VITAMIN D Ondřej Topolčan a kolektiv autorů

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 Ondřej Topolčan a kolektiv autorů

Recommend Documents