维生素D作用与QCT骨密度体模软件检测方法
成都华西华科研究所研发生产定量CT QCT骨密度体模软件分析系统
维生素D作用与QCT骨密度体模软件检测方法
l,25(OH)2 Dj的主要生理作用是升高血钙和血磷, 有利于类骨质矿化和骨形成,维生素D代谢物的这些作 用是通过特异的受体调竹肠、背和骨组织和妒物质代谢 的。
1.维生素D受体l,25(OH>2 Dj与维生索D核受 体结合,通过RNA转录而表现出某些生物学作用。维生 素D受体(VDR)的结构与类视黄醉X(retin〇id-X)、类 视黄酸(retinoid acid)和三碘甲状腺原氨酸(T3)受体厲于
同一家族,与l,25(OH)2 m的亲和性为苒它维生索D 代谢物的1000倍以上。由于25-(OH〉的血浓度比 1,25(〇H>2 D,高100倍以上,故在维生索D中#时, 25(〇1"01^可直接引起高钙血症。
VDR与类视黄醉-X受体形成异二聚体后与DNA 特异序列中的靶基因5’端调节区结合,调控着 l,25(OH)2 D,受体基因mRNA的转录。在许多组织 中,l,25(OH)2D3促进VDR的表达,而糖皮质激素抑制 其表达。在肾近曲小铐上皮细胞中,l,25(OH)2 D,的作 用是抑制VDR的表达。l,25(OH)2 Dj的其他作用主要 有:增加细胞内Cah浓度;活化磷脂酶C和蛋白激酶C; 开放钙通道。这些作用不依赖基因表达和活件蛋白质生 成,故作用的发生和消失都十分迅速。
活性维生素D的作用机制未明,目前已提出三种作 用途径:VDR位于靶细胞浆和胞核,通过类固醉类激素 作用机制,VDR作为靶基因转录调节因子,促迸基因转 汆,通过合成新的蛋白质来调节钙、磷代谢及细胞的分化 与增飱;胞浆内VDR可直接兴奋细胞的信号转导过程, 活化蛋白激酹C等;靶细胞膜上存在VDR,其作用机制 与肽类激素相似,但具体作用机制龟待进一步研究[1>1。
l,25(OH)2 &与VDR结合后,可促进钙和磷酸盐 在肠内的吸收及肾内的重吸收过程,并能调节副甲状腺 激素分泌,使血液内磷酸钙离子含童增弗,促使#质正常 矿化。维生素D还可作用于成骨细胞,影响遗传信总的 转录过程,促进蛋白质合成和细胞分化,加速成骨作用。 目前,已证明成骨细胞中存在VDR,但破骨细胞中是否 存在VDR仍在探讨之中。维生索D可促使成骨细胞分 泌细胞因子,进而刺激破骨细胞分化并促进其溶骨作用。 另外,维生索D与饮食中钙摄人掇一起,同老年骨质疏松 的预防、治疗及其发病机制的研究密切相关。维生素D 与钙剂补充治疗可以有效地提髙骨矿密度(BMD)和降低 因骨质疏松引起的骨折的风险。
人维生素D受体(hVDR)基因位于12号染色体长 臂"‘1,由14个外M子及多个内含子组成,长约80kb。 VDR基因包含一个很长的启动子区域,可启动多种具有 组织特异性的转录产物的合成。VDR基因突变可以引 起多种遗传性疾病,如VitD依糗性佝偻病丨1型(VDDR II)等。相对于基因突变,不引起明确遗传性疾病的核苷 酸改变通常被称为多态性。VDR基因多态性分别对应 多个内切酶醃切位点,可用限制性内切酶进行检测。其 中研究较多的有Bsm丨、Apa I、Taq丨和Fok丨4个酶切位 点,依次位于笫瑁内含子、第K外显子和转录起始位点。 一般用b、a、t、f表示存在这4种内切麻的多态性位点,用 B、A、T、F表示缺乏这4种内切酶的多态性位点。研究 表明,Bsm I、Apa 1和Taq丨3个多态性位点之间存在连锁 不平衡现象,t等位基因常与A和B等位基因相伴出现, 而T等位基因则与b和a等位基因密切关联。M近发现 的多态性位点还有位于第VI内含子的Tru 9fl5]及位于IA 外显子上游的Cdx-2位点U41。到目前为止,至少已有 25个VDR多态性位点被发现,其中位于3’端非翻译区
的多态性位点就多达13个。不同区域的多态性位点对 VDR基因表达产生的影响不同,如Bsm丨和Apa丨醜切 位点位于瑁内含子上,其多态性不影响VDR的氨基酸序 列。Taq丨酶切位点虽然在编码区上,但其多态性是由同 义突变造成,也不会使VDR的氨基酸序列改变。而Fok 1位点多态性位点位于转录起始部位,其多态性可导致氨 基酸序列长度发生改变。目前的研究认为,5’端启动子 区内的多态性位点会影响mRNA的表达模式和表达水 平,而3’端非翮译区的多态性位点则影晌mRNA的稳定 性和蛋白质的翻译效率,并且这种影响与其所在细胞的 类费、分化阶段和活性状态有关
VDR是研究最广泛的和骨质疏松发生有关的基因。 1992年Modson等首次提出VDR多态性与血骨钙索有 关。1994年他们又通过对双胎及无关联的正常高加索 人群的研究,提出VDR基因型可以预测BMD的不同。 随后,世界各地都掀起了研究VDR与骨代谢作用相关性 的热潮。有些研究关注于V1)K多态性与BMD的关系, 如GnjndberK[l8]3名绝经前瑞典妇女的调査发现,Bsm I 位点多态性与腰推BMD值相关。Be丨丨等的研究则表明 腰椎BMD值与Apa丨位点多态性有关联。有些研究关 注VDR基因型对骨钙平衡的影响,如Ames等调査72名 健康儿意后得出,FF型个体比Ff和型个体有更高的 钙吸收值及BMD。Sheehan等的研究表明VDR基因甩 与骨转换率有相关性。此外,VDR基因多态性与骨质疏 松的研究还被延伸到临床,包括激索转代治疗(HRT)和 钙剂治疗效果的研究。一组日本妇女在接受HRT—年 后测定BMD值的增商缳,发现BMD的增高鼉与VDR 基因沏有关。其中TT型个体对HRT治疗效果明显高 于Tt型个体,不仅BMD有大的增长,而R#的重吸收指 标显著下降。另外,一组患骨质疏松的绝经后妇女在接 受钙剂治疗一年后对治疗效果的分析表明,BB与Bb型 个体的腰椎BMD值增加量显著商于bb型个体。这些研 究结果说明,钙剂治疗的效果可能与个体基因型冇关,不 同基因沏个体对钙剂治疗的反应不同。国内外与此相关 的报道还有很多,涉及VDR与骨钙平衡、骨翻转、骨流失 等骨代谢机制各方面关系的研究11^]。
佝倭病逛维生素D缺乏所致的钙、磷代谢障碍和骨 铬发育异常。目前导致佝偻病发生的环境因素已基本得 到肯定,但与其相关的遗传因素则研究较少。近年来研 究发现,除了维生素D缺乏可以引起营养性佝偻病外,基 因突变也可引起某些类型的佝偻病。现已发现3种类型 的佝偻病与基因突变有关连锁低磷酸盐性VitD抵抗 性佝偻病与PEX基因突变有关;Vit D依赖性佝偻病1 型(VDDR丨)是由于l,25(OH)2 Dj的减少,伴有1(-羟 化酶基因密码转录异常而引起;VT)DR II则是由VDR基 因突变引起。国外对这3种遗传性佝偻病的研究已经比 较深入,这也为佝偻病的遗传决定提供了证据。但VDR 基因型是否影响个体对营养性佝偻病的易感性,国内外 尚无深人研究。国内有作者对长春地区营养性佝偻病患 儿和正常儿童研究,发现两组VDR基因型和等位基因出
现的频率有明M差异,证实Bsm I酶切位点VDR等位基 W型与营养性佝偻病有关联,Fischer等对尼n利亚儿童 研究后发现,VDR基因Fok I位点多态性与营养性佝偻病有相关性,而与Bsm丨、Apa I、Taq丨位点多态性无关 122-24、
VDR是决定个体BMD的关键因索之一。大M的试 验和临床研究资料农明,VDR的多肽件除与骨质疏松有 关外,还与散发的原发性甲旁亢、继发忭中旁九、前列腺 癌、乳腺癌、1型糖尿病、2型糖尿病和骨关节炎有一定的 病因关系。VDR基因敲除小鼠的典增表现为佝偻病,但 如给予离钙磷饮食可逆转骨骼病变,促进动物生长,而且 限磷/正常饮食也有同祥作用,提示骨中钙与磷的代谢有 依赖和非依輓于维生素【)的两条途径,饮食中摄人的钙 磷比例对钙磷代谢有重耍影响
2.1,25(OH)2 D3对肠钙吸收的作用肠钙吸收主 要由l,25(OH)2 D3调节。除肠钙吸收的旁细胞途径外, 其他两条吸收途径(经细胞途径和囊胞转运途径)都依赖 于 l,25(OH)2 D3。在 l,25(OH)2 D,的作用下,一些参 与肠钙吸收的酶类或蛋白质合成增多,钙结合蛋A、碱性 磷酸酶、C,-ATP酶和Mg2* -ATP酶生成增多,ATP 鷗依赖性泵将肠细胞内钙转出肠细胞,进人血循 环。此外,维生素D还可增加钙在肠道的被动吸收过g[»-30)
3.1,25(OH)2 及其代谢物对骨组织的作用维生素D代谢物对骨组织的作用可归纳为如下儿点:作为 骨箪质蛋白基因转录的调节因子,调控丨型胶原和骨钙 家等的合成;促进破骨细胞前身细胞分化为破骨细胞,促 进破骨细胞的骨吸收作用。动物实验表明,维生素D对 卵巢切除大鼠有逆转#质疏松作用,抑制骨转换,改莕骨 小梁激结构,增加骨盐沉积,在骨S增加的同时还可改善 骨的力学指标;以升渊节方式促进破种细胞整合素基因 的表达;维生素D代谢物对毋组织的作用可能主要是为 骨的矿化提供合适的微循环。
4.维生素D的抗肿瘤作用研究表明不仅动物上 皮组织细胞中有维生素D受体(VDR)表达,而且垂体、 中状旁探、骨骸、肌肉和皮肤细胞中也有高水平VDR, a 这些组织的癌细胞中也含有VDK,并保留若对细胞生长 调控的反应能力。流行病学调丧也提示维生素D与肿喃 的发生有关。血淸中低水平维生素I)的代谢活性形式 [l,25(OH)2 D;]可使结肠癌、乳腺癌的危险性和病死率 明显升高,且摄入低水平的维生素L)与结肠癌和乳腺癌 的发生呈负相关1
(U对细胞周期的调控体外实验表明,维生索D 抑制肿瘸细胞生长的1:要机制是抑制肿瘤细胞周期进 展。维生素D可以引起细胞G丨期阻滞,S期细胞数目下 降,从而使G0-G1期细胞堆积。但在早幼粒白血病细 胞株(HL-60)细胞,维生素D可使细胞阻滞于G2期,可 能是由于维生素D影响p34—蛋白觭活性从而抑制G2 期进程的缘故。
研究发现维生索D对GI期的封闭作用与抑制细胞
周期蛋白表达有关。维生索D可以使细胞周期蛋白依轅 性激酶抑制剂(CDK丨)表达升高,导致细胞周期蛋白依赖 性激酶(CDK)活性降低,从而严重影响视网膜母细胞瘤 易感性基因磷酸化。正常情况下视网膜母细胞瘤易感基 因在G1期维持低磷酸化状态,但在G2晚期则经历过磷 酸化过程,从而释放转录因子进人细胞S期。p21和 p27Kjpl是维生素D调节细胞周期的两个重要CDKI。 有关学者鉴定了一个编码P21基因的维生素D受体反应 元件,认为维生素D可直接刺激CDK丨的转录活性,且作 用于肿瘤细胞后可检测到P21mRNA和蛋白表达的上 调。维生家D上调p21而不依赖于P53途径,故推测维 生索D可直接调节P21表达。研究认为维生索D可使肿 瘤细胞p27 Kjpl蛋白农达升高,但其作用于乳腺癌 MCF-7细胞引起的G1期阻滞并未伴随p27 Kjpl蛋白 水平的改变。维生索D也可通过一些前癌基因如c-fos 和c - myc抑制肿瘤细胞生长。
(2) 对细胞凋亡的影响细胞凋亡是涧节体内细胞 正常生长和正常数®的过程,与细胞周期密切相关,在机 体与肿瘤对抗中具有重要生物学意义。人乳腺疱细胞 MCF-7受维生家D及其类似物作用,48h即有胞质凝 缩、核固缩及染色质凝柒表现,同时显示凋亡特征性 DNA链断裂,且凋亡相关基因表达水平明显增高。另外 在结肠癌、舫列腺癌.黑色素瘤和纤维细胞痫中,维生索 D均可诱导凋亡。
近年在乳腺癌研究中发现,维生索D诱导凋亡不依 赖于细胞内caspase的水解作用。在包含P53野生沏和 突变型细胞中均能诱发凋亡,说明其不依赖P53途径。 相反,bcl-2家族在维生索D诱导的凋亡中发挥重要作 用。在骨髄瘤、乳腺癌、结肠癌和前列腺癌细胞中维生素 D可下调bd-2和bd-xl,从而上调昉凋亡蛋白bax和 bak。由此可见bcl~2在维生素D诱导凋亡中起核心作 用,但关于维生索D介导凋亡与下调bcl_2的确切机制 尚不淸楚。
用维生索D及其类似物处理一些动物肿瘸模型,肿 瘤细胞数里明M减少,瘤体积也明M缩小,提示维生素D 可以治疗种瘤,部分原因是由于其介导的细胞凋亡引起。 也有学者认为,l,25(OH)2 D3诱导凋亡并不是普遍现 象。Ver-linden等用l,25(OH)2 D3处理癌细胞,发现 抗调亡因子bd-2和be丨相关基因表达、caspase的激活、 DNA断裂以及形态学特征等反映凋亡指标均为阴性。 故维生索D是否诱导肿瘤细胞凋亡还有待进一步探 讨_。
(3) 对生长因子和激索的影响生长因子和激索在 正常细胞增生分化过程中起重要作用,其表达和活性对 肿瘤细胞的增殖分化也起关键作用,若其组分发生异常 改变,可导致细胞增殖失控,形成恶性肿痛[3°7)。
1)胰岛索样生长因子临床研究表明,胰岛素样生 长因子-I受体(IGF-I R)在乳腺癌组织屮比正常乳腺 组织表达高。在乳腺癌细胞中维生素D及其类似物可封 闭丨GF-I有丝分裂活性,并伴有细胞增殖活性的下降和凋亡活件的升高,故可认为IGF-丨通路参与维生索D的抗 癌作用。此假设被维生索D处理后上调IGF结合蛋白 (IGFBP)活性所支持。丨GFK1控制着IGF-I和丨GF-II的活 性。在乳腺癌细胞中维牛素D可引起IGFBP-3、IGFBP-5 表达上调,而丨GFBP-3、IGFBP-5是诱导凋亡的東要蛋 白。维生素D抑制前列腺癌细胞的生长与丨GFBP-3 mRNA表达升高及稳定性、丨GFBP - 3蛋白堆积以及 IGF-II基因表达下调有关,提示维生索D抑制前列腺癌 细胞生长是通过上闲IGFBP表达和降低丨GF活性,从而 诱导肿疱细胞凋亡来实现的。
2>转化生长因子在多数上皮细胞中,维生索D及 其类似物可使转化生长因子-P(TGF - p)mRNA表达上 调,从而抑制肿榆细胞生长。在乳腺癌细胞中加人 TGF-pm体可以中和此作用,提示维生素U抑制肿瘸细 胞生长部分原因楚由于TGF-(3活性的升商引起。
3) 表皮生长因子维生索D作用于乳腺癌细胞后, 表皮生长因子受体(EGFR)被扩增,提示维生索D抗肿 梱作用是通过改变细胞对EGFR的敏感性而实现。研究 在明另一种表皮生长因子家族的amphiregtilin和生长因 子家族的角化细胞生长因子都可能参与维生素D的抗肿 瘸作用。
4) 激素乳腺癌细胞能与雌激素发生反应,離激素 通过受体介导途径剌激乳腺增生。用维生素D处理雌激 索受体(ER)表达阳性的乳腺癌细胞,结果发现ER与维 生素D诱导的乳腺癌细胞凋亡有相关性,认为维生索D 与ER倌号通路之间关系密切,二者共同参与抑制乳腺 癌的生长。
(4)抑制肿榭转移、侵袭及血管生成l,25(OH)2a
及其类似物能降低丝氨酸蛋白激两和金属硫蛋白表 达,并抑制其活性,从而减少癌细胞沒润所筘的蛋内水解 酶。同时减少癌细胞层粘连蛋白受体和胶原两的表达, 减弱其侵袭性。l,25
附:
氟生素D缺芝疲
维生素D缺乏症在全球流行广泛。Ramavat报道, 足月、体重> 2. 5kg的科威特健康嫛儿,出生时血 25(OH) D3低于正常者的比例为74.6%。芬兰9〜15岁 的健康女孩中,冬季出现严重低维生紊D血症的比例为 13.4%。骨质疏松症是全球流行极为广泛的一种骨代谢 性疾病,在停经后妇女中的患病率极高,其疾病的发生机 制较为复杂,维生索D缺乏是其因素之一。
[病因与发病机制]
食物中维生素D的含最比其他任何维生素都少,多 数人很难从食物中获得足够的维生素D,担人体皮肤可 通过利用体内胆固醉在太阳紫外线的作用下合成内源性 维生索D来弥补食物中的不足。因此,在维生索I)缺乏
的病因中,接受阳光照射不足是导致全球维生索D缺乏 症流行的主要原因。长期在大气受污染、隐蔽少光的环 境中生活和工作,如不注意户外活动,接受阳光照射,可 致皮肤合成维生素D不足。寒令比方地区冬季长、曰照 短,常缺乏户外活动,人群中维生素D缺乏的发生率远远 高于南方地区及夏季。在工业化城市,人口密集,高层建 筑林立,许多人终年得不到足够的阳光照射,以致极易发 生此病。老年人皮肤合成维生索D的能力降低,70岁以 上的老年人降低3/4以上,故老年人为该病的高发人群。
许多疾病可同时伴有维生索D缺乏,但其发病的机 制各不相同。胆道疾病、胰腺切除术后、脂肪痢、肠结核 等,因影响病人维生素D吸收而发病。即使给这类病人 补充足景的维生索D制剂,也不能完全改善其维生素D 営养状况。严重神经、运动系统疾病患者由于活动受限, 常缺乏户外阳光照射,因而其内源性维生素D合成常不 足。肝病患者维生素D缺乏可能是由于肠道吸收不良及 肝细胞25-羟化酶活性降低,使维生素D转化为 25(OH)D3的代谢发生障碍。许多药物如抗惊厥药、刺 激性泻药均可导致维生素D缺乏,舫者可诱导肝细胞微 粒体混合功能氧化鵑的活性,使类骨醉芡激素的降解加 速或干扰25-羟化酶,使维生素D的活化发生障碍;后 者主要通过干扰维生素D在肠道的吸收而致病。长期使 用糖皮质激衆的病人,亦可使肝25-羟化酶、肾 25(OH)以羟化醸活性受到抑制,使维生素D的代谢受 到干扰而导致骨丢失。维生素D、PTH和降钙素使调节 钙、磷代谢am要的激素,在维持钙内环境稳定方面起者 重要作用。l,25(OH)2D3促进肠道钙磷的吸收和转运; 提高肾小管对钙磷审吸收的能力,使尿钙磷排出减少;在 PTH的共同作用下,促进骨钙的吸收,动员钙磷释放。 维生素D缺乏时,血钙降低,刺激PTH分泌,使肾小管对 钙的重吸收增加,使尿钙排出减少;抑制肾小管对磷的重 吸收,使尿磷增加,这是维生索D缺乏时伴有低磷血症的 一个原因。低血钙剌激PTH的分泌,可引起部分病人继 发甲状旁腺功能亢进。血磷降低影响中枢神经系统的调 节功能,机体的氧化过程受抑制,代谢缓慢,酸性代谢产 物在体内积聚,可引起慢性酸中毒和酮尿症。慢性酸中 毐可加重大脑皮层调节功能的陣碍,使自主神经功能减 退,所以佝偻病患儿冇多汗、烦躁不安、睡眠中易惊醒等 症状。佝偻病患儿常有软骨基质的钙化受阻,造成成骨 障碍,长骨的生长停滞,骨膜肥厚,#质疏松。
[临床表现]
佝偻病足儿童维生素D缺乏的典型表现,主要表现 为神经精神症状和骨骼变化。神经精神症状常见于该病 的初期和极期,患儿不活泼、食欲减退、容易激动。多汗 表现为经常在吃奶、睡眠、哭闹时头部多汗,每晚沒湿枕 头而与衣着、室温、气暖、季节无关。夜间惊醞哭闹是指 经常人睡时惊跳或外界轻微剌激而突然惊醒、哭闹。烦 躁不安指牌气乖张,失去小儿活泼性。上述症状多见于 佝偻病活动期,尤以婴儿期为著。
骨骼的变化与年龄、生长速率及维生素D缺乏程度等因家有关《 (1)头部:①颅骨软化:多发生于3〜9个月 的婴儿,轻者前肉边缘变软,重者联枕部呈乒乓球样软 化。②方颅•.额、顶部呈对称性颅伢圆突。③乳牙迟出: 10个月以上尚未出牙。④前囟闭合延迟.•指18个月尚 未闭合者。(2)胸邢:①肋骨与肋软骨交界处呈钝圆形降 起。②肋软沟。③鸡胸:胸骨前凸重者可使胸廊变形。 (3)脊柱后凸或成侧弯。(4)四肢:①手镯:手腕部呈钝圆 形突起。②下肢畸形:“()”型或“X”型腿。
成人维生索丨)缺乏症的表现为骨软化症。由于成年 人骨的生长发萍已完全,发生维生索D缺乏时最常见的 症状是骨痛、肌无力和骨压痛。重者脊柱有压迫性弯曲, 身材变矮,骨盆变形等现象。
[预防与治疗]
一、 预防措施
为了预防佝偻病的发生,从新生儿时期就应该开始 定期家访和体检。要苻及育儿及防治佝偻病的知识,进 行预防性的补充维生素D,使群众了解维生素D缺乏病 的病因、表现及危客,是做好防治工作的基础。坚持户外 活动,充分沐浴阳光,这是预防佝偻病和骨软化症最简 便、有效的方法。每天宵接太阳光照射30分钟左右即可 达到目的。补充维生索D,由于一般食物中的维生索I) 含S都很少,对婴幼儿来讲,在缺少日光照射的条件下, 很有必要补充维生素D。具体方案M:①在母孕后期一 次性补给6万U维生素D,可明显提高新生儿体内维生 素H)的储备②小儿出生后周至2岁,可在K-使 用的牛奶或其他食品中每天加人维生素D滴剂400〜 1000U。但应注意预防剂谩不宜过大。③使用维生素D 强化的牛奶(400〜500U/L),但应注意避免摄人维生素D 过多。④间接补充大剂里维生索D,从新生儿出生后半 个月开始,每月补充维生素D糖丸丨粒(含5万U)。半 岁以上的儿童,度季可停止使用。动物肝、奶类、蛋类食 物富含维生素丨),嬰儿喂养过程中注意适时添加这些食 物;易感人群则位注意合理选食这些食物。
二、 治疗
维生素D是治疗该病的常用制剂,有U服与注射两 种。根据病情轻重每H服用维生素D5000〜4万U,4〜6 周后改用预防剂每日丨000U。对确诊为佝偻病的患 者,可给予肌肉注射维生素D2突缶疗法。每次40万U, 隔3天注射一次,1度佝偻病患者注射2次,n度者注射 3次,01度者注射4~5次。为巩固疗效,丨丨度、III度患冇 可每月服用维生素D210万U,连续2〜4个月。成都华西华科研究所研发生产QCT定量CT骨密度体模软件分析系统
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