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重磅綜述丨維生素D代謝與癌癥關(guān)系
前言
維生素D，傳統(tǒng)上被認為是一種必需的脂溶性維生素，可以從膳食獲得，也可以經(jīng)紫外線照射后在皮膚中合成，是固醇激素合成的前體，廣泛調(diào)節(jié)人體的生理過程。維生素D的經(jīng)典代謝路徑是在肝臟和腎臟中經(jīng)歷兩步代謝后生成一種具有生理活性的代謝物骨化三醇，它能夠綁定維生素D受體（VDR）行使多種生理功能，經(jīng)典的角色是調(diào)節(jié)骨重建中的鈣和磷代謝。然而，近期的研究表明它也可以被一種CYP11A1驅(qū)使的非典型代謝路徑代謝和激活。
皮膚缺少日照且膳食補充不足容易引起維生素D缺乏，且有研究表明這種缺乏會增加除了骨骼疾病外的其它疾病例如癌癥的發(fā)生風險。首次觀察到日照不足和癌癥的發(fā)生和死亡率呈正相關(guān)關(guān)系是在80年前的北美。隨后，在1980年和1992年，第一次有流行病學研究將低日光暴露和結(jié)直腸癌及前列腺癌的高發(fā)生率結(jié)合起來，這表明維生素D作為日照的一個替代物可以降低結(jié)直腸癌和前列腺癌的發(fā)生風險。從那以后，很多流行病學的研究都支持了涉及18種癌癥的UVB-維生素D-癌癥假說。這種假說隨后被維生素D和癌癥風險的直接相關(guān)性研究證實。此外，很多人群隊列研究揭示了血清中的25-羥基維生素D (25(OH)D)水平和結(jié)直腸癌、乳腺癌、前列腺癌、胃癌及其它的一些癌癥高風險呈負相關(guān)。而且，一些細胞和動物實驗也為維生素D的抗癌作用提供了強有力的證據(jù)。因此，維生素D的缺乏能促進很多癌癥的發(fā)生和進展，維持足夠的維生素D水平有助于預防和治療癌癥。
既然諸多流行病學研究和實驗數(shù)據(jù)表明了維生素D在預防和治療癌癥中的作用，那么人們對于骨化三醇和維生素類似物在臨床中的應用也進行了研究。然而，過量使用維生素D引發(fā)的高血鈣癥限制了其在臨床中的使用。而且，有足夠的數(shù)據(jù)表明癌細胞通過幾種方式降低骨化三醇的水平，導致其功能減弱和抗癌活性的降低。因此，研究維生素D在癌癥中如何代謝及代謝失調(diào)有助于克服目前維生素D及其類似物在臨床中應用中的限制。
維生素D代謝
維生素D作為一種激素前體需要代謝成具有生理活性的產(chǎn)物綁定到同源核受體上去實現(xiàn)其對不同生理功能的調(diào)控。
經(jīng)典代謝路徑
圖1維生素D代謝概覽
圖1代表了維生素D的經(jīng)典代謝路徑。維生素D有兩種主要的異構(gòu)體，維生素D2（麥角鈣化醇）和維生素D3（膽鈣化醇）。維生素D2由植物、酵母、真菌中含有的麥角固醇經(jīng)過紫外照射后合成，也可以從植物源性的食物例如蘑菇中攝入。維生素D3由表皮中的7-脫氫膽固醇經(jīng)紫外照射后合成，也可以通過動物源性的食物例如魚肝油中攝入。不管是從飲食還是皮膚中獲得的維生素D2和維生素D3都要首先綁定維生素D-結(jié)合蛋白（VDBP）進入循環(huán)，然后再被運輸?shù)礁闻K。
進入肝臟后，維生素D被25-羥化酶（CYP2R1和CYP27A1）代謝成25(OH)D（骨化二醇），25(OH)D是血清中維生素D的主要循環(huán)形式。25(OH)D隨后被腎臟近端小管中的1α-羥化酶（CYP27B1）代謝成1α,25(OH)2D（骨化三醇），是維生素D最具有生理活性的成分。骨化三醇進入循環(huán)后和VDBP綁定后，被運輸?shù)侥c、骨、腎臟等目標組織中，隨后參與調(diào)節(jié)鈣和磷的吸收、轉(zhuǎn)移和重吸收。一旦生成，骨化二醇和骨化三醇的水平就會被25(OH)D
24-羥化酶（CYP24A1）嚴格調(diào)控，這種酶催化骨化二醇和骨化三醇的C-24和C-23位羥基化，24-羥基化路徑產(chǎn)生代謝物鈣三酸，鈣三酸沒有生理活性最終從膽汁排出體外，人們了解較少的23-羥基化路徑則形成1,25-26,23內(nèi)脂，這條路徑中的CYP24A1催化活性表現(xiàn)出物種差異。CYP24A1羥化過程最終會使維生素D失去活性這個過程是在一個研究中被發(fā)現(xiàn)的。在這個研究中，Cyp24a1被敲除的小鼠表現(xiàn)出膜內(nèi)骨受損礦化和高血鈣癥，導致了50%的小鼠死亡。有趣的是，在Cyp24a1和VDR都被敲除的小鼠中沒有上述缺陷，表明骨化三醇的增加而不是24或23-羥基化維生素D代謝物的缺乏導致了這種缺陷表型的產(chǎn)生。
在目標組織中，骨化三醇綁定到VDR，VDR是配體激活轉(zhuǎn)錄因子核受體家族中的一種，會引起對各種下游生理功能的基因型和非基因型的調(diào)控。在基因通路中，骨化三醇綁定到細胞質(zhì)VDR后，促使VDR磷酸化、然后和RXR形成異源二聚體，最后對復合物進行核轉(zhuǎn)運。骨化三醇–VDR–RXR復合物綁定到目標基因啟動子中的維生素D受體單元(VDRE)后招募轉(zhuǎn)錄輔助因子或輔助抑制因子去調(diào)節(jié)目標基因mRNA的表達，來調(diào)節(jié)不同的生理功能，包括鈣和磷的代謝等。有趣的是，一項近期的研究表明自噬適配蛋白p62/SQSTM1通過在肝星狀細胞中直接綁定VDR和RXR的方式影響VDR-RXR形成異源二聚體和對目標基因的招募。在非基因通路中，骨化三醇綁定到膜結(jié)合的VDR，這種VDR是一種快速響應的類固醇-綁定蛋白(1,25D-MARRS)，這種作用隨后會引發(fā)細胞信號通路的劇烈變化，包括鈣和分裂素-激活蛋白激酶(MAPK)的信號通路，通過與細胞內(nèi)信號分子間的直接蛋白-蛋白作用參與對某些表型功能的調(diào)控。
替代代謝路徑
圖2維生素D替代代謝路徑
如圖2，近年來在細胞色素P450側(cè)鏈裂解酶CYP11A1參與下的維生素D的替代代謝路徑被報道出來。CYP11A1最初是在類固醇的器官中催化類固醇生成的第一步限速酶，其原理是首先誘導C-22和C-20位的膽固醇羥基化，隨后使C-20和C-22之間的鍵斷裂產(chǎn)生孕烯醇酮（類固醇激素的常見前體）。那么是怎么發(fā)現(xiàn)CYP11A1是一個新的維生素D代謝酶的呢？研究發(fā)現(xiàn)CYP11A1在周緣組織例如皮膚和胃腸道中表達，維生素D可以替代膽固醇作為這種酶的底物。CYP11A1調(diào)節(jié)維生素D在C-20和C-22位發(fā)生連續(xù)羥基化，并且不會發(fā)生側(cè)鏈的斷裂。CYP11A1催化的單羥基化產(chǎn)物主要有20(OH)D、22(OH)D和17(OH)D。這些羥基化的產(chǎn)物會進一步被CYP11A1羥基化形成20,23(OH)2D、20,22(OH)2D、17,20(OH)2D和17,20,23(OH)3D。而且，這條路徑的主要產(chǎn)物20(OH)D也能作為CYP27A1和CYP24A1的底物，CYP27A1作用下的羥基化位置是C-25或C-26,而CYP24A1羥基化的位置是C-24或C-25。在CYP27B1的催化下這些產(chǎn)物的C-1α位置還可以被羥基化產(chǎn)生三羥基化維生素D代謝物，這些代謝物不包括17,20,23(OH)3D，它是CYP11A1驅(qū)使的維生素D代謝終產(chǎn)物。總之，據(jù)推測這條替代的代謝路徑能生成超過21種維生素D的羥基化代謝產(chǎn)物。
在CYP11A1催化的產(chǎn)物中，以20(OH)D和它的羥基化產(chǎn)物為例，它們在皮膚細胞中有與骨化三醇相當或者更好的誘導抗增殖、分化和抗炎的效果。而且，這些代謝物對紫外誘導下的DNA損傷和氧化應激表現(xiàn)出更強的防御機制，對一些相關(guān)細胞系有更好的抗癌特性。有趣的是，CYP11A1的產(chǎn)物，例如20(OH)D和20,23(OH)2D，對VDR有部分或偏向的抵抗作用。舉個例子，這些代謝物在激活VDR的藥物濃度水平上不會誘導血鈣效應或者CYP24A1的表達，以上兩種現(xiàn)象則在骨化三醇治療比較常見。
除了VDR,類維生素A的受體α(RORα)和γ(RORγ)亞型-配體依賴轉(zhuǎn)錄因子核受體家族中的成員，也可以作為20(OH)
D和20,23(OH)2D新的受體。RORs參與調(diào)節(jié)很多病癥例如癌癥、自身免疫病和代謝異常中的免疫和代謝過程。有趣的是，CYP11A1衍生的維生素D代謝物可以作為RORα和RORγ的反向激動劑抑制其轉(zhuǎn)錄活性。舉個例子，20(OH)D和20,23(OH)2D能夠分別抑制RORα和RORγ目標基因Bmal1和G6Pase的轉(zhuǎn)錄。因此，維生素D的多效性和負面效應不僅歸因于骨化三醇-VDR路徑，也取決于CYP11A1衍生的維生素D代謝物-VDR或-RORα/γ路徑。這一部分需要更多的工作來定義維生素D對健康和疾病的廣泛影響。
經(jīng)典維生素D代謝的激素調(diào)節(jié)
骨化三醇，作為一種激素，以一種負反饋機制緊密調(diào)節(jié)維生素D代謝中，使維生素D失活的酶-CYP24A1，是骨化三醇-VDR-RXR復合物最強的轉(zhuǎn)錄目標之一。CYP24A1的啟動子包含2個接近轉(zhuǎn)錄起始點上游150和250-bp的VDREs,驅(qū)動骨化三醇對CYP24A1的強烈誘導。此外，通過招募組蛋白H4酰基轉(zhuǎn)移酶和位于人類CYP24A1基因下游50到70-kb的RNA聚合酶II，骨化三醇也能誘導CYP24A1的表達。因此，腎臟中骨化三醇驅(qū)動的CYP24A1表達能緊密調(diào)節(jié)骨化二醇和骨化三醇的水平。而且，骨化三醇也通過對啟動子區(qū)域的表觀遺傳修飾等復雜的機制抑制腎臟中CYP27B1的轉(zhuǎn)錄。
除了骨化三醇的負反饋調(diào)節(jié)，甲狀旁腺激素（PTH）和成纖維細胞生長因子（FGF-23）兩種激素也能調(diào)節(jié)維生素D代謝，這兩種激素對維持鈣和磷的穩(wěn)態(tài)都有重要作用。PTH由甲狀旁腺分泌對低血清鈣濃度有響應，鈣感受器受體（CaSRs）在甲狀旁腺細胞表面被表達。PTH通過cAMP-依賴的轉(zhuǎn)錄增加或者上調(diào)核器官受體NR4A2-依賴的轉(zhuǎn)錄刺激腎臟表達CYP27B1。即使增加骨化三醇能誘導CYP24A1的表達引發(fā)其自身降解，PTH也能激活腎臟中的cAMP–PKA路徑誘到mRNA中CYP24A1的降解使骨化三醇的水平得到維持。這種維持導致的高血鈣水平能以一種負反饋調(diào)節(jié)機制通過綁定甲狀旁腺中的CaSRs實現(xiàn)對PTH分泌的負反饋調(diào)節(jié)。FGF-23由成骨細胞和骨細胞分泌，對高血磷和高鈣水平有響應。FGF-23抑制在腎小管近端頂端膜上的鈉-磷協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白2(NPT2)的表達促進磷的分泌，這種抑制通過綁定細胞膜中的FGF receptor–Klotho復合物實現(xiàn)。此外，F(xiàn)GF-23抑制腎臟中CYP27B1的表達同時刺激CYP24A1的表達使血清中的骨化三醇水平降低，然而這種機理目前還有待證實。
維生素D的抗癌性質(zhì)
由于已經(jīng)在流行病學和臨床前研究觀察到了維生素D在預防和治療癌癥方面的積極效果，人們也提出了很多機制來解釋這一現(xiàn)象。有大量研究數(shù)據(jù)顯示維生素D能夠調(diào)節(jié)腫瘤發(fā)生的整個過程，從最開始發(fā)生到轉(zhuǎn)移以及細胞-微環(huán)境的相互作用，如圖3所示。這些機理包括調(diào)節(jié)細胞的行為，例如增殖、分化、凋亡、自噬和上皮到間質(zhì)(EMT)的轉(zhuǎn)變，以及調(diào)節(jié)細胞-微環(huán)境相互作用，例如血管生成、抗氧化、炎癥和免疫系統(tǒng)。
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圖3維生素D的抗癌性質(zhì)
初始階段：在抗炎、抗氧化和DNA損傷修復中的作用
腫瘤的初始階段是一個在正常細胞中不可逆的基因突變過程，隨后誘導了變化。很多數(shù)據(jù)表明維生素D在腫瘤形成階段起到關(guān)鍵的阻礙作用，這種作用通過抗炎、抗氧化以及DNA損傷修復過程得以發(fā)揮。
抗炎
慢性炎癥是一種低程度的長期響應，最終導致組織的逐漸破損并在活性氧（ROS）和炎癥位點分泌的細胞因子的作用下進行修復�，F(xiàn)在人們廣泛意識到慢性炎癥是導致腫瘤產(chǎn)生的一個主要因素。而維生素D通過至少4個機制發(fā)揮抗炎作用。
第一種機制是骨化三醇通過抑制環(huán)氧化酶-2(COX-2)和PG受體的表達以及促進PGs的降解抑制促炎響應的前列腺素路徑。在前列腺癌細胞中，骨化三醇降低了COX-2及PG受體EP2和FP的表達，同時增加了15-羥基前列腺脫氫酶(15-PGDH-一個NAD+-依賴的負責PGE2降解的酶)的表達。此外，在乳腺癌的研究中表明，骨化三醇治療后COX-2mRNA表達會減少和PGE2會增加的。在乳腺癌細胞系和卵巢癌組織中VDR的表達與COX-2呈負相關(guān)，支持了骨化三醇-VDR可以抑制COX-2表達和PGs生成這一觀點。
第二種機制是維生素D可以抑制p38
MAPK調(diào)節(jié)的促炎癥信號通路。在正常的前列腺上皮細胞和前列腺癌細胞中，骨化三醇誘導MAPK磷酸酶-5的表達抑制促炎癥細胞因子例如IL-6的生成，這一過程阻止了p38
MAPK的磷酸化和激活。除了前列腺細胞，骨化三醇也能誘導人體單核細胞和鼠的巨噬細胞中的MKP-1，抑制脂多糖形成IL-6和腫瘤壞死因子(TNF)-α。
第三種機制是骨化三醇能夠抑制核因子(NFκB)信號通路。骨化三醇抑制巨噬細胞中的AKT及其下游目標物1
IκBα的磷酸化，這種抑制通過上調(diào)THEM4(一種抑制NFκB的AKT調(diào)控蛋白)和COX-2的表達得以實現(xiàn)。在成纖維細胞中，骨化三醇增加了IκBα蛋白的穩(wěn)定性，同時誘導VDR和IκBα酶的綁定，阻止其磷酸化和激活，最終抑制NFκB亞單元p65的核轉(zhuǎn)移。
第四種機制是維生素D可以調(diào)節(jié)免疫和癌細胞之間的相互作用進而抑制促炎細胞因子的生成。外周血單核細胞和結(jié)直腸癌細胞培養(yǎng)基實驗表明維生素D治療可以顯著降低促炎細胞因子例如TNF-α,
IL-6和低程度的IL-10的生成，支持了維生素D在腫瘤微環(huán)境中的抗炎作用這一觀點。
抗氧化和DNA損傷修復
ROS在腫瘤發(fā)生的很多方面都起著重要作用，它能促進DNA突變、細胞增殖和細胞凋亡。因此，維持系統(tǒng)的抗氧化性是防止腫瘤進展的關(guān)鍵步驟。越來越多的數(shù)據(jù)表明維生素D能夠促進抗氧化保護氧化應激導致的DNA損傷。研究表明在VDR敲除的小鼠結(jié)腸上皮細胞中由于氧化應激引發(fā)的DNA損傷有上升趨勢。而且，用骨化三醇治療的小鼠能顯著降低丙二醛水平，丙二醛通常是脂質(zhì)過氧化導致DNA損傷的終產(chǎn)物。日常補充維生素D可以減少過氧化導致的DNA損傷，這表明維生素D能夠抵制過氧化應激導致的DNA損傷。
維生素D調(diào)節(jié)的對ROS誘導的DNA損傷的保護主要歸因于其在抑制ROS解毒過程中大量酶的表達。研究發(fā)現(xiàn)，骨化三醇分別誘導前列腺上皮細胞中超氧化歧化酶1(SOD1)和雄激素敏感的前列腺癌細胞中超氧化歧化酶2(SOD2)的表達。此外，骨化三醇還誘導硫氧還原蛋白酶1(TXNRD1)的表達，這種酶會降低前列腺和乳腺癌細胞中硫氧還原蛋白的抗氧化功能，骨化三醇還會誘導葡萄糖-6-磷酸脫氫酶的表達，這種酶在前列腺和卵巢癌細胞中產(chǎn)生NADPH用于谷胱甘肽的再生。而且，NF-E2-相關(guān)因子2（NRF2）,一個可以增加多種抗氧化劑酶的表達的轉(zhuǎn)錄因子，維生素D可以通過增加NRF2的表達、核轉(zhuǎn)運或者減少KEAP1調(diào)控的降解來對其進行調(diào)控。由于NRF2是抗氧化酶的主要調(diào)節(jié)者，這可能也是維生素D能夠誘導抗氧化酶和表現(xiàn)抗氧化作用的潛在機制。
除了通過放大抗氧化性來預防DNA損傷外，維生素D也能直接調(diào)節(jié)DNA的損傷修復過程。研究表明維生素D增加參與DNA損傷修復過程中的基因表達，例如p35、增殖細胞核抗原(PCNA)、乳腺癌細胞中的乳腺基因1(BRCA1)、PECs中的毛細管擴張突變基因(ATM)和招募DNA修復蛋白(RAD50)及鱗狀癌細胞中的生長停滯和DNA損傷誘導α(GADD45α)。維生素D也能阻止由乳腺癌細胞中的溶酶體肽鏈內(nèi)切酶半胱氨酸組織蛋白1酶調(diào)節(jié)的p53-綁定的蛋白1(53BP1)的降解。因此，維生素D一定程度上可以通過誘導抗炎、抗氧化和DNA損傷修復功能防止腫瘤初始階段的基因突變。
進展階段：在細胞增殖/分化和凋亡/自噬中的作用
即使細胞已經(jīng)在初始階段發(fā)生了基因突變，維生素D仍然能通過抑制細胞增殖、誘導分化和死亡來阻礙腫瘤進展進而發(fā)揮抗癌作用。
細胞增殖和分化
骨化三醇被證明在正常和癌細胞中均有阻止細胞增殖和促進分化的作用。而且除了骨化三醇，由CYP11A1催化產(chǎn)生的新的維生素D代謝物例如20(OH)D3、20(OH)D2、1,20(OH)2D3和20,23(OH)2D3都有通過VDR抑制細胞增殖和誘導分化的作用，作用效果與骨化三醇相當，但是對鈣的影響更小。維生素D的抗增殖效果受到包括調(diào)節(jié)生長因子、細胞循環(huán)和信號通路在內(nèi)的多種機制的調(diào)控。第一，維生素D增加了類胰島素生長因子綁定蛋白3（IGF）和周期蛋白依賴激酶（CDK）抑制劑p21和p27的表達，同時抑制CDK2的表達，進而抑制IGF-1和IGF-2刺激的細胞增殖和細胞周期。第二，骨化三醇降低轉(zhuǎn)錄因子4-β-連環(huán)蛋白的形成或增加Wnt拮抗劑DKK-1的表達來抑制Wnt/β-連環(huán)蛋白信號通路。第三，維生素D也能激活轉(zhuǎn)錄因子FoxO3/4，它能夠刺激細胞周期停滯和抗增殖的目標基因的轉(zhuǎn)錄，通過什么方式呢？通過誘導神經(jīng)母細胞瘤細胞的去乙�；腿チ姿峄瓿�。第四，維生素D還能抑制端粒酶的活性，并且誘導轉(zhuǎn)變生長因子（TGFβ）及其受體的表達進而抑制細胞生長。第五，維生素D能調(diào)節(jié)細胞分化中涉及的多個信號通路，例如磷酸�；�3激酶/AKT、MAPK、NF-kB和Ca2+信號通路。
凋亡和自噬
維生素D誘導的凋亡主要由抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-XL的下調(diào)以及促進凋亡蛋白Bax、Bak和Bad的上調(diào)完成。此外，通過上調(diào)其它促凋亡蛋白例如GOS2、DAP-3、DAP-3和胱門蛋白酶也能誘導凋亡的產(chǎn)生。維生素D還能通過增加同源性磷酸酶(PTEN)的表達來抑制AKT調(diào)節(jié)的抗凋亡信號通路。最后，維生素D能通過招募Ca2+依賴的凋亡因子例如Ca2+依賴的μ-鈣蛋白酶和Ca2+/鈣蛋白酶依賴的細胞凋亡蛋白酶-12來激發(fā)凋亡過程。
自噬是一個在細胞生存和凋亡依賴的細胞死亡過程中有重要作用的分解代謝過程。有趣的是，大量數(shù)據(jù)表明維生素D能夠?qū)┘毎械淖允赡Ｊ綇募毎孓D(zhuǎn)向死亡。維生素能表現(xiàn)細胞毒性或者抑制細胞生長的自噬，而敏感的放射療法通常誘導細胞保護的自噬。維生素D誘導的細胞自噬死亡過程歸因于一種調(diào)節(jié)自噬的基因-beclin 1的上調(diào)。此外，CDK抑制劑可能包括在維生素D調(diào)節(jié)的細胞自噬死亡過程中，因為這種抑制作用通過失去p19得到增加或失去p27基因得到減弱。而且，維生素D也能通過誘導DNA損傷-誘導轉(zhuǎn)錄4(DDIT4)和調(diào)節(jié)發(fā)育和DNA損傷的基因(REDD1，一種抑制自噬的mTORC1抑制劑)的表達引發(fā)自噬。
癌癥中維生素D活性的失調(diào)
前面提到，典型的骨化三醇的形成酶CYP27B1在腎臟中表達，調(diào)節(jié)骨化三醇功能和降解的VDR和CYP24A1在一些特定組織例如腸、骨骼和腎臟中表達。然而，除了以上組織，在其它部位也有表達，說明很多細胞都可以是維生素D的目標并且骨化三醇的水平能夠局部調(diào)節(jié)以發(fā)揮精細的組織特異功能。重要的是，這種維生素D的局部調(diào)節(jié)作用在很多癌細胞中處于失調(diào)狀態(tài)，這歸咎于對基于維生素D的癌癥治療的抵抗。關(guān)于癌癥中的維生素D代謝和功能失調(diào)的總結(jié)可見圖4。
圖4癌癥中維生素D的代謝失調(diào)
VDR在很多細胞中都有表達，VDR-RXR通常與癌癥發(fā)展呈負相關(guān)關(guān)系，在很多癌癥中VDR的表達會隨著去分化和腫瘤進展逐漸降低。
癌癥的進展一般有五種方式影響VDR的表達。第一，轉(zhuǎn)錄抑制因子Snail在很多癌癥中都會過表達，它們參與EMT、腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移，對VDR的表達表現(xiàn)出抑制作用。研究表明Snail 1和Snail 2能夠綁定到VDR基因啟動子區(qū)域的E-boxes上，然后招募阻礙蛋白抑制結(jié)直腸癌和乳腺癌中的VDR轉(zhuǎn)錄。第二，腫瘤抑制基因p53，在近半數(shù)腫瘤中發(fā)生丟失或突變，能夠增加VDR的轉(zhuǎn)錄。有趣的是，癌癥相關(guān)的p53突變細胞能直接與VDR綁定調(diào)節(jié)VDR的響應，或者間接參與VDR調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)錄過程防止癌細胞凋亡。第三，很多癌癥中的致癌基因Ras的連續(xù)突變會抑制VDR表達。人體結(jié)直腸癌中的K-Ras突變表達和小鼠結(jié)直腸癌及大鼠腸上皮細胞中的H-Ras突變表達能抑制VDR的轉(zhuǎn)錄從而抑制骨化三醇依賴的VDR的激活。除了降低VDR的表達，在角質(zhì)形成細胞和PEC細胞系中分別有H-Ras和K-Ras的突變表達，它們通過誘導RXRα的磷酸化抑制VDR的轉(zhuǎn)錄。第四，癌癥中也會發(fā)生VDR的表觀遺傳沉默。VDR啟動子區(qū)域的CpG島甲基化與結(jié)直腸和乳腺癌中的VDR表達減弱相關(guān)。乳腺癌細胞中的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNMT)抑制劑誘導VDR的表達并且提高了骨化三醇的抗增殖效果。第五，有報道表明癌癥中miRNA也參與VDR的表達。
CYP27B1
由于骨化二醇是維生素D的主要循環(huán)形式，與只依賴腎臟產(chǎn)生骨化三醇的細胞相比，能表達CYP27B1的細胞會進一步增加骨化三醇的局部濃度。與VDR類似，CYP27B1的表達也與肺癌、前列腺癌、結(jié)直腸癌、甲狀腺癌和皮膚癌的進展呈負相關(guān)，表明在這些組織中骨化三醇的局部濃度可能對阻止癌癥進展有重要作用。有趣的是，目前的研究表明，在結(jié)直腸癌中，促炎癥因子IL-6和TNF-α使CYP27B1的表達下調(diào)，表明促炎癥腫瘤微環(huán)境也是腫瘤進展中使CYP27B1表達下降的影響因素。但是，關(guān)于這種分子機制目前還不清楚。除了這些癌癥中的負相關(guān)作用外，在甲狀腺癌、乳腺癌和腎癌中觀察到了正相關(guān)的結(jié)果。與肺癌不同的是，肺癌患者的肺泡巨噬細胞中的CYP27B1表達與癌癥進展呈正相關(guān)關(guān)系。這個可以部分解釋為在單核細胞、巨噬細胞和樹突細胞中觀察到促炎因子IFN-γ、TNF-α和TLRs使CYP27B1表達上調(diào)，表明促炎腫瘤微環(huán)境可能增加哺乳動物細胞中CYP27B1的表達。這種免疫細胞中CYP27B1表達的變化和維生素D代謝的關(guān)系可能有助于免疫-抑制腫瘤微環(huán)境。
CYP24A1
已知CYP24A1是一種可以降解骨化二醇和骨化三醇的酶，那么癌細胞可能通過上調(diào)CYP24A1的表達來降低骨化三醇的局部濃度，這中關(guān)系類似很多癌癥中CYP27B1的降低。在大多數(shù)研究中，的確表明CYP24A1的表達與癌癥進展呈正相關(guān)，其中黑色素瘤是個例外。
盡管CYP24A1表達是由骨化三醇-VDR通過負反饋調(diào)節(jié)誘導的，癌細胞中高水平的CYP24A1表達不太可能由VDR激活介導，因為在很多癌癥中，VDR的表達和活性都發(fā)生了下調(diào)。這說明很多癌癥中CYP24A1的過表達不是骨化三醇-VDR機制的調(diào)節(jié)結(jié)果。目前已經(jīng)有4種機制被提出來。第一，乳腺癌和一些其它癌癥中的CYP24A1過表達與包含CYP24A1基因染色體的擴增有關(guān)。有趣的是，只在腫瘤組織中觀察到CYP24A1的擴增，良性組織中則沒有，說明CYP24A1導致的骨化三醇失活可能是腫瘤狀態(tài)進展的關(guān)鍵因素。第二，癌癥中的CYP24A1過表達與miRNAs的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控相關(guān)。第三，絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶2(CK2)信號通路抑制前列腺癌中的CYP24A1過表達。有趣的是，CK2在很多癌癥中都會發(fā)生過表達，并且通常與不良預后相關(guān)。第四，表觀遺傳調(diào)節(jié)CYP24A1啟動子區(qū)域也會促進癌癥中CYP24A1表達的改變。
在皮膚細胞中，CYP11A1驅(qū)動維生素D的替代代謝路徑，CYP24A1能產(chǎn)生抑制維生素D代謝的產(chǎn)物而不是降解骨化三醇。有趣的是，CYP11A1產(chǎn)生的20(OH)D可以被CYP24A1羥化后形成20,24(OH)2D和20,25(OH)2D，這兩種二氫化物與骨化三醇和20(OH)D對黑色素瘤有更好的抑制效果。與此相一致的是，20-羥化維生素D代謝物受體RORα/γ的表達與黑色素瘤的進展呈負相關(guān)并且有良好的預后。這些研究表明，激活維生素D的替代代謝路徑可能是腫瘤治療的一個新策略。
基于維生素D的癌癥治療
雖然缺乏隨機的臨床實驗數(shù)據(jù)，很多流行病學、臨床、臨床前和體外實驗數(shù)據(jù)表明激活維生素D信號是癌癥預防和治療的有效策略。而且，很多基于維生素D代謝的激活或活性失調(diào)的干預治療已經(jīng)被研究用于癌癥治療。然而，治療策略中有些潛在的缺陷還有待改善。
系統(tǒng)性激活維生素D信號的一個潛在危險是有很高的概率引發(fā)高血鈣癥，這能導致很嚴重的身體損傷。為了降低這種副作用，研究者努力開發(fā)基于VDR的抗結(jié)劑，與骨化三醇相比在維持抗癌活性的同時減小引發(fā)了高血鈣癥的幾率。直到現(xiàn)在，已經(jīng)測試了約有1500種維生素D類似物，只有很少一部分被證明可以用于后續(xù)的白血病、乳腺癌、前列腺癌和結(jié)腸癌病人的臨床評價中。作為CYP11A1主導的維生素D替代通路現(xiàn)在也被越來越多的了解了，但是對它在癌癥和VDR及ROR中的功能還知之甚少。這條路徑的研究將有助于開發(fā)癌癥治療中的新策略。此外，癌細胞中骨化三醇的局部濃度的增加是另一種可以避免產(chǎn)生高血鈣癥的策略。作為一種骨化三醇降解酶，CYP24A1在很多癌癥中被過量表達，抑制這個酶可以增加癌細胞中骨化三醇的局部濃度。的確，目前的研究表明通過基因敲除或者藥物的方式抑制CYP24A1的活性可以很大程度增加骨化三醇的抗癌效果。迄今為止，基于臨床目的一些CYP24A1的靶向抑制劑已經(jīng)被開發(fā)出來，這些抑制劑對癌癥治療是否有臨床療效和足夠的安全性還有待臨床驗證。
此外，由于癌癥進展過程中CYP27B1、VDR、CYP11A1和RORα/γ的表達會逐漸降低，基于維生素D的治療效果可能局限在早期階段。因此，定性和開發(fā)新的用于預測基于維生素D癌癥治療效果的診斷標記物可能是這種策略得以成功應用的不可或缺的部分。而且，深入研究癌癥進展導致這些酶的表達降低的機制也是其中的關(guān)鍵步驟。正如前文提到，關(guān)于如何調(diào)控參與CYP27B1-VDR和CYP11A1-RORα/γ代謝過程的酶的表達的機制我們還了解的太少。目前的理解是很多癌基因信號通路通過調(diào)節(jié)相應酶的表達或代謝物活性覆蓋了多條代謝通路。相應的，這些癌基因信號通路很大程度上調(diào)節(jié)維生素D代謝和功能相關(guān)的酶的表達和活性。揭開這種錯綜復雜的癌基因和維生素D代謝通路之間的關(guān)系需要對癌癥中維生素D代謝和功能的失調(diào)有更深入的理解，也能對癌癥治療提供更有希望的策略。
