Імуномодуляторні ефекти вітаміну D: теоретичні висновки та клінічні перспективи

Т. В. Радиш, наук. співроб. ДУ «Інституту педіатрії, акушерства і гінекології ім. акад. О. М. Лук’янової НАМН України»

Традиційні уявлення про функцію вітаміну D як регулятора кальцієвого гомеостазу почали кардинально змінюватися  приблизно 40 років тому. Передусім завдяки тому, що експресію рецепторів вітаміну D і ферменту, який його активує (1-α-гідроксилази), знайшли в багатьох типах клітин, не залучених у кістковий і мінеральний обмін, а саме: у клітинах кишечнику, підшлункової залози, легенів, мозку, простати, плаценти, в імунних клітинах. Результати численних робіт стали підґрунтям для визначення вітаміну D як нейрогормону, що регулює гомеостаз кальцію-фосфору, стимулює синтез низки гормонів, впливає на ріст і проліферацію клітин та здійснює імуномодуляцію.

Сьогодні досить поширене твердження, що цей вітамін є дієвим імуномодулятором, який здатен одночасно стимулювати механізми протиінфекційного захисту й пригнічувати автоімунні реакції. Здавалося б, такі його властивості дають підставу сподіватися на позитивний ефект застосування вітаміну D для лікування імунозалежних захворювань. Проте, перш ніж розглядати це питання, варто навести основні відомості про метаболізм вітаміну D.

Розрізняють дві форми провітаміну D – ендогенний холекальциферол (D3) та екзогенний ергокальциферол (D2), які є неактивними. Для переходу в активну форму, що отримала назву «кальцитріол», провітамін має зазнати подвійного гідроксилювання, яке здійснює фермент 1α-гідроксилаза. Перший процес відбувається в печінці й спричиняє утворення проміжних продуктів метаболізму – 25-гідроксивітамін D2 (25(OH)D2) та 25-гідроксивітамін D3 (25(OH)D3). Саме ці сполуки циркулюють у крові, а визначення їх сумарного вмісту в крові (25(OH)D) використовують у лабораторній діагностиці. Друге гідроксилювання відбувається в клітинах різних органів і тканин.  Залежно від цього кінцевий метаболіт 1,25-дигідроксивітамін D (1,25(OH)2D) або кальцитріол, який і є активною формою вітаміну D, набуває дещо різних властивостей. Вважають, що кальцитріол, який утворився в нирках, досягає кишечнику, де індукує всмоктування кальцію й у такий спосіб виконує функцію, пов’язану з підтриманням балансу кальцію-фосфору та з розвитком і відновленням кісткової тканини. Активність ниркової 1α-гідроксилази й, відповідно, рівні «ниркового» кальцитріолу перебувають під суворим контролем за типом негативного зворотного зв’язку, за якого надлишки метаболізуються й виводяться з жовчю. Цей контроль і регуляцію здійснюють паратиреоїдний гормон і фактор росту фібробластів-23. Фактично ці три чинники – вітамін D, паратиреоїдний гормон і фактор росту фібробластів-23 – відповідають за підтримку фізіологічного балансу кальцію та фосфору в організмі.Тканина нирок не єдина, де міститься 1α-гідроксилаза й здійснюється друге гідроксилювання метаболічних попередників активного вітаміну D. Клітини легенів, мозку, простати, децидуальної оболонки й трофобласта, імунної системи продукують кальцитріол із паракринними й автокринними ефектами. Екстраренальний кальцитріол відповідає за некальцемічну дію вітаміну D, включно з регуляцією росту клітин, проліферацією й модуляцією імунної системи. Зокрема, макрофаги, моноцити, дендритні клітини, Т- і В-лімфоцити продукують активний вітамін D, який індукує або інгібує проліферацію імунних клітин і продукування цитокінів. Вітамін D, утворений епітеліальними легеневими клітинами, залучений у механізми протиінфекційного захисту дихальних шляхів. Асоційований з простатою та плацентою, вітамін D регулює ріст клітин і проліферацію в тканинах цих органів. Екстраренальну 1α-гідроксилазу регулюють і стимулюють цитокіни й фактори росту, але не паратиреоїдний гормон. Відсутність механізмів зворотного зв’язку в означених тканинах, особливо в імунних клітинах, як-от макрофаги й дендритні клітини, дає змогу кальцитріолу накопичуватися у високих локальних концентраціях, що зумовлює його імуномодуляторний ефект.Вітамін D реалізує свою дію через специфічні рецептори, які позначають абревіатурою VDR (vitamin D receptor). VDR належить до суперродини ядерних рецепторів й активується ендогенним лігандом 1,25-дигідроксивітаміну D. VDR кодується геном, для якого характерний поліморфізм, тобто в людській популяції існують різні алельні варіанти цього гена. У комплексі з ретиноїдним X-рецептором рецептор вітаміну D взаємодіє з послідовністю ДНК і контролює транскрипцію відповідних генів. Геномні ефекти VDR полягають в активації та репресії генів через утворення мультибілкових комплексів із так званими корегуляторами. Характер дії вітаміну D на клітину залежить від самого VDR, який може бути різним через поліморфізм, а також від корегуляторів, у комплексі з якими  рецептор взаємодіє з геномом клітини. У деяких випадках спостерігається резистентність до вітаміну D, що зумовлена саме його рецепторами. Наприклад, за алопеції VDR на кератиноцитах утворюють такий комплекс із  костимуляторами, який у взаємодії з вітаміном D пригнічує експресію генів клітинного циклу й у такий спосіб затримує проліферацію кератиноцитів.

Як зазначено вище, крім класичних органів-мішеней (кістки, кишечник, нирки), рецептори вітаміну D виявлені у серці, мозку, гладких м’язах, ендотелії судин, підшлунковій і передміхуровій залозах, у шкірі та інших органах. Таке розповсюдження VDR у тканинах стає зрозумілим з огляду на новітні дані про функції вітаміну D. Численними дослідженнями продемонстровано, що кальцитріол відіграє важливу роль у вуглеводному обміні й процесах ангіоґенезу, він запобігає розвитку пухлин й інфекцій, контролює роботу понад 900 різних генів й у такий спосіб здійснює регуляцію клітинної проліферації, диференціації, апоптозу. Встановлено зв’язок між поліморфізмом гена, що кодує VDR, та деякими захворюваннями: діабетом ІІ типу, остеопорозом, нирковою остеодистрофією, псоріазом, серцево-судинними захворюваннями й захворюваннями пародонта.

Згідно з результатами сучасних досліджень, кальцитріол посилює антимікробну дію ефекторних клітин вродженого імунітету, зокрема макрофагів, моноцитів і гранулоцитів. Він посилює хемотаксис і фагоцитарний потенціал цих клітин, а комплекс кальцитріол–VDR–ретиноїдний X-рецептор безпосередньо активує транскрипцію так званих антимікробних пептидів. Останні є найдревнішою системою протиінфекційного захисту, вони відіграють важливу роль у регуляції відносин макро- й мікроорганізмів, максимально реалізують свою дію на поверхнях слизової та шкіри й фактично складають першу лінію захисту організму проти широкого спектра патогенів, зокрема бактерій, грибів і вірусів, що мають оболонку. До того ж антимікробні пептиди залучені в процеси загоєння ран через індукцію проліферації й диференціації епітеліоцитів. Найбільш значущими серед антимікробних пептидів вважають дефензини й кателіцидини (можливо, тому, що ці групи білків краще вивчені), і саме з ними пов’язують один з імуномодуляторних ефектів вітаміну D.

Схематично участь вітаміну D у протимікробних реакціях можна описати таким чином: контакт і розпізнавання патогену спричиняють індукцію експресії 1α-гідроксилази й рецептора вітаміну D на імунних і деяких інших клітинах. Неактивні попередники 25(OH)D2 та 25(OH)D3 зазнають другого гідроксилювання й перетворюються на активну форму 1,25(OH)2D. Взаємодія останнього з рецептором вітаміну D запускає транскрипцію генів, які кодують β-дефензин-2 й кателіцидин LL-37. Цей каскад взаємодій підсилюють цитокіни, як-от інтерферон-γ та інтерлейкін-8 (IL8), а його результатом є дестабілізація мікробних мембран і пряма протибактеріальна, протигрибкова й противірусна дія. Результати молекулярно-генетичних досліджень показали: попри те що численні типи клітин експресують рецептори вітаміну D та 1α-гідроксилазу, індукція антимікробних протеїнів не є універсальною для всіх типів клітин і залежить від багатьох чинників. Така індукція характерна для мієлоїдних клітин, кератиноцитів, епітеліоцитів травного й дихального трактів, трофобласта.

Головним джерелом кателіцидину вважають нейтрофільні гранулоцити. Загальновідомо, що за тяжких інфекцій їхня кількість у крові значно зростає. Відповідно, мали б зростати й антимікробні ефекти, проте цього не відбувається. З’ясовано, що за таких інфекцій нейтрофіли експресують рецептори вітаміну D, та практично не  містять 1α-гідроксилази; водночас у крові хворих виявили дефіцит 25(OH)D. Логічно припустити, що експресія 1α-гідроксилази на клітинах залежить від рівня вітаміну D, разом з тим утворення його активної форми 1,25(OH)2D залежить від 1α-гідроксилази. На підтвердження цього припущення можна навести такий приклад: оброблення слизових оболонок ясен кальцитріолом індукувало експресію VDR та 1α-гідроксилази в епітеліоцитах. До того ж ця процедура спричинила підвищену експресію молекул, що залучені до регуляції й підсилення функцій макрофагів, у тому числі IL8, який індукує секрецію дефензинів.

Моноцити й інші клітини, що презентують антигени (APC – аntigen-presenting cells), зокрема дендритні, також є важливими мішенями для імуномодуляторних ефектів вітаміну D. APC ініціюють розвиток адаптивної імунної відповіді, вони  презентують антигени Т- і В-клітинам і здатні модулювати їх імуногенними або толерогенними сигналами через цитокіни й експресію костимуляторних молекул. Вітамін D може індукувати толерогенні властивості дендритних клітин, оскільки ці клітини також експресують 1α-гідроксилазу, що дає змогу досягти високої локальної концентрації активної форми вітаміну D, необхідної для імуномодуляторних ефектів. Кальцитріол і його аналоги можуть змінювати функцію й морфологію дендритних клітин, переводячи їх у незрілий стан. Така незрілість характеризується зниженням експресії молекул головного комплексу гістосумісності і костимуляторних молекул (CD40, CD80, CD86), що послаблює презентацію антигену й супроводжується зниженою секрецією IL12 та підвищеним продукуванням толерогенного інтерлейкіну IL10.

Вітамін D не лише відіграє суттєву роль у реалізації механізмів вродженого імунітету, а й модулює специфічну імунну відповідь. Кальцитріол може пригнічувати продукування цитокінів Т-клітинами, зокрема IL2 і IL17, а також експресію Толл-подібних рецепторів на моноцитах. Приймання високих доз кальцитріолу здоровими людьми значно знижувало рівень прозапального цитокіна IL6. Ранні дослідження, в яких вивчався вплив вітаміну D на імунні клітини, продемонстрували експресію ядерного VDR і 1α-гідроксилази як у Т-, так й у В-клітинах. Експресія VDR цими клітинами є дуже низькою в умовах спокою. Проте після активації й проліферації Т- і В-лімфоцитів вона значно підсилюється й дає змогу регулювати приблизно 500 генів, які реагують на вітамін D, що впливає на диференціацію й проліферацію цих клітин. Зроблено припущення, що дія вітаміну D в імунних клітинах нагадує дію цитокінів, тобто він є і фактором транскрипції, і фактором росту. Так само як цитокіни, кальцитріол виявляє плейотропію, синергію, надмірність і взаємодію з поверхневими рецепторами. Вплив вітаміну D на Т-лімфоцити реалізується щонайменше трьома шляхами:

  • прямою ендокринною дією системного кальцитріолу;
  • прямою інтракринною дією кальцитріолу, який утворився у Т-лімфоцитах з попередника 25(OH)D;
  • прямою паракринною дією кальцитріолу, утвореного моноцитами та/або дендритними клітинами.

Узагальнено ефекти вітаміну D на Т-лімфоцити можна сформулювати таким чином: кальцитріол спричиняє перехід від прозапального до більш толерогенного імунного статусу через різноманітний вплив на Т-клітинні субпопуляції. Він пригнічує проліферацію й диференціювання Т-хелперів (Th) і модулює продукування ними цитокінів. У дослідженнях in vitro оброблення Т-клітин кальцитріолом або його аналогами пригнічувало секрецію прозапальних цитокінів Th1 (IL2, інтерферон-γ, фактор некрозу пухлини α), Тh9 (IL9) і Th22 (IL22) й водночас підсилювало продукування протизапальних цитокінів Th2 (IL3, IL4, IL5, IL10). Th17 клітини під впливом вітаміну D також зазнають пригнічення, що призводить до зниження рівнів IL17, інтерферону-γ і IL21.

Регуляторні Т-клітини (Treg) є спеціалізованою субпопуляцією Т-клітин, які здійснюють супресію імунної відповіді, таким чином підтримуючи гомеостаз й автотолерантність. Тreg-клітини можуть інгібувати проліферацію Т-клітин і продукування цитокінів і відіграють важливу роль у запобіганні  розвитку автоімунітету. Існують різні підмножини з різними функціями клітин Treg. У звичайній клінічній практиці ці клітини ідентифікують за допомогою проточної цитометрії. Найбільш специфічним маркером для них є FoxP3, локалізований внутрішньоклітинно, а як додаткові маркери слугують поверхневі молекули CD25high і CD127low. Дисрегуляція кількості або функції Treg-клітин може призвести до розвитку автоімунного захворювання. Запропоновано, що Т-регуляторні лімфоцити можуть зазнавати дії вітаміну D двома шляхами. Непрямим – через APC,  включно з дендритними клітинами, які залишилися незрілими внаслідок впливу вітаміну D. Та прямим – за допомогою системних ефектів кальцитріолу або  інтракринної конверсії 25(OH)D до кальцитріолу самими Treg-лімфоцитами.  Зв’язок між вітаміном D та регуляторними Т-лімфоцитами підтверджено результатами низки оригінальних досліджень, а також рандомізованого плацебо-контрольованого дослідження здорових осіб: відсоток Treg-лімфоцитів у периферичній крові обстежених значно зростав після приймання високих доз холекальциферолу та/або кальцитріолу.

Вітамін D залучений і в регуляцію В-лімфоцитів: він стримує їхню диференціацію в плазматичні клітини. Раніше вважали, що антипроліферативні ефекти кальцитріолу на В-лімфоцити, як-от інгібування диференціації, проліферації, ініціація апоптозу й зниження продукування імуноглобуліну, є опосередкованими Т-хелперними клітинами. Проте пізніше були доведені прямі ефекти вітаміну D на В-клітини, зокрема, пригнічення генерації клітин пам’яті й плазматичних клітин, а також сприяння апоптозу В-клітин, що продукують імуноглобуліни. Такий контроль функції В-лімфоцитів з боку кальцитріолу вважають клінічно важливим у разі автоімунних захворювань, коли відбувається продукування автореактивних антитіл.

Таким чином, основні ефекти вітаміну D на адаптивний імунітет спрямовані на перемикання в бік протизапальних механізмів, формування толерантності й запобігання розвитку автоімунних реакцій. З огляду на це, порушення або недостатній рівень вітаміну D може призвести до порушення регуляції імунних реакцій і, відповідно, до розвитку автоімунного захворювання. Автоімунні захворювання характеризуються втратою імунного гомеостазу, що спричиняє ушкоджене розпізнавання автоантигенів із подальшим руйнуванням тканини тіла автореактивними імунними клітинами. Поєднання генетичної схильності, епідеміологічних, ендо- й екзогенних факторів ризику сприяє розвитку автоімунного захворювання, й одним з таких важливих факторів може бути вітамін D.

З викладеного вище логічно витікає, що дефіцит вітаміну D може бути фактором ризику чи навіть етіопатогенетичним  чинником розвитку  інфекційних й автоімунних захворювань. Водночас застосування вітаміну D може забезпечити імунологічну толерантність у разі автоімунних захворювань та підсилити протимікробні й противірусні механізми під час інфекційних хвороб.

Згідно з епідеміологічними дослідженнями існує обернено пропорційний зв’язок між концентрацією 25(OH)D3 у крові та захворюваністю на гострі респіраторні й кишкові інфекції. Низькі концентрації кальцитріолу пов’язані з підвищеною смертністю, викликаною важкими інфекціями, а низькі сироваткові рівні 25(OH)D – з інфекціями верхніх дихальних шляхів, включно з  грипом, хронічним обструктивним захворюванням легень й алергічною астмою. Вживання молока, збагаченого вітаміном D, протягом трьох і більше місяців сприяло значному зниженню кількості гострих респіраторних інфекцій у дітей з дефіцитом вітаміну D (середнє значення 25(OH)D – 7 нг/мл). Результатом призначення вітаміну D дітям до початку й під час епідемічного періоду було зниження рівня захворюваності на грип. Навіть одноразове приймання кальцитріолу значно знижувало ризик повторного захворювання дітей із позашпитальною пневмонією. Щоденне приймання 4 000 МО холекальциферолу протягом року значно зменшувало інфекційні симптоми, загальну кількість специфічних збудників у носовій рідині й застосування антибіотиків в імунодефіцитних пацієнтів у порівнянні з групою плацебо.

Водночас масштабне рандомізоване плацебо-контрольоване дослідження не виявило зниження частоти респіраторних інфекцій у дорослих з нормальним вмістом 25(OH)D (середнє значення – 29 нг/мл), які отримували кальцитріол  у щомісячній дозі 100 000 МО. Накопичені на сьогодні дані є підставою для висновку, що призначення вітаміну D для профілактики інфекційних захворювань може бути корисним для дітей і дорослих, що мають гіповітаміноз D та/або перебувають у стані імунокомпроментації, але не для імунокомпетентних дітей і дорослих із нормальним рівнем вітаміну D.

Численні дослідження виявляли, що дефіцит вітаміну D або порушення його метаболізму чи рецепторів асоційовані з автоімунними захворюваннями, як-от діабет І типу, розсіяний склероз, системний червоний вовчак, ревматоїдний артрит, хвороба Крона, запальне захворювання кишечнику, автоімунний гепатит, автоімунний тиреоїдит. Проте існує велика невизначеність щодо ролі вітаміну D у патогенезі автоімунних захворювань, оскільки залишається незрозумілим: гіповітаміноз D є наслідком або причиною хвороби? Результати досліджень 10–15-річної давнини видавалися дуже обнадійливими щодо перспектив лікування автоімунної патології препаратами вітаміну D. Проте сподівання не справдилися. Застосування вітаміну D у лікуванні хворих на системний червоний вовчак, розсіяний склероз, автоімунний тиреоїдит практично не впливало на перебіг захворювання, а в деяких випадках навіть не відновлювало знижену сироваткову концентрацію 25(OH)D.

Причини того, що вітамін D як імуномодулятор виявився малоефективним під час клінічних випробувань, зрозумілі. До сьогодні немає консенсусу щодо рекомендованого цільового сироваткового рівня й оптимального режиму приймання вітаміну D. Залишається нез’ясованим питання, чи мають різні його форми, як-от вітамін D2, D3 або аналоги вітаміну D, особливі переваги для імуномодуляторної дії. У майбутньому необхідні нові масштабні клінічні дослідження для визначення того, яким чином вітамін D впливає на патофізіологію різних захворювань in vivo і чи може вживання його препаратів сприяти підвищенню ефективності звичайних методів лікування за рахунок імуномодуляції. Питання щодо оптимального режиму й дозування вітаміну D також мають стати завданням майбутніх досліджень. Проте вже сьогодні є достатньо підстав, щоб стверджувати: цей вітамін є перспективним і досить безпечним «кандидатом» для включення в новостворені стратегії профілактики й допоміжного лікування імунопатологічних захворювань.

ЛІТЕРАТУРА/REFERENCES

  1. Bartley J. Vitamin D, innate immunity and upper respiratory tract infection // J Laryngol. Otol. – 2010. – 124(5). – P. 465–469.
  2. Bivona G., Agnello L., Ciaccio M. The immunological implication of the new vitamin D metabolism // Eur. J. Immunol. – 2018. – Vol. 43(3). – P. 331–334.
  3. Bouillon R., Verstuyf A., Mathieu C., Van Cromphaut S., Masuyama R., Dehaes P., Carmeliet G. Vitamin D resistance // Best Pract. Res. Clin. Endocrinol. Metab. – 2006. – Vol. 20(4). – P. 627–645.
  4. Chun F., Liu P. T., Modlin R. L., Adams J., Hewison M. Impact of vitamin D on immune function: lessons learned from genome-wide analysis // Front. Physiol. – 2014. – Vol. 5. – P. 151–166.
  5. Christakos S., Dhawan P., Verstuyf A., Verlinden L., Carmeliet G. Vitamin D: metabolism, molecular mechanism of action, and pleiotropic effects // Rev. – 2016. – Vol. 96(1). – P. 365–408.
  6. Czaja A. J., Montano-Loza A. J. Evolving role of vitamin D in immune-mediated disease and its implications in autoimmune hepatitis // Dis. Sci. – 2019. – Vol. 64(2). – P. 324–344.
  7. Del Pinto R., Ferri C., Cominelli F. Vitamin D axis in inflammatory bowel diseases: role, current uses and future perspectives // Int. J. Mol. Sci. – 2017. – Vol. 18. – P. 2360–
  8. Hewison M. Vitamin D and innate immunity // Opin. Investig. Drugs. – 2008. – Vol. 9(5). – P. 485–490.
  9. Hewison M. Vitamin D and innate and adaptive immunity // Horm. – 2011. – Vol. 86. – P. 23–62.
  10. Ishikawa L. W., Colavite P. M., Fraga-Silva T. F. C., Mimura L. A. N., França T. G. D., Zorzella-Pezavento S. F. G., Chiuso-Minicucci F., Marcolino L. D., Penitenti M., Ikoma M.R.V., Sartori A. Vitamin D deficiency and rheumatoid arthritis // Clin. Rev. Allergy Immunol. – 2017. – Vol. 52(3). – P. 373–388.
  11. Jat K. R. Vitamin D deficiency and lower respiratory tract infections in children: a systematic review and meta-analysis of observational studies // Doct. – 2017. – Vol. 47(1). – P. 77–84.
  12. Peelen E., Knippenberg S., Muris A.H., Thewissen M., Smolders J., Tervaert J. W., Hupperts R., Damoiseaux J. Effects of vitamin D on the peripheral adaptive immune system: a review // Rev. – 2011. – Vol. (12). – P. 733–743.
  13. Prietl B., Treiber G., Mader J. K., Hoeller E., Wolf M., Pilz S., Graninger W. B., Obermayer-Pietsch B. M., Pieber T. R. High-dose cholecalciferol supplementation significantly increases peripheral CD4⁺ Tregs in healthy adults without negatively affecting the frequency of other immune cells // J. Nutr. – 2014. – Vol. 53(3). – P. 751–759.
  14. Sassi, Tamone C., D’Amelio P. Vitamin D: Nutrient, hormone, and immunomodulator // Nutrients. – 2018. – Nov. 10(11). – Р. 1656–1670.
  15. Schwalfenberg G. K. A review of the critical role of vitamin D in the functioning of the immune system and the clinical implications of vitamin D deficiency // Nutr. Food Res. – 2011. – Vol. 55(1). – P. 96–108.
  16. Uwitonze A. M., Murererehe J., Ineza M. C., Harelimana E. I., Nsabimana U., Uwambaye P., Gatarayiha A., Haq A., Razzaque M.S. Effects of vitamin D status on oral health // Steroid Biochem. Mol. Biol. – 2018. – Vol. 175. – P. 190–194.
  17. Vanherwegen A. S., Gysemans C., Mathieu C. Regulation of immune function by vitamin D and its use in diseases of immunity // Metab. Clin. North Am. – 2017. – Vol. 46(4). – P. 1061–1094.

START TYPING AND PRESS ENTER TO SEARCH