不存在FokI限制性内切酶的F（C）位点[35]。FokI单核苷酸基因多态性发生在VDR基因的5，末端，它将第一密码子的核苷酸序列从ATG改变为ACG，从而使蛋白质的大小比正常情况下减少了3个氨基酸，导致对1，25（OH）2D的亲和力降低。FokI基因多态性与神经系统疾病易感性的关系多次被研究，研究最多的是与帕金森病的相关性，其次为阿尔茨海默病、癫痫、血管性痴呆和特发性震颤。

研究发现，FokI T等位基因与神经保护有关，而C等位基因可能使帕金森病、多发性硬化症和阿尔茨海默症等神经疾病的风险增加[36，37]。Niuet等人发现维生素D受体FokI基因位点CC基因型会增加帕金森病的患病风险[38]。在一项以研究中国人群中VDR多态性与帕金森病相关性的实验中发现，VDR rs2228570 C等位基因与中国人群中帕金森病风险的增加有关[39]。To..ro..k等人在匈牙利人群的研究发现，FokI位点等位基因C与PD有相关性[40]。但有一项研究例外，在一项关于FokI多态性与帕金森病相关性研究中发现，FokI F等位基因比f等位基因有更好的肠钙吸收。因此，具有FokI F等位基因的人群被认为具有较高的维生素D水平，FokI F等位基因发挥帕金森病易感性的保护作用[41]。由此可见，从目前研究来看，除Young Ho Lee等人的研究外，其余大多数研究表明FokI f（T）等位基因与神经保护有关，而F（C）等位基因可能增加帕金森病的风险。

Daniel等研究发现FokI与女性多发性硬化（MS）风险有弱相关性，但仍需进一步研究VDR多态性改变在MS病因学和发病机制中的作用[42]。Manjunath等人在亚洲人群中的一项研究发现，具有FokI ff基因型的人群较具有FF基因型的人群患血管性痴呆的风险增加[43]。一项关于VDR基因多态性与特发性震颤的研究得出，较短型的C等位基因对维生素D的活性形式有较强的亲和力，T等位基因产生较长的VDR蛋白，与维生素D的亲和力较低，可能导致特发性震颤的发生[44]。以上两项研究与FokI f（T）等位基因与神经保护有关，而F（C）等位基因可能增加帕金森病、血管性痴呆等疾病的风险这一结论相反。

虽然VD缺乏症在癫痫患者中非常普遍，而且越来越多的证据表明VD在癫痫的发展中起作用，但关于癫痫与VDR基因变异可能的关系，目前研究较少。现有的研究只有Pei Jiang等人所做的关于VDR多态性与儿童颞叶癫痫（TLE）易感性的关系，结果显示，FokI AC基因型的频率明显高于对照组[45]。而目前还未有数据表明VDR多态性与特发性癫痫的易感性存在关联。

综上所述，FokI f（T）等位基因与神经保护有关，而F（C）等位基因可能增加帕金森病、血管性痴呆、癫痫的风险；与之相反的是，FokI f（T）等位基因可能增加血管性痴呆和特发性震颤的风险。

2.2 BsmI位点基因多态性与神经系统疾病的关系：BsmI（rs1544410）位点位于3'端第8内含子，其突变是G（b）等位基因被A（B）等位基因取代。研究发现，BsmI（rs1544410）位点基因多态性虽然不改变氨基酸序列而产生所谓的沉默突变，但是据报道，BsmI突变会使得VDR mRNA的稳定性和转录活性下降[46]。结果表明，BsmI与poly（A）尾处于一个强连锁不平衡（LD）中，通过改变mRNA的稳定性可以对基因表达产生影响[47]。现有对BsmI多态性的研究以对骨质疏松、糖尿病及神经系统疾病易感性最多。但在神经系统疾病中的研究较少，主要是研究其增加抗癫痫药物对人体产生的不良反应、对抑郁症的影响以及对帕金森病的影响。

Kanitpong等人研究发现，携带BsmI多态性的癫痫患者服用丙戊酸钠会导致血管危险因素的风险增加[48]。另外一项研究发现，维生素D受体BsmI基因位点BB基因型多态性可增加长期服用抗癫痫药物导致绝经前妇女癫痫患者骨量减少的风险，这种作用可能是通过维生素D-副甲状腺素途径介导的[49]。一项VDR基因变异是否与老年人的认知功能和抑郁症状有关的研究发现，BsmI和TaqI多态性的携带者在注意力和记忆力方面有缺陷。BsmI和TaqI多态性的携带者更容易发生与年龄相关的认知功能退化[50]。一项对VDR ApaI、BsmI、TaqI和FokI多态性与帕金森病的关系进行荟萃分析结果表明，BsmI和FokI多态性与帕金森病风险相关，而ApaI、TaqI多态性与该病发病风险无相关性。但仍需要设计样本量更大的前瞻性队列研究证实这些相关性[51]。

2.3 Cdx2位点基因多态性与神经系统疾病的关系：Cdx2（rs11568820）位点位于染色体13q12-13的1a启动子区域，包含3个外显子和2个内含子及311个单氨基酸，全长22～23kb[52]。体外研究发现，A等位基因比G等位基因能够更有效地结合Cdx2蛋白[53]。

Bck F等人对小鼠的研究发现，Cdx2存在于小鼠胚胎的胚层和神经管中，诱导器官的发生和细胞的分化。而且在成年小鼠的小肠上皮细胞及结肠腺上皮细胞中均有稳定的分布[54]。众多研究表明，Cdx2还在消化道、泌尿生殖道、头颈部等肿瘤中有不同程度的表达，在消化道肿瘤中表达最强[55]。其基因多态性a等位基因对骨折风险有保护作用[56]，AA携带者对T2DM和胰岛素分泌受损具有更高的易感性[57]。可见目前对于Cdx2的多态性的研究主要集中在对肿瘤、骨质疏松、内分泌系统等疾病的影响，而在神经系统疾病中尤其是癫痫中的研究很少。在一项关于Cdx2多态性与自闭症易感性关系的研究中，并没有发现病例组与对照组的基因型和等位基因频率存在差异[58]。

2.4 ApaI位点及TaqI位点基因多态性与神经系统疾病的关系：VDRApaI（rs7975232）位于BsmI附近的内含子8中，其多态性结果是一个C等位基因被A等位基因取代。 TaqI（rs731236）位点多态性位于第9号外显子（最后一个）的第352密码子，与BsmI相似，TaqI也具有多态性产生沉默突变，这种沉默突变的特征是通过C到T的替换，导致ATC到ATT密码子的变化，并导致异亮氨酸的沉默密码子改变[59]。

到目前为止，关于ApaI位点及TaqI位点基因多态性与神经系统疾病的关系有一些研究，但得出的阳性结果较少。比如Daniel等人在对ApaI、BsmI和TaqI VDR基因多态性分析与斯洛伐克多发性硬化症有无关系的研究中并未发现ApaI位点多态性与多发性硬化的联系[60]。同样，Niu和Kang等人通过研究也未发现ApaI及TaqI基因多态性与帕金森病易感性有关联[61，62]。而仅有一篇文献表明ApaI位点及TaqI位点基因多态性与神经系统疾病存在联系：该研究为在高强度紫外线照射下，发现ApaI位点的GG基因型及TaqI位点的TT基因型可降低帕金森病的风险[63]。

3 小结与展望

近年来，维生素D受体基因多态性与疾病关系的研究逐渐成为热点，研究者发现维生素D受体基因多态性与肿瘤、内分泌、骨质疏松、免疫系统及心血管等疾病密切相关，而VDR基因多态性与神经系统疾病易感性的关系也被广泛研究。研究最多的是与帕金森病的关系，其次为阿尔茨海默症、多发性硬化、癫痫、血管性痴呆及卒中等。目前VDR信号通路中单核苷酸基因多态性研究最为广泛的是 FokI、BsmI、ApaI、TaqI和 Cdx2。本综述总结了各基因位点多态性与各神经系统疾病易感性的关系。

经查阅大量文献资料发现，FokI（rs2228570）位点的研究最多，而该位点多态性与帕金森病关系的研究最多，其次为对阿尔茨海默病、癫痫、血管性痴呆和特发性震颤的影响。FokI f（T）等位基因与神经保护有关，而F（C）等位基因可能增加帕金森病、血管性痴呆、癫痫的风险；与之相反的是，FokI f（T）等位基因可能增加血管性痴呆和特发性震颤的风险。BsmI（rs1544410）位点基因多态性和神经系统疾病的关系研究较少，主要是研究其增加抗癫痫药物对人体产生的不良反应、对抑郁症的影响以及对帕金森病的影响。携带BsmI多态性的癫痫患者服用丙戊酸钠会导致血管危险因素风险的增加。BsmI基因位点BB基因型多态性可增加长期服用抗癫痫药物导致绝经前妇女癫痫患者骨量减少的风险。BsmI多态性的携带者更容易发生与年龄相关的认知功能退化。另外，BsmI多态性与帕金森病风险相关。ApaI（rs7975232）位点、TaqI（rs731236）位点及Cdx2（rs11568820）位点基因多态性与神经系统疾病易感性的关系研究不多，且阳性结果较少，仅有一项研究发现ApaI位点的GG基因型及TaqI位点的TT基因型可降低帕金森病的风险。

虽然对于VDR基因多态性与神经系统疾病的关系已经有一定的研究基础，也发现一些位点的多态性可增加某些神经系统疾病的易感性，但目前的研究并没有一致性的结论。且这些研究普遍存在的问题是纳入研究的病例数少，没有大规模的多中心研究，种族、年龄、饮食习惯、相关实验室指标等遗传及环境因素纳入研究的较少，相信随着分子生物学技术的不断发展和遗传多态性研究的不断深入，VDR基因多态性与神经系统疾病的关系会越来越清晰，并有可能作为诊断工具和治疗手段，在人类防治疾病的进程中发挥更大的作用。