Vitamin D - Endokurzy

Transkript

VITAMIN D
Ondřej Topolčan a kolektiv autorů
Bůh slunce Helios v athénském chrámu.
© Editor prof. MUDr. Ondřej Topolčan, CSc., 2012 MUDr. Radka Fuchsová, 2012 © Redakční a grafická úprava RNDr. Marie Karlíková, Ph.D., 2012 This edition © Tribun EU, 2012 První přepracované vydání. ISBN 978‐80‐263‐0321‐3 Vitamin D
Vitamin D
Ondřej Topolčan a kolektiv autorů
Editor: prof. MUDr. Ondřej Topolčan, CSc. a MUDr. Radka Fuchsová
Redakční a grafická á úprava: RNDr. Marie Karlíková, PhD.
Lékařská fakulta v Plzni – Univerzita Karlova v Praze
Publikace byla vytvořena za podpory projektu OPVK CZ1.07./2.3.00/09.0182 a SVV 264 801.
© Všechna práva autorů vyhrazena.
2
Autoři
Autoři
doc. Ing. Radovan Bílek, CSc.
Endokrinologický ústav Praha
MUDr. Lucie Černá
Neurologická klinika, Fakultní nemocnice Plzeň a Univerzita Karlova v Praze - Lékařská
fakulta v Plzni
MUDr. Radka Fuchsová
Oddělení nukleární medicíny Fakultní nemocnice Plzeň a Centrální radioizotopová laboratoř,
Univerzita Karlova v Praze - Lékařská fakulta v Plzni
MUDr. Denisa Janíčková-Ždárská, Ph.D.
Interní klinika 2. lékařské fakulty Univerzity Karlovy v Praze a Fakultní nemocnice Motol,
Praha
MUDr. Vlastimil Kulda
Ústav lékařské chemie a biochemie, Univerzita Karlova v Praze - Lékařská fakulta v Plzni
doc. MUDr. Otto Mayer jr., CSc.
II. interní klinika Fakultní nemocnice Plzeň
RNDr. Martin Pešta, Ph.D.
Centrální radioizotopová laboratoř, Univerzita Karlova v Praze - Lékařská fakulta v Plzni
MUDr. Jiří Polívka, CSc.
Neurologická klinika, Fakultní nemocnice Plzeň a Univerzita Karlova v Praze - Lékařská
fakulta v Plzni
Ing. Jiří Polívka jr.
Fakulta aplikovaných věd Západočeské univerzity Plzeň
prof. MUDr. Ivan Šterzl, CSc.
Endokrinologický ústav Praha a Ústav imunologie a mikrobiologie, Univerzita Karlova v
Praze – 1. lékařská fakulta
prof. MUDr. Ondřej Topolčan, CSc.
II. interní klinika Fakultní nemocnice Plzeň a Centrální radioizotopová laboratoř, Univerzita
Karlova v Praze - Lékařská fakulta v Plzni
prof. MUDr. Karel Vondra, DrSc.
Endokrinologický ústav Praha
RNDr. Jindra Vrzalová, Ph.D.
Centrální radioizotopová laboratoř, Univerzita Karlova v Praze - Lékařská fakulta v Plzni a
Fakultní nemocnice Plzeň
prof. MUDr. Václav Zamrazil, DrSc.
Endokrinologický ústav Praha, Subkatedra endokrinologie IPVZ, Praha
3
Obsah
Obsah
1. Vitamin D – nové poznatky o jeho úloze v medicíně ..............................................6
2. Metabolismus vitaminu D ..................................................................................................8
3. Polymorfizmus genu pro receptor vitaminu D ...................................................... 15
4. Stanovení vitaminu D ........................................................................................................ 24
5. Vitamin D a riziko kardiovaskulárních chorob ..................................................... 32
6. Vitamin D a diabetes ......................................................................................................... 38
7. Vitamin D a neurologická onemocnění..................................................................... 49
8. Vitamin D a imunita .......................................................................................................... 55
4
Seznam zkratek
Seznam zkratek
1,25(OH)2D
1,25-dihydroxyvitamin D
25(OH)D
25-hydroxyvitamin D
7-DHC
7-dehydrocholesterol
BMD
hustota kostní hmoty
BMI
body mass index
CLIA
chemilunimiscenční imunoanalýza
CPBA
competition protein binding assai
DBP
vitamin D vázající protein
DM
diabetes mellitus
ECD
elektrochemická detekce
EHK
externí hodnocení kvality
EIA
enzymová imunoanalýza
FDA
Food and Drug Agency
ID
izotopová diluce
IFG
impaired fasting glukose
IR
inzulínová rezistence
LC
kapalinová chromatografie
MMP
matrixová metaloproteináza
MS
multiple sclerosis
MS/MS
tandemová hmotnostní spektrometrie
PGT
porušená glukózová tolerance
PTH
parathormon
RIA
radioizotopická imunoanalýza
RS
roztroušená skleróza
SHPT
sekundární hyperparatyreóza
SPE
extrakce na pevné fázi
VDR
receptor vitaminu D
VDRE
vitamin D response element
5
Vitamin D – nové poznatky o jeho úloze v medicíně
1. Vitamin D – nové poznatky o jeho úloze
v medicíně
Václav Zamrazil
Z všeobecného hlediska jsou důležitá tato dvě fakta, týkající se vitaminu D:
1. jedná se o látku, která je po chemické stránce blízká steroidním hormonům a
nepřekvapuje proto, že se její účinky realizují na úrovni jaderných receptorů, které jsou
příbuzné s receptory pro steroidní hormony, hormony štítné žlázy a další látky.
2. organizmus získává vitamin D dvěma způsoby:
-
upravuje prekurzory získané potravou do funkčně aktivní formy - tohoto aspektu se
vitamin D jeví jako skutečný vitamin získávaný z potravy,
-
je schopen vitamin D vyrábět v kůži při jejím ozáření ultrafialovými paprsky –
z tohoto aspektu se látka jeví jako hormon a tuto koncepci podporuje i výše
popsaná vazba na nukleární receptory.
Vyplývá z toho samozřejmě i praktický důsledek, týkající se možností získávání aktivního
vitaminu D z potravy a významu jeho tvorby v kůži. Obojí je spojeno s určitými klinickými
problémy.
Vitamin D je rozpustný v tuku, takže jeho zdrojem jsou potraviny s vysokým obsahem tuku,
což není ideální z hlediska prevence kardiovaskulárních chorob. Kontroverzní je i druhý
způsob získávání vitaminu D – tvorba v kůži. V současné době dochází k výraznému nárůstu
výskytu kožních nádorů, včetně melanomů. To se vysvětluje zvýšeným ozařováním kůže
(které je důsledkem změn v oblékání a popularity opalování), jednak zvýšeným průnikem
paprsků různého spektra na povrch Země při oslabování ozonové vrstvy. Průnik
ultrafialových paprsků na povrch Země je výrazně ovlivněn jednak zeměpisnou šířkou – s tím
asi nic nenaděláme, a jednak znečištěním atmosféry; bylo prokázáno, že průnik ultrafialových
paprsků např. v Praze je po většinu roku prakticky nulový.
Zajištění dostatečného přívodu vitaminu D je tedy stále problematické, přitom doporučený
denní
přívod
vitaminu
D
neustále
stoupá.
V současné
době
se
doporučuje
800-1200 jednotek/den. Je pravděpodobné, že zajištění optimální saturace vitaminem D bude
6
Vitamin D – nové poznatky o jeho úloze v medicíně
v budoucnosti stále více závislé na obohacování přirozených zdrojů potravy nebo přímo na
podávání čistého vitaminu ve formě perorální nebo intramuskulární. Obavy z předávkování se
v současné době nepovažují za odůvodněné, bezpečná denní dávka vysoce překračuje
optimální hodnoty.
Význam nedostatku vitaminu D v klinické medicíně neustále roste a indikace optimální
saturace stoupá. Již dávno neplatí, že vitamin D je jen účinný lék rachitidy, které lze zabránit
jeho podáváním v kojeneckém a dětském věku. Ukazuje se, že nedostatek vitaminu D
nepříznivě ovlivňuje prakticky všechny chorobné děje v lidském organizmu. Hypovitaminoza
D nepříznivě působí na vznik a průběh aterosklerozy, maligních onemocnění a diabetu (kap.
6). V současné době stále přibývají doklady o nepříznivém vlivu nedostatku vitaminu D na
imunitu (kap. 8). Je zajímavé, že dostatečné zásobení vitaminem D příznivě ovlivňuje
imunitní systém prakticky při všech chorobách imunity, v poslední době se zaměřuje
pozornost zejména na autoimunitní procesy. Vitamin D je nezbytným v léčbě osteoporozy,
jeho nedostatek pravděpodobně působí nepříznivě na fertilitu, málo je dosud známo o jeho
působení na činnost centrální nervové soustavy (kap. 7).
Při narůstajícím počtu nálezů, které svědčí o významu vitaminu D v klinické medicíně, je
nezbytné věnovat tomuto vitaminu–hormonu zvýšenou pozornost. Zbývá řada otázek, které
bude nutno v nejbližší době zodpovědět, a jistě existuje řada problémů, které si dosud
neuvědomujeme a které jsou pravděpodobně stejně významné jako ty, o kterých již víme.
V budoucnosti bude nesporně nutné upřesnit optimální dávkování vitaminu D nejen obecně,
ale i v různých populačních skupinách podle věku, pohlaví, rasy, průměrného slunečního
ozáření regionu atd., a také u různých chorob. Je to komplikovaný úkol. Plně však zapadá do
současné snahy o racionální individuálně zaměřenou prevenci i léčbu závažných chorob
(princip personalizované medicíny).
7
Metabolismus vitaminu D
2. Metabolismus vitaminu D
Vlastimil Kulda
Vitamin D se historicky řadí do skupiny vitaminů rozpustných v tucích, ale už v 70. letech 20.
století výzkum odhalil, že se vlastně jedná o velice důležitý a fylogeneticky velmi starý
prekurzor hormonů, jejichž hlavní fyziologickou funkcí je regulace metabolismu vápníku a
fosfátů [1,2]. Vitamin D patří chemicky mezi sekosteroidy, což jsou steroidy, kde je jeden
z cyklů cyklopentanoperhydrofenanthrenového skeletu neuzavřený, v případě vitaminu D je
otevřený kruh "B". Způsob označování cyklů a číslování atomů [3] je ukázán na základní
struktuře cholestanu (obr. 2.1).
Obr. 2.1 Označování cyklů a číslování atomů (cholestan)
Rozlišují se dvě hlavní formy vitaminu D: vitamin D2 (ergokalciferol) a vitamin D3
(cholekalciferol), lišící se v postraním řetězci, kde je u ergokalciferolu navíc jedna methylová
skupina a dvojná vazba. Metabolismus obou látek je obdobný, proto termín "vitamin D" bez
bližší specifikace odkazuje na obě formy, ať už D2 nebo D3. Vitamin D je přijímán potravou,
ale za normálních okolností je jeho hlavním zdrojem endogenní produkce v kůži vystavené
slunečnímu světlu [4]. Vitamin D2 vzniká z ergosterolu, který se vyskytuje jen u hub a rostlin.
Vyšší organismy produkují vitamin D3, pro jehož vznik je výchozím metabolitem 7dehydrocholesterol (7-DHC), což je jeden z přirozených meziproduktů biosyntézy
cholesterolu. 7-DHC se vyskytuje ve významném množství v kůži, přičemž asi 65% kožního
8
7-DHC se nachází v epidermis, zbylých 35% v dermis. Buněčná lokalizace je následující:
většina 7-DHC je soustředěna v buněčných membránách (80%), volně v cytosolu je jen asi
20%. Hladinu 7-DHC udržuje enzym 7-DHC NADPH reduktáza, enzym katalyzující přeměnu
7-DHC na cholesterol a naopak [5]. 7-DHC podléhá neenzymové fotolytické reakci, při které
se štěpí kruh "B" a vzniká previtamin D3, který se při tělesné teplotě relativně pomalu
přeměňuje na vitamin D3 (poločas izomerace je asi 2,5 hodiny). Pro tuto fotochemickou
konverzi je účinná UVB složka záření (vlnové délky 280-320 nm). Účinnost syntézy vitaminu
D v kůži vlivem slunečního záření nezávisí jen na době expozice, ale záleží i na zeměpisné
šířce, ročním období, denní době, pigmentaci kůže, používání opalovacích krémů a povrchu
těla krytém oblečením [6-8]. Zajímavé je, že tvorba vitaminu D v kůži vykazuje jisté
autoregulační prvky. Déle trvající expozice UVB záření vede k přeměně previtaminu D3 na
biologicky inaktivní izomery tachysterol a lumisterol, i vitamin D3 se dále může měnit na
různé inaktivní produkty (suprasterol I, suprasterol II, 5,6-trans vitamin D3). To vysvětluje,
proč nedochází k intoxikaci vitaminem D ani při dlouhodobém vystavení kůže slunečnímu
záření [9]. Pochody vedoucí ke vzniku vitaminu D jsou znázorněny na obr. 2.2.
Obr. 2.2 Biosyntéza vitaminu D
9
Paradoxní je, že expozice UVB záření má na jedné straně příznivé účinky (syntéza vitaminu
D), na druhé straně stojí ale i mnohé nežádoucí účinky (kožní erytém, poškození DNA
tvorbou pyrimidinových dimerů vedoucí za určitých okolností až ke vzniku kožních nádorů),
přičemž tyto účinky od sebe nelze oddělit. V poslední době je hodně diskutováno, že snaha
předcházet kožním nádorům vyhýbáním se slunci a používáním ochranných krémů může vést
k nedostatečné tvorbě vitaminu D [10-12].
Tvorba vitaminu D je fylogeneticky velmi stará, už i fytoplankton a zooplankton obsahuje
významná množství vitaminu D2, D3 a jejich prekurzorů. Funkce vitaminu D u těchto
primitivních organismů je neznámá. Vysoká koncentrace vitaminu D v tukové tkáni a játrech
ryb je vysvětlitelná právě jeho bohatým příjmem z těchto potravních zdrojů. Ačkoli produkce
v kůži ryb je možná, bude pravděpodobně zanedbatelná, protože jen málo UVB záření
proniká pod vodu do hloubky, kde žije většina ryb [13].
Obě formy vitaminu D, ergokalciferol i cholekalciferol, jsou biologicky inaktivní a vyžadují
dvoukrokovou aktivaci hydroxylací v játrech a následně v ledvinách. V játrech dochází k
hydroxylaci na uhlíku 25 a vzniká tak 25(OH)D (25-hydroxyvitamin D, kalcidiol). Druhá
hydroxylace probíhá v ledvinách, kde se v játrech vzniklý 25(OH)D hydroxyluje na uhlíku 1 a
výsledkem je hormonálně aktivní forma 1,25(OH)2D (1,25-dihydroxyvitamin D, kalcitriol),
která je zodpovědná za biologické funkce vitaminu D [14,15]. Hydroxylace vedoucí k
aktivaci a reakce katabolismu vedoucí k inaktivním produktům jsou ukázány na obr. 3.
Vitamin D3 vzniklý v kůži v membránách buněk epidermis, je uvolňován do krve, kde je
transportován vázaný na vitamin D vázající protein (DBP, vitamin D binding protein), jen
malá část je přenášena na albuminu a v lipoproteinech. DBP patří do stejné genové rodiny
jako albumin a α-fetoprotein, kterým je strukturou příbuzný. Genomová analýza ukázala, že
DBP je nejstarší člen této genové rodiny [16]. DBP je stejně tak jako albumin a další
bílkoviny krevní plazmy tvořen v játrech. Při elektroforetickém dělení plazmatických bílkovin
se pohybuje ve frakci α-globulinů. Biologický poločas je krátký (2,5-3 dny), s tím souvisí i
jeho relativně vysoká denní produkce (10 mg/kg) [17]. Plazmatická koncentrace DBP se
zvyšuje v těhotenství a při podávání estrogenů, ke snížení dochází při jaterních
onemocněních, malnutrici a nefrotickém syndromu [18].
DBP limituje dostupnost a prodlužuje biologický poločas vitaminu D a jeho metabolitů.
Jednotlivé metabolity se liší afinitou, nejvyšší afinitu vykazuje 25(OH)D a produkt
katabolismu 24,25(OH)2D, zatímco účinná forma 1,25(OH)2D má afinitu k tomuto
10
transportnímu proteinu 10 až 100 krát nižší. Pro intracelulární receptor vitaminu D (VDR)
platí opak, vykazuje vysokou afinitu pro 1,25(OH)2D a jen velmi nízkou pro 25(OH)D. Proto
je také možný přechod účinné formy, tj. 1,25(OH)2D dovnitř buněk, kde se snadno váže na
svůj receptor (VDR).
DBP je menší protein s molekulovou hmotností 58 kDa, v ledvinách částečně prochází
glomerulem a pro metabolismus vitaminu D je velice důležité, že je v proximálním tubulu
resorbován za účasti proteinu megalinu. Megalin (označovaný také jako glykoprotein 330
nebo LDL receptor related protein -2) je velký glykoprotein (600 kDa), který hraje klíčovou
roli v reabsorpci nízkomolekulárních proteinů profiltrovaných v glomerulu. Megalin je hojný
v kartáčkovém lemu luminálního povrchu buněk proximálního tubulu, zodpovídá za
zachycení širokého spektra ligandů a jejich směrování do nitra buněk procesem endocytózy.
Megalin obsahuje řadu domén, kromě transmembránové domény zajišťující zakotvení v
membráně, ligandy vážících domén a domén zodpovědných za internalizaci jsou to domény
způsobující uvolnění navázaných ligandů v lyzosomech, které je závislé na pH [19].
Hydroxylace vitaminu D v játrech vedoucí ke vzniku 25(OH)D je katalyzována cytochrom
P450 vitamin D 25-hydroxylázami, z nichž fyziologicky nejvýznamnější je mikrosomální
CYP2R1, která je vysoce specifická pro hydroxylaci vitaminu D na pozici 25. Mutace genu
pro tento enzym byla nalezena u pacientů s nízkými hladinami cirkulujícího 25(OH)D a
klasickými příznaky deficitu vitaminu D [20]. Na tvorbě 25(OH)D se snad mohou podílet i
jiné jaterní cytochromy P450, např. mitochondriální CYP27A1, ale ne všechny cytochromy
P450 schopné hydroxylovat vitamin D při vysokých koncentracích in vitro se mohou
uplatňovat při nízkých fyziologických koncentracích in vivo [21].
25(OH)D je nejlepším ukazatelem stavu metabolismu vitaminu D v těle, jedná se nejhojnější
metabolit vitaminu D v krevním séru, který navíc zohledňuje jak vitamin D vytvořený
endogenně v kůži, tak i exogenní přívod vitaminu D potravou [22]. 25(OH)D je transportován
v krvi ve vazbě na DBP, v proximálním tubulu ledvin je za pomoci megalinu endocytózou
vychytáván a hydroxylován na pozici 1 za vzniku 1,25(OH)2D. Enzym zodpovědný za tuto
přeměnu je mitochondiální cytochrom P450 monooxygenáza 25(OH)D 1α hydroxyláza
(CYP27B1), aktivita tohoto enzymu je přísně regulována [23], jedná se o klíčové místo
rozhodující o vznikajícím množství aktivní hormonálně působící formy.
11
Obr. 2.3 Metabolismus vitaminu D
1,25(OH)2D se váže intracelulárně na receptor vitaminu D (VDR, vitamin D receptor) (také
kap. 3), který je zodpovědný za většinu, ne-li všechny biologické účinky. Aktivovaný VDR
působí jako specifický transkripční faktor, který ovlivňuje expresi vitaminem D regulovaných
12
genů. V současné době je VDR intenzivně studován, ukazuje se, že kromě regulace genové
exprese může přímo aktivovat některé buněčné signální dráhy [24].
V katabolismu 1,25(OH)2D je důležitý mitochondiální cytochrom P450 enzym CYP24A1.
Zajímavé je, že tento enzym provádí hydroxylace nejen na uhlíku C24, ale je schopen
hydroxylovat i uhlík C23. C24 hydroxylací vzniká 1,24,25(OH)3D, jehož katabolismus
pokračuje štěpením postranního řetězce a následuje oxidace na karboxylovou kyselinu
(kalcitroová kyselina). C23 hydroxylace vede k tvorbě laktonu v postranním řetězci. Vzniká
tak řada různých inaktivních metabolitů. Hydroxylaci na pozici 24 může podléhat i 25(OH)D,
ze kterého je tvořen relativně neaktivní 24,25(OH)2D, snižuje se tak pool 25(OH)D
dostupného pro 1-hydroxylaci [25].
Intenzivní klinický výzkum vitaminu D v posledních letech ukázal na celosvětový problém
nízkých hladin vitaminu D v populaci, které jsou signifikantně asociované s nepříznivými
dopady na zdravotní stav [26,27]. Znalost metabolismu vitaminu D má zásadní význam pro
hledání nejvhodnějších cest řešení tohoto problému.
Reference
[1] Holick MF. McCollum Award Lecture, 1994: vitamin D - new horizons for the 21st century. Am J Clin Nutr
1994; 60: 619-630.
[2] Mohr SB. A brief history of vitamin D and cancer prevention. Ann Epidemiol 2009; 19: 79-83.
[3] Waisser K. Nové české názvosloví organické chemie. 1. vyd. Praha: Karolinum 2002: 147-158.
[4] Chiellini G, DeLuca HF. The importance of stereochemistry on the actions of vitamin D. Curr Top Med
Chem 2011; 11: 840-859.
[5] Lehmann B, Meurer M. Vitamin D metabolism. Dermatol Ther 2010; 23:2-12.
[6] Webb AR, Kline L, Holick MF. Influence of season and latitude on the cutaneous synthesis of vitamin D3:
exposure to winter sunlight in Boston and Edmonton will not promote vitamin D3 synthesis in human skin.
J Clin Endocrinol Metab 1988; 67: 373-378.
[7] Armas LA, Dowell S, Akhter M et al. Ultraviolet-B radiation increases serum 25-hydroxyvitamin D levels:
the effect of UVB dose and skin color. J Am Acad Dermatol 2007; 57: 588-593.
[8] Chen TC, Chimeh F, Lu Z et al. Factors that influence the cutaneous synthesis and dietary sources of vitamin
D. Arch Biochem Biophys 2007; 460: 213-217.
[9] Webb AR, DeCosta BR, Holick MF. Sunlight regulates the cutaneous production of vitamin D3 by causing its
photodegradation. J Clin Endocrinol Metab 1989; 68: 882-887.
[10]Wolpowitz D, Gilchrest BA. The vitamin D questions: how much do you need and how should you get it? J
Am Acad Dermatol 2006; 54: 301-317.
[11] Rhodes LE, Webb AR, Fraser HI et al. Recommended summer sunlight exposure levels can produce
sufficient (>or =20 ng ml(-1)) but not the proposed optimal (> or =32 ng ml(-1)) 25(OH)D levels at UK
latitudes. J Invest Dermatol 2010; 130: 1411-1418.
[12] Holick MF. Sunlight, UV-radiation, vitamin D and skin cancer: how much sunlight do we need? Adv Exp
Med Biol 2008; 624: 1-15.
13
[13] Bikle DD. Vitamin D: an ancient hormone. Exp Dermatol 2011; 20: 7-13.
[14] Christakos S, Ajibade DV, Dhawan P, et al. Vitamin D: metabolism. Endocrinol Metab Clin North Am
2010; 39: 243-253.
[15] Spustová V, Dzúrik R. Vitamin D: synthesis, metabolism, regulation, and an assessment of its deficiency in
patients with chronic renal disease. Vnitr Lek 2004; 50:537-43.
[16] Noël ES, Reis MD, Arain Z et al. Analysis of the Albumin / alpha-Fetoprotein / Afamin Group specific
component gene family in the context of zebrafish liver differentiation. Gene Expr Patterns 2010; 10: 237243.
[17] Kawakami M, Blum CB, Ramakrishnan R et al. Turnover of the plasma binding protein for vitamin D and
its metabolites in normal human subjects. J Clin Endocrinol Metab 1981; 53: 1110-1116.
[18] Bikle DD, Gee E, Halloran B et al. Free 1,25-dihydroxyvitamin D levels in serum from normal subjects,
pregnant subjects, and subjects with liver disease. J Clin Invest 1984; 74: 1966-1971.
[19] Kaseda R, Hosojima M, Sato H et al. Role of megalin and cubilin in the metabolism of vitamin D(3). Ther
Apher Dial 2011; 15 Suppl 1: 14-17.
[20] Cheng JB, Levine MA, Bell NH et al. Genetic evidence that the human CYP2R1 enzyme is a key vitamin D
25-hydroxylase. Proc Natl Acad Sci USA 2004; 101: 7711-7715
[21] Sakaki T, Sugimoto H, Hayashi K et al. Bioconversion of vitamin D to its active form by bacterial or
mammalian cytochrome P450. Biochim Biophys Acta 2011; 1814: 249-256.
[22] Adams JS, Hewison M. Update in vitamin D. J Clin Endocrinol Metab 2010; 95: 471-478.
[23] Prosser DE, Jones G. Enzymes involved in the activation and inactivation of vitamin D. Trends Biochem
Sci 2004; 29:664-673.
[24] Haussler MR, Jurutka PW, Mizwicki M et al. Vitamin D receptor (VDR)-mediated actions of
1α,25(OH)2vitamin D3: genomic and non-genomic mechanisms. Best Pract Res Clin Endocrinol Metab
2011; 25: 543-559.
[25] Omdahl JL, Morris HA, May BK. Hydroxylase enzymes of the vitamin D pathway: expression, function, and
regulation. Annu Rev Nutr 2002; 22: 139-166.
[26] Mithal A, Wahl DA, Bonjour JP et al. Global vitamin D status and determinants of hypovitaminosis D.
Osteoporos Int 2009; 20: 1807-1820.
[27] Pazdiora P, Svobodova S, Fuchsova R et al. Vitamin D in colorectal, breast, prostate and lung cancer: a
pilot study. Anticancer Res 2011; 31: 3619-3621.
14
Polymorfizmus genu pro receptor vitaminu D
3. Polymorfizmus
vitaminu D
genu
pro
receptor
Martin Pešta
Úvod
V endokrinním systému má vitamin D zásadní význam pro řízení metabolizmu kostí a
homeostázy vápníku. Hladina aktivní formy vitaminu D, 1,25-dihydroxyvitaminu D (1,25
(OH)2D, kalcitriolu) je v krevním oběhu přísně regulována. V buňkách působí přes specifický
receptor, receptor pro vitamin D (VDR), který zprostředkovává jeho biologické efekty
(spouštění transkripce cílových genů), a tím ovlivňuje téměř každý aspekt kalciové
homeostázy. Vitamin D hraje důležitou roli také v dalších procesech, např. v imunitní
odpovědi nebo patogenezi nádorů [1].
Vitamin D, získaný ze stravy nebo vzniklý ze 7-dehydrocholesterolu (7-DHC), musí být
aktivován do biologicky aktivní formy. Vitamin D3 vzniká v epidermis ze 7-DHC.
Fotolytickou přeměnou indukovanou ultrafialovým světlem vzniká nejprve provitamin D2 a
následně termickou izomerací vitamin D3. První krok v metabolizmu aktivace vitaminu D je
hydroxylace uhlíku 25, a to především v játrech. K druhému kroku aktivace vitaminu D,
tvorbě 1,25(OH)2D z 25-hydroxyvitaminu D (25(OH)D), dochází za fyziologických
podmínek hlavně v ledvinách. Cirkulující 1,25(OH)2D se v plazmě váže na protein vázající
vitamin D (DBP, gc-globulin) a krevní cestou se dostává do tkání.
Receptor pro vitamin D
Většina biologických aktivit 1,25(OH)2D je zprostředkována jaderným receptorem pro
vitamin D (VDR, calcitriol receptor, vitamin D receptor), který působí jako transkripční faktor
aktivovaný ligandem. VDR reguluje expresi až 500 genů z více než 20 000 genů lidského
genomu [2].
Existence receptoru pro vitamin D byla poprvé potvrzena roku 1974 Brumbaughem et al.,
kteří prokázali přítomnost bílkoviny interagující s aktivní formou vitaminu D v izolované
chromatinové frakci kuřecích střev [3].
15
Koncem 70. let minulého století byla pozorována schopnost interakce komplexu VDR –
1,25(OH)2D s DNA a následně předpovězena jeho funkce jako proteinu aktivujícího
transkripci genů. Hlubší pochopení mechanizmu, kterým komplex VDR – 1,25(OH)2D
spouští transkripci, umožnilo objevení specifických sekvencí DNA v oblasti promotorů genů,
tzv. vitamin D response elements (VDREs). Alternativní název receptoru vitaminu D – NR1I1
(nuclear receptor subfamily 1, group I, member 1) ukazuje jeho zařazení v rodině jaderných
transkripčních faktorů.
Řízení transkripce genů kontrolovaných receptorem vitaminu D zahrnuje vazbu ligandu
[1,25(OH)2D vykazuje vysokou afinitu, 25(OH)D jen velmi nízkou] na VDR a následně jeho
fosforylaci. Fosforylace vede ke konformační změně molekuly VDR, která umožní
heterodimerizaci – vazbu VDR s receptorem pro kyselinu retinovou (retinoid X receptor –
RXR). Výsledkem je interakce heterodimeru se specifickými sekvencemi promotorů
(VDREs) a interakce s dalšími jadernými proteiny.
Na takto vytvořený preiniciační komplex nasedá RNA-polymeráza II, která přepisuje gen do
molekuly mRNA. Vazba heterodimeru s promotorem může u některých genů působit i
opačně, a to snížením úrovně transkripce regulovaného genu.
V roce 1988 Baker et al. izolovali cDNA receptoru vitaminu D z knihovny cDNA připravené
z lidské střevní tkáně. Autoři odvodili, že molekula receptoru vitaminu D je tvořena 427
aminokyselinami a má molekulovou hmotnost 48,3 kD. Gen receptoru VDR se nachází na
dlouhém raménku chromozomu 12 (12q12-q14) [4].
Miyamoto et al. v roce 1997 zjistili, že gen pro VDR obsahuje 11 exonů a má velikost
přibližně 75 kb. Směrem od 5′-konce obsahuje exony 1A, 1B a 1C, které však nekódují
protein, kódujících je dalších 8 exonů (2–9). Protože v buňce dochází k sestřihu původního
transkriptu hnRNA, ze kterého jsou odstraněny exony 1B a 1C, existují 3 transkripční
varianty mRNA. Výsledkem jejich translace je více strukturálních variant VDR: VDR-A (falela, 427 aminokyselin), VDR-A (F-alela, 424 aminokyselin), VDR-B1 (477 aminokyselin,
prodloužený N-konec molekuly) [5].
Vlastní protein receptoru pro vitamin D je tvořen doménou interagující s DNA (zinc-finger
DNA-binding), transkripčně aktivační doménou a doménou vázající ligand. Receptor VDR je
strukturně podobný receptorům hormonů štítné žlázy.
16
Polymorfizmus VDR
Některé odlišnosti v naší genetické výbavě se mohou fenotypově projevit jako interindividuální rozdíly v rychlosti syntézy vitaminu D v kůži, hydroxylace v játrech a v
ledvinách, transportu, vazbě na receptor a degradaci, které v konečném důsledku mohou
ovlivnit efekt vitaminu D. Mezi takovéto rozdíly patří také varianty genu VDR, které mohou
vést k významným změnám aktivace genů, které ovlivňují metabolizmus vápníku, buněčnou
proliferaci, imunitní systém atd.
Např. vrozená rezistence k vitaminu D, vzácné monogenně dědičné onemocnění způsobující
křivici, je zapříčiněno jednobodovou mutací v genu pro VDR, vedoucí k záměně histidinu za
glutamin na pozici 305 (H305Q). Fenotypovým projevem je, jak již bylo řečeno, rezistence k
1,25(OH)2D způsobující křivici [6].
Výzkum genu pro VDR receptor ukázal, že kromě mutací způsobujících takovéto vzácné
vážné onemocnění se v populaci objevuje řada variant (polymorfizmů) genu VDR, zároveň je
analyzován vliv těchto polymorfizmů na funkci VDR a souvislost s onemocněními.
Polymorfizmus je genetická varianta, která se objevuje nejméně u 1% populace. Změny v
sekvenci DNA mohou nastat v nekódující části genu (promotor, introny), to znamená, že se
nepromítnou do struktury proteinů. Změny v těchto regulačních částech genu však mohou mít
vliv na hladinu produkovaného proteinu. Změny sekvence DNA v promotoru genu mohou
ovlivnit účinnost transkripce, tedy hladinu mRNA, změny ve 3‘ oblasti genu (untranslated region – UTR) mohou mít vliv na stabilitu mRNA, a tím účinnost translace, syntézy proteinu.
Změny sekvence DNA v obou oblastech tedy mohou ovlivnit hladinu produkovaného proteinu. Vlastní strukturu bílkoviny mění některé změny v sekvenci DNA tzv. kódujících částí
genu, exonů.
Jak již bylo zmíněno, v genu receptoru VDR byla nalezena řada polymorfizmů. Nacházejí se
zejména ve 4 regionech, 1 polymorfní region je na 5′-konci genu (promotor), 3 polymorfní
regiony jsou lokalizovány na 3′-konci genu. Některé polymorfizmy byly pojmenovány podle
restrikčních enzymů použitých pro jejich detekci technikou polymorfizmu délky restrikčních
fragmentů (RFLPs). Polymorfizmy Tru9I (61050G>A), TaqI (rs731236), BsmI (rs1544410),
EcoRV (rs4516035) a ApaI (rs11168271) se nachází mezi exonem 8 a 9, leží v oblasti s
neznámou funkcí. Další polymorfizmus receptoru VDR je FokI (rs10735810). Tento
polymorfizmus byl popsán již počátkem 90. let minulého století [7,8], jedná se o záměnu T na
C v exonu 2, která se nachází ve start kodonu (ATG). Pokud je tento polymorfizmus
17
přítomen, dochází k posunu začátku translace (ke 3´ konci mRNA), a tím ke zkrácení
proteinu. Na základě experimentů se předpokládá, že kratší forma proteinu (424 aa) má jako
transkripční faktor aktivnější transaktivační efekt než dlouhá forma (427 aa). Zdá se však, že
tento efekt také závisí jak na konkrétním aktivovaném genu, tak na buněčném typu. Neboli
některé geny, ale i buněčné typy, jsou více citlivé na vliv tohoto polymorfizmu než jiné [9].
V roce 2001 Arai et al. [10] nalezli u japonské ženy nový polymorfizmus Cdx2 (rs11568820),
který byl později popsán také u dalších ras. Tímto polymorfizmem je záměna G na A v
promotoru genu VDR. Tato záměna se nachází v oblasti vazebného místa pro transkripční
faktor Cdx2 specifický pro střevní tkáň.
Nedávné studie objasňují funkční vliv polymorfizmů v nekódujících oblastech genu pro VDR.
Fang et al. [11] analyzovali 15 haplotypů oblasti promotoru 1a/1e, 1b genu pro VDR a dále
oblast 3‘ UTR. Funkčními analýzami zjistili u varianty nesoucí haplotyp 1e/1a nižší hladinu
mRNA. S nižší hladinou mRNA bylo též spojeno vyšší riziko zlomenin.
D‘Alesio et al. [12] analyzovali 2 polymorfizmy v oblasti promotoru, nekódující části genu
pro VDR (G-1521C a A-1012G). Zjistili, že tyto jednonukleotidové záměny vedou ke
změnám při vzniku komplexů protein-DNA v oblasti promotoru. Dále autoři nalezli
souvislost mezi těmito polymorfizmy a menší vzrůstem od 11 let do dospělosti.
Polymorfizmus genu VDR a metabolizmus kostí
V roce 1992 Morrison et al. poprvé popsali souvislost mezi polymorfizmem BsmI genu pro
VDR a hladinou cirkulujícího osteokalcinu, proteinu odrážejícího kostní přestavbu. Autoři
prokazují u běžné populace a dvojčat, že přítomnost homozygotní alely bb souvisí s vyšší
hustotou kostní hmoty (BMD), a dále prokazují spojení genotypu BB s nižší BMD u žen po
menopauze [12,13].
Tyto práce byly následovány desítkami dalších, provedených na různých skupinách probandů
(běžná populace, dvojčata, premenopauzální ženy, postmenopauzální ženy) a v různých
státech, které předešlé výsledky potvrzovaly, ale také vyvracely. Tyto rozpory jsou
vysvětlovány rozdíly ve stravě, distribucí genotypu v různých populacích či velikostí souborů
v jednotlivých studiích.
Celkově se ukazuje, že vliv BsmI na BMD je malý (2–3 %) a silně ovlivněný některými
negenetickými faktory, jako je např. strava [14].
18
V japonské populaci byl pozorován vztah polymorfizmu CDX-2 a BMD, alela G byla
asociována s nižší BMD v bederní páteři [15,16]. V roce 1997 Uitterlinden et al. [17]
studovali haplotypy polymorfizmů BsmI, ApaI a TaqI a zjistil, že haplotyp BAT souvisí se
sníženou osteoartrózou kolene. Keen et al. [18] zjistili vztah mezi přítomností alely T
polymorfizmu TaqI a vyšším rizikem vzniku osteoartritidy kolena. Velké studie však předešlé
výsledky nepotvrdily.
Rozporné výsledky byly publikovány také u vlivu polymorfizmu FokI, resp. kratší formy
proteinu na BMD.
Polymorfizmus genu VDR u pacientů s onemocněním ledvin
Předpoklad vlivu polymorfizmů genu pro VDR u pacientů s chronickým onemocněním ledvin
vycházel z role vitaminu D u tohoto onemocnění. Jednou z hlavních komplikací u pacientů s
chronickým selháním ledvin je vývoj sekundární hyperparatyreózy (SHPT). Komplex
kalcitriol-VDR inhibuje proliferaci buněk příštítných tělísek a také syntézu parathormonu
(PTH). Pro korekci hyperkalcemie a sekundární hyperparatyreózy byli po desetiletí pacienti s
uremickou sekundární hyperparatyreózou léčeni aktivními metabolity vitaminu D. Po
objevení přítomnosti receptoru VDR v buňkách příštítných tělísek se léčba změnila z
nitrožilního podání kalcitriolu na podání přímo do příštítných tělísek. Nicméně někteří
pacienti byli na léčbu rezistentní.
Přítomnost receptoru VDR v buňkách příštítných tělísek nastolila otázku vlivu polymorfizmů
genu pro VDR na průběh hyperparatyreózy. V roce 1995 Carling et al. nalezli vztah mezi
polymorfizmem BsmI a primární PTH [19]. Tyto výsledky vedly k předpokladu souvislosti
polymorfizmů genu VDR a sekundární hyperparatyreózy u chronického selhání ledvin.
Přestože existující studie mají rozporné výsledky, je nepochybné, že určitá souvislost
polymorfizmu BsmI s progresí SHPT existuje [20]. Také u pacientů před zahájením
dialyzační léčby je prokázán vztah genotypu polymorfizmu FokI (FF) s vyšší hladinou PTH a
spojitost polymorfizmu ApaI (AA genotyp) s vyšší hladinou PTH a osteokalcinu [21,22].
Polymorfizmus genu VDR a diabetes mellitus
Vitamin D je zapojen do etiologie obou typů diabetu. Očekávalo se proto, že existuje vztah
mezi polymorfizmy genu VDR a tímto onemocněním.
19
V některých populacích je popisována spojitost polymorfizmů BsmI, ApaI, TaqI a FokI s DM
1. typu. Stejně tak některé studie prokázaly spojitost polymorfizmů BsmI, ApaI, TaqI a FokI s
DM 2. typu.
Rozsáhlá studie Nejentseva et al. [23] z roku 2004, která hledala vztah některého z 98 různých
jednonukleotidových polymorfizmů (SNP) a diabetu 1. typu ve více než 3 000 rodin ve Velké
Británii, však spojitost nenalezla.
Polymorfizmus genu VDR a nádorová onemocnění
O otázce vzájemného vztahu mezi vitaminem D a nádorovým onemocněním je v klinických a
epidemiologických studiích v poslední době často diskutováno. Receptor vitaminu D jakožto
klíčový prostředník pro buněčné účinky vitaminu D nepochybně ovlivňuje buněčné signální
dráhy, které se podílí na vzniku a rozvoji nádorového onemocnění. Výsledky studií, které
hledaly vztah mezi polymorfizmy genu VDR a některými solidními nádory, zejména
karcinomem prsu, prostaty a tlustého střeva, jsou však nejednoznačné, někdy dokonce i
protichůdné. Rozpory jsou vysvětlovány zejména tím, že studie nejsou standardizovány.
Rozdíly souvisí především s definováním a velikostí vyšetřovaných souborů, ale i s rozdíly v
sledovaných parametrech, jako je např. hladina vitaminu D, výrazně se měnící v závislosti na
geografických podmínkách, etniku, ročním období atd.
Řada studií prokázala chemopreventivní roli vitaminu D u karcinomu prostaty. Nicméně
asociace hladiny vitaminu D s rizikem rakoviny prostaty zůstává sporná. Protinádorový vliv
vitaminu D v karcinomu prostaty působí podporou apoptózy, interakcí s dráhou inzulin-like
growth faktoru a inhibicí progrese buněčného cyklu [24].
Předpokládalo se, že polymorfizmy genu VDR by mohly mít vliv na vazbu aktivního
vitaminu D s VDR a modulovat jeho antiproliferativní účinky.
Taylor et al. [25] publikovali v roce 1996 jednu z prvních prací ukazujících vztah mezi
polymorfizmem TaqI (tt) a nižším rizikem rakoviny prostaty. V tomto případě genotyp tt také
koreloval s vyšší hladinou 11,25(OH)2D. V roce 1997 Ingles et al. [26] publikovali studii
ukazující vztah polymorfizmu polyA genu VDR a karcinomu prostaty v populaci Spojených
států. Některé další studie však neprokázaly žádné spojení mezi těmito polymorfizmy a
karcinomem prostaty.
20
Výsledky dalších studií polymorfizmů Cdx2, FokI, BSMI, ApaI, a polymorfizmů
mikrosatelitních lokusů genu VDR jsou také nejednotné.
V roce 2009 byla publikována rozsáhlá studie, která analyzovala vztah 48 SNPs u 827
pacientů s karcinomem prostaty a u 787 věkově srovnatelných probandů. Výsledek však
nepotvrdil žádný významný vztah mezi analyzovanými polymorfizmy, resp. haplotypy a
přítomností karcinomu prostaty nebo agresivitou onemocnění [27].
Rakovina prsu je nejčastější zhoubný nádor u žen. Stejně jako u karcinomu prostaty práce
hledající možný vztah mezi rakovinou prsu a polymorfizmy genu VDR se ve výsledcích
neshodují. Většina prací nenalezla vztah mezi rizikem rakoviny prsu a polymorfizmy TaqI a
FokI [28,29]. Metaanalýza provedená na základě studií publikovaných do roku 2009 v závěru
konstatuje, že polymorfizmy BsmI a FokI mohou mít vliv na riziko vzniku karcinomu prsu
[30].
Všechny dosud provedené studie však nalezly vztah mezi polyA [29] nebo ApaI [28] a
rizikem rakoviny prsu a ukázaly tak souvislost mezi polymorfizmy genu VDR a možností
vzniku tumoru.
Vztah mezi vznikem kolorektálního karcinomu a polymorfizmem BsmI byl prokázán
Speerem, Kimem a jejich kolektivy [31,32]. Ochs-Balcomová et al. v práci z roku 2008
provedené na velkém souboru pacientů uvádí, že polymorfizmy CDX-2 a FokI mohou mít
vliv na riziko tohoto karcinomu [33]. Souvislost polymorfizmů FokI a BsmI s tímto
onemocněním potvrzuje i metaanalýza Köstnera et al. provedená v roce 2009 [34].
Závěr
Z uvedeného vyplývá, že některé polymorfizmy genu receptoru pro vitamin D mají vliv na
jeho funkci. Stanovit, do jaké míry však ovlivňují zdravotní stav a jakou roli hraje
koincidence s polymorfizmy jiných genů, bude vyžadovat další zkoumání.
Reference
1. Haussler MR, Whitfield GK, Haussler CA et al. The nuclear vitamin D receptor: biological and molecular
regulatory properties revealed. J Bone Miner Res 1998; 13: 325–349.
2. Norman AW. From vitamin D to hormone D: fundamentals of the vitamin D endocrine system essential for
good health. Am J Clin Nutr 2008; 88: 491S–499S.
21
3. Brumbaugh PF, Haussler DH, Bursac KM et al. Filter assay for 1alpha, 25-dihydroxyvitamin D3. Utilization
of the hormone’s target tissue chromatin receptor. Biochemistry 1974; 13: 4091–4097.
4. Baker AR, McDonnell DP, Hughes M et al. Cloning and expression of full-length cDNA encoding human
vitamin D receptor. Proc Natl Acad Sci USA 1988; 85: 3294–3298.
5. Miyamoto K, Kesterson RA, Yamamoto H et al. Structural organization of the human vitamin D receptor
chromosomal gene and its promoter. Mol Endocrinol 1997; 11: 1165–1179.
6. Malloy PJ, Eccleshall TR, Gross C et al. Hereditary vitamin D resistant rickets caused by a novel mutation in
the vitamin D receptor that results in decreased affinity for hormone and cellular hyporesponsiveness. J
Clin Invest 1997; 99: 297–304.
7. Gross C, Eccleshall TR, Malloy PJ et al. The presence of a polymorphism at the translation initiation site of
the vitamin D receptor gene is associated with low bone mineral density in postmenopausal MexicanAmerican women. J Bone Miner Res 1996; 11: 1850–1855.
8. Saijo T, Ito M, Takeda E et al. A unique mutation in the vitamin-D receptor gene in 3 Japanese patients with
vitamin-D dependent rickets type-II: utility of single-strand conformation polymorphism analysis for
heterozygous carrier detection. Am J Hum Genet 1991; 49: 668–673.
9. Uitterlinden AG, Fang Y, Van Meurs JB et al. Genetics and biology of vitamin D receptor polymorphisms.
Gene 2004; 338: 143–156.
10. Arai H, Miyamoto KI, Yoshida M et al. The polymorphism in the caudal-related homeodomain protein Cdx-2
binding element in the human vitamin D receptor gene. J Bone Miner Res 2001; 16: 1256–1264.
11. Fang Y, van Meurs JB, d’Alesio A et al. Promoter and 3′-untranslated-region haplotypes in the vitamin D
receptor gene predispose to osteoporotic fracture: the Rotterdam study. Am J Hum Genet 2005; 77: 807–
823.
12. d’Alesio A, Garabédian M, Sabatier JP et al. Two single-nucleotide polymorphisms in the human vitamin D
receptor promoter change protein-DNA complex formation and are associated with height and vitamin D
status in adolescent girls. Hum Mol Genet 2005; 14: 3539–3548.
12. Morrison NA, Yeoman R, Kelly PJ et al. Contribution of trans-acting factor alleles to normal physiological
variability: vitamin D receptor gene polymorphisms and circulating osteocalcin. Proc Natl Acad Sci USA
1992; 89: 6665–6669.
13. Morrison NA, Qi JC, Tokita A et al. Prediction of bone-density from vitamin-D receptor alleles. Nature
1994; 367: 284–287.
14. Valdivielso JM, Fernandez E. Vitamin D receptor polymorphisms and diseases. Clin Chim Acta 2006; 371:
1–12.
15. Arai H, Miyamoto KI, Yoshida M et al. The polymorphism in the caudal-related homeodomain protein Cdx-2
binding element in the human vitamin D receptor gene. J Bone Miner Res 2001; 16: 1256–1264.
16. Quesada-Gomez JM, Casado A, Cuenca- -Acevedo R et al. The polymorphisms of the VDR cdx-2 influence
bone mineral density (BMD) in postmenopausal women. J Bone Miner Res 2004; 19: 250.
17. Uitterlinden AG, Burger H, Huang Q et al. Vitamin D receptor genotype is associated with radiographic
osteoarthritis at the knee. J Clin Invest 1997; 100: 259–263.
18. Keen RW, Hart DJ, Lanchbury JS et al. Association of early osteoarthritis of the knee with a Taq I
polymorphism of the vitamin D receptor gene. Arthritis Rheum 1997; 40: 1444–1449.
19. Carling T, Kindmark A, Hellman P et al. Vitamin D receptor genotypes in primary hyperparathyroidism. Nat
Med 1995; 1: 1309–1311.
20. Valdivielso JM, Fernandez E. Vitamin D receptor polymorphisms and diseases. Clin Chim Acta 2006; 371:
1–12.
21. Vigo Gago E, Cadarso-Suárez C, Perez-Fernandez R et al. Association between vitamin D receptor Fokl.
Polymorphism and serum parathyroid hormone level in patients with chronic renal failure. J Endocrinol
Invest 2005; 28: 117–121.
22. Yokoyama K, Shigematsu T, Tsukada T et al. Apa I polymorphism in the vitamin D receptor gene may affect
the parathyroid response in Japanese with end-stage renal disease. Kidney Int 1998; 53: 454–458.
22
23. Nejentsev S, Cooper JD, Godfrey L et al. Analysis of the vitamin D receptor gene sequence variants in type 1
diabetes. Diabetes 2004; 53: 2709–2712.
25. Taylor JA, Hirvonen A, Watson M et al. Association of prostate cancer with vitamin D receptor gene
polymorphism. Cancer Res 1996; 56: 4108–4110.
24. Correa-Cerro L, Berthon P, Häussler J et al. Vitamin D receptor polymorphisms as markers in prostate
cancer. Hum Genet 1999; 105: 281–287.
26. Ingles SA, Ross RK, Yu MC et al. Association of prostate cancer risk with genetic polymorphisms in vitamin
D receptor and androgen receptor. J Natl Cancer Inst 1997; 89: 166–170.
27. Chokkalingam AP, McGlynn KA, Gao YT et al. Vitamin D receptor gene polymorphisms, insulin-like growth
factors, and prostate cancer risk: a population-based case-control study in China. Cancer Res 2001; 61:
4333–4336.
28. Curran JE, Vaughan T, Lea RA et al. Association of a vitamin D receptor polymorphism with sporadic
breast cancer development. Int J Cancer 1999; 83: 723–726.
29. Guy M, Lowe LC, Bretherton-Watt D et al. Vitamin D receptor gene polymorphisms and breast cancer risk.
Clin Cancer Res 2004; 10: 5472–5481.
30. Raimondi S, Johansson H, Maisonneuve P et al. Review and meta-analysis onvitamin D receptor
polymorphisms and cancer risk. Carcinogenesis 2009; 30: 1170–1180.
31. Speer G, Dworak O, Cseh K et al. Vitamin D receptor gene BsmI polymorphism correlates with erbB2/HER-2 expression in human rectal cancer. Oncology 2000; 58: 242–247.
32. Kim HS, Newcomb PA, Ulrich CM et al. Vitamin D receptor polymorphism and the risk of colorectal
adenomas: evidence of interaction with dietary vitamin D and calcium. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev
2001; 10: 869–874.
33. Ochs-Balcom HM, Cicek MS, Thompson CL et al. Association of vitamin D receptor gene variants, adiposity
and colon cancer. Carcinogenesis 2008; 29: 1788–1793.
34. Köstner K, Denzer N, Müller CS et al. The relevance of vitamin D receptor (VDR) gene polymorphisms for
cancer: a review of the literature. Anticancer Res 2009; 29: 3511–3536.
23
Stanovení vitaminu D
4. Stanovení vitaminu D
Jindra Vrzalová, Radovan Bílek, Radka Fuchsová
Struktura vitaminu D
Vitamin D je rodina molekul odvozená od steroidního skeletu. Pro porozumění rozdílům ve
výsledcích mezi jednotlivými stanoveními je nutné pochopit, že vitamin D není pouze jediná
molekula. Souhrnný název vitamin D především slučuje metabolity 2 různých forem
molekuly: vitaminu D3, který je především produkován v kůži působením slunečního záření, a
vitaminu D2, který je odvozen spíše z rostlinných zdrojů v potravě. Vitamin D3 má ve své
molekule 27 uhlíků a je derivátem cholesterolu, proto je nazýván cholekalciferol. Vitamin D2
má ve své struktuře 28 uhlíků a je odvozen od rostlinného sterolu ergosterolu, od vitaminu D3
se liší metylovou skupinou navíc a dvojnou vazbou mezi uhlíkem 22 a 23 a je nazýván
ergokalciferol (obr. 4.1). V metabolismu vitaminu D v organismu se uplatňují hydroxylace na
různých pozicích skeletu. Z laboratorního a klinického hlediska jsou nejdůležitější 25hydroxylované metabolity D2 a D3 vitaminu, které jsou také nalézány v nejvyšší koncentraci
v cirkulaci a jsou označovány 25(OH)D2 a 25(OH)D3. Za fyziologických podmínek je
koncentrace 25(OH)D2 minoritní oproti 25(OH)D3. V řádově nižší koncentraci než 25hydroxylované deriváty se v oběhu vyskytuje aktivní dihydroxylovaný metabolit:
1,25dihydroxyvitamin D označovaný 1,25(OH)2D (obr. 4.2), který vzniká hydroxylací
25(OH)D vitaminů v poloze 1 specifickým enzymem 1-α hydroxylázou. Dalším vodítkem
jsou označení kalcidiol pro 25-hydroxyvitaminy D a kalcitriol pro 1,25dihydroxyvitamin D.
Během metabolické degradace aktivních forem molekuly dochází k dalším hydroxylacím
v poloze 23, 24 a 26 a 3-epimerizace za vzniku biologicky neaktivních produktů, ty jsou však
stanovovány pouze pro výzkumné účely.
Obr. 4.1 Struktury 25- hydroxyvitaminu D2, 25-hydroxyvitaminu D3 a 3-epi-hydroxyvitaminu D3
24
Obr. 4.2 Struktura 1α,25-dihydroxyvitaminu D
V tomto článku se zabýváme pouze orientačním přehledem metodik pro stanovení 25(OH)D.
Pro podrobnosti doporučujeme přehled v článku Wallace et al. [7] a kapitolu v knize [2], kde
naleznete podrobný popis metodik a přehled srovnávacích studií.
Historie stanovení
Stanovení vitaminu D je analyticky poměrně náročným úkolem z důvodů výskytu dvou forem
molekuly a především díky jeho vysoce hydrofobní povaze, která má za následek výrazný
matricový efekt u imunoanalytických metod – tedy cokoli, co není ve vzorku standardu, ale
nachází se ve vzorku séra, může způsobit nesprávnost výsledku. První metoda pro měření
hladin vitaminu 25(OH)D byla popsána v 70. letech minulého století. Byla založena na
extrakci a následné kompetici o místa na vazebném proteinu pro vitamin D, získaném ze séra
krys deficientních na vitamin D, s vitaminem D značeným triciem 3H-25(OH)D3 (competitive
protein-binding assay – CPBA). Na konci tohoto desetiletí se také objevili první metody
založené
na
chromatografických
postupech.
V roce
1985
byla
vyvinuta
první
radioimunoanalytická (RIA) metoda zahrnující specifickou protilátku, nejprve se značením
triciem, po jejím převedení na značení
125
I byla tato metoda fy. Immunonuclear Corp., nyní
DiaSorin, jako první uznána FDA pro klinickou diagnostiku nutriční deficience vitaminu D.
Postupně
byly
vyvíjeny
metody
s detekční
koncovkou
enzymovou
(EIA)
nebo
chemiluminiscenční (CLIA). První automatizovanou metodou byla chemiluminiscenční
CPBA metoda dodávaná Nichols Institute Diagnostics pro platformu Advantage. Pokroky
v tandemové hmotnostní spektrometrii umožnili zavedení rutinní metodiky stanovení na
principu kapalinové chromatografie s detekcí tandemovou hmotnostní spektrometrií LCMS/MS pro tento analyt v roce 2004 [7].
25
Jednotky koncentrace
Výsledky stanovení v evropském prostředí by měla být uváděna v nmol/L u vitaminu
25(OH)D a v pmol/L u 1,25(OH)2D, což odpovídá soustavě SI. V americkém prostředí a
literatuře jsou uváděny hmotnostní jednotky µg/L (odpovídá ng/mL) pro 25(OH)D a ng/L
(odpovídá pg/mL) pro 1,25(OH)2D. Převodní koeficient pro 25(OH)D je nmol/L x 0.40 =
µg/L; pro 1,25(OH)2D je nmol/L x 0.42 = ng/mL
Možnosti EHK
Celosvětově uznávanou je kontrola kvality stanovení vitaminu D v rámci britského
kontrolního systému, kde existuje již od roku 1989 program s názvem Deqas: Vitamin D
Quality Assessment Scheme, www.deqas.org. Tekuté vzorky na pěti hladinách jsou v rámci
tohoto programu distribuovány čtyřikrát ročně. Materiál obsahuje i kontrolní materiál pro
stanovení 1,25 dihydroxyvitaminu D. V českém prostředí je k dispozici kontrolní materiál
v rámci systému SEKK v cyklech pro kontrolu kostních markerů. V prvním cyklu roku 2011
byla vyžádána i bližší specifikace stanovovaného analytu laboratoří. Tato kontrola
postanalytické interpretace ukázala bohužel velmi nízkou informovanost laboratoří o
skutečném cíli jejich měření u stanovení vitaminu D. K podobnému výsledku dospěla i studie
provedená AACC (American Association for Clinical Biochemistry). Pro stanovení vitaminu
D nejsou k dispozici data o biologické variabilitě ani v nejrozsáhlejší databázi
www.westgard.com, nelze tedy jednoznačně určit požadavky na analytické charakteristiky
metod. Jednoznačnou je jedině variabilita sezónní.
Imunoanalytická stanovení
Imunoanalytická stanovení jsou nejrozšířenější technologií pro stanovení vitaminu D, ale pro
správnou interpretaci výsledků je nutné chápat jejich specifika. V současnosti existují
manuální radioimunoanalytické soupravy od fy. Diasorin a fy. IDS. Enzymoimunoanalytická
(EIA) metoda je dostupná od fy. IDS. Dále existuje několik výrobců chemiluminiscenčních
automatizovaných
metodik.
Výhodou
moderních
imunoanalytických
stanovení
je
nepotřebnost předanalytické extrakce ze vzorku séra a tedy úspora času i nákladů. Vitamin D
je z vazebných proteinů vytěsněn výraznou změnou pH vzorku před samotnou analýzou
(probíhá automaticky v přístroji). Fy. Diasorin vyrábí soupravy pro přístroj Liaison, existuje
26
již druhá generace této soupravy s názvem DiaSorin Liaison Total (od roku 2007). Dále je
dostupná chemiluminiscenční metoda pro platformy iSYS od fy. IDS. Všechny technologie –
manuální i automatizované- dostupné od jedné firmy využívají jednotné protilátky, to platí
pro IDS i pro DiaSorin. Nejnovějšími chemilumiscenčními soupravami jsou stanovení od fy.
Siemens pro Advia Centaur a od fy. Abbott pro platformu Architect. Fy. Roche dodává na trh
elektrochemiluminiscenční soupravy pro přístroje Elecsys, Cobas E. U automatizovaných
chemiluminiscenčních metod je využíváno buď protilátek, nebo vazebného proteinu, ale jedná
se vždy o kompetitivní metodiku – kompetice o vazebná místa se značenou molekulou.
Rozdíly mezi jednotlivými imunoanalytickými technikami jsou především ve specifitě
protilátek a záchytu 25(OH)D2. Tedy všechny metodiky stanovují kompletně 25(OH)D3, ale
liší se v procentuálním záchytu 25(OH)D2. Je tedy nutné vždy prostudovat dokumentaci
výrobce o zkřížených reaktivitách protilátek k jednotlivým molekulám vitaminu D.
Rozdílnost mezi soupravami v této charakteristice může vést především k odlišné výpovědi
pro monitoraci léčby ergokalciferolem, protože za fyziologických podmínek je hladina
25(OH)D2 velmi nízká, obvykle na hranici detekce. Starší verze souprav fy. Roche: Elecsys
Vitamin 25(OH)D3 nezachycovala dokonce vůbec 25(OH)D2 – výrobce dnes tuto soupravu
nazývá semikvantitativní a nahradil ji novou generací souprav Elecsys Vitamin D total, kde
by měl být již tento problém překonán. Navrací se k využití vazebného proteinu namísto
protilátek v analýze. Imunoanalytická stanovení se dále liší svojí zkříženou reaktivitou
k neaktivním metabolitům tj. 24,25(OH)2D a 3-epi-25(OH)2D, ty se ale v cirkulaci nacházejí
v nižších koncentracích a proto tato charakteristika není zásadní. Metody založené na CPBA
jsou náchylnější k matricovému efektu než metodiky s protilátkou.
Přehled dostupných imunoanalytických metod pro stanovení vitaminu D je uveden v tabulce
4.1.
Stanovení založená na separačních metodách
HPLC
Koncentrace metabolitů vitaminu D může být stanovena také pomocí vysoce účinné
kapalinové chromatografie (HPLC). Pokud není použita pro detekci separovaných látek
hmotnostní spektrometrie (diskutováno v dalším oddíle) je nejčastěji používána ultrafialová
(UV, absorbance při 264 nm) nebo elektrochemická detekce (ECD). Před chromatografickou
27
Tabulka 4.1 Přehled dostupných imunoanalytických metod pro stanovení hladin 25 (OH)D
Metoda
Detekční
Funkční
Rozsah
Velikost
Specifičnost
limit
citlivost
měření
vzorku
D2 a D3
(nmol/l)
(nmol/l)
(nmol/l)
(µl)
4
Neuvedena
4-250
2x50
pro
Manuální
DiaSorin RIA
25(OH)D3 100%
25(OH)D2 100%
IDS RIA
3
Neuvedena
3-300
2x50
25(OH)D3 100%
25(OH)D2 75%
IDS EIA
5
Neuvedena
5-250
2x50
25(OH)D3 100%
25(OH)D2 75%
Automatizované
DiaSorin
Liaison Total
Neuveden
17,5
17,5 - 375
CLIA
o
IDS iSYS CLIA
9
14
14-350
Roche Elecsys Vitamin
?
?
?
25
25(OH)D3 100%
25(OH)D2 100%
20
25(OH)D3
25(OH)D3 100%
25(OH)D2 0%??
ECLIA
Roche Elecsys Vitamin D
7,50
22,5
(jako
7,5-175
15
LOQ při RSD
total ECLIA
25(OH)D3
98%
25(OH)D2 81%
40%)
Siemens Advia Centaur
8
8,3
9,3-375
20
CLIA
Abbott
25(OH)D3 100%
25(OH)D2 100%
Architect
?
?
20-400
25 OH Vitamin D CLIA
60
25(OH)D3 <100%
25(OH)D2 52%
analýzou se provádí deproteinační a extrakční krok, který je buď na principu rozdělení mezi
dvě rozpouštědla (liquid/liquid extrakce) nebo extrakcí na pevné fázi (SPE, solid phase
extraction). Pro denaturaci bílkovin je používána silnější kyselina nebo zásada, pro extrakci
acetonitril, hexan, metanol nebo benzen. Při SPE se odstraní i interferující lipidy. Extrakční
28
krok vede vždy k částečné ztrátě analytu, která je ale korigována použitím interního standardu
(látky strukturně podobné, fyziologicky se nevyskytující). Nevýhodou je vyšší objem
potřebného materiálu a větší pracnost metodiky. U všech chromatografických metod je
výstupem zvlášť koncentrace 25(OH)D2 a zvlášť 25(OH)D3. Z klinického hlediska je ovšem
jednoznačně preferováno vydávat jako výsledek stanovení součet jejich koncentrací pod
názvem 25-hydroxyvitamin D total. Existuje mnoho nestandardizovaných HPLC metodik
vyvinutých přímo v klinických laboratořích, ale dostupné jsou komerční soupravy např. fy.
Chromsystems nebo Alpco Diagnostics (souprava jen pro výzkumné účely). Zajímavostí je fy.
Esa Biosciences Inc., která nabízí plně automatizovaný HPLC analyzátor určený pouze pro
HPLC stanovení vitaminu 25(OH)D s ECD detekcí po SPE extrakci ze vzorku o objemu
200µl, která by měla mít FDA schválení.
Hmotnostní spektrometrie
Kapalinová chromatografie s detekcí hmotnostní spektrometrií (LC-MS) je přístrojově
výrazně dražší technologie, ale s jednoznačně identifikovaným cílem měření. Pro stanovení
vitaminu D se používá APCI (Atmospheric Pressure Chemical Ionization) nebo technologie
elektrospreje pro ionizaci molekul. Ionty se sledují v pozitivním módu a posuzuje se intenzita
signálu pro [M-H2O+H+] ion. ako vnitřní standard je použit deuteriovaný derivát analytů 2H625(OH)D3 a
2
H3-25(OH)D2, který je chemicky identický, pouze s jinou molekulovou
hmotností a tedy rozlišitelný hmotnostní spektrometrií. Tento postup se nazývá izotopová
diluce (ID). Ve zkratce se tento postup stanovení nazývá ID-LC-MS a je navržen jako
referenční metoda pro stanovování hladin 25(OH)D. V současné době jsou dostupné
komerční soupravy např. od fy. Perkin Elmer Inc. nebo Chromsystems. Problémem této
technologie je, že neaktivní 3-epimer 25(OH)D lze rozlišit až při tandemové hmotnostní
spektrometrii tedy MS/MS. Zatím je obecně uváděno, že tato technologie nestačí velkému
průchodu vzorků v laboratoři, ale laboratoře Mayo Clinic (USA) uvádí na svých webových
stránkách, že jsou schopni stanovit hladiny 25(OH)D technikou LC-MS/MS až pro 3,0003,500 vzorků denně.
Mezinárodní standard a možnosti stanovení recovery
Velkým problémem je nedostatečná srovnatelnost výsledků mezi jednotlivými metodami.
Tento fakt může být teoreticky do budoucna překonán, protože již byl zaveden mezinárodně
29
uznávaný standardní referenční materiál od amerického National Institute of Standards and
Technology (NIST) pod označením SRM 972. Standard je k dispozici ve 4 hladinách. Hladina
1 je vytvořena z „normálního“ lidského séra, obsahuje přibližně 60 nmol/L 25hydroxyvitaminu D3 a přibližně pouze 1,5 nmol/L 25-hydroxyvitaminu D2 a 3,5 nmol/L 3epi-25-hydroxyvitaminu D3. Hladina 2 je připravena naředěním koňským sérem a obsahuje
přibližně 30nmol/L 25-hydroxyvitaminu D3, dále 4 nmol/L 25-hydroxyvitaminu D2 a 1,9
nmol/L 3-epi-25-hydroxyvitaminu D3. Hladina 3 byla vytvořena z normálního lidského séra
fortifikací 25-hydroxyvitaminu D2 a hladina 4 je naopak fortifikována 3-epi-25hydroxyvitaminem D3. (NIST).
Otázkou je, zda zavedení standardu skutečně přinese úplnou srovnatelnost výsledků.
Především v oblasti imunoanalýzy je zajištění návaznosti na standard obvykle velmi
problematické, protože takové stanovení je závislé na použitých protilátkách a velký vliv zde
má matricový efekt. Při porovnávání metodik dochází k rozdílným výsledkům při použití
sérových vzorků pacientů a při použití arteficiálních materiálů. Více se touto problematikou
zabývá např. Hollis et al. [3].
Stabilita
Velkou výhodou stanovení vitaminu 25(OH)D je jeho vysoká stabilita v séru/plazmě. Již
tradičním se stalo tvrzení, že je odolný jako skála („as solid as a rock“) [4]. Bylo dokázáno, že
po dobu dvou dnů může být krev skladována při 24oC a že ani při opakovaných zmraženích a
rozmraženích séra nedochází k degradaci. Při skladování při -20oC nedochází k degradaci
materiálu ani po 10 letech. Citlivost na sluneční svit, tedy UV záření, ovlivňuje pouze
krystalickou formu vitaminu D. Vitamin D ve vzorcích séra nepodléhá degradaci vlivem UV
záření – to může být způsobeno buď špatným pronikáním UV do tekutiny, nebo ochranou
funkcí vazebných proteinů.
Určení referenčního rozmezí
Pro každého klinického i laboratorního pracovníka je důležité vybrat vhodné referenční
rozmezí. Obvykle se referenční rozmezí určuje naměřením hodnot ve zdravé populaci a
vypočtením 95% intervalu u gaussovského rozložení. Již ve studiích, kde kromě běžné
populace byla změřena i hladina vitaminu D u pobřežní hlídky (hladiny 2,5krát vyšší) se
ukázalo, že dnešní zdravá populace trpí ve skutečnosti nedostatkem vitaminu a není proto
30
vhodné ji považovat paušálně za referenční. Vlivem našeho životního stylu jsou celkově
v populaci hladiny vitaminu D neadekvátní fyziologickým požadavkům. Podobně jako je
tomu např. u hladiny cholesterolu, na základě stále probíhajících studií je nedostatek vitaminu
D potvrzován jako rizikový faktor pro mnohá onemocnění a je proto nutné stanovovat
optimální hladiny vitaminu D na základě těchto dat spíše než na základě populačních studií.
Z praktického hlediska je v současnosti možné se řídit:
1) údaji z firemních materiálů výrobců in vitro diagnostických souprav a tedy firemních studií
vycházejících z analýz hladin u kohorty zdravých jedinců – výhodou jsou hodnoty
„uzpůsobené“ dané metodice, nevýhodou je špatná specifikace kohorty
2) údaji z nezávislých studií vycházejících pouze z hodnocení koncentrací v populaci –
nevýhodou je nespecifičnost pro určitou metodiku a často i etnickou/geografickou
neadekvátnost
3) držet se cílových hodnot doporučených na základě nezávislých epidemiologických studií.
Při interpretaci je nutné brát ohled na biologickou variabilitu hladin, které budou v zimních
měsících přirozeně nižší. Otázkou je, zda není žádoucí i v těchto měsících brát za cílovou
hodnotu stejnou jako v letních měsících a sezóně tedy případnou suplementaci upravovat či
zda mít rozdílné referenční hodnoty pro letní a zimní sezónu. Na závěr je důležité podotknout,
že většina velkých populačních studií „normálních“ hladin vitaminu D byla provedena RIA
metodikou fy. DiaSorin.
Reference
1.
Carter GD, Carter R, Jones J, Berry J. How accurate are assays for 25-hydroxyvitamin D? Data from
the international vitamin D external quality assessment scheme. Clin Chem. 2004 Nov;50(11):2195-7.
2.
Feldman D, Pike JW, Adams JS (Eds). Vitamin D. Third Edition. Academic Press, 2011, 2144 p.
3.
Hollis BW. Comparison of commercially available (125)I-based RIA methods for the determination of
circulating 25-hydroxyvitamin D. Clin Chem. 2000 Oct;46(10):1657-61.
4.
Lissner D, Mason RS, Posen S. Stability of vitamin D metabolites in human blood serum and plasma.
Clin Chem. 1981 May;27(5):773-4.
5.
NIST, Certificate of Analysis, Standard Reference Material 972, Vitamin D in Human Serum, certificat
issue date 9.6.2009, , www.nist.gov/srm.
6.
The ESA Biosciences Vitamin D HPLC Test (http://www.esainc.com/vit-d/downloads/Vitamin_D.pdf)
7.
Wallace AM, Gibson S, de la Hunty A et al. Measurement of 25-hydroxyvitamin D in the clinical
laboratory: current procedures, performance characteristics and limitations. Steroids. 2010
Jul;75(7):477-88..
8.
Wielders JP, Wijnberg FA. Preanalytical stability of 25(OH)-vitamin D3 in human blood or serum at
room temperature: solid as a rock. Clin Chem. 2009 Aug;55(8):1584-5.
31
Vitamin D a riziko kardiovaskulárních chorob
5. Vitamin D a riziko kardiovaskulárních
chorob
Otto Mayer jr.
Patogeneze kardiovaskulárních je bezpochyby multifaktoriální a je celkem dobře prokázané,
že konvenční rizikové faktory vysvětlují pouze asi 80% kardiovaskulárního rizika. V poslední
době přibývá důkazů, že vitamin D vykazuje řadu významných patofyziologických funkcí v
kardiovaskulárním systému a v řadě studií byl prokázán vztah jeho nízké hladiny ke
zvýšenému kardiovaskulárnímu riziku.
Donedávna byl vitamin D vnímán pouze jako parametr kalciové homeostázy a kostního
metabolismu. Řada recentních studií však prokazuje, že se klinický impakt deficience
vitaminu D může významně dotýkat i dalších oblastí včetně kardiovaskulárního systému.
Biologicky aktivní formu vitaminu D představuje 1, 25-dihydroxyvitamin D (1,25(OH)2D;
kalcitriol či v naší literatuře nazývaný též někdy D-hormon). Ten vzniká z původně dietně
dodaného vitaminu D jako produkt dvoustupňové hydroxylace, nejprve 25- hydroxylace
jaterní a následně 1α-hydroxylace renální [1]. Vlastní účinek kalcitriolu je realizován
specifickým vitamin D receptorem (VDR), který je možno najít v cytosolu či buněčné
membráně prakticky ve všech typech lidských tkání a lze tedy předpokládat, že zde také musí
mít fyziologické zdůvodnění. Kromě toho řada tkání též obsahuje vlastní lokální 1α hydroxylázu (v oblasti kardiovaskulárního systému je např. hladká svalovina cév) a některé
jsou dokonce schopny apokrinní sekrece již aktivního 1,25(OH)2D [2]. Naopak, řada jiných
tkání této lokální hydroxylace schopna není a je tedy plně závislá na renální 1α-hydroxylaci a tedy i
cirkulujících hladinách kalcitriolu; v tomto kontextu mezi ně patří jmenovitě kardiomyocyt [3].
Problematiku role vitaminu D v patofyziologii kardiovaskulárních chorob otevřela před
nedávnou dobou
řada relativně velkých prospektivních epidemiologických
studií.
Prospektivní Framingham Offsprings Study zjistila u více než 1800 participantů, že osoby s
nízkou hladinou 25(OH)D (< 37.5 nmol/L) vykazovaly až 62% zvýšení incidence
kardiovaskulárních příhod [4]. Ve shodě s tímto zjištěním byla i rozsáhlá Physicians Health
Study s více než 18 000 participanty bez manifestní kardiovaskulární choroby. Subjekty se
sníženou hladinou 25(OH)D (opět < 37.5 nmol/L) vykazovaly více než dvojnásobné riziko
infarktu myokardu než osoby s dostatečnými hladinami (>75 nmol/L) [5]. Podobně další
32
studie 3200 pacientů sledovaných po dobu cca 8 let, kteří podstoupili vstupně koronarografii,
ukázala, že subjekty v dolních dvou kvartilech 25(OH)D (< 33 nmol/L) vykazovaly více než
dvojnásobnou celkovou i kardiovaskulární mortalitu než osoby s vyššími hladinami [6].
Celkově je tedy možno konstatovat, že epidemiologické důkazy podporují hypotézu o vlivu
vitaminu D na riziko kardiovaskulárních chorob.
Předpokládané patofyziologické působení deficience vitaminu D (resp. snížené biologické
dostupnosti kalcitriolu) na kardiovaskulární systém lze rozdělit do dvou hlavních směrů.
Jednak je to porušený metabolismus cévní stěny manifestující se klinicky jako zvýšená
vaskulární kalcifikace a/nebo zvýšená arteriální rigidita, v oblasti srdce a myokardu je to
porucha na úrovni kardiomyocytu manifestujicí se klinicky zejména jako hypertrofie levé
komory srdeční. Nepřímo, ale neméně závažně, může deficience vitaminu D též potenciálně
ovlivňovat kardiovaskulární zdraví cestou prodiabetogenního působení [7], existují i důkazy o
vlivu na chlopenní aparát [8] či tepenný endotel [9] (s ohledem na rozsah nebude tato část
problematiky dále obsahem tohoto sdělení).
Vaskulární kalcifikace byly donedávna považovány spíše za jednosměrný pasivní proces, bez
vlastní klinické signifikance. Díky angiografickému zobrazení je celkem známo, že prakticky
všechny aterosklerotické léze jsou zároveň kalcifikovány, kromě toho je však klinické
vnímání převážně zúženo buď jako na v podstatě benigní nespecifickou odpověď na
poškození cévní stěny v případě mediokalcinozy tepen dolních končetin či naopak paradoxně
na druhé straně spektra jako na „terminální stadium vaskulární nemoci” či “projev vaskulární
katastrofy” u dialyzovaných pacientů - tyto dva stavy představují však pouze krajní polohy
problematiky. Vaskulární kalcifikace probíhá nejčastěji jako velmi diskrétní proces
koncentrického usazování kalcia převážně v buňkách hladké svaloviny tepenné medie a je po
většinu tohoto procesu zachytitelná pouze pomocí speciálních vyšetřovacích technik.
Vaskulární kalcifikace je evidentně dynamický proces, na který lze nahlížet jako na výsledek
balance pro- a antikalcifikačních faktorů (a lze též předpokládat, že v tomto stádiu bude i
reverzibilní) a kalcitriol zřejmě představuje v kalciové homeostáze cévní stěny klíčového
hráče, schopného ovlivnit obě strany toho procesu [10]. Z prokalcifikačních faktorů cévní
stěny je to zejména skupina enzymů pojivové tkáně, tzv. matrixové metalloproteinázy
(MMP). Myši s deficientní MMP2 a MMP9 nejsou schopny tvorby vaskulárních kalcifikace a
podobně tak i inhibice aktivity těchto MMP vede ke snížení akumulace kalcia v cévní stěně u
hlodavců [11]. Na druhé straně, celá řada protektivních faktorů, jako je matrix GLA protein,
osteopontin, ostoeprotegerin a kolagen IV. typu, je schopna vaskulární kalcifikaci zabraňovat.
33
[12]. Obecně, kalcitriol down-reguluje aktivitu MMP a naopak up-reguluje aktivitu těchto
antikalcifikačních
působků
[13].
Existuje
i
řada
kandidátních
non-kalciotropních
mechanismů, kterými by kalcitriol mohl ovlivňovat arteriální rigiditu. Kalcitriol primo
ovlivňuje proliferaci buněk hladké svaloviny cév [14] a redukuje i expresi produktů pokročilé
glykace (AGE´s) v cévní stěně [15]. Vysoká aktivita MMP9, spojená s deficiencí vitaminu D,
bývá též dávána do souvislosti s nestabilitou sklerotického plátu v koronárních arteriích [16].
Pro vztah mezi nízkou biologickou dostupností kalcitriolu a progresí vaskulární
kalcifikace/arteriální rigidity existují důkazy nejen z výše zmíněných experimentálních
modelů, ale i z některých klinických studií. Timms et al. prokázali, že nízké hladiny vitaminu
D jsou spojeny s vzestupem cirkulujících hladin MMP9, zatímco suplementace tímto
vitaminem vedla naopak k jejich poklesu [17]. Převážná většina dat však pochází z oblasti
pacientů s terminálním ledvinným selháváním, kde jsou vaskulární kalcifikace obvyklým
jevem a známkou pokročilosti onemocnění. London et al. u těchto pacientů nalezli vztah mezi
zvýšenou aortální tuhostí (měřenou pomocí rychlosti pulsové vlny PWV) a hladinami
25(OH)D [18]; podobné výsledky dala i jiná studie zaměřená tentokrát na augmentační index
radiální arterie (rovněž jeden z markerů arteriální rigidity) [19]. V naší vlastní studii jsme
však podobnou negativní asociaci mezi PWV a 25(OH)D nalezli i u převážně zdravé, obecné
populace ze studie MONICA (tedy u kvalitativně naprosto odlišných subjektů) [20].
Dynamika vaskulární kalcifikace může být pravděpodobně též geneticky podmíněna. Ve
studii Sardinia představující celogenomový scanning byla mutace v genu COL4A1 pro
kolagen IV. typu (jeden z výše zmíněných antikalcifikačních faktorů) identifikována jako
významný genetický prediktor zvýšené arteriální rigidity [21].
Druhým potenciálním bodem, kde by deficience vitaminu D mohla hrát svou
patofyziologickou roli, je myokard a v širším klinickém kontextu funkce levé komory srdeční.
Kalcitriol ovlivňuje proliferaci, morfologii a funkci kardiomyocitu řadou mechanismů.
Zvyšuje expresi myokardiálního proteinu myotrofinu, naopak snižuje expresi atriálního
natriuretického peptidu. Kardiomyocyty myší geneticky postrádajících vitamin D receptor
vykazují daleko vyšší frekvenci cyklu kontrakce-relaxace, srdce těchto myší rychleji
hypertrofuje z důvodů vyššího obsahu buněčných myofibril [22]. Stejně tak i již zmíněná
zvýšená exprese MMP hraje svojí roli i v myokardu, kde je spojena s remodelací a dilatací
levé komory, což může klinicky přispívat k rozvoji srdečního selhání [23] U spontánně
hypertenzních krys vedla léčba kalcitriolem ke snížení hmotnosti srdce, diametru levé komory
i obsahu kolagenu v kardiomyocytu [24]. Roli snížené biologické dostupnosti kalcitriolu při
34
srdečním selhávání podporují i některé klinické studie. Nízké sérové hladiny jsou nacházeny u
pacientů s těžkých srdečním selháváním; pokud se tito pacienti naopak nacházeli v nejvyšším
tercilu sérového kalcitriolu, vykazovali až o 49% nižší riziko úmrtí či srdeční transplantace
[25]. Jiná, menší studie nalezla u pacientů s dysfunkcí LKS (EF≤40%) korelaci mezi
hladinami 25(OH)D a celkovou výkoností, měřenou pomocí 6minutového testu chůze [26]
Z hlediska přínosu suplementace vitaminem D ve smyslu redukce kardiovaskulární mortality
či morbidity máme prozatím k dispozici pouze nepřímé důkazy, neboť naprostá většina studii
byla realizována v indikaci léčby osteoporozy. Metaanalýza 18 randomizovaných, placebem
kontrolovaných studií v obecné populaci prokázala signifikantní asi 7% pokles celkové
mortality [27], což daleko převyšuje očekávatelný benefit, daný redukcí osteoporotických
fraktur. Jiná metaanalýza zase řešila otázku, zda léčba vitaminem D nepovede k redukci
krevního tlaku [28]. Autoři této studie dospěli k závěru, že tato léčba je v průměru spojena s
poklesem systolického krevního tlaku o 3 mmHg, což je potenciálně spojeno s asi 10%
redukcí kardiovaskulární mortality. Existují i malé studie, zaměřené na otázku, zdali
suplementace vitamin D povede k redukci arteriální rigidity. Braam et al. prokázali, že
supelementace vitaminy D a K vedla ke zvýšení distenzibility a. carotis, kvantifikované podle
Yougova elastického modulu [29]. Nedávná malá studie realizovaná u 24 adolescentů zase
prokázala, že 16-ti týdenní suplementace vitaminem D vedla poklesu aortální rychlosti
pulsové vlny (tj. tedy k redukci rigidity tepny centrálního typu) [30]. Zvláštní skupinu
představují pacienti s terminálním selháváním ledvin (zejména v dialyzačním programu), kde
podávání aktivních forem vitaminu D představuje standardní opatření, podložené zejména
empiricky. Ve studii Kosvedy et al. [31] vedlo podání kalcitriolu u 520 pacientů v
předdialyzačním stádiu ke zlepšení přežívání asi o 75% v průběhu 2 let. Existují však i
negativní důkazy. British Vitamin Interventional Trial nalezl u pacientů léčených vitaminem
D pouze nesignifikatní naznačený trend k redukci celkové mortality [32] a podobně tak i
Womens Health Initiave Study neprokázala žádný efekt této léčby [33]. Souhrnně lze tedy
konstatovat, že přes určité pozitivní důkazy by se suplementace vitaminem D mohla stát
standardním léčebným opatřením k redukci kardiovaskulárního rizika, teprve až budeme mít k
dispozici randomizovanou studii, konkrétně designovanou na řešení této otázky.
Závěrem lze tedy shrnout, že potenciální roli vitaminu D podporují jak poměrně bohaté
epidemiologické
důkazy,
tak
i
biologicky
plausibilní
hypotéza
mechanismu
patofyziologického působení. Definitivní důkaz kausality v podobě randomizované mortalitní
studii však prozatím chybí.
35
Reference
1.
Towler DA, Clemens TL. Vitamin D and cardiovascular medicine. In: Feldman D, Pike JW, Glorieux FH,
editors. Vitamin D, 2nd edition. Amsterdam: Elsevier Academic Press; 2005. pp899-910
2.
Somjen D, Weisman Y, Kohen F, et al. 25-hydroxyvitamin D3-1alpha-hydroxylase is expressed in human
vascular smooth muscle cells and is upregulated by parathyroid hormone and estrogenic compounds.
Circulation 2005; 111:1666–71.
3.
Hewison M, Zehnder D, Chakraverty R, Adams JS. Vitamin D and barrier function: a novel role for extrarenal 1 alpha-hydroxylase. Mol Cell Endocrinol 2004; 215:31–8.
4.
Wang TJ, Pencina MJ, Booth SL, et al. Vitamin D deficiency and risk of cardiovascular disease.
Circulation. 2008; 117: 503-11
5.
Giovannucci E, Liu Y, Hollis BW, Rimm EB. 25-hydroxyvitamin D and risk of myocardial infarction in
men: a prospective study. Arch Intern Med. 2008; 168:1174-80.
6.
Dobnig H, Pilz S, Scharnagl H, Renner W, et al. Independent association of low serum 25-hydroxyvitamin
d and 1,25-dihydroxyvitamin d levels with all-cause and cardiovascular mortality. Arch Intern Med. 2008;
168: 1340-9.
7.
Pittas AG, Lau J, Hu FB, et al. The role of vitamin D and calcium in type 2 diabetes. A systematic review
and meta-analysis. J Clin Endocrinol Metab. 2007; 92: 2017-29
8.
Linhartová K, Veselka J, Sterbáková G, et al. Parathyroid hormone and vitamin D levels are independently
associated with calcific aortic stenosis. Circ J. 2008; 72: 245-50
9.
Wong MS, Delansorne R, Man RY, et al. Vitamin D derivatives acutely reduces endothelium-dependent
contractions in the aorta of the spontaneously hypertensive rat. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2008;
295:H289–H296.
10. Zittermann A, Koerfer R. Protective and toxic effects of vitamin D on vascular calcification: clinical
implications. Mol Aspects Med. 2008; 29: 423-32
11. Basalyga DM, Simionescu DT, Xiong W, et al. Elastin degradation and calcification in an abdominal aorta
injury model: role of matrix metalloproteinases. Circulation. 2004;110:3480-7.
12. Qin X, Corriere MA, Matrisian LM, et al. Matrix metalloproteinase inhibition attenuates aortic
calcification. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2006; 26:1510-6.
13. Zittermann A, Koerfer R. Protective and toxic effects of vitamin D on vascular calcification: clinical
implications. Mol Aspects Med. 2008; 29: 423-32.
14. Inoue T, Kawashima H. 1,25-Dihydroxyvitamin D3 stimulates 45Ca2+-uptake by cultured vascular smooth
muscle cells derived from rat aorta. Biochem Biophys Res Commun. 1988; 152:1388-94.
15. Talmor Y, Golan E, Benchetrit S, Bernheim J, et al. Calcitriol blunts the deleterious impact of advanced
glycation end products on endothelial cells. Am J Physiol Renal Physiol. 2008; 294: F1059-64
16. Robertson L, Grip L, Mattsson Hultén L, et al. Release of protein as well as activity of MMP-9 from
unstable atherosclerotic plaques during percutaneous coronary intervention. J Intern Med. 2007; 262:
659-67.
17. Timms PM, Mannan N, Hitman GA, et al. Circulating MMP9, vitamin D and variation in the TIMP-1
response with VDR genotype: mechanisms for inflammatory damage in chronic disorders? QJM. 2002;
95:787-96.
18. London GM, Guérin AP, Verbeke FH, et al. Mineral metabolism and arterial functions in end-stage renal
disease: potential role of 25-hydroxyvitamin D deficiency. J Am Soc Nephrol. 2007; 18: 613-20
19. Andrade J, Er L, Ignaszewski A, Levin A .Exploration of association of 1,25-OH2D3 with augmentation
index, a composite measure of arterial stiffness. Clin J Am Soc Nephrol. 2008; 3: 1800-6.
20. Mayer O Jr, Filipovský J, Seidlerová J, et al. The association bteween low 25- hydroxyvitamin D and
increas aortic stiffness. J Hum Hypertens (v tisku)
21. Tarasov KV, Sanna S, Scuteri A, et al. COL4A1 is associated with arterial stiffness by genome-wide
association scan. Circ Cardiovasc Genet. 2009; 2: 151-8
36
22. Tishkoff DX, Nibbelink Ka, Holmberg KH, et al. Functional vitamin D receptor (VDR) in the t-tubules of
cardiac myocytes: VDR knockout cardiomyocyte contractility. Endocrinology 2008; 149:558–64.
23. Simpson RU, Hershey SH, Nibbelink KA, et al. Characterization of heart sizeand blood pressure in the
vitamin D receptor knockout mouse. J Steroid Biochem Mol Biol 2007; 103:521–4.
24. Mancuso P, Rahman A, Hershey SD, et al. 1,25-Dihydroxyvitamin-D3 treatment reduces cardiac
hypertrophy and left ventricular diameter in spontaneously hypertensive heart failure-prone (cp/þ) rats
independent of changes in serum leptin. J Cardiovasc Pharmacol 2008; 51:559–64.
25. Zittermann A, Schleithoff SS, Gotting C, et al. Poor outcome in end-stage heart failure patients with low
circulating calcitriol levels. Eur J Heart Fail 2008; 10: 321–7.
26. Boxer RS, Dauser DA, Walsh SJ, et al. The association between vitamin D and inflammation with the 6-min
walk and frailty in patients with heart failure. Am Geriatr Soc 2008; 56:454–61.
27. Autier P, Gandini S. Vitamin D Supplementation and Total Mortality: A Meta-analysis of Randomized
Controlled Trials. Arch Intern Med, Sep 2007; 167: 1730-7.
28. Witham MD, Nadir MA, Struthers AD. Effect of vitamin D on blood pressure: a systematic review and
meta-analysis. J Hypertens. 2009; 27: 1948-54.
29. Braam LA, Hoeks AP, Brouns F, et al. Beneficial effects of vitamins D and K on the elastic properties of the
vessel wall in postmenopausal women: a follow-up study. Thromb Haemost. 2004; 91: 373-80.
30. Dong Y, Stallmann-Jorgensen IS, Pollock NK, et al. A 16-week randomized clinical trial of 2000
international units daily vitamin D3 supplementation in black youth: 25-hydroxyvitamin D, adiposity, and
arterial stiffness. J Clin Endocrinol Metab. 2010; 95: 4584-91.
31. Kovesdy CP, Ahmadzadeh S, Anderson JE, et al. Association of activated vitamin D treatment and
mortality in chronic kidney disease. Arch Intern Med 2008; 168:397–403.
32. Trivedi DP, Doll R, Khaw KT. Effect of four monthly oral vitamin D3 (cholecalciferol) supplementation on
fractures and mortality in men and women living in the community: randomised double blind controlled
trial. BMJ. 2003; 326: 469
33. Hsia J, Heiss G, Ren H, et al. Women's Health Initiative Investigators. Calcium/vitamin D supplementation
and cardiovascular events. Circulation. 2007; 115: 846-54
37
Vitamin D a diabetes
6. Vitamin D a diabetes
Karel Vondra, Ondřej Topolčan, Denisa Janíčková-Ždárská, Radka
Fuchsová
Úvod
Dle WHO bylo v roce 2009 na světě > 200 mil. nemocných s diabetes mellitus (DM), v roce
2030 se očekává nárůst na cca 450 milionů nemocných [1]. Uvádí se, že u 9 z 10 nových
diabetiků typu 2 vzniká onemocnění v důsledku chybné životosprávy, kterou je možné
vhodnými režimovými a dietními opatřeními intervenovat a ovlivnit tak podstatným
způsobem vývoj diabetické poruchy [2]. V této souvislosti nabývají na významu množící se
poznatky o patogenetickém vztahu mezi deficitem /nedostatečným příjmem vitaminu D a
poruchami metabolizmu glukózy jako je IFG (porušená lačná glykémie), PGT (porušená
glukózová tolerance), DM obou typů, inzulinorezistence (IR). Odhaduje se, že deficitem
vitaminu D trpí > 1 bilion obyvatel na světě [3]. Pro vzájemné vztahy obou pandemií
nasvědčují zejména sezónní variace bazálních glykémií a glykovaného hemogobinu (HbA1c),
jejichž hodnoty bývají vyšší v zimních měsících a nižší v letním období [4]. Obdobně v
závislosti na ročním období kolísá i hladina vitaminu D - v zimě je tvorba snížená v důsledku
poklesu slunečního svitu, zejména v severních oblastech, v létě je tomu naopak.
Vitamin D - mechanismus účinku s ohledem na vznik diabetes mellitus
Většina lidských buněk, včetně B buněk Langerhansových ostrůvků obsahuje 1αhydroxylázu, jejímž prostřednictvím je 25 –hydroxyvitamin D (25(OH)D) po svém vstupu do
buňky hydroxylován za vzniku 1,25(OH)2 vitaminu D (1,25(OH)2D)– aktivní formy schopné
aktivovat jaderné receptory pro 1,25(OH)2D. Receptory pro 1,25(OH)2D jsou popsány a
chemicky charakterizovány. 1,25(OH)2D ve vazbě na své jaderné receptory penetruje do
buněčného jádra. Zde vzniká s kyselinovou retinovou finální komplex působící na vitamin D
responsivní elementy. Konečným efektem je aktivace či suprese cca 200 genů, představujících
asi 3% lidského genomu.
38
S ohledem na vznik DM jsou nejdůležitější geny kódující proteiny související s normálními
funkcemi B buněk Langerhansových ostrůvků, a geny kódující proteiny zajištující normální
funkce imunitního systému jako je tvorba cytokinů, transkripčních faktorů, apoptózy, regulace
prezentace antigenů, funkce T lymfocytů a další.
a) Patofyziologické poznatky o vztahu vitaminu a metabolizmu glukózy.
Jak bylo již uvedeno, B buňky Langerhansových ostrůvků exprimují receptory pro
1,25(OH)2D a obsahují rovněž 1α- hydroxylázu. Aplikace 1,25(OH)2D vede též k expresi
calbindin-D28k (Ca/vápník/ vazebný protein) který reguluje extracelulární koncentraci Ca+ a
jeho influx přes membranu do intracelulárního prostoru B buněk Langerhansových ostrůvků a
periferních buněk. Po aplikaci 1,25(OH)2D dojde k zvýšení influxu extracelulárního Ca+ do
intracelulárního prostoru B buněk a k stimulaci sekrece inzulínu. Tímto mechanismem
1,25(OH)2D ovlivňuje významně sekreci inzulínu a citlivost tkání k inzulínu. Exprese
calbindin-D28k v B buňkách rovněž chrání před apoptózou a nekrózou mediovanou cytokiny,
tím že inhibuje tvorbu volných radikálů.
1,25(OH)2D se podílí rovněž na regulaci účinku inzulínu v tkáních, buď přímo stimulací
exprese receptoru pro inzulín a/nebo aktivací PPAR-sigma, tj. transkripčních faktorů
zahrnutých v regulaci metabolismu mastných kyselin ve svalu a tukové tkáni. Zlepšení účinku
inzulínu ovlivňuje vitamin D i nepřímo, cestou regulace intracelulární koncentrace Ca+, která
musí být udržována ve velmi úzkém rozmezí pro zajištění optimálního účinku inzulínu v
inzulín dependentních tkáních. Změny koncentrace intracelulárního Ca+ vedou k inzulínové
resistenci poruchou přenosu inzulínového signálu s následným poklesem aktivity transportéru
glukosy-4( GLUT 4).
Efekt 1,25(OH)2D v B buňkách Langerhansových ostrůvků je v experimentu vyvolán
koncentracemi, které 100-1000krát přesahují fyziologické koncentrace potřebné k dosažení
efektu v oblasti kostního metabolismu.
K porozumění geneze poruch glukózového metabolizmu v souvislosti s deficitem vitaminu D
přispěli vedle molekulárně biologických a experimentálních dat i výsledky z humánních studií
u nediabetické populace. Uveďme alespoň tři častěji citované, dvě prospektivní a jednu
průřezovou s klinicko-experimentálními metodami.
Inverzní vztah mezi aktuální hladinou 25(OH)D a budoucím vývojem hyperglykémie a
inzulinorezistence (IR) u nediabetické populace 40-70letých popsali Forouhi et al. [5]
39
Prediktivní význam nízkých hodnot 25(OH)D prokázali i Grimnes et al. v Tromso studii při
11letém sledování 4 157 účastníků. V této studii vztah mezi deficitem vitaminu D a budoucím
vznikem DM po adjustaci na BMI ale ztrácel signifikanci [6].
Ve studii publikované Kayaniyii et al. [7] nízké hodnoty 25(OH)D u dospělých nediabetiků s
přítomnými rizikovými faktory pro vznik DM2 nezávisle a signifikantně korelovaly s horší
funkcí B buněk a výraznější IR.
Některými autory byla popsána asociace mezi vznikem DM2, metabolickým syndromem,
IFG/ PGT a polymorfismem receptorů pro 1,25(OH)2D. Výsledky jsou výrazně ovlivněny
studovanými populacemi a nejsou zatím diskutovány v souvislosti s možným klinickým
využitím.
b) Patofyziologické poznatky o imunomodulačních účincích vitaminu D
Účinek 1,25(OH)2D jako potenciálního imunomodulátoru je unikátní v tom, že ovlivňuje
funkce nejen T lymfocytů, ale i antigen prezentujících buněk. V experimentu 1,25(OH)2D
stimuluje fagocytosu a další funkce makrofágů, ale suprimuje aktivitu makrofágů i
dendritických buněk vedoucí k zvýšené prezentaci antigenů 1,25(OH)2D. Exprese MHC 2 a
adhezivních molekul nutná pro stimulaci T lymfocytů je po aplikaci 1,25(OH)2D rovněž
suprimovaná. Inhibovaná je i sekrece cytokinů antigen prezentujícími buňkami, které aktivují
T lymfocyty, zejména je významná inhibice klíčového cytokinu IL-12.
Předpoklad, že tímto vlivem na funkce imunitního systému může 1,25(OH)2D ovlivňovat
celou řadu autoimunitních dějů v B buňkách v průběhu inzulitidy, a zabránit vzniku DM 1,
byl skutečně potvrzen v experimentu. Dlouhodobé podávání farmakologických dávek
1,25(OH)2D významně snížilo incidenci autoimunitního diabetu. V klinice farmakologické
dávky ale vyvolávají hyperkalcémii a další nežádoucí projevy v kostním metabolismu.
V experimentu jsou testovaná strukturální analoga vitaminu D, která si zachovávají vliv na
imunitní systém a jsou schopna zabránit vzniku insulitidy. Tato zkušenost je velkým příslibem
pro klinickou praxi, představuje atraktivní možnost, jak ovlivnit destrukci B buněk v průběhu
inzulitidy a další vývoj do manifestního diabetu typu 1 či rejekci po transplantaci
endogenního pankreatu, resp. Langerhansových ostrůvků.
40
Vitamin D a diabetes mellitus typu 2
a) Průřezové a observační klinické studie
V průřezových a observačních studiích autoři většinou (ne všichni - viz [8]) zjišťují inverzní
vztah mezi hladinami vitaminu D a/nebo příjmem vápníku a rizikem pro vznik IFG / PGT a
DM2. Závěry mnoha studií je nutné hodnotit opatrně, výsledky nejsou obvykle adjustovány
na tělesnou hmotnost, fyzickou aktivitu, často chybí údaje o hladinách vitaminu D a příjmu
vápníku. Srovnání výsledků často komplikují i nepřesně definované studované soubory z
hlediska etnického, věku, zeměpisného určení, typu poruchy metabolizmu glukózy (recentní
DM, IFG, PGT, trvání DM, atd.).
Studie, ve kterých byl stanoven 25(OH)D, byly předmětem metaanalýzy Pittase et al. [8],
která po korekci etnických vlivů prokázala významný negativní vztah mezi prevalencí DM 2 a
hladinou 25(OH)D.
Recentně Parker et al. [9] v metaanalýze 28 průřezových a observačních studií, které byly
publikovány v letech 1990 - 2009 s 99 745 účastníky, zjistil v souvislosti s vysokými
hladinami 25(OH)D 55% pokles rizika pro vznik DM2, a 51% pokles pro vznik
metabolického syndromu.
Velmi relevantní data poskytla moderní statistická analýza dat 2465 osob sledovaných v
rámci US PLCO Cancer Sreening Trial [10]. Po adjustaci na confounding faktory byla
pravděpodobnost výskytu DM 2 poloviční u hladin 25(OH)D > 80 nmol/ L ve srovnání s
hladinou < 37nmol/}, resp u hladin 1,25(OH)2D >103 pmol/L vs. < 72 pmol/L.
Významný pokles rizika vzniku DM2 u vyšších hladin 25(OH)D byl prokázán i v Mini Finland Health Survey (25Dvit 75 nmol/L vs. 22 nmol/L) [11].
Některé studie dobře ilustrují vliv faktorů, jako jsou etnické rozdíly, příjem vápníku, vliv
těhotenství, vztah mortality apod. na hladiny vitaminu D.
Scrag et al. z USA ve studii NHANES III prokázali inverzní asociace mezi hladinami
vitaminu D a výskytem DM2 u nehispánské bílé populace, vztah ale nebyl zjišťován u
nehispánské populace černých obyvatel [12]. Významné etnické rozdíly na Novém Zélandě
byli zjišťovány u nově diagnostikovaných
DM2 a PGT. Nízké hodnoty 25(OH)D byly
nalezeny především u původních obyvatel [13].
41
Pittas et al. v Nurses Health Study prokázali význam společného vyššího příjmu vápníku
(>1200 mg/den) a vitaminu D (> 800 IU/den) - ten byl spojen s 33% poklesem rizika vzniku
DM2 oproti skupině s příjmem vápníku (< 600 mg/den) a vitaminu D (< 400 IU/den ).
Kombinovaný příjem vápníku a vitaminu D byl efektivnější ve srovnání s příjmem samotného
vápníku nebo vitaminu D [14].
Lau et al. demonstrovali význam deficitu vitaminu D i v patogeneze poruch metabolizmu
glukózy během těhotenství tím, že prokázali nezávislý vztah mezi nízkými hodnotami
25(OH)D a horší kompenzací gestačního DM [15].
Ginde et al. prokázali, že negativní vztah mezi obecnou mortalitou a hladinou 25(OH)D je u
diabetické populace mnohem silněji vyjádřený [16].
V anal7ze publikované Joergensenem et al. se výrazný deficit vitaminu D u DM 2 ukázal jako
nezávislý faktor, který byl schopen předikovat zvýšené riziko budoucí kardiovaskulární
mortality nezávisle na dalších kardiovaskulárních rizikových faktorech [17].
b) Intervenční klinické studie
Výsledky intervenčních studií jsou obecně považovány za významnější ve srovnání s nálezy z
průřezových a observačních studií. Do současné doby byla provedena řada intervenčních
studií s cílem prověřit potenciální význam úpravy deficitu Dvit u manifestovaných poruch
glukózové tolerance, resp. DM 2. Studie publikované do roku 2006 byly většinou
nekontrolované a trpěly řadou metodických nedostatků. Jejich kritické zhodnocení najdeme v
práci Pittase et al. [8].
Sedm kontrolovaných studií, které byly publikovány později mezi roky 2007- 2010, bylo již
metodicky na vyšší úrovni; vliv vitaminu D zde byl hodnocen pomocí diabetologických
parametrů jako bazální glykémie, HbA1c, incidence DM2. Trvaní suplementace v těchto
sledováních bylo od 2 měsíců do 7 let. Dávky vitaminu D byly v rozmezí 400 IU/den až po
jednotlivou dávku 100 000 IU. V pěti studiích byl podáván pouze vitamin D bez vápníku.
Podrobnější hodnocení těchto studií lze nalézt v některých přehledech [18, 19, 20].
Ukázalo se, že v žádné studii nepřinesli autoři jednoznačné doklady o pozitivním efektu
korekce deficitu vitaminu D při léčbě manifestního diabetického syndromu .
42
U nemocných s IFG byl naproti tomu efekt suplementace vitaminu D prokázán. Pittas et al
zjistili, že 3 roky trvající aplikace vitaminu D (700 IU/den) spolu s vápníkem (500 mg/den)
nemocným s IFG vedla k signifikantnímu poklesu glykémií a IR [21].
Pro úvahy o velikosti suplementační dávky vitaminu D jsou zajímavé následující dvě studie.
V rozsáhlé a často citované studii RECORD aplikace vitaminu D (800 IU/den), samotného či
v kombinaci s Ca (carbonicum 1 g/den), nedovedla zabránit vývoji DM2 ani trvale zvýšit
hladinu 25(OH)D > 30ng /mL [22].
Podávání vitaminu D (40 000 IU/týden) po 6 měsíců nevedlo k zlepšení sekrece inzulínu nebo
inzulínoví senzitivity [23].
Na možnost příznivého efektu korekce deficitu vitaminu D na jiné významné poruchy
doprovázející DM upozornila studie Sugden et al. [24]. Tito autoři zjistili, že dávka 100 000
IU vitaminu D zlepšovala endoteliální funkce i u DM2 – jde o významný efekt vzhledem k
významu poruch endoteliální funkce při nárůstu kardiovaskulárního rizika. Ve studii byl
zjišťován rovněž pokles systolického tlaku krve.
c) Poučení z dosud proběhlých klinických studií
Z observačních a průřezových studií vyplývá, že nepochybně existuje inverzní vztah mezi
vznikem poruch metabolizmu glukózy, DM2 a deficitem vitaminu D.
Jednoznačné doklady o významu suplementace vitaminu D, resp. korekce deficitu vitaminu D
pro zlepšení metabolické kontroly u již manifestovaných diabetiků dosud chybí, příčinou je
velmi omezený počet intervenčních placebem kontrolovaných a zejména randomizovaných
studií. Ostatní studie přinesly většinou kontradikční závěry.
Intervenční studie často ale přinesly pozitivní ovlivnění stavů doprovázejících vlastní
diabetes, zejména je důležitý vliv na hypertenzi. Tyto pozitivní a klinicky zajímavé výsledky
mohou být spojovány se zlepšením svalové výkonnosti a s následným eventuálním poklesem
hmotnosti i IR.
Na rozdíl od manifestní formy diabetu přinesly intervenční studie provedené u
nediabetických, ale pro vznik DM2 rizikových jedinců s přítomnou IFG či inzulínovou
rezistencí, pozitivní výsledky. Především je citovaná již zmíněná studie Pittase et al. [14],
prokazující efekt tříleté suplementace u nemocných s IFG, u kterých došlo k poklesu
glykémie i IR, na rozdíl od nesuplementovaných, kde došlo naopak k progresi stavu.
43
Je citovaná i studie von Hursta et al. [25], který u nediabetických IR jihoasijských žen s
deficitem vitaminu po aplikaci 4000 IU/den vitaminu D3 dosáhl za 6 měsíců průměrné
hodnoty 25(OH)D 32ng/ml, a ženy, které této hodnoty dosáhly či ji přesáhly, vykazovaly
zlepšení IR. Zlepšení postprandiální inzulinové senzitivity pozorovali Nagpal et al. u obézních
nediabetiků indiánského etnika během podávání vitaminu D [26].
Mitri et al. [27] recentně popisují u nediabetických dospělých s přítomnými rizikovými
faktory pro vznik DM 2 zlepšení funkce B buněk již po krátkodobé intervenci
cholecalciferolem.
Intervenční studie přinesly i poučení týkající se dávek vitaminu D a formy jejich aplikace.
Autoři snažící se o aplikaci velkých dávek (300 000 IU D3) pozorovali u některých
nemocných s DM zhoršení IR i hyperkalcemické stavy [23, 28]. Jiní autoři u starých žen při
dávce 500 000 IU/rok D3 zjišťovali zvýšené riziko pádů [29]. Obecně ale zkušenosti
potvrzují, že nativní vitamin D není toxický v dávkách užívaných v klinické praxi, a je
zdůrazňován faktor 100-1000 mezi terapeutickou a toxickou dávkou.
V USA je recentně doporučený příjem vitaminu D 400 IU/den pro věk 51 – 70 let, a
600 IU/den pro věk >70 let. V probíhající diskusi začíná převládat názor, že příjem vitaminu
D by měl být vyšší než je v uvedených doporučeních, a to zejména u diabetické populace.
Závěrem lze konstatovat že již stávající vědomosti a poznatky přesvědčivě dokládají, že bude
v každém ohledu prospěšné, s řadou reálných i potenciálních zdravotních benefitů, udržovat
hladinu 25(OH)D >/ 30ng/ml v průběhu celého roku bez sezónních poklesů.
Vitamin D – diabetes mellitus typu 1
a) Epidemiologické a klinické studie
Deficit vitaminu D je již dlouho považován za výrazné riziko vzniku DM1 [např. 30].
Nepřímé doklady pocházejí z pozorování, že incidence i prevalence DM 1 v severských
zemích je vyšší, dále ze sezónní variace narození nemocných s DM 1 (vyšší riziko vzniku DM
je spojeno s narozením na jaře a v letních měsících v důsledku sníženého slunečního osvitu v
době těhotenství). Vlastní onemocnění DM 1 se naopak manifestuje nejčastěji v zimě [31].
Nejčastěji se citují 4 retrospektivní studie a 1 prospektivní studie z Evropy, které prezentují
data o stavu saturace vitaminu D u těhotné matky, dítěte po narození a budoucím vznikem
44
DM 1 u dítěte [32]. Ve všech studiích zjistili autoři inverzní vztah mezi příjmem vitaminu D
během laktace nebo po narození a incidencí DM. Metaanalýza těchto dat prokázala nižší
riziko pro vznik DM1 s příjmem vitaminu D v době gravidity a v časném dětství.
Na základě těchto nálezů většina autorů připisuje vitaminu D příznivý/preventivní účinek při
vzniku a rozvoji autoimunity B buněk [32]. Takovýto závěr je významně podporován i studií
Diabetes Autoimmunity Study in the Young (DAISY) [33], v níž výskyt specifických
protilátek proti Langerhansovým ostrůvkům měl negativní korelaci s příjmem vitaminu D
během gravidity.
Zde je třeba zdůraznit, i s ohledem na experimentální data, že tyto pozitivní výsledky jsou
důsledkem prevence deficitu vitaminu D v kritických obdobích jako je gravidita, laktace či
časné období po narození, a ne výsledkem supersuplementace suprafyziologickými
(farmakologickými) dávkami vitaminu D.
Dlouhodobé randomizované intervenční studie, prokazující vliv podávání vitaminu D na
průběh již manifestního DM 1, nejsou dosud k dispozici.
V pilotní studii [34] měl calcitriol mírný pozitivní vliv na snížení poklesu reziduální vlastní
sekrece inzulínu v prvém roce po stanovení diagnózy, vliv na kompenzaci a hodnoty HbA1c
nebyl prokázán. Pokles dávky inzulínu nutné ke kompenzaci byl zaznamenán pouze
přechodně, a to v prvních 6 měsících.
U recentních pacientů s DM typu LADA po 12 měsících byla aplikace inzulínu + vitaminu D
oproti samotné léčbě inzulínem spojena se signifikantně lépe zachovanou funkcí B buněk, bez
vedlejších účinků [35].
Placebem kontrolovaná aplikace 0,25µg 1,25(OH)2D po dobu 9 měsíců u recentních
nemocných s DM 1, 18-39 let starých, nevedla ke snížení poklesu reziduální funkce
Langerhansových ostrůvků, substituční dávky inzulínu /den či hodnot HbA1C (36).
U již manifestního DM1 významný deficit vitaminu D predikoval obecnou mortalitu, ale
neměl vztah k vývoji mikrovaskulárních komplikací [37].
b) Poučení z dosud získaných epidemiologických a klinických dat
Na základě dostatečně solidních dokladů je většinově akceptován škodlivý vliv deficitu
vitaminu D na funkci B buněk. Deficit v časných fázích života predisponuje v experimentu i u
člověka k pozdějšímu vzniku autoimunitního DM1. Prevence deficitu vitaminu D zejména v
45
této fázi života, ale i později, je tak základním předpokladem úspěchu preventivních opatření
vzniku autoimunitního DM1
Aplikace vysokých (farmakologických) dávek aktivní formy 1,25(OH)2D má výrazné
imunomodulační účinky a v experimentu u laboratorních zvířat dovede zabránit vzniku
inzulitidy, autoimunitního DM 1 či rejekci po transplantaci. Klinické použití vysokých dávek
1,25(OH)2D v prevenci i v léčbě DM je limitováno hyperkalcemickými stavy a
remodelačními účinky v kosti. Dostupnost strukturálních analog 1,25(OH)2D otevírá nové
perspektivy využití výrazných imunomodulačních účinků 1,25(OH)2D i u člověka [38]. Až
výsledky intervenčních studií s těmito analogy samotnými, event. v kombinaci s dalšími
imunomodulátory, ukážou klinický potenciál v prevenci DM 1. V současnosti je > 2000
molekul (analog) v různé fázi prověřování, některé jsou již v klinickém zkoušení (calcipotriol
při léčbě psoriasy).
Cílem jsou analoga s co největší disociací vlivu na kalciový a kostní metabolismus a vlivu na
funkci imunitního systému, funkci B buněk, resp. účinek inzulínu.
Reference
1. Wild S,Roglic G, Green A et al: Global prevalence of diabetes: estimates for the year 2000 and projections for
2030, Diab Care 2004, 27(5): 1047-1052
2. Hu FB, Manson JE, Stampfer G et al Diet, lifestyle and the risk of type 2 diabetes mellitus in women. N Engl J
Med 2001, 345(1) 790- 797
3. Holick MF Vitamin D deficienty. N Engl J Med 2007,357 : 266 -281
4. Liang WW Seasonal changes in preprandial glucose, HbA1c, and blood pressure in diabetic patiens.Diab
Care 2007, 30 250-252
5. Forouhi NG, Luan J´, Cooper A et al Baseline 25-hydroxyvitamin D is predictive of future glycemic status and
insulin resistence Diabetes 2008, 57: 2619-2625
6. Grimnes G, Emaus N, Joakimsen RM et al: Baseline serum 25-hydroxyvitamin D concentrations in the
Tromso Study 1994-95 and risk of developing type 2 diabetes during 11 years of follow-up Diabet Med
2010, 27(10), 1107-1115
7. Kayaniil S, Vieth R, Retnakaran R et al Association of vitamin D with insulin resistence and beta-cell
dysfunction in subjects at risk for type 2 diabetes. Diabetes Care 2010, 33:1379-1381
8. Pittas AG, Lau J, Hu FB et al The role of vitamin D and calcium in type 2 diabetes. A systematic review and
meta-analysis. J Clin Endocrinol Metab. 2007; 92(6):2017-2029. Review
9. Parker J, Hashmi O, Dutton D et al Levels of vitamin D and cardiometabolic disorders. Systematic review
and meta-analysis Review Maturitas. 2010; 5(3):225-36.
10. Brock KE, Huang WY, Fraser DR, et al Diabetes prevalence is associated with serum 25-hydroxyvitamin D
and 1,25-dihydroxyvitamin D in US middle-aged Caucasian men and women: a cross-sectional analysis
within the Prostate, Lung, Colorectal and Ovarian Cancer Screening Trial. Br J Nutr. 2011 106(3):33944..
11. Knekt P, Laaksonen M, Mattila C et al Serum vitamin D and subsequent occurence of type 2 diabetes.
Epidemiology 2008, 19(5) 666-671
46
12. Scragg R, Sowers M, Bell C Serum 25-hydroxyvitamin D,diabetes and ethnicity in the third national health
and nutrtion examination survey. Diab Care 2004, 27: 2813-2818
13. Scragg R, Holdaway I, Singh V et al Serum 25-hydroxyvitamin D3 levels decreased in impaired glucose
tolerance and diabetes mellitus. Diabetes Res Clin Pract 1995, 27: 181-188
14. Pittas AG, Dawson-Hughes B, Li T et al Vitamin D and calcium intake in relation to type 2 diabetes in
women Diabetes Care 2006, 29: 650-656
15. Lau SL, Gunton JE, Athayde NP et al Serum 25-hydroxyvitamin and glycated hemoglobin levels in women
with gestational diabetes mellitus Med J Aust 2011, 194(7) 334-337
16. Ginde AA, Scragg R, Schwarz RS et al Prospektive study of 25-hydroxyvitamin D level, cardiovascular
disease mortality,and all-cause mortality in older U.S. adults J Am Geriatr Soc 2009, 57: 1595- 1603
17. Joergensen CH, Gall M-A, Schmedes A et al Vitamin D levels and mortality in type 2 diabetes. Diabetes
Care 2010, 33(10) 2238-2243
18. Pittas AG, Chung M, Trikalinos T et al Systematic review. Vitamin D and cardiometabolic outcomes. Ann
Intern Med 2010, 152: 307-314
19. Pittas AG, Dawson-Hughes B Vitamin D and diabetes J Steroid Biochem Mol Biol. 2010 121(1-2) , 425- 429.
Review
20. Cavalier E, Delanaye P, Souberbielle J-C, et al Vitamin D and type 2 diabetes mellitus: Where do we stand ?
Review. Diabetes Metab. 2011 Feb 21.
21. Pittas AG, Hartus SS, Stark PC et al The effects of calcium and vitamin D supplementation on blood glucose
and markers of inflammation in nondiabetic adults.Diabetes Care 2007, 30, 980-986
22. Avenell A, Cook JA,MacLennan GS et al Vitamin D supplementation and type 2 diabetes: a substudy of a
randomised placebo-controlled trial in older people (RECORD trial ISRCTN 51647438) Age Ageing 2009,
38: 606-609
23. Jorde R, Figenschau Y Supplementation wiith cholecalciferol does not improve glycaemic control in diabetic
subjects with normal serum 25-hydroxyvitamin D levels. Eur J Nutr 2009, 48:349-354
24. Sugden JA, Davies JI, Witham et al Vitamin D improves endothelial function in patients with type 2 diabetes
and low vitamin D levels. Diabet Med 2008, 25:: 320-325
25. Von Hurst PR, Stonehouse W, Coad J : Vitamin D supplementation reduces insulin resistance in South Asian
women livin in New Zealand who are insulin resistant and vitamin D deficient-a randomised, placebocontrolled trial.Br J Nutr 2010, 103: 549- 555
26. Nagpal J,Pande JN, Bhartia A A double blind, placebo-controlled trial of the short-term effect of vitamin D 3
supplementation on insulin sensitivity in apparently healthy, middle- aged centrally obese men. Diabet Med
2009,26: 19-27
27. Mitri J, Dawson-Hughes B, Hu FB et al effects of vitamin D and calcium supplementation on pancreatic beta
cell function, insulin sensitivity, and glycaemia in adults at high risk of diabetes: the Calcium and Vitamin
D for Diabetes Mellitus (CaDDM) randomized controlled trial. Am J Clin Nutr. 2011; 94(2):486-94.
28. Tailor AV,Wise PH, Vitamin D replacement in Asians with diabetes may increase insulin resistance.
Postgrad med J 1998, 74: 365-366
29. Sanders KM, Start AT, Williamson EJ et al Annual high- dose oral vitamin D and falls and fractures in
older-women: a randomized controlled trial. JAMA 2010, 303: 2357
30. Hypponen E Vitamin D and increasing incidence of type 1 diabetes-evidence for an association ? Diabetes
Obes Metab 2010 12(9) 737-743
31. Mohr SB Garland CF, Gorham ED et al The association between ultraviolet B irradiance,vitamin D status
and incidence rates of type 1 diabetes in 51 regions worldwide.Diabetologia 2008, 51(8). 1391-1398
32. Zipitis CS, Akobeng AK, Vitamin D supplementation in early childhood and risk of type 1 diabetes, a
systematic review and meta-analysis. Arch Dis Child 2008, 93(6) 512-517
33. Fronczak CM, Baron AE, Chase HP et al : In utero dietary exposures and risk of islet autoimmunity in
children Diabetes Care 2003, 26(12) 3237-3242
47
34. Pitocco D, Crino A, Di Stasio E et al The effect of calcitriol and nicotinamide on residual pancreatic betacell function in patiens with recent – onset Type 1 diabetes (IMDIAB XI) Diab Med 2006, 23(8) 920- 923
35. Li X, Liao L, Yan X et al Protective effect of 1-alpha-hydroxyvitamin D3 on residual beta-cell function in
patiens with adult-onset latent autoimmune diabetes (LADA) Diabetes Metab Res Rev 2009, 25(5) 411-416
36. Walter M, Kaupper T, Adler K et al No effect of the 1alpha, 25-dihydroxyvitamin D3 on beta-cell residual
function and insulin requirement in adults with new-onset type 1 diabetes Diabetes Care 2010, 33(7) 14431448
37. Joergensen CH, Hovind P, Schmedes A et al Vitamin D levels, microvascular complications,and mortality in
Type 1 diabetes. Diabetes Care 2011, 34:1081-1085
38. Mathieu C, Gysemans C, Giulietti A et al Vitamin D and diabetes. Review, Diabetologia. 2005; 48(7):124757.
48
Vitamin D a neurologická onemocnění
7. Vitamin D a neurologická onemocnění
J. Polívka, M. Peterka, V. Rohan, P. Ševčík, J. Polívka jr., O. Topolčan,
L. Černá
Úvod
Vitamin D je označován za prohormon a v poslední době mu je věnována značná pozornost.
Základní metabolismus vitaminu D je delší dobu znám stejně jako jeho role v udržování
kalciové a fosfátové homeostázy. S rozvojem poznání dějů na buněčné a molekulární úrovni
byly objeveny buněčné receptory (VDR) aktivní formy vitaminu D - 1,25-dihydroxivitaminu
D - ve většině tkání: kromě tradičních ledvin, střeva a kostí také v T a B lymfocytech,
svalech, v buňkách nervového systému i v nádorových buňkách [1, 26], v hladkých svalových
buňkách cév, v epitelu [12]. Velká pozornost je věnována nedostatku vitaminu D v lidské
populaci [15]. Úloha hypovitaminózy D je studována i u řady neurologických onemocnění.
Vitamin D a cerebrovaskulární onemocnění
Cerebrovaskulární onemocnění jsou třetí nejčastější příčinou mortality a nejčastější příčinou
dlouhodobé funkční neschopnosti ve vyspělých zemích. V 80% jde o mozkové ischémie,
jejichž nejčastější příčina je aterosklerotická. 20% iktů je hemorhagických. Hypovitaminóza
D se podílí na vzniku iktů z několika příčin.
Vztah vitaminu D a arteriální hypertenze byl prokázán několika studiemi, týkajícími se
geografické variability krevního tlaku [8, 35, 45] i sezónní variability krevního tlaku dle
ročních období u téže populace [17, 48]. Jedná se o inverzní vztah mezi hladinou 25(OH)D a
hodnotami krevního tlaku. Arteriální hypertenze je jedním z rozhodujících rizikových faktorů
ischemických i hemorhagických mozkových cévních příhod [42].
Je prokázána souvislost hypovitaminózy D se vznikem diabetu 2. typu experimentálně u
zvířat i u lidí [30]. Je popsáno několik cest, které se v této souvislosti uplatňují [1, 29, 43].
Metaanalýza prokázala inverzní vztah mezi hladinou 25(OH)D a prevalencí diabetu 2. typu
[31]. Diabetes mellitus 2. typu je jedním z nejvýznamnějších rizikových faktorů aterosklerózy
a mozkových cévních příhod [42].
49
Role zánětu v rozvoji aterosklerotického procesu je dostatečně známa [9,21]. Bylo prokázáno,
že suplementace vitaminu D zvyšuje hladinu protizánětlivého cytokinu IL-10 a snižuje
hladinu prozánětlivých cytokinů IL-6, IL-12 a TNF-α [22, 36].
Je sledována role vitaminu D v rozvoji aterosklerózy a jejích subklinických projevů, jako je
tloušťka intimy-medie karotické cévní stěny [27]. Byl prokázán jednoznačný inverzní vztah
mezi nízkou hladinou vitaminu D a rozvojem subklinické aterosklerózy [41]. Deficit vitaminu
D je považován za významný nezávislý faktor ve vztahu k ateroskleróze [16]. Reis prokázal
souvislost deficitu vitaminu D a zvýšené hladiny parathormonu s rizikem kardiovaskulárních
nemocí včetně mozkových cévních příhod a karotické aterosklerózy [34].
Anderson zkoumal prospektivně hladiny vitaminu D v elektronických záznamech více než
41 000 pacientů ve státě Utah [2]. Zjistil normální hladiny (více než 30 ng/mL) u 36,4% osob,
nízké hladiny (16-30 ng/mL) u 46,9% osob a velmi nízké hladiny (méně než 16 ng/mL) u
16,7% osob. Nízké a velmi nízké hladiny vitaminu D korelovaly s výskytem mozkových
cévních příhod (p=0,003). Obdobně tomu bylo u kardiovaskulárních nemocí a onemocnění
periferních tepen. Jejich výskyt byl až dvojnásobně vyšší. Za hlavní mechanismus autor
považuje sekundární hyperparathyroidismus [20, 46], který se uplatňuje třemi způsoby:
-
zvýšenou inzulinovou rezistencí, predisponující metabolickému syndromu a diabetu,
-
aktivací systému renin-angiotenzin, působící zvyšování krevního tlaku a
-
stimulací systémového zánětu a zánětlivých změn cévní stěny.
Zánětlivé změny cévní stěny a rozvoj aterosklerotických změn v cévní stěně a vztahu
k vitaminu D sledoval Brewer [4]. Vztah hypovitaminózy D a výskytu mozkových cévních
příhod prokázali i jiní autoři [23, 25]. Hypovitaminóza D má významnou roli i u osob po
mozkové cévní příhodě. Osoby s reziduálním postižením zejména hybnosti po iktu jsou méně
mobilní, mají vyšší riziko pádů. Jsou ve srovnání s ostatní populací stejných věkových
kategorií méně vystavení slunečnímu záření, mohou mít problémy s výživou. Častěji mají
hypovitaminózu D, sníženou kostní denzitu, osteopopénii nebo osteoporózu. Carda to
vysvětluje uplatněním endokrinních faktorů (inhibice sekrece parathormonu) a porušením osy
vitamin D – parathormon v důsledku iktu, nutričními faktory, případně farmakologickými
faktory [7]. Hypovitaminóza D způsobuje svalovou slabost zejména kořenového svalstva,
instabilitu a pády [3, 11]. Osoby s reziduem po mozkové cévní příhodě tak mají zřetelně
zesílené riziko pádů, způsobených horší mobilitou a svalovou slabostí. Pády zhoršují dále
kvalitu života, působí bolest a v terénu osteopénie a osteoporózy jsou častou příčinou
zlomenin, zejména stehenní kosti
50
Vitamin D a roztroušená skleróza
Vitamin D patří mezi vysoce zkoumané látky v problematice roztroušené sklerózy (RS). RS je
autoimunitní onemocnění, u kterého se uplatňují komplexní interakce mezi genetickou
náchylností a faktory zevního prostředí [10]. Vitamin D je dáván do vztahu k RS z toho
důvodu, že RS má typické geografické rozložení incidence a prevalence v závislosti na
zeměpisné šířce [18]. Čím větší je vzdálenost od rovníku, tím je výskyt RS vyšší [49]. Rovněž
je popsána sezónní fluktuace nemoci [50]. Ačkoli příčin může být více, je menší expozice
slunečnímu záření a nižší hodnota vitaminu D jednou z možných a nabízí plausibilní
vysvětlení, zejména v některých oblastech se specifickými populacemi [13]. Deficience
vitaminu D se jeví v korelaci s tíží funkčního deficitu, hodnoceného škálou Expanded
Disability Status Scale (EDSS) [19]. U pacientů s častějšími atakami byla popsána hladina
vitaminu D nižší ve srovnání s pacienty, kteří měli ataky nemoci méně časté [23, 24]. Nižší
hladiny vitaminu D byly zjištěny i u pacientů s primárně progresivním průběhem onemocnění
[37, 38, 40]. Úskalí tohoto mechanistického přístupu je však v tom, že pacienti s těžším
průběhem nemoci jsou méně hybní a soběstační, mají nižší expozici slunečnímu záření než
pacienti méně postižení a nižší hladina vitaminu D je důsledkem tohoto stavu [10, 13].
Hypovitaminóza D jednou z možných příčin i z důvodu ovlivnění imunitního systému [39].
Vitamin D inhibuje proliferaci T lymfocytů a indukuje jejich apoptózu, působí na ně
imunosupresivním
účinkem.
Byl
prokázán
vliv
vitaminu
D
na
diferenciaci
CD4+CD25+FoxP3+ T buněk, schopných zastavit rozvoj autoimunitní odpovědi. Jakkoli se
zdá vliv vitaminu D na vznik a průběh nemoci významný, chybí dostatečně validní data, která
by čerpala z validního srovnání homogenních skupin pacientů [44]. Totéž platí i pro dosud
proběhlé intervenční studie suplementace vitaminu D. Náhled na úlohu vitaminu D je široký,
od velmi rezervovaného přístupu až k charakteru panacea. Ukazuje se, že vitamin D může být
jedním z faktorů, podílejících se na vzniku a průběhu nemoci, avšak jeho nižší hladina může
být zároveň jejím důsledkem. Zkoumání role vitaminu D je nadále vhodné.
Vitamin D a kognitivní poruchy
Kognitivní poruchy, demence, zejména Alzheimerova nemoc, jsou označovány za epidemii
21. století. Představují mimořádnou zdravotní, sociální i ekonomickou zátěž. Jsou hledány
nové strategie včasné diagnostiky a možného ovlivnění progrese degenerativního procesu,
vedoucímu k nevratné ztrátě neuronů. Receptory vitaminu D jsou zastoupeny v oblastech
51
často postižených Alzheimerovou nemocí, jako je hippocampus a přilehlé struktury. Je
popisován pozitivní účinek vitaminu D na kognitivní funkce, způsobený inhibicí syntézy
oxidů dusíku, regulací enzymatických dějů v metabolismu glutationu a neurotrofinu a
v regulaci buněčného kalcia. Byly zjištěny nižší hladiny vitaminu D u pacientů s kognitivním
deficitem ve srovnání s běžnou populací. Rovněž zde však může být hypovitaminóza D i
důsledkem nesoběstačnosti, menší mobility a nižší expozici slunečnímu záření a zhoršení
nutrice u pacientů s demencí. Vitamin D může u těchto pacientů pomoci ovlivnit komorbidity,
které dále zhoršují průběh základní nemoci, jako jsou kardiovaskulární a cerebrovaskulární
nemoci, záněty, rovněž svalová slabost, pády a zlomeniny [5, 6, 28, 33, 47].
Závěr
Působení vitaminu D prolíná celým organismem, tedy i nervovým systémem. Nedostatek
vitaminu D se primárně uplatňuje na rozvoji a průběhu některých typů výše uvedených
neurologických onemocnění, častěji je jedním z mnoha faktorů a velmi často je zároveň
důsledkem těchto nemocí, především zhoršené soběstačnosti a omezení běžného stylu života.
Jsou nutné další výzkumy problematiky.
Reference
[1] Adams JS, Hewison M. Unexpected actions of vitamin D: new perspectives on the regulation of innate and
adaptive immunity. Nat Clin Pract Endocrinol Metab 2008; 4: 80-90.
[2] Anderson JL, May HT, Horne BD, Bair TL, Hall NL, Carlquist JF, Lappé DL, Muhlestein JB;
Intermountain Heart Collaborative (IHC) Study Group. Relation of vitamin D deficiency to cardiovascular
risk factors, disease status, and incident events in a general healthcare population. Am J Cardiol. 2010 Oct
1;106(7):963-8.
[3] Bischoff-Ferrari HA, Borchers M, Gudat F, Dürmüller U, Stähelin HB, Dick W: Vitamin D receptor
expression in human muscle tissue decreases with age. J Bone Miner Res 2004; 19: 265–269.
[4] Brewer LC, Michos ED, Reis JP. Vitamin D in atherosclerosis, vascular disease, and endothelial function.
Curr Drug Targets. 2011 Jan;12(1):54-60.
[5] Buell JS, Dawson-Hughes B, Scott TM, Weiner DE, Dallal GE, Qui WQ, Bergethon P, Rosenberg IH,
Folstein MF, Patz S, Bhadelia RA, Tucker KL. 25-Hydroxyvitamin D, dementia, and cerebrovascular
pathology in elders receiving home services. Neurology. 2010 Jan 5;74(1):18-26.
[6] Buell JS, Scott TM, Dawson-Hughes B, et al. Vitamin D is associated with cognitive function in elders
receiving home health services. J Gerontol A Biol Sci Med Sci 2009;64:888–895.
[7] Carda S, Cisari C, Invernizzi M, Bevilacqua M. Osteoporosis after stroke: a review of the causes and
potential treatments. Cerebrovasc Dis. 2009;28(2):191-200.
[8] Cooper R, Rotimi C. Hypertension in populations of West African origin: is there a genetic predisposition?
J Hypertens 1994; 12: 215-27.
52
[9] Corrado E, Rizzo M, Coppola G, Fattouch K, Novo G, Marturana I, Ferrara F, Novo S. An update on the
role of markers of inflammation in atherosclerosis. J Atheroscler Thromb. 2010 Feb;17(1):1-11. Epub
2009 Dec 24.
[10] Correale J, Ysrraelit MC, Gaitán MI. Immunomodulatory effects of Vitamin D in multiple sclerosis. Brain.
2009 May;132(Pt 5):1146-60.
[11] Faridi MM, Aggarwal A. Phenytoin induced vitamin D deficiency presenting as proximal muscle weakness.
Indian Pediatr. 2010 Jul 7;47(7):624-5.
[12] Gouni-Berthold I, Krone W, Berthold H. K. Vitamin D and Cardiovascular Disease. Current Vascular
Pharmacology, Volume 7, Number 3, July 2009 , pp. 414-422(9).
[13] Handunnetthi L, Ramagopalan SV, Ebers GC. Multiple sclerosis, vitamin D, and HLA-DRB1*15.
Neurology. 2010 Jun 8;74(23):1905-10.
[14] Hayes CE, Nashold FE, Spach KM, et al. The immunological functions of the vitamin D endocrine system.
Cell Mol Biol. 2003;49:277–300.
[15] Holick MF. Vitamin D deficiency. N Engl J Med 2007; 357: 266-81.
[16] Kendrick J, Targher G, Smits G, Chonchol M. 25-Hydroxyvitamin D deficiency is independently associated
with cardiovascular disease in the Third National Health and Nutrition Examination Survey.
Atherosclerosis. 2009 Jul;205(1):255-60. Epub 2008 Nov 11.
[17] Kunes J, Tremblay J, Bellavance F, Hamet P. Influence of environmental temperature on the blood
pressure of hypertensive patients in Montreal. Am J Hypertens 1991; 4: 422-6.
[18] Kurtzke JF. Geography in multiple sclerosis. J. Neurol. 215(1) 1–26 (1977).
[19] Kurtzke JF. Rating neurologic impairment in multiple sclerosis: an expanded disability status scale (EDSS)
Neurology. 1983;33(11):1444–1452.
[20] Lee JH, O’Keefe JH, Bell D, Hensrud DD, Holick MF. Vitamin D deficiency: an important, common, and
easily treatable cardiovascular risk factor? J Am Coll Cardiol 2008;52:1949 –1956.
[21] Libby P, Okamoto Y, Rocha VZ, Folco E. Inflammation in atherosclerosis: transition from theory to
practice. Circ J. 2010 Feb;74(2):213-20.
[22] Mathieu C, Adorini L. The coming of age of 1,25-dihydroxyvitamin D(3) analogs as immunomodulatory
agents. Trends Mol Med 2002; 8: 174-9.
[23] Mehta B, Ramanathan M, Weinstock-Guttman B. Vitamin D and multiple sclerosis: can vitamin D prevent
disease progression? Expert Rev Neurother. 2011 Apr;11(4):469-71.
[24] Munger KL, Levin LI, Hollis BW, et al. Serum 25-hydroxyvitamin D levels and risk of multiple sclerosis.
JAMA. 2006;296:2832–38.
[25] Nadir MA, Szwejkowski BR, Witham MD. Vitamin D and cardiovascular prevention. Cardiovasc Ther.
2010 Aug;28(4):e5-12.
[26] Norman AW. Minireview: vitamin D receptor: new assignments for an already busy receptor.
Endocrinology 2006; 147: 5542-8.
[27] O'Leary DH, Polak JF. Intima-media thickness: a tool for atherosclerosis imaging and event prediction.
Am J Cardiol 2002; 90:18L-21L.
[28] Oudshoorn C, Mattace-Raso FU, van der Velde N, Colin EM, van der Cammen TJ. Higher serum vitamin
D3 levels are associated with better cognitive test performance in patients with Alzheimer's disease.
Dement Geriatr Cogn Disord. 2008;25(6):539-43.
[29] Peechakara SV, Pittas AG. Vitamin D as a potential modifier of diabetes risk. Nat Clin Pract Endocrinol
Metab 2008; 4: 182-3.
[30] Pittas AG, Dawson-Hughes B, Li T, Van Dam RM, Willett WC, Manson JE, et al. Vitamin D and calcium
intake in relation to type 2 diabetes in women. Diabetes Care 2006; 29: 650-6.
[31] Pittas AG, Lau J, Hu FB, Dawson-Hughes B. The role of vitamin D and calcium in type 2 diabetes. A
systematic review and metaanalysis.J Clin Endocrinol Metab 2007; 92: 2017-29.
53
[32] Poole KE, Loveridge N, Barker PJ, Halsall DJ, Rose C, Reeve J, Warburton EA. Reduced vitamin D in
acute stroke. Stroke. 2006 Jan;37(1):243-5.
[33] Przybelski RJ, Binkley NC: Is vitamin D important for preserving cognition? A positive correlation of
serum 25-hydroxyvitamin D concentration with cognitive function. Arch Biochem Biophys 2007; 460: 202–
205.
[34] Reis JP, von Mühlen D, Michos ED, Miller ER 3rd, Appel LJ, Araneta MR, Barrett-Connor E. Serum
vitamin D, parathyroid hormone levels, and carotid atherosclerosis. Atherosclerosis. 2009
Dec;207(2):585-90.
[35] Rostand SG. Ultraviolet light may contribute to geographic and racial blood pressure differences.
Hypertension 1997; 30: 150-6.
[36] Schleithoff SS, Zittermann A, Tenderich G, Berthold HK, Stehle P, Koerfer R. Vitamin D supplementation
improves cytokine profiles in patients with congestive heart failure: a double-blind, randomized, placebocontrolled trial. Am J Clin Nutr 2006; 83: 754-9.
[37] Smolders J, Damoiseaux J, Menheere P, Hupperts R. Vitamin D as an immune modulator in multiple
sclerosis, a review. Journal of Neuroimmunology. 2008;194(1-2):7–17.
[38] Smolders J, Menheere P, Kessels A, Damoiseaux J, Hupperts R. Association of vitamin D metabolite levels
with relapse rate and disability in multiple sclerosis. MultScler. 2008;14(9):1220–4.
[39] Smolders J, Thewissen M, Peelen E et al. Vitamin D status is positively correlated with regulatory T cell
function in patients with multiple sclerosis. PLoS One 4(8),e6635 (2009).
[40] Smolders J. Vitamin d and multiple sclerosis: correlation, causality, and controversy. Autoimmune Dis.
2010 Oct 5;2011:629538.
[41] Targher G, Bertolini L, Padovani R, Zenari L, Scala L, Cigolini M, et al. Serum 25-hydroxyvitamin D3
concentrations and carotid artery intima-media thickness among type 2 diabetic patients. Clin Endocrinol
(Oxf) 2006; 65: 593-7.
[42] The European Stroke Organisation (ESO): ESO Guidelines for Management of Ischaemic Stroke. 2009.
[43] van Etten E, Mathieu C. Immunoregulation by 1,25-dihydroxyvitamin D3: basic concepts. J Steroid
Biochem Mol Biol 2005; 97:93-101.
[44] vander Mei IA, Ponsonby AL, Dwyer T, et al. Past exposure to sun, skin phenotype, and risk of multiple
sclerosis: case-control study. BMJ. 2003;327:316.
[45] Vieth R. Vitamin D supplementation, 25-hydroxyvitamin D concentrations, and safety. Am J Clin Nutr
1999; 69: 842-56.
[46] Wallis DE, Penckofer S, Sizemore GW. The “sunshine deficit” and cardiovascular disease. Circulation
2008;118:1476 –1485.
[47] Wilkins CH, Sheline YI, Roe CM, Birge SJ, Morris JC. Vitamin D deficiency is associated with low mood
and worse cognitive performance in older adults. Am J Geriatr Psychiatry 2006;14:1033–1040.
[48] Woodhouse PR, Khaw KT, Plummer M. Seasonal variation of blood pressure and its relationship to
ambient temperature in an elderly population. J Hypertens 1993; 11: 1267-74.
[49] Wüthrich R, Rieder HP. The seasonal incidence of multiple sclerosis in Switzerland. European Neurology.
1970;3(5):257–264.
[50] Yildiz M, Tettenborn B, Putzki N. Vitamin D levels in Swiss multiple sclerosis patients. Swiss Med Wkly.
2011 May 3;141:w13192. doi: 10.4414/smw.2011.13192.
54
Vitamin D a imunita
8. Vitamin D a imunita
Ivan Šterzl, Radka Fuchsová
Aktivní forma D vitaminu 1,25-dihydroxycholekalciferol (vitamin D3), byla původně popsána
jako komponenta metabolismu kostí a minerálů. Asi před 30-ti lety byly prokázány tzv.
neklasické aktivity vitaminu D3, při sledování nádorových buněčných linií. Ukázalo se, že
vazba vitaminu D3 na jeho receptor (VDR) má antiproliferativní a protidiferenciační působení
u rakovinných buněk. To poukázalo na novou tvář vitaminu D3.
K přeměně vitaminu D do aktivní formy je nutný enzym 1α-hydroxylaza měnící 25(OH)D na
D3, ten je uvolňován v ledvinách, aktivních makrofázích, dendritických buňkách a v řadě
dalších tkání. Tato forma enzymu není regulována parathormonem, ale spíše faktory jako je
IFN γ, a je potlačována maturací dendritických buněk.
Bylo prokázáno, že D3 působí v oblasti imunitního systému přes svůj receptor (VDR), který je
součástí velké rodiny steroidních nukleárních receptorů. Sem patří receptory pro glukokortikoidy,
tyreoidální hormony, pohlavní hormony, retinoidy, mastné kyseliny a eikosanoidy (Obr. 8.1).
Obr. 8.1 Souhra regulačních mechanismů imunitního a endokrinního systému, do kterého je začleněn D3
přes VDR receptor. Obrázek byl použit se souhlasem redakce z [1].
55
Vitamin D a imunita
Receptor pro VDR je přítomen na všech buňkách imunitního systému, zvláště na
profesionálních antigen prezentujících buňkách (makrofázích a dendritických buňkách) a
aktivovaných T lymfocytech [1] a exprese VDR na odpočívajících T pomocných lymfocytech
CD4 se po aktivaci zpětinásobí. Vazba aktivního vitaminu D3 na VDR ovlivňuje skupinu
genů. VDR působí jako ligandem-aktivovaný transkripční faktor, který se váže na specifické,
sekvenční DNA elementy (VDRE) v oblasti D3 odpovídajícího genu, které ovlivňují aktivitu
transkripce,
zprostředkovanou
RNA
polymerázou
II.
Tato
vazba
je
nutná
při
aktivaci prozánětlivé reakce a je nezbytná při rozvoji přirozené a adaptivní imunity [2].
Působení vitaminu D3 na imunitní systém podle jeho vlivu na vývojově starší a mladší
stupně imunitní odpovědi se liší a má velký význam na jejich souhru.
Přirozená imunita
Přirozená imunita, vývojově starší, je charakterizovaná určitou strnulostí odpovědi na patogen
vstupující do organismu, nemá paměť na konkrétní antigen, s kterým se již setkala, ale její
velkou výhodou je okamžitá reakce.
Dříve se též nazývala nespecifická, ale bakterie mají povrchové struktury (PAMPS), které
mohou
být
poměrně
specificky
rozpoznávány
povrchovými
receptory
na
imunokompetentních buňkách (PRL), jejímž hlavním představitelem jsou TLR receptory
(Toll like receptors).
V přirozené imunitě se uplatňují se jak humorální složky přirozené, např. komplement,
cytokiny, proteiny akutní fáze atd., ale i buněčné, jako jsou granulocyty, zabíječi (K buňky),
přirození zabíječi (NK) a buňky monocytárně fagocytárního systému, kam patří makrofágy a
dendritické buňky. Tyto buňky se též uplatňují při prezentaci antigenu T lymfocytům a jsou
spojujícím mechanismem mezi přirozenou a adaptivní imunitou.
Přirozená imunita sehrává významnou roli při obraně proti mikrobiálním patogenům,
rozpoznáváním bakterií umožňuje (jak již bylo zmíněno) rodina TLR, které indukují produkci
řady antibakteriálních peptidů. Ukazuje se, že TLR indukují regulaci exprese VDR genů
na monocytech a makrofázích. VDR je funkční u primárních monocytů a je aktivován
přinejmenším jedním antimikrobiálním peptidem (Catheliciditin), schopným zprostředkovat
antibakteriální aktivitu [3]. Předpokládá se, že TLR2/1 indukujíce expresi genu pro 1α
56
Vitamin D a imunita
hydroxylasu (CYP27B1) a konverzi 25(OH)D na aktivní 1,25(OH)2D3. To může
charakterizovat jejich klíčovou roli při rozpoznání bakterií [4]. Antibakteriální efekt vitaminu
D byl již dříve dokumentován, např. snížení hladiny vitaminu D3 je spojováno se zvýšenou
citlivostí na mykobacterii tuberculosis [5].
Všechny tyto nálezy potvrzují, že D3 je klíčovým spojením mezi aktivací TLR a
antibakteriální odpovědí v přirozené imunitě. Tato cesta aktivace přirozené imunity, je
samozřejmě doplněna mechanismy adaptivní imunity reprezentované aktivovanými T
lymfocyty.
Monocyty a makrofágy
D3 aktivuje diferenciaci monocytů na makrofágy, blokuje uvolnění zánětlivých cytokinů a
chemokinů, snižuje jejich schopnost prezentovat antigen T lymfocytům (snížením exprese
MHC-II,.. ) molekul na jejich buněčném povrchu [6]. Tato představa byla podpořena nálezem
odlišné exprese VDR a enzymu 1-α hydroxylázy během přeměny monocytu na makrofág.
Ukázalo se, že normální lidský makrofág je schopen sám syntetizovat D3, je-li stimulovaný
IFNγ. Tyto nálezy byly potvrzeny na úrovni DNA. Kombinace aktivace D3 a TLR2/1
stimuluje expresi proteinu cathelicidinu, takže D3 vitamin je schopen aktivovat zabití
mykobacterie tuberculosis monocyty. V pozdější době se ukázalo, že i podání vitaminu D3 in
vivo může aktivovat zvýšení exprese cathelicidinu indukovanou TLR2/1 [7].
Cathelicidin byl popsán před několika lety jako cíl transkripční regulace mezi D3 ligandou a
VDR, v oblasti tohoto genu jsou promotory obsahující funkční elementy pro odpověď D3
vitaminu (VDRE). Je zajímavé, že tyto VDRE se objevují mezi sekvencemi malých vnitřně se
měnících jaderných elementů (SINE), které se nacházejí v promotoru genu pro cathelicidin
v genech vyšších primátů, což naznačuje, že D3 se uplatňuje při regulaci přirozené imunity
evolučně teprve nedávno.
Stále není zcela jasné, jakým mechanismem probíhá signál při aktivaci TLR, při indukci
exprese VDR a 1-α hydroxylázy. Potvrzují se děje, které jsou zahrnuty v transkripční regulaci
CYP27B1 předpokládající, že TLR4, indukuje enzymy, kam patří: JAK-STAT, MAP-kinasy,
a jaderný faktor κB (NF-κB) (obr. 8.2). Tyto děje jsou aktivovány syntézou IFN γ přes
CYP27B1. Indukce 1- α hydroxylázy přes TLR 2/1, je nepřímá a funguje přes indukci IL15,
57
Vitamin D a imunita
který je též faktorem indukující CYP27B1 a 1-α hydroxylázu [4]. Ukázalo se také, že i IL17A zvyšuje hladinu D3 a cathelicidinu, přestože neaktivuje 1-α hydroxylázu a zvýšení
citlivosti VDR [8].
Obr8.2 Zjednodušený mechanismus přenosu signálu z TLR do jádra, kde se uplatňuje i aktivace D3.
Obrázek byl použit se souhlasem redakce z [1].
Dalším z významných vlivů D vitaminu na přirozenou imunitu je schopnost blokovat její
aktivaci, např. vlastní degradací přes 24-hydroxylázu, která zablokuje odpověď D3 na CYP24.
Dále D3 je schopen zablokovat expresi TLR 2 a TLR 4 na monocytech a zablokovat
zánětlivou reakci, která při jejich aktivaci vzniká [9]. Takže vitamin D se může uplatnit nejen
při eliminaci patogenu, ale i při preventivním zablokování přirozené imunity, nebo ochranou
jedince před její přehnanou aktivací.
Ukazuje se, že se vyskytují látky antagonizující působení D3 a jeho receptoru na imunitu.
Např. polycyklický aromatický hydroxykarbonový benzo(A)pyren, který je především
obsažen v cigaretovém kouři, je schopen potlačit indukci makrofágového cathelicidinu,
58
Vitamin D a imunita
indukovaného vitaminem D a indukovat 24- hydroxylazu, vedoucí ke katabolismu vitaminu D
[10].
Ukázali jsme, že vitamin D je zahrnut do mechanismu vázajícího se k eliminaci patogenu a to
cestou přirozené imunity, kde se uplatňuje přes TLR a indukci cytokinů. Objev exprese
cathelicidinu až u časných vývojových stupňů Homo sapiens poukazuje i na význam vitaminu
D3 v evoluci imunity.
V přirozené imunitě má D3 vliv na zpracování a prezentace antigenu mikrofágy a především
dendritickými buňkami (DC), tzv. profesionálními antigen prezentujícími buňkami (APC)
pomocným TH lymfocytům, a uplatňuje se při přechodu mezi přirozenou a adaptivní
imunitou.
Dendritické buňky
Dendritické buňky existují v neaktivní a aktivované formě. Morfologicky i funkčně se mohou
dělit na myeloidní (mDC) a na plasmoidní (pDC). Bylo prokázáno, že DC exprimují VDR a
D3 inhibuje dozrávání z monocytů derivovaných DC, tedy snižují schopnost a počet buněk,
které prezentují antigen T lymfocytům [11].
Rozdíly jsou i v samotných mDC a pDC. Myeloidní DC jsou nejefektivnější APC a
reprezentují cestu aktivace T lymfocytu, na druhé straně plasmoidní DC se více váží
k imunologické toleranci. Je také zajímavé, že D3 se snaží především regulovat mDC a
nejvýznamnější efekt vitaminu D je potlačení aktivace naivních T lymfocytů. Vitamin D
naopak nevykazuje výrazný vliv na pDC, tedy vitamin D pravděpodobně nemá příliš
významný vliv na regulaci jejich tolerogenní odpovědi [5].
Adaptivní imunita
Další oblastí působení D3 vitaminu je adaptivní imunita. Je reprezentována T a B lymfocyty
a produkcí protilátek. Oba typy buněk jsou schopny vázat specifický antigen, ale
nejdůležitější
pro
tvorbu
paměťové
odpovědi
je
vazba
antigenu
předkládaného
profesionálními antigen prezentujícími buňkami (DC a mikrofágy) na T pomocné lymfocyty.
59
Vitamin D a imunita
T lymfocyty se dělí na efektorové, kam patří pomocné T lymfocyty TH (CD4),
rozpoznávající antigen ve vazbě na molekuly MHC (HLA) II třídy a na cytotoxické T
lymfocyty TC(CD8), rozpoznávající antigen ve vazbě na molekuly MHC I třídy. Po vazbě TH
lymfocytů na antigen podle prostředí, v kterém se nacházejí, a případně typů probíhající
infekce, se dělí na TH1, kde infekci reprezentuje intracelulární patogen (např. viry) a
potřebují aktivovat produkcí cytokinů IL-2, IFNγ, TNF cytotoxickou likvidaci infikované
buňky pomocí TC lymfocytů. V případě extracelulárního patogenu (např. parazity) jsou
aktivovány TH 2 lymfocyty, které svou produkcí cytosinů, např. IL-4, IL-5, aktivují B
lymfocyty k přeměně na plasmatické buňky a produkci protilátek, které se mění na paměťové
lymfocyty, postupně se specifikují imunoglobuliny na antigen a dochází k přesmyku jejich
typů. Dále je dělíme na regulační T lymfocyty (CD4CD25), které dokážou kontaktem
vyblokovat efektorové lymfocyty a uplatňují se v prevenci i reverzi autoimunitních
onemocnění (obr. 8.3). Uplatňují se při prevenci odhojení transplantátu a snižují protiinfekční
a protinádorové imunity.
Obr. 8.3 Mechanismus, kterým regulační T lymfocyt vyblokuje působení ejektorových lymfocytů.
Obrázek byl použit se souhlasem redakce z [1].
T pomocné lymfocyty
Vitamin D3 je zásadní aktivátor adaptivní imunitní odpovědi a bez dostatečného zásobení
vitaminem D3 by T lymfocyty nebyly schopné reagovat a zasahovat při vážných infekcích
organismu. Ukázalo se, že T lymfocyty se bez vitaminu D neaktivují a při nízké hladině
vitaminu zůstávají v neaktivní, naivní formě. V momentu, kdy je T lymfocytům prezentován
60
Vitamin D a imunita
cizí antigen, antigen prezentující buňkou (DC) hledá vitamin D a není-li přítomen v okolí
dostatek vitaminu D, není schopen se aktivovat.
Vliv D3 na odpočívající TH lymfocyty je malý, mají téměř nedetekovatelný počet VDR,
zatímco po aktivaci proliferace T lymfocytů antigenem dochází k jejich prudkému nárůstu
[12, 13]. Aktivace T lymfocytů může být i za přítomnosti IL-12, který je produkován
makrofágy, dendritickými buňkami a Langerhansovými buňkami, nebo keratinocyty v kůži
[14]. Ale D3 inhibuje sekreci IL-12, IFN γ, TNF a expresi IL- 2, odpovědných za aktivace
buňkami zprostředkované cytotoxické reakce, za kterou je zodpovědná TH1 lymfocytární
subpopulace, zatímco zvyšuje hladiny IL-4, IL-5, IL-10, vedoucí k rozvoji TH2 subpopulace,
odpovědné za protilátkami mediovanou imunitní odpověď [15]. Uvažuje se, že D3 může
aktivovat přeměnu TH1 na TH2 a blokovat možné poškození tkání vázané na TH1
cytotoxickou imunitní odpověď. Jak již jsme se zmínili, subpopulace pomocných TH
lymfocytů může být diferencována nai TH17 [14]. D3 inhibuje produkci IL- 6, cytokínu
stimulujícího aktivaci TH17 lymfocytů, důležitých při vývoji autoimunity. TH17 lymfocyty
mají nejen významnou roli při likvidaci určitých patogenů, ale jsou vázány také s poškozením
tkáně zánětem. Vliv vitaminu D jako regulátoru TH17 lymfocytu se ukázal na modelu
gastrointestinálního zánětlivého onemocnění – kolitidy, kde D3 snižuje expresi IL-17, zatímco
při ztrátě vitaminu D (při ablaci genu CYP27B1) dochází k nárůstu hladin tohoto cytokinu. Je
tedy možné, že vitamin D ovlivňuje zánětlivá a autoimunitní onemocnění i přes regulaci TH
17 lymfocytů [16].
Indukce receptoru pro chemokiny CCR10 na aktivovaných T lymfocytech je závislá na
přítomnosti D3. Naivní T lymfocyt netvoří CCR10 a je-li aktivován (anti CD3, nebo anti
CD28) pouze za přítomnosti D3 je T lymfocyt aktivován a exprimuj CCR10. Vazba D3 na
VDR vyvolává také protizánětlivý efekt přes oslabení prostaglandinové cesty a
cyclooxygenázy 2 a tvorbu regulačních T lymfocytů produkujících IL-10, které mají blokační
efekt přes APC na efektorové T lymfocyty [17].
V posledním desetiletí se mimo efektorové T lymfocyty prokázaly i regulační T lymfocyty Treg(CD4CD25). Vitamin D přes Treg (při současném podání glukokortikoidů) významně
stimuluje produkci IL-10. Nové práce prokázaly, že samotný D3 může indukovat Treg a že D3
především působí cestou proliferace a diferenciace regulačních T lymfocytů. V oblasti
adaptivní imunity má významný terapeutický efekt na autoimunitní onemocnění (obr. 8.4) a
blokaci odhojení transplantátu. Tyto supresivní mechanizmy jsou částečně doplněny indukcí
61
Vitamin D a imunita
pDC vitaminem D, zvýšením sekrece IL-10 a expresí TLR9. Všechny nálezy ukazují na
význam D vitaminu v propojení přirozené a adaptivní imunity [18].
Obr. 8.4 Působením D3 může dojít k namnožení a aktivaci regulačních T lymfocytů a zvrácení negativního
průběhu autoimunitního onemocnění. Obrázek byl použit se souhlasem redakce z [1].
T cytotoxické lymfocyty
Poznatky o vlivu vitaminu D na TC lymfocyt jsou poměrně vzácné. Na rozdíl od CD4
lymfocytů je vliv vitaminu D na proliferaci TC jen poměrně malý. Přesto počet VDR je na TC
velký a dá se předpokládat, že TC lymfocyt může být cílem pro působení D3. Poslední studie
prokázaly, že D3 ovlivňuje produkci TC cytokinů a může tak ovlivnit proliferaci TC
lymfocytů po specifickém imunitním stimulu. Přesto na zvířecím modelu jako je autoimunitní
encefalitida nebyl vliv D3 na TC prokázán [19].
Byly prokázány i jiné účinky D vitaminu na adaptivní imunitní systém. Byl prokázán jeho
vliv na homming T lymfocytů do specifické tkáně. Vzhledem k tomu, že D3 se může
aktivovat ve slunci exponované části kůže a to na nose, uších, kde může přímo aktivovat
kožní T lymfocyty přes aktivaci kožní CCR10 a může zvýšit imunitní odpověď, poškozující
slunci exponovanou kůži. Daný model, kde sluneční světlo působící jako přírodní stimul kůže,
vytvářející vitamin D a indukující T-lymfocytární epidermotrofismus (CCR10 exprese a na
směřování do epidermálního chemokinu CCL27) předpokládá kaskádu enzymatických reakcí
mediovanou antigen prezentujícími DC a aktivovanými T lymfocyty, vedoucí k transkripci
CCR10 při odpovědi na vazbu ligandu na VDR [20]. Předpokládá se, že vazba mezi UV
62
Vitamin D a imunita
indukcí vitaminu D3 a aktivací epiteliálních T(γδ) lymfocytů se dá brát jako odpověď na časté
slunění a poškození vnější exponované vrstvy kůže.
B lymfocyty
U B lymfocytů obdobně jako u T lymfocytů pouze aktivní B lymfocyty mají na svém povrchu
VDR. Ukazuje se, že vliv D3 na B lymfocyty je zprostředkovaný přes T lymfocyty [21].
Přesto některé poslední práce ukazují, že určitý přímý efekt vitaminu D3 je, a to inhibicí
diferenciace plasmatických buněk a inhibicí přesmyku jednotlivých tříd imunoglobulínů u
paměťových B lymfocytů. Tyto nálezy částečně vysvětlují působení D3 například u SLE, kde
u některých pacientů s SLE, u separovaných B lymfocytů, D3 inhibuje produkci autoprotilátek
in vitro. Navíc B lymfocyty také exprimují CYP27B1. To může být obecné pro všechny
lymfocyty [20].
Vitamin D, infekční onemocnění a autoimunita
Vitamin D má mnohočetné imunosupresivní účinky. Hladina D vitaminu je často považována
za rizikový faktor autoimunitních onemocnění a jeho nedostatek je vázán i na životní
prostředí [22]. Také polymorfismus genu pro VDR je vázán se zvýšeným rizikem
mnohočetných
autoimunitních
onemocnění,
např.
Hashimotovy
thyreoiditidy,
GB
thyreotoxikosy, diabetu 1. typu, Addisonovy choroby, revmatoidní artritidy, SLE, primární
biliární cirhozy, autoimunitní hepatitidy, vitiliga, celiakie, zánětlivých puchýřnatých
onemocnění a multiple sclerosis (MS) u lidí [23].
Bylo statisticky prokázáno, že incidence MS má vyšší výskyt v severních krajinách, kde
koreluje s expozicí UV světla, dokonce se ukázalo, že MS může být vázané i na narození v
zimě oproti jiným ročním obdobím, což by mohlo odpovídat menšímu množství mateřského
vitaminu D v těhotenství [22]. Ve studii s 257 pacienty, u kterých došlo k rozvoji MS, vyšší
hladina D vitaminu nesla nižší riziko výskytu MS, ale pouze u bělochů. U černochů a
hispánců tento efekt nebyl nalezen. Efekt byl větší u pacientů mladších 20-ti let [24], [25].
Byla provedena řada studií, kde se sledovalo podávání vitaminu D nebo jeho analog na
aktivitu prokázaného autoimunitního onemocnění, bylo např. prokázáno, že vysoké dávky 1alfa(OH)D3 redukují bolest a hladinu CRP u 19-ti pacientů během tříměsíčního testu u
63
Vitamin D a imunita
RA[26]. Hypponen prokázal, že podávání D3 dětem během prvního roku života sníží
rizikovost DM 1. typu u pacientů hodnocených ve věku 31 let, a doporučuje podávání D3
preventivně během prvního roku života [27].
V poslední době se ukázalo, že jednou z příčin rizika autoimunitních onemocnění může být i
chronická infekce. VDR není vždy schopen efektivně vázat D3, protože receptor je současně
blokován bakteriálními ligandami. Jako určité potvrzení, že při autoimunitních onemocnění
VDR není schopen dostatečně vázat D3, jsou klinická data, kdy pacienti s autoimunitou přes
vysoké dávky vitaminu D nevytvoří hyperkalcémii [28]. Tato pozorování se nachází i
v onkologické praxi u rakoviny. Aktivní VDR inhibuje růst nádorových buněk a indukuje
apoptosu v tumoru. Mechanismus, kterým vitamin D ochraňuje před autoimunitními
onemocněními, není zatím jasný, ale je nutné připustit teorii, že perzistující bakteriální
infekce můžou vést k rozvoji autoimunitního onemocnění přes blokaci VDR. Je-li tomu tak,
potom nízká hladina D vitaminu u pacientů s autoimunitním onemocněním je spíše
výsledkem než příčinou daného onemocnění. Mikrobiální, především bakteriální patogeny
mohou přežívat v lidském těle tak, že produkují proteiny, které antagonizují vazbu D3 na
VDR a oslabují přirozenou imunitní odpověď. Zvyšující se hladina D vitaminu během infekce
naopak signalizuje správnou reakci přirozeného imunitního systému na infekci [10].
Reference
1.
Šterzl I. Přehledná imunoendokrinologie. Praha: Maxdorf 2006.
2.
Mathieu C, Van Etten, E., Overbergh, L., Bouillon, R. Vitamin D3 in Control of Immune Response, In:
Immunoendocrinology in Health and Disease, Geenen V, Chrousos, George, New York: Marcel Dekker
2006.
3.
Adams JS, Ren S, Liu PT, et al. Vitamin d-directed rheostatic regulation of monocyte antibacterial
responses. J Immunol. 2009; 182: 4289-4295.
4.
Stoffels K, Overbergh L, Giulietti A, et al. Immune regulation of 25-hydroxyvitamin-D3-1alphahydroxylase in human monocytes. J Bone Miner Res. 2006; 21: 37-47.
5.
Hewison M. Vitamin D and the immune system: new perspectives on an old theme. Endocrinol Metab
Clin North Am. 2010; 39: 365-379, table of contents.
6.
Cantorna MT, Mahon BD. Mounting evidence for vitamin D as an environmental factor affecting
autoimmune disease prevalence. Exp Biol Med (Maywood). 2004; 229: 1136-1142.
7.
Wang TT, Nestel FP, Bourdeau V, et al. Cutting edge: 1,25-dihydroxyvitamin D3 is a direct inducer of
antimicrobial peptide gene expression. J Immunol. 2004; 173: 2909-2912.
8.
Peric M, Koglin S, Kim SM, et al. IL-17A enhances vitamin D3-induced expression of cathelicidin
antimicrobial peptide in human keratinocytes. J Immunol. 2008; 181: 8504-8512.
9.
Sadeghi K, Wessner B, Laggner U, et al. Vitamin D3 down-regulates monocyte TLR expression and
triggers hyporesponsiveness to pathogen-associated molecular patterns. Eur J Immunol. 2006; 36: 361370.
64
Vitamin D a imunita
10. Albert PJ, Proal AD, Marshall TG. Vitamin D: the alternative hypothesis. Autoimmun Rev. 2009; 8:
639-644.
11. Hewison M, Freeman L, Hughes SV, et al. Differential regulation of vitamin D receptor and its ligand
in human monocyte-derived dendritic cells. J Immunol. 2003; 170: 5382-5390.
12. Karmali R, Hewison M, Rayment N, et al. 1,25(OH)2D3 regulates c-myc mRNA levels in tonsillar T
lymphocytes. Immunology. 1991; 74: 589-593.
13. Mahon BD, Wittke A, Weaver V, et al. The targets of vitamin D depend on the differentiation and
activation status of CD4 positive T cells. J Cell Biochem. 2003; 89: 922-932.
14. Topilski I, Flaishon L, Naveh Y, et al. The anti-inflammatory effects of 1,25-dihydroxyvitamin D3 on
Th2 cells in vivo are due in part to the control of integrin-mediated T lymphocyte homing. Eur J
Immunol. 2004; 34: 1068-1076.
15. Overbergh L, Decallonne B, Waer M, et al. 1alpha,25-dihydroxyvitamin D3 induces an autoantigenspecific T-helper 1/T-helper 2 immune shift in NOD mice immunized with GAD65 (p524-543).
Diabetes. 2000; 49: 1301-1307.
16. Harrington LE, Mangan PR, Weaver CT. Expanding the effector CD4 T-cell repertoire: the Th17
lineage. Curr Opin Immunol. 2006; 18: 349-356.
17. Barrat FJ, Cua DJ, Boonstra A, et al. In vitro generation of interleukin 10-producing regulatory
CD4(+) T cells is induced by immunosuppressive drugs and inhibited by T helper type 1 (Th1)- and
Th2-inducing cytokines. J Exp Med. 2002; 195: 603-616.
18. Urry Z, Xystrakis E, Richards DF, et al. Ligation of TLR9 induced on human IL-10-secreting Tregs by
1alpha,25-dihydroxyvitamin D3 abrogates regulatory function. J Clin Invest. 2009; 119: 387-398.
19. Meehan TF, DeLuca HF. CD8(+) T cells are not necessary for 1 alpha,25-dihydroxyvitamin D(3) to
suppress experimental autoimmune encephalomyelitis in mice. Proc Natl Acad Sci U S A. 2002; 99:
5557-5560.
20. Sigmundsdottir H, Pan J, Debes GF, et al. DCs metabolize sunlight-induced vitamin D3 to 'program' T
cell attraction to the epidermal chemokine CCL27. Nat Immunol. 2007; 8: 285-293.
21. Lemire JM, Adams JS, Sakai R, et al. 1 alpha,25-dihydroxyvitamin D3 suppresses proliferation and
immunoglobulin production by normal human peripheral blood mononuclear cells. J Clin Invest. 1984;
74: 657-661.
22. Arnson Y, Amital H, Shoenfeld Y. Vitamin D and autoimmunity: new aetiological and therapeutic
considerations. Ann Rheum Dis. 2007; 66: 1137-1142.
23. Linker-Israeli M, Elstner E, Klinenberg JR, et al. Vitamin D(3) and its synthetic analogs inhibit the
spontaneous in vitro immunoglobulin production by SLE-derived PBMC. Clin Immunol. 2001; 99: 8293.
24. Ramagopalan SV, Maugeri NJ, Handunnetthi L, et al. Expression of the multiple sclerosis-associated
MHC class II Allele HLA-DRB1*1501 is regulated by vitamin D. PLoS Genet. 2009; 5: e1000369.
25. Munger KL, Levin LI, Hollis BW, et al. Serum 25-hydroxyvitamin D levels and risk of multiple
sclerosis. Jama. 2006; 296: 2832-2838.
26. Andjelkovic Z, Vojinovic J, Pejnovic N, et al. Disease modifying and immunomodulatory effects of high
dose 1 alpha (OH) D3 in rheumatoid arthritis patients. Clin Exp Rheumatol. 1999; 17: 453-456.
27. Hypponen E, Laara E, Reunanen A, et al. Intake of vitamin D and risk of type 1 diabetes: a birth-cohort
study. Lancet. 2001; 358: 1500-1503.
28. Blaney GP, Albert PJ, Proal AD. Vitamin D metabolites as clinical markers in autoimmune and chronic
disease. Ann N Y Acad Sci. 2009; 1173: 384-390.
65
VITAMIN D Ondřej Topolčan a kolektiv autorů Editor: prof. MUDr. Ondřej Topolčan, CSc. Lékařská fakulta v Plzni – Univerzita Karlova v Praze MUDr. Radka Fuchsová Lékařská fakulta v Plzni – Univerzita Karlova v Praze Redakční a grafická úprava: RNDr. Marie Karlíková, Ph.D. Lékařská fakulta v Plzni – Univerzita Karlova v Praze Publikace byla vytvořena za podpory projektu OPVK CZ1.07./2.3.00/09.0182 a SVV 264 801. © Všechna práva vyhrazena. Vydal Tribun EU, s. r. o. Cejl 32, 602 00 Brno Brno 2012 V Tribunu EU vydání první. První přepracované vydání. ISBN 978‐80‐263‐0321‐3

Vitamin D - Endokurzy

Transkript

Podobné dokumenty

Sborník souhrnů příspěvků - Symposium o nových směrech výroby a

DODATEK B Experimentální plán Čínské studie

Seznam obhájených diplomových, rigorózních a disertačních prací

prospect bi - Biotechnologická společnost

Nádorové markery

Biomarkery v onkologii

Program - Studentská vědecká konference LF MU

klikněte zde - Teorie vědy / Theory of Science

openMagazin 3/2009

http://www.thefreelibrary.com/Intricacies+of+fat.