Серьезной проблемой современного здравоохранения является дефицит витамина Д, который затрагивает все возрастные и этнические группы и является самым распространенным дефицитом питательных веществ во всем мире [1]. Витамин D представляет собой микроэлемент, который в процессе метаболических изменений превращается в многофункциональный секостероидный гормон, оказывающий костные и различные внекостные эффекты посредством своего рецептора (VDR). Процессы метаболизма витамина D и его участие в патогенезе рахита были описаны во второй половине прошлого века [2]. В последние несколько лет активно изучается роль витамина D и его рецептора в патогенезе различных заболеваний.
Цель исследования – проанализировать данные научных исследований относительно роли витамина D и его рецептора в патогенезе заболеваний кишечника.
При написании научного обзора были найдены и проанализированы отечественные и зарубежные научные статьи, посвященные участию витамина D и полиморфизмов гена рецептора витамина D в патогенезе заболеваний кишечника.
Витамин D является плейотропным гормоном надсемейства стероидов/тиреоидов, классически известным благодаря кальциевому гомеостазу, но с несколькими дополнительными некальциемическими эффектами, начиная от иммуномодуляции и заканчивая дифференцировкой клеток и межклеточной адгезией [3]. Известны две формы витамина D, которые отличаются друг от друга строением боковой цепи: эргокальциферол (витамин D2) и холекальциферол (витамин D3).
В клетках растений из эргостерола образуется эргокальциферол. Поступление холекальциферола в организм осуществляется двумя способами: в мальпигиевом и базальном слое эпидермиса кожи под влиянием ультрафиолетовых лучей с длиной волны 290–315 нм из 7-дегидрохолестерина образуется холекальциферол или с продуктами питания животного происхождения. В эпидермисе холекальциферол связывается с витамин D-связывающим белком (VDBP) и 70 % его из кровотока поступает в печень, а другая часть поступает в жировые клетки, где формируется депо витамина D.
Обе формы витамина D, независимо от способа попадания в организм, проходят ряд метаболических процессов.
В купферовских клетках печени под влиянием 25-гидроксилаз (CYP2R1 и CYP27A1) происходит первая фаза изменений, в результате которой из эргокальциферола и холекальциферола образуется кальцидиол (25-гидроксивитамин D, 25(OH)D). Далее образовавшийся кальцидиол транспортируется в почки, где происходит второй этап трансформации. Под влиянием1α-гидроксилазы (CYP27B) кальцидиол превращается в 1,25-дигидроксивитамин D (кальцитриол, 1,25(OH)2D), активную форму витамина D [4, 5]. Образовавшийся кальцитриол в кровотоке связывается с витамин D связывающим белком (VDBP) и доставляется в ткани-мишени, оказывая свои эффекты [6].
Как неактивные, так и активные формы витамина D циркулируют в кровотоке в связанном виде с VDBP. Активная форма витамина D (1,25(ОН)2D3) оказывает свои биологические эффекты за счет связывания с рецепторами витамина D (VDR), которые расположены в различных органах и тканях и имеют сходство с рецепторами стероидных и тиреоидных гормонов [7]. Эти рецепторные белки представляют собой внутриклеточные полипептиды, молекулярной массой 50–60 кДа, которые специфически связывают 1,25(OH)2D3 и взаимодействуют с ядрами клеток-мишеней для получения различных биологических эффектов [8].
VDR имеют гормонсвязывающие (C-концевой домен) и ДНК-связывающие (N-концевой домен) домены. После связывания с 1,25(OH)2D3, который выступает в качестве лиганда, VDR формируют комплексы с другим рецептором внутри клетки – ретиноид-X-рецептором [9]. Образовавшийся комплекс взаимодействует со специфическими последовательностями, названными элементами ответа на витамин D (VDRE), которые расположены в промоторной области генов-мишеней. Образовавшийся комплекс действует как фактор транскрипции, способствующий экспрессии генов [10, 11].
Витамин D, VDBP и VDR составляют так называемую ось витамина D, для которой появилось много интересных свойств на уровне физиологии кишечника. Белок, связывающий витамин D или Gc-глобулин (группоспецифический компонент человека (Gc)), представляет собой сывороточный белок с молекулярной массой 55 кДа, секретируемый печенью и принадлежащий к надсемейству альбуминов, который отвечает за транспорт активного и неактивного витамина D в плазме [12]. Известно, что одиночные нуклеотидные полиморфизмы (SNP) в гене, кодирующем VDBP, влияют на уровни циркулирующего витамин D-связывающего белка и кальцидиола [13].
Витамин D играет ключевую роль в гомеостазе кишечника. Витамин D может влиять на функцию практически каждой клетки кишечника, связываясь с VDR и впоследствии транскрибируя соответствующие гены. Витамин D обеспечивает соответствующий уровень антимикробных пептидов в пристеночной кишечной слизи и поддерживает целостность эпителия, укрепляя межклеточные соединения. Известно, что активный витамин D увеличивает экспрессию нескольких белков плотных и адгезивных контактов [14]. В частности, активный витамин D индуцирует экспрессию и/или мембранную транслокацию окклюдина, белков zonula occludens, ZO-1 и ZO-2, клаудинов 2, -7 и -12 нескольких анатомических участках, включая эпителий роговицы, подоциты и энтероциты [15]. Yeung CY et al. провели эксперимент, в котором кормили мышей диетой, бедной витамином D. Через 7 недель у них было обнаружено значительное уменьшение толщины слизистой оболочки толстой кишки, деформированные энтероциты со значительной воспалительной клеточной инфильтрацией, повышение уровня провоспалительных цитокинов в сыворотке крови по сравнению с группой мышей, получавших достаточное количество витамина D с пищей. Также в исследуемой группе была обнаружена активация экспрессии мРНК зонулина тощей кишки и повышенный уровень сывороточного зонулина [16]. К подобным результатам пришли ученые из Германии. В их исследовании диета с низким содержанием витамина D приводила к уменьшению длины ворсинок в подвздошной кишке и уменьшению глубины крипт в толстой кишке, наряду с повышением экспрессии провоспалительных маркеров и β-дефенсинов в толстой кишке [17].
Более того, было продемонстрировано, что передача сигналов VDR эпителия кишечника играет ключевую роль в поддержании целостности слизистого барьера путем подавления апоптоза эпителиальных клеток кишечника, тем самым регулируя воспаление слизистой оболочки кишечника [18]. А также витамин D участвует в регуляции целостности кишечного барьера на основе его тесного взаимодействия с плотными контактами, что позволяет подавлять сигнальный путь высвобождения зонулина, повышая экспрессию белков плотных контактов и, следовательно, подавляя увеличение проницаемости слизистой оболочки кишечника [19, 20].
Нарушенная врожденная иммунная функция и сверхактивный адаптивный иммунитет, а также дефектная барьерная функция кишечника связаны не только с воспалительными заболеваниями кишечника, но и с пищевой аллергией [21].
К воспалительным заболеваниям кишечника (ВЗК) относятся болезнь Крона и язвенный колит, которые связаны с многогранной этиологией, включающей как экологические, так и генетические факторы. Нарушения механизмов врожденной иммунной защиты в эпителиальном отделе кишечника играют решающую роль в патогенезе ВЗК. Витамин D, как иммуномодулятор, может модифицировать врожденный иммунный ответ организма. Витамин D ослабляет транскрипцию провоспалительных цитокинов, которые активируются в случае эпителиального стресса, характерного для пациентов с ВЗК, а также помогает поддерживать структурную целостность эпителиальных клеток, одновременно усиливая врожденный иммунный ответ в слизистой оболочке [22, 23]. Также достаточный уровень витамина D у пациентов с ВЗК улучшает качество их жизни, что было доказано в исследовании Hlavaty T et al. [24].
Ген VDR был открыт в 1988 г. группой ученых, возглавляемых Baker AR [25], расположен на коротком плече 12 хромосомы и содержит 8 экзонов, кодирующих белок (экзоны 2–9), и 6 нетранслируемых экзонов (экзоны 1a-1f) [26, 27]. Для гена рецептора витамина D характерно наличие однонуклеотидных полиморфизмов, приводящих к изменению структуры образующегося белка. На настоящий момент описано большое количество полиморфизмов гена VDR, из которых наиболее хорошо изучены полиморфизмы FokI, TaqI, ApaI и BsmI, расположенные в кодирующей области и 3’-нетранслируемой области [28]. Накопленные данные свидетельствуют о том, что полиморфизмы в гене VDR могут влиять на экспрессию и функцию VDR и последующий эффект, опосредованный витамином D [29].
Полиморфизм FokI (rs2228570) расположен в экзоне 2 в 5’-кодирующей области гена и считается одним из обычно изучаемых функциональных полиморфизмов гена VDR [30], обусловлен нуклеотидной заменой тимина (T) цитозином (C) в первом кодоне экзона 2 (ATG на ACC), что приводит к преобразованию аллеля f в аллель F. При наличии аллели f инициация трансляции происходит на первом ATG сайте, и образуется белок, состоящий из 427 аминокислот. У носителей аллеля F первый сайт инициации трансляции удаляется, трансляция начинается со второго кодона, что приводит к продукции более короткого белка, состоящего из 424 аминокислот. Таким образом, в результате наличия двух доступных сайтов инициации могут существовать два варианта белков: форма аллеля f, которая представляет собой длинную версию белка VDR (427 аминокислотных остатков), и форма аллеля F, представляющая собой белок, укороченный на три аминокислоты (424 аминокислотных остатка), который является более транскрипционно активным [31].
Полиморфизмы ApaI (rs7975232), TaqI (rs731236) и BsmI (rs1544410) расположены вблизи 3’-конца гена VDR и регулируют стабильность мРНК гена VDR [32].
Полиморфизм TaqI обусловлен заменой нуклеотида тимин (Т) нуклеотидом цитозин (С) в экзоне 9, кодоне 352 гена VDR [33]. Полиморфизм ApaI, расположенный в экзоне 9, примыкающем к 3’-нетранслируемой области (3’-UTR), негативно регулирует экспрессию VDR и обусловлен заменой гуанина (G) тимином (T). Полиморфизм BsmI расположен в интроне 8 и рядом с областью 3’UTR и образуется в результате замены нуклеотидов гуанин (G) аденином (A). Этот полиморфизм также влияет на стабильность матричной РНК (мРНК) гена VDR.
Исследование, проведенное N. Naderi, A. Farnood, M. Habibi et al, доказало связь между наличием полиморфизма FokI в гене рецептора VDR и восприимчивостью к болезни Крона в иранской популяции. Обнаружено, что аллель f чаще встречался у больных язвенным колитом и болезнью Крона по сравнению с контролем. Частота встречаемости генотипа ff также была выше у таких пациентов, вместе с тем генотип FF был представлен реже у пациентов с болезнью Крона по сравнению с контрольной группой [34]. В проведенном L. Wang et al, метаанализе было продемонстрировано, что наличие полиморфизма ApaI может способствовать увеличению риска развития болезни Крона, в то время как полиморфизм TaqI может оказывать протективный эффект и снижать риск язвенного колита, особенно у представителей европеоидной расы [35].
В 2021 г. группой ученых из США было проведено исследование, посвященное изучению связи между однонуклеотидными полиморфизмами гена рецептора витамина D, уровнями витамина D и эндоскопической активностью заболевания при ВЗК. В результате исследования было обнаружено, что более высокие уровни витамина D отмечались у пациентов в эндоскопической ремиссии по сравнению с пациентами с обострением воспалительного процесса. Гомозиготный генотип ff полиморфизма FokI чаще встречался у пациентов с более низким уровнем витамина D. Что касается эндоскопической активности заболевания, не было обнаружено различий в мутациях любого из полиморфизмов VDR в выборке. Связь между наличием генотипа ff полиморфизма FokI и более низкими уровнями витамина D предполагает многофакторную этиологию дефицита витамина D при ВЗК. Более высокие уровни витамина D у пациентов с эндоскопической ремиссией по сравнению с более низкими уровнями у пациентов с активным воспалением позволяют предположить, что влияние однонуклеотидных полиморфизмом гена VDR на активность заболевания можно преодолеть с помощью заместительной терапии [36]. Роль полиморфизмов гена VDR изучалась не только в патогенезе ВЗК, но в том числе и целиакии. В метаанализе, опубликованном в этом году, доказано, что сниженный уровень 25(OH)D в сыворотке и ассоциация аллеля f полиморфизма Fok1 гена VDR играют критическую роль в иммуномодуляции и поддержании целостности барьера, что предрасполагает к целиакии [37]. К подобным выводам пришла группа ученых из Испании, которая выяснила, что наличие генотипа ff полиморфизма Fok1 гена VDR увеличивает риск возникновения целиакии [38].
Как показал проведенный обзор литературы, посвященной роли витамина D и его рецептора в патогенезе заболеваний кишечника, существует много нерешенных вопросов, связанных с участием витамина D в развитии иммунных и неиммунных заболеваний кишечника. Требует дальнейшего исследования влияние витамина D на состояние проницаемости эпителиального барьера кишечника, развитие аллергического воспаления.