【话险危夷】维生素D在脓毒症中血小板白细胞聚集和病理事件中的潜在作用:最新综述

摘要：维生素D缺乏和脓毒症都是严重的全球健康问题。维生素D不足被认为是败血症相关死亡的病理相关因素;然而，这两者之间的因果关系尚未得到证实。最近，维生素D已经成为一个新兴的研究领域，其中在骨骼组织和细胞上发现了维生素D受体，这表明除了影响骨骼稳态外，维生素D在身体生理上还发挥不可或缺的作用。虽然维生素D对骨骼健康的作用已被广泛理解，并已成功地转化为临床应用和公共卫生政策，但最近支持其在其他生理和病理过程中的作用的证据尚未完全建立。在脓毒症中，大多数免疫细胞，包括淋巴细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、树突状细胞以及血管内皮细胞，会诱导局部细胞内的维生素D活性，以确保有效清除感染微生物，并介导抗炎和耐受性作用。文献表明低维生素D水平和脓毒症之间存在一定的关系，但临床试验却未明确证实。本文综述了有关维生素D在免疫功能方面的现有知识，有关维生素D缺乏与脓毒症之间关系的文献更新，以及它对血小板白细胞聚集的潜在影响。文中还总结了患者危重症期间补充维生素D和脓毒症的临床试验，并阐述了脓毒症发病的相关因素对补充维生素D疗效的影响。展望未来，需要进一步的研究来揭示维生素D与脓毒症之间可能的调节关系，以确定其治疗水平的更好临界值，涉及适当的给药时间，以及最佳治疗的最佳剂量。

关键词:感染，炎症，细胞相互作用，25(OH)D3缺乏

研究背景：维生素D (VD)是一种类固醇激素和一种重要的营养物质，据报道它参与多种生理过程，VD的来源主要是D2(麦角钙化醇)和D3(胆钙化醇)。VD2是由麦角甾醇产生的，麦角甾醇主要存在于真菌中，也存在于一些植物中。大约80%的VD3在人体皮肤中内源性合成为7-脱氢胆固醇，以应对阳光中的紫外线照射，约20%通过饮食提供。在体内，VD2和VD3在肝脏和肾脏中经过两个连续的羟基化步骤，分别转化为它们的活性化合物25(OH)D3钙化二醇(血浆D水平的临床标记物)和1,25(OH)2D3骨化三醇除了其众所周知的影响钙和磷酸盐代谢，以确保骨骼健康。VD参与免疫系统调节，通过调节细胞凋亡的过程，调节抑制T淋巴细胞的作用，细胞因子的合成。在19世纪，在抗生素诞生之前，VD通过阳光照射和鱼肝油(VD的主要来源)被偶然地用于治疗感染，如结核病。1903年的诺贝尔医学奖或生理学奖授予芬森，以表彰他在用紫外线(UV)光治疗寻常狼疮(一种由结核分枝杆菌引起的皮肤病)方面的贡献。此后，一些横断面研究表明，较低的VD水平与增加的感染(如结核病和上呼吸道感染)呈负相关。1977年，据报道，营养不良的佝偻病儿童更容易发生肺部感染，并伴有明显的影像学肺异常，称为“佝偻病肺”。然而，很少有人注意到。

在过去的30年里，由于多项流行病学研究显示VD缺乏与包括肺炎和脓毒症在内的不同传染病的发病率之间存在很强的相关性。据报道，这类感染的发病率在冬季显著升高，因为冬季减少了日光照射，而日光照射是VD的主要来源。此后，关于VD和感染发生率的广泛研究并发表。大多数研究集中在呼吸道感染，并一致揭示了低VD血浆水平(25(OH)D3)与急性呼吸道感染风险之间的联系。这些发现被一些随机临床试验(RCT)进一步证实，这些研究报告称，在长达一年的时间里，在维生素D<25 nmol/l的患者中，每天服用400-1000 IU的VD补充剂可以将急性呼吸道感染的风险降低25%。越来越多的证据表明VD缺乏与脓毒症的风险、发病机制和后来描述的结果密切相关，但到目前为止，这些数据还不能用于临床。一些旨在分析补充VD对脓毒症等危重疾病结局影响的临床试验报告了相互矛盾的结果。脓毒症是危重症最常见的病因，检索VD补充对危重症和用安慰剂控制的成年脓毒症患者的影响的RCT。利用Pumped、Scopus、Medline、Embase、Web of Science和Clinical Trials.gov数据库搜索以下词汇:随机对照试验、给药、补充、维生素D、维生素D2、维生素D3、胆钙化醇、麦角钙化醇、骨化三醇、钙化二醇、25-羟基维生素D3、25(OH)D3、1,25-二羟基维生素D3、1,25(OH)2D3、败血症、危重症、重症监护室、败血性休克。所有入院时VD血浆水平(25(OH)D3≤50 nmol/l)较低的危重和脓毒症患者均符合纳入条件。

在一些研究中，VD的使用导致脓毒症患者白细胞抗菌肽(LL-37，抗菌肽)和血浆抗菌肽的mRNA表达显著增加，IL-1β和1L-6显著降低，并显示可减少脓毒症患者30天ICU再入院次数。严重VD缺乏(25(OH)D3≤30 nmol/l)的危重患者的住院死亡率较低，住院时间显著缩短，机械呼吸机呼吸支持时间缩短，住院时间缩短，危重患者ICU死亡率降低。然而，其他研究表明，VD补充对死亡率和住院时间无效。VD缺乏症和脓毒症非常常见，两种情况在临床上经常共存。然而，其缺陷对疾病的发病机制和结果的影响，以及疾病本身对正确评估VD状态的影响，都尚未得到估计。这样的影响可能混淆的VD积极和消极的影响的报道结果，迄今为止。本文首次探讨了VD在脓毒症发病机制中的作用，重点讨论了血小板白细胞聚集(PLAs)及其如何减少聚集形成和粘附在内皮细胞以减轻脓毒症的进展。并探讨了脓毒症发病的相关因素对VD有效性的影响。

维生素D缺乏与脓毒症的关系

脓毒症是一种危及生命的器官功能障碍，由宿主对感染的异常反应引起，是一个迅速增长的国际卫生问题，并造成巨大的经济负担。在世界范围内，它每年造成4 890万例病例，造成1 100多万人死亡在英国，每年大约有25万例病例和4.4万人死亡。在美国，有170万例确诊病例，其中27万例死于脓毒症。我们对发展中国家，特别是沙特阿拉伯的脓毒症发病率和结局估计知之甚少。然而，现有的所有数据都证实，脓毒症是世界各地发病率和死亡率的一个严重原因。约三分之二的脓毒症患者在重症监护室(ICU)接受治疗，英国每年的费用估计为156亿英镑，美国为240亿美元。目前用于脓毒症的管理指南，包括抗生素和液体补充，是至关重要的，可以显著改善临床结果和降低死亡率。虽然文献中没有关于25(OH)D血浆浓度用于定义VD缺乏的共识，但它在世界范围内是一个非常普遍的情况。迄今为止的共识是，维持25(OH)D高于30 nmol/l的血浆水平可预防VD缺乏相关的骨骼疾病;较低的25(OH)D水平可作为VD缺乏症的诊断标准，应予以预防和治疗。据报道，欧洲的患病率为13%，美国为5.9%，加拿大为7.4%，在许多发展中国家超过20%。当VD缺乏症定义为<50 nmol/l，据估计，在欧盟这一为40%，世界范围内报告的患病率更高。

在涉及脓毒症的重症监护室患者中，有79%至98%的患者血浆VD水平较低。脓毒症的风险及其结果如死亡率、住院时间、器官衰竭与VD缺乏呈正相关。Trongtrakul和Feemuchang发现，尤其是在VD血浆水平严重缺乏(25(OH)D <30 nmol/l)的病例中，四分之三被诊断为严重脓毒症的患者血浆中VD水平较低，死亡率较高。在发达国家，当发现VD的血浆水平较低时，脓毒症的新病例及其相关死亡的数量在冬季升高，尽管各种季节性因素也与此有关。因此，将VD恢复到最佳血浆水平可能对败血症的发展和结果有重要的影响。迄今为止，被认为足够或最佳的25(OH)D的推荐血浆浓度在不同环境下有所不同。>50 nmol/l的浓度足以维持骨骼健康，尽管60-75 nmol/l的浓度对骨骼健康有最佳的有益影响。然而，一些研究指出，75 nmol/l以上的水平需要更高的免疫系统的最佳功能。因此，进一步研究VD发挥其额外骨骼功能的最佳血浆水平是非常重要的。在发展中国家，关于VD缺乏和败血症之间联系的数据非常有限。然而，随着VD缺乏症的高患病率的报告，可以预期会有越来越多的感染性VD缺乏症患者入院。未来的研究来估计脓毒症患者的VD水平。

维生素D干预脓毒症发展的机制

在脓毒症中，入侵微生物和相关炎症反应产生的损伤和压力信号会局部刺激细胞内VD活动，以确保微生物的有效清除，并介导抗炎和耐受性作用通过结合各种病原体相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMPs)刺激TLR 2/1通路，可诱导VDR和1-α-羟化酶(1-α-羟化酶，CYP27B1)基因。炎症介质如IFNγ， IL-15和IL-17A有助于1-α-羟化酶(CYP27B1)基因的激活。大多数免疫细胞，如淋巴细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、树突状细胞以及血管内皮细胞都有25-羟基维生素D-1α-羟基化酶(1α- ohase)，该酶局部作用于将25-羟基维生素D (VD循环形式)转化为其活性化合物(1,25(OH)2D) 62与VD的常规肾脏激活不同，这种转换是由25-羟基维生素D水平调节的;因此，低浓度的25-羟基维生素D会干扰其骨骼外的作用。活化后，VD在细胞内易位，与一种称为VD结合蛋白的蛋白质结合在其核受体(VDR)上形成复合物。随后，该复合物附着在DNA上的VD反应元件上，调节靶基因的转录。大多数免疫系统细胞表达VD受体。因此，通过VD受体的信号通路通过增加抗菌肽(AMPs)的释放，如cathelicidin和LL-37, cathelicidin的活性形式来加强局部固有免疫反应。这些amp诱导了细胞因子释放介导的广谱抗菌活性，包括趋化性、吞噬作用和程序性细胞死亡VD通过降低主要组织相容性复合体(MHC) II类和共刺激分子CD40、CD80、CD86在抗原呈递细胞(APCs)(树突状细胞(DC))上的表达水平来减少抗原呈递过程，导致更耐受性、不成熟状态对介导适应性免疫的细胞激活状态也有多种影响。VD可抑制T淋巴细胞(Th1)及其IL-2和干扰素γ (IFNγ)的释放。此外，血管内皮中VD-VDR复合体启动的细胞内下游信号通路降低了细胞活性和炎症反应。此外，VD还有抗炎作用，其中有文献报道用100 nm 1,25(OH)2D3从正常个体的血液中提取的免疫细胞预孵育4小时，可以减少几种促炎介质(如IL-1β， TNF-α， IFN-γ和IL-8)的产生，在细菌刺激24小时处理后反应达53倍[热杀死肺炎球菌血清型19F (HK19F)] ；另一项研究发现，激活从VD缺乏样本分离的血液免疫细胞，TLR刺激释放广泛。

VD通过抑制toll样受体-2和toll样受体-4的基因表达，降低p38和p42/42的磷酸化及其下游信号转导，减少活性氧的释放来发挥其抗炎作用78此外，VD作为转录因子调节控制免疫反应的几个生物过程的基因表达，如细胞增殖、分化、凋亡和血管生成。79此外，VD缺乏会导致肠道微生物群的紊乱，80在脓毒症发病中有新的作用，因为它增加了脓毒症的易感性，并增强了随后的多器官衰竭。VD和VDR都在维持肠道菌群的正常平衡中起着重要作用，从而提高了对肠道和全身病原体的免疫力目前，多种脓毒症的介入治疗方法旨在恢复平衡的肠道菌群。

维生素D对血小板白细胞聚集的影响

脓毒症期间大量产生血小板白细胞聚集物，并与疾病严重程度显著相关白细胞(WBC)与活化的血小板结合产生细胞聚集物(在血液中自由移动或附着在内皮细胞上)，在很大程度上导致了脓毒症患者的器官功能障碍因此，在疾病持续时间的特定时间点靶向这一病理可能会限制脓毒症结果的严重程度，如血管闭塞、血供减少和器官衰竭。PLA的形成及其附着在血管系统内皮层可能被广泛的激活介质触发和传播，如粘附分子、促炎细胞因子、趋化因子、补体和促凝因子，如图1所示。这导致持续的内皮功能障碍，血小板和白细胞反应性增加，并激活凝血由于VDR在PLA形成的大部分细胞中表达，如淋巴细胞、中性粒细胞、巨噬细胞和血管内皮细胞，VD可能影响这些聚集体的形成。近年来，研究表明VD缺乏的健康人的循环PLA和白细胞内皮粘连水平较高然而，目前还没有VD给药对PLAs程度的影响的临床报告数据。研究还发现VD降低了血小板活化所需的粘附分子的表达，并降低了同型血小板聚集和血小板-血小板复合物91因此，考虑VD和VDR对PLA形成的影响就变得至关重要。感染后的第一次免疫防御是通过识别病原体相关分子模式(pathogen associated molecular patterns, PAMP)和识别受体(toll-like receptor, TLRs)从组织中释放损伤相关分子模式(damage associated molecular pattern, DAMPs)启动的。RRs由白细胞表达，并在一定程度上由内皮细胞和血小板表达，刺激细胞内信号通路，释放炎性细胞因子IL-1、TNFα、IL-6、IL-8、IL-12.92-94 VD下调TLRs的基因表达，从而减轻炎症反应。此外，VD可降低许多促炎介质，如IL-6、IL-8和TNFα。

血浆中VD水平与血小板平均体积(MPV)呈负相关，MPV是血小板活性的标志，表明血小板体积越大越活跃。被激活的血小板分泌CD40配体(CD40-l)进入血液，CD40配体与存在于血小板上的CD40受体相互作用以增强其激活和白细胞上的CD40受体增强其激活和活性氧的生成。此外，它可能与表达于血管内皮细胞上的CD40受体结合，增强其激活和几种粘附分子的表达，如在其表面的ICAM和VCAM以及趋化因子CCL2的产生。从而介导白细胞募集。最近，研究发现VD可降低血液细胞中CD40配体的基因表达以及受刺激的内皮分泌的ICAM和VCAM的血清水平血管生成素2 (Ang-2)在血管内皮Weibel-Palade体激活后立即产生。Ang-2与Tie -2受体竞争性相互作用，抑制Ang-1,103,104的保护作用，增强内皮细胞活化，夸大炎症反应。此外，它与其他炎症细胞因子协同作用，促进它们的行动；例如，使血管内皮对TNFα刺激敏感。它还诱导多形核细胞向促炎状态的直接激活VD给药导致血清中angiopoietin-2水平显著降低。血小板上髓系细胞上表达的触发受体(TREM-1)与其白细胞上配体的相互作用是PLA的另一个中介。有报道称VD可抑制体外诱导的TREM-1的表达组织因子由活化的内皮、血小板、白细胞及其释放的具有促凝和促炎特性的微粒在活化后表达。刺激体外的凝血途径，产生凝血酶和纤维蛋白原。凝血酶增强了血管内皮表面粘附分子的表达，如E和P的选择和产生血管性血友病因子(VWF)以及血小板活化因子、Il-8和血管生成素2等几种可溶性分泌产物。纤维蛋白原通过与白细胞上的Mac-1和血小板上的GPIIb/IIIa (αIIbβ3)结合，稳定血小板-白细胞内皮细胞的相互作用，并与CD11b/ cd18o结合。

VD可下调组织因子的体外表达。有VD的活化(发炎)内皮细胞系的治疗可以抑制组织因子和粘附分子的基因表达。此外，对有内皮功能障碍的慢性肾病患者进行VD治疗时，血清中循环微粒水平较高，可导致微粒水平显著降低；还发现，在人内皮细胞系暴露于氧化应激后，可抑制微粒释放。

补充维生素D治疗脓毒症的潜在混杂因素

在这篇综述中讨论，证明了补充VD治疗脓毒症的有效性。为了评价VD补充对脓毒症等危重疾病临床结局的影响，我们进行了多项RCT研究，并不是所有研究都证实了两者之间的相关性。迄今为止获得的结果值得进一步深入研究，以确定干扰产生预期的VD保护作用的潜在机制或因素，从而影响脓毒症的进展和结果。首先，应用干预方法在VD补充剂量、形式、途径和持续时间方面的可变性，以及在已发表的RCT中发现的人群和样品量的异质性，可能在很大程度上导致了报告的混合结果。其次，文献中关于VD缺乏和充分性的定义缺乏清晰度和一致性，这导致随机对照试验中VD缺乏的标准存在显著差异。因此，非VD缺陷病例可能参与随机对照试验并影响报告的结果。第三，目前还没有足够的前瞻性研究来确定骨骼组织功能的最佳VD剂量。VD在生理上以游离形式分布(0.3%)，或与VD结合蛋白(DBP;85%)或白蛋白(15%)。DBP水平和多态变异都影响VD(游离和结合白蛋白)的生物利用度，这可能会影响对补充白蛋白的反应。在一些患者中，DBP低是由于蛋白质分解代谢或由于血管通透性增加而渗漏到细胞外基质。VD充分性通常通过测量血浆中总维生素25(OH)D的水平来确定。因此，自由VD(活性形式)的生物利用度增加，它可以扩散到大多数身体细胞。此外，编码VDBP基因(GC基因)的较高多态性率导致DBP亚型与VD具有不同的结合亲和力，影响VD的生物利用度。因此需要注意额外的VD补充，因为它可能导致高钙血症的高风险在感染性疾病患者中，大约1%的轻度高钙血症不需要临床干预在分子水平上，任何细胞外(血清)钙离子的增加都会影响炎症反应。此外，脓毒症患者可根据其血浆中总维生素25(OH)D水平归类为VD缺乏，即使VD的生物活性游离形式在正常范围内。

VD水平在维持循环免疫球蛋白和补体方面很重要。一项大型研究表明，对于低水平的VD，与IgG2和C4呈正相关，与IgA(补体结合)，IgG1和C3呈负相关，这些炎症反应最初依赖于完整的黏膜屏障和免疫反应的体液成分，补体成分在过度激活和沉积后的耗竭(血期消耗)可能是总体结果的一个决定因素。脓毒症相关的多器官功能障碍，其中补体激活产物和补体失调具有无可争议的致病作用，可能受到特异性靶向途径或其成分的影响。因此，适当的VD补充时间对其补充结果有显著影响，作用方式可能包括对脂质代谢的多效性影响，这在脓毒症中VD缺乏与高水平的胆固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白(LDL)相关VD补充可导致血脂参数、总胆固醇、极低密度脂蛋白(VLDL)、低密度脂蛋白和甘油三酯的降低呈正相关。因此，在脓毒症中补充VD的时间和剂量影响其治疗脓毒症的有效性，这可能是介入研究报告结果中存在争议的一个促成因素。

结论

脓毒症患者普遍存在VD缺乏症，因此，VD缺乏症可影响疾病的发病机制。VD血浆水平的恢复可能通过降低DAMPs和PAMPs的丰度、炎症介质、PLA形成的程度及其对内皮细胞的粘附，以及平衡肠道菌群来对抗全身和肠道病原体，从而限制疾病的进展。然而，文献中关于VD补充对脓毒症患者的影响的数据是相互矛盾的，与目前体外和观察性研究的证据不一致。一些因素可能低估了预期的积极影响。需要进一步的研究来阐明VD与脓毒症发病机制中不同参与者的分子相互作用(免疫稳态)。因此，适当的VD补充时间、剂量、形式、足够的血浆水平才能有效，以及确定哪些患者可能从VD补充中受益最大，需要在未来的临床试验中准确确定。

评述：

脓毒症是一种危及生命的疾病，近年来，对脓毒症的病理生理有了更深入的研究，但尚未有研究说明维生素D与脓毒症相关，本文介绍了维生素D在脓毒症炎症反应中的可能机制，介绍了最新的相关研究成果，给临床工作治疗脓毒症提供了新的方案，也为研究脓毒症炎症反应机制提供了研究思路。

翻译：杨丹平

校对：陈霞霞

述评：木塔里甫

原始文献：  Azzah Alharbi  ,  A Potential Role of Vitamin D on Platelet     Leukocyte Aggregation and Pathological Events in     Sepsis: An Updated Review  ,  J Inflamm Res. 2021  ;  14:3651–3664.  

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