王艷紅，焦穎

(首都醫(yī)科大學附屬北京婦產醫(yī)院新生兒科，北京 100026)

維生素D是一種具有強大活性及多種生理功能的類固醇類激素。維生素D與鈣及骨代謝相關，在腦部發(fā)育及損傷修復中起重要的調節(jié)作用。研究發(fā)現(xiàn)，維生素D受體貫穿大腦通路，維生素D通過對其受體的作用，在神經元發(fā)育及功能障礙中扮演重要角色；除了對維生素D受體的作用外，維生素D還參與鈣調節(jié)，其在腦發(fā)育過程中通過對神經營養(yǎng)因子的影響起重要作用，動物研究已經證明維生素D缺乏是大腦發(fā)育異常的一個重要危險因素，在成人研究中，缺乏維生素D與神經系統(tǒng)疾病密切相關[1-4]。近年來，維生素D與新生兒腦損傷以及維生素D在早期腦損傷中的治療作用也不斷得到關注。研究者們已經開始評估維生素D在預防或治療新生兒缺氧缺血性腦病(neonatal hypoxic ischemic encephalopathy，HIE)中的作用，并通過動物和人類的數(shù)據(jù)了解維生素D缺乏與HIE的關系，包括維生素D補充時間對損傷修復的重要性以及對缺氧損傷嚴重程度的影響?，F(xiàn)就維生素D在新生兒腦損傷中的意義及作用予以綜述。

1 維生素D的生理作用

維生素D是一組具有生物活性的脂溶性類固醇衍生物，是促進骨骼生長和發(fā)育的重要營養(yǎng)素。維生素D包括維生素D2(麥角骨化醇)和維生素D3(膽骨化醇)，其最強的活性代謝衍生物是1,25-二羥維生素D3。研究顯示，維生素D參與機體的多個生理過程，與多種疾病(如高血壓、肥胖、腫瘤、糖尿病、免疫、精神及神經系統(tǒng)疾病)存在關聯(lián)，具有強大的骨骼外作用[5-9]。

維生素D在體內通過肝臟、腎臟逐步完成活化，然后與維生素D結合蛋白結合后經過血液到達靶器官，并與相應受體結合，發(fā)揮相應的生物學效應，同時發(fā)揮細胞調節(jié)作用，參與對腫瘤細胞、免疫方面的調控。關于維生素D與神經系統(tǒng)關系的研究不斷揭示，25-羥維生素D水平與認知功能降低之間關系的前瞻性研究結果并不一致。如Slinin等[10]進行了維生素D與神經認知的前瞻性研究，該研究選取骨質疏松的老年男性人群，在隨訪中調查了維生素D與認知能力之間的相關性，結果顯示低水平維生素D與認知功能障礙和認知能力降低的風險無相關性。然而，一項前瞻性研究顯示老年女性低25-羥維生素D水平與認知障礙的發(fā)生率較高以及認知功能降低的風險相關；研究還顯示，大腦中存在某些參與維生素D合成通路的酶及維生素D受體[11]。目前腦損傷的核心機制為炎癥反應，維生素D與大腦中的受體結合，參與調節(jié)鈣及炎癥反應，特別是白細胞介素(interleukin，IL)-12、腫瘤壞死因子-α和IL-6等，進一步參與腦損傷[12]。維生素D還可通過對腦神經營養(yǎng)因子的調節(jié)發(fā)揮作用，補充維生素D在腦發(fā)育中起到了非常重要的作用，特別是在大腦發(fā)育和成長最快的嬰兒期和兒童期[1,11]。

2 維生素D缺乏與異常腦發(fā)育

維生素D是大腦正常發(fā)育所必需的關鍵信號因子。在成年嚙齒動物的大腦中，維生素D受體的表達非常廣泛，在感官、運動和邊緣系統(tǒng)中均發(fā)現(xiàn)了高水平的維生素D受體，這表明了維生素D在整個生命過程中的作用[13]。Veenstra等[14]發(fā)現(xiàn)，維生素D受體在神經上皮層和處于活躍的神經元分化區(qū)域等處均有廣泛表達。Eyles等[15]研究發(fā)現(xiàn)，與正常維生素D水平大鼠后代相比，孕期低維生素D水平大鼠后代的大腦結構發(fā)生了變化，大腦皮質變薄，側腦室增大，整個大腦的增殖細胞數(shù)量增加。隨著大腦結構的變化，大腦缺乏維生素D后代的生長因子水平也存在差異，同時神經生長因子和神經源性生長因子水平也相應較低[15-16]。同樣，對犬的相關研究亦有類似發(fā)現(xiàn)，維生素D缺乏也會影響新生犬的腦體積，這源于維生素D缺乏所致的不恰當?shù)纳窠浶藜鬧15]。因此，維生素D缺乏與大腦發(fā)育不良有直接關系，且這種影響十分深遠。有報道指出，即使在出生后立即補充維生素D，腦室體積的改變也會持續(xù)到成人[17]。不同孕周維生素D的嚴重缺乏可導致不同的后果，孕早期是器官形成階段，此時維生素D缺乏可能會影響腦結構的發(fā)育，而神經細胞的發(fā)育在孕后期，因此孕后期維生素D缺乏可能表現(xiàn)為腦體積的改變[18]。然而，這些理論很難通過小鼠模型證實，主要由于小鼠的孕期很短(20～22 d)，且小鼠體內維生素D的半衰期為2～3周[19]。

上述動物實驗顯示，維生素D缺乏是異常腦發(fā)育的危險因素。而Daglar等[20]的研究顯示，孕婦血清維生素D水平在妊娠并發(fā)神經管缺陷中起重要作用，該橫斷面研究共納入60例孕婦，其中30例妊娠合并胎兒腦膜下裂、腦膜瘤、無腦兒的患者為研究組，另30例正常孕婦為對照組，結果顯示，研究組的平均母體血清25-羥維生素D3水平較對照組低，而對照組的平均血清鈣水平顯著高于研究組，說明孕婦血清維生素D水平在神經管發(fā)育中起重要作用。而Lowe等[2]研究發(fā)現(xiàn)，嬰兒維生素D水平偏低，合并HIE的嬰兒維生素D也呈現(xiàn)低水平，即使在補充維生素D后血清維生素D水平也常在損傷后72 h持續(xù)降低。目前，維生素D與新生兒HIE之間的研究尚處于起始階段，還存在一些未知問題。

3 維生素D對細胞促凋亡的影響

維生素D對細胞凋亡的影響是通過支持正常神經系統(tǒng)發(fā)育過程中的細胞修剪來完成的，這種影響與抗凋亡的影響相伴，目的是保護細胞在神經損傷后免于死亡。細胞增生與凋亡的平衡對胎兒神經系統(tǒng)的正常發(fā)育至關重要，而維生素D在維持這種平衡過程中起重要作用。在正常的神經系統(tǒng)發(fā)育過程中，高水平的神經增殖發(fā)生在孕早期[3]。發(fā)育過程也是機體修剪不需要的細胞和神經連接的過程，改變凋亡和有絲分裂的平衡會導致不正常細胞數(shù)量的增多，而且改變相鄰的神經元細胞之間的連接或神經元細胞與膠質細胞之間的連接可擾亂正常腦細胞的發(fā)育，在這一過程中，維生素D在保護神經細胞免于死亡的同時，也促進了其凋亡[21]。骨化三醇治療膠質細胞瘤可以使蛋白增多，包括p53、gadd45和c-myc，導致程序性細胞凋亡進程加快[22]。另外，維生素D缺乏的孕鼠所生的小鼠全腦顯示低水平的凋亡和高水平的有絲分裂[23]。體外實驗顯示，高劑量的骨化三醇可增加細胞的凋亡，而低劑量的骨化三醇則會抵抗凋亡[24]。維生素 D的促凋亡效應支持著神經元正常神經發(fā)育過程中的修剪，起到神經保護作用。

4 維生素D與損傷的大腦

研究提示，維生素D缺乏與多種神經系統(tǒng)疾病(阿爾茨海默病、帕金森病、亨廷頓病、精神分裂癥、自閉癥、抑郁癥、多發(fā)性硬化癥等)具有相關性[25-30]。另外，維生素D缺乏與成人缺血性腦梗死的進展和嚴重程度有關，研究顯示，維生素D治療可以改善成人缺血性腦梗死的結局[31]。這些數(shù)據(jù)并沒有列出維生素D在新生兒腦損傷中的作用，但實驗發(fā)現(xiàn)，在新生動物大腦缺血性損傷實驗模型中用骨化三醇治療是有效的[32]。隨著對維生素D與神經系統(tǒng)疾病研究的深入，有學者發(fā)現(xiàn)，孤獨癥與維生素D缺乏關系密切，并可能在胎兒期就存在，通過影響胎兒大腦發(fā)育發(fā)揮作用[33-34]。維生素D可幫助預防神經元損傷后的細胞死亡，具有神經保護作用。

4.1維生素D的抗氧化作用 圍生期窒息和繼發(fā)性HIE是新生兒期腦損傷的重要原因，可能導致新生兒死亡和長期殘疾[35-36]。能量衰竭、膜去極化、水腫、神經遞質釋放增加、神經遞質攝取抑制、細胞內鈣離子增加、無氧自由基產生、脂質過氧化以及血流減少均有助于缺氧缺血性改變后大腦損傷的進展[1-2]。人體含有多種抗氧化防御機制，以防止體內(如超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽氧化酶、谷胱甘肽)和外部(如維生素E和維生素C)抗氧化劑對臭氧的損害。研究表明，維生素D具有神經保護、免疫調節(jié)、抗炎以及抗氧化特性[37-44]。Mutlu等[1]以31例HIE新生兒為研究組，30例健康新生兒為對照組，并檢測其維生素D、抗氧化劑(包括谷胱甘肽氧化酶和氧化物歧化酶)、氧化劑(包括丙二醛)和高級氧化蛋白產物的濃度，結果發(fā)現(xiàn)，研究組的新生兒及其母親的維生素D水平均低于對照組，丙二醛和高級氧化蛋白產物水平均高于對照組，表明維生素D具有一定的神經保護和抗氧化作用。另外，骨化三醇本身不是自由基清除劑，而是通過產生自由基清除蛋白，從而清除自由基，而維生素D可以通過金屬離子的新陳代謝改變自由基的形成，并通過阻止皮質細胞的脂質過氧化保護細胞免受這種損傷[4,45]。

4.2維生素D的抗炎作用 維生素D也可以通過影響腦損傷后前炎癥與抗炎癥細胞因子之間的平衡，保護損傷后的神經元，減輕繼發(fā)性損傷。維生素D的抗炎作用包括對IL-6合成的抑制，這是肝臟中C反應蛋白生成的主要刺激因素[12]。對腦缺血做出反應的第一個細胞是神經膠質細胞，特別是小膠質細胞，其轉錄的是早期的促炎細胞因子(如腫瘤壞死因子-α、IL-6和γ干擾素)，這些促炎細胞因子能夠激活額外的炎癥途徑，從而誘導陽性的急性期蛋白質(包括C反應蛋白)，進一步參與腦損傷[46]。維生素D還可通過作用于抗原呈遞細胞抑制細胞介導的免疫反應，從而抑制輔助性T細胞1反應，同時能產生抗炎細胞因子的輔助性T細胞2也因維生素D的存在而上調；另外，維生素D還可減緩細胞因子的產生[47]。所有這些效應均提示了一種可能的機制，即可能導致機體炎癥和神經元缺血細胞死亡。

4.3維生素D的神經營養(yǎng)因素 維生素D通過增加神經營養(yǎng)因子[如神經生長因子 (nerve growth factor，NGF)、神經營養(yǎng)蛋白和膠質細胞源性神經營養(yǎng)因子(glial cell derived neurotrophic factor，GDNF)]，誘導神經保護[32,48-49]。維生素D與其受體結合會激活細胞內的瀑布式反應，導致一些神經保護性基因的表達，包括GDNF。GDNF已經被證實是一種重要的神經保護因子，在氧化應激反應導致的腦損傷模型中，用骨化三醇治療可以提高GDNF水平[48]。用骨化三醇治療神經細胞也可以升高c-Ret信使RNA水平(c-Ret是一種GDNF受體)；另外，出生時存在維生素D缺乏幼犬的GDNF水平更低[15]。在小鼠缺血實驗前注射GDNF可以使腦梗死的發(fā)生率降低，并可以減小腦梗死面積[16]。在一系列小鼠皮質損傷的模型中，8 d的骨化三醇治療可以使皮質中的GDNF水平升高，并可改善皮質損傷[50-51]。NGF是另一種神經營養(yǎng)因子，它是一種重要的促進神經元發(fā)育和維持神經元成熟的因子，且會被維生素D影響。骨化三醇是一種細胞外蛋白，在體外，注射骨化三醇可以升高NGF信使RNA和NGF的水平[52]。

神經營養(yǎng)因子是一類經典的蛋白質，對于神經元的存活和成熟具有重要作用，尤其是神經營養(yǎng)素-4(neurotrophin-4，NT-4)在缺血性腦損傷中起重要作用。小鼠大腦中動脈結扎2周后，NT-4在缺血性大腦半球的表達水平較非缺血性大腦半球更低，用NT-4治療可以顯著減小大腦中動脈梗阻1 d導致的基底神經節(jié)和皮質梗死的面積，而維生素D缺乏可顯著減少GDNF的受體[3,53]。Keeney等[54]進行的大鼠實驗發(fā)現(xiàn)，給中年大鼠低維生素D飲食幾個月后，其出現(xiàn)顯著的腦自由基損傷癥狀，并伴有多種大腦蛋白質受損；而維生素D缺乏可能導致低親和力GDNF受體表達水平顯著降低[15]，提示低維生素D水平可造成腦損傷。

4.4維生素D治療腦損傷的時機 在腦損傷前補充維生素D是否能提供顯著的神經保護作用，目前尚不明確。小鼠實驗顯示，于缺血性腦損傷前補充骨化三醇8 d可以顯著減小腦梗死面積，但另一組提前4 d補充維生素D卻未出現(xiàn)神經保護作用[32]。有研究顯示，雖然補充骨化三醇和維生素C能夠減少氧化應激反應，但提前8 d補充骨化三醇并未顯著減少缺血再灌注模型小鼠的腦損傷標志物[55]。在體外，對谷氨酸誘導的腦損傷小鼠在損傷前24 h用骨化三醇治療可以保護腦細胞，但在損傷后用同樣的方法治療卻無效果[56-57]。

關于腦損傷后使用維生素D治療也存在爭議。在小鼠腦卒中模型中，損傷后用維生素D治療5 d后，并未觀察到維生素D的神經保護作用[58]；然而，對成年人的研究顯示，在腦卒中后補充維生素D可降低病死率、致殘率和減輕腦卒中癥狀[59]。有研究對小鼠HIE模型在損傷30 min后注射骨化三醇，結果顯示，治療組較非治療組的腦損傷面積更小；同一個實驗的另一個組用了7 d的骨化三醇治療，腦損傷的面積更小，但兩組間的差異較小[60]。

5 小 結

維生素D是一種具有生物活性的類固醇類激素，通過參與腦發(fā)育、細胞凋亡的過程對維持正常神經系統(tǒng)發(fā)育起重要作用，具有神經營養(yǎng)、抗炎和抗氧化的特性，并可能在新生兒時期對腦損傷具有重要的保護作用。維生素D缺乏與異常的腦發(fā)育和大腦對神經損傷的易感性相關。維生素D治療可以減小腦梗死面積和減輕嚴重程度，但目前維生素D對中樞神經系統(tǒng)的作用僅在動物模型和成人中進行了驗證。為了更好地了解維生素D改變新生兒腦損傷結局的作用，有必要對新生兒進行進一步的臨床研究。因此，多中心試驗至關重要，盡管大部分仍處于理論階段，但維生素D對預防或減少新生兒缺氧導致的長期神經損傷仍具有顯著潛力。