Роль витамина D в противовирусном иммунитете

Общее

Витамин D необходим для костной системы. Но он также играет огромную роль в регуляции иммунной системы, включая иммунные реакции на вирусную инфекцию. Исследования подтвердили, что дефицит витамина D снижает риск заболеваемости гриппом и инфекциями дыхательных путей.

Дефицит витамина D также наблюдается у большинства ВИЧ-инфицированных. Эксперименты на клеточных культурах подтвердили предположение, что витамин D оказывает противовирусный эффект по отношению к вирусам, имеющим вирусные оболочки.

Противовирусный механизм действия витамина D не установлен полностью, это может быть связано со способностью витамина D укреплять антимикробные пептиды LL-37 и человеческий бета-дефенсин.

Введение и общая физиология

Витамин D известен своей ролью в минерализации костей и обмене кальция в организме. Он является важным компонентом в рационе человека.

Литература по витамину D содержит обзоры по многим темам, включая влияние на врожденный иммунитет, сердечно-сосудистые заболевания и рак. Этот обзор фокусируется на предполагаемой роли витамина D в формировании профилактического и терапевтического антивирусного статуса.

Витамин D существует в нескольких формах, включая первичную циркулирующую форму 25-гидроксивитамин D [25 (OH) D] и активную форму 1,25-дигидроксивитамин D [1,25 (OH) 2D].

Витамин D образуется в коже под воздействием солнечного света (в результате превращения 7-дегидрохолестерина в холекальциферол, витамин D3), а также попадает в организм вместе с пищей или пищевыми добавками. Его можно принимать в виде витамина D3 или витамина D2 (эргокальциферол). 

После переваривания витамин D подвергается воздействию 25-гидроксилаз в печени и других тканях, для получения 25-гидроксивитамина D [25 (OH) D]. Затем 25-гидроксивитамин D превращается в 1,25-дигидроксивитамин D при участии фермента 25-гидроксивитамин D-1-α-гидроксилазы, CYP27B1.

Сыворотка 25 (OH) D коррелирует с общими хранилищами витамина D и является наиболее часто используемым биомаркером для оценки дефицита витамина D.

1,25-Дигидроксивитамин D [1,25 (OH) 2D] в основном образуется в почках при участии 1-α-гидроксилазы, CYP27B1. CYP27B1 также присутствует во множестве внепочечных тканей, включая иммунные клетки, и в отличие от почечной формы фермента, не регулируется сигнализацией метаболизма кальция. Катаболизм витамина D осуществляется с помощью 24-гидроксилаз, включая CYP24A1. Существует и обратная отрицательная связь, поскольку катаболические ферменты индуцируются 1,25 (OH) 2D.

Учитывая, что 1,25 (OH) 2D является активной формой витамина D, существует соблазн использовать его для диагностики и мониторинга состояния витамина D. Но, из-за более продолжительного периода полувыведения  25 (OH) D присутствует в более высоких концентрациях, чем его активный метаболит.

К тому же, дефицит витамина D приводит к повышению уровня паращитовидного гормона, индуцируя почечное гидроксилирование 25 (OH) D. Эта дополнительная регуляция витамина D кальцием и паратиреоидным гормоном ведёт к нормальным или повышенным уровням 1,25 (OH) 2D, при системном дефиците витамина D.

Витамин D молекулярный механизм и иммуномодуляция

Эффекты 1,25 (OH) 2D опосредуются им связыванием с рецептором витамина D (VDR). VDR является ядерным рецептором и после связывания его лиганда VDR димеризуется с изоформой рецептора ретиноида X. Эти гетеродимеры VDR-RXR связываются с элементами ответа витамина D, присутствующими в генах-мишенях. Помимо активации транскрипции, гетеродимеры могут вытеснять ядерные факторы активированных Т-клеток, приводя к репрессии генов, связанных с цитокинами.

1,25 (OH) 2D подавляет пролиферацию Th-1 клеток, приводящую к снижению производства гамма-интерферона и интерлейкина-2. Более низкие уровни циркулирующих цитокинов ведут к меньшей передаче антигена дендритными клетками. Экспрессия цитокинов, включая интерлейкин-4, увеличивается на 1,25 (OH). В целом, витамин D поляризует адаптивную иммунную систему от Th-1 к ответам Th-2.

Витамин D также играет роль в врожденной модуляции иммунного ответа. Рецепторы (TLR) в макрофагах, полиморфноядерных клетках, моноцитах и ​​эпителиальных клетках являются центральными для врожденного иммунного ответа. TLR распознают молекулярные структуры, связанные с инфекционными агентами. Например, липополисахариды бактерий, вирусные белки и нуклеиновые кислоты. При распознавании активированные TLR выделяют цитокины, которые вызывают образование антимикробных пептидов и активных форм кислорода.

Некоторые TLR одновременно влияют и подвергаются стимуляции VDR. Стимуляция TLR2 в макрофагах антимикробными пептидами приводит к увеличению локального выделения CYP27B1, что приводит к превращению витамина D в его активную форму. Некоторые антимикробные пептиды, связанные с TLR, оказывают антивирусные эффекты, и на их выделение влияют уровни витамина D. Человеческий бета-дефенсин 2 регулируется 1, 25 (OH) 2D и способствовует антивирусным эффектам в виде хемоаттрактанта для нейтрофилов и моноцитов. Кателицидин человека, антимикробный пептид, индуцирован активацией TLR1 / 2 и регулируется 1,25 (OH) 2D, являясь частью ответа VDR.

Кателицидины представляют собой семейство белков с C-терминальным катионным антимикробным доменом, активируемым расщеплением из N-концевого домена кателина. У людей активный антимикробный катехицидиновый пептид LL-37 отщепляется от пропептида hCAP18. Большинство кателицидина хранится в гранулах нейтрофилов, высвобождаясь в местах заражения, несколько других типов иммунных клеток, включая моноциты, NK-клетки и В-клетки, выделяют hCAP18.

Он выделяется в крови и эпителии конъюктивы, роговицы, респираторных, пищеварительных, мочевых путей и кожи. На клеточном уровне выделение CYP27B1 в макрофагах и кератиноцитах вызывает продукцию кателицидина. Если нет 25 (OH) D, VDR, или CYP27B1, способность этих типов клеток индуцировать кателицидин значительно снижается.

В дополнение к антибактериальным эффектам, включая разрушение мембраны, кателицидин в пептидной форме LL-37 продемонстрировал антивирусные эффекты, включая ингибирование вируса простого герпеса типа 1 (HSV-1), репликацию вируса осповакцины, ретровирусов и некоторых серотипов аденовируса при определенных концентрациях пептидов.

Подтверждение роли витамина D в вирусных респираторных инфекциях

Недавняя работа подчеркивает потенциальную роль витамина D в борьбе с вирусными респираторными инфекциями.

Эпителиальные клетки легких имеют высокие базальные уровни CYP27B1 и низкие уровни CYP24A1, способствующие конверсии витамина D в его активную форму. При лечении витамином D эти клетки увеличивают уровни TLR ко-рецептора CD-14 и кателицидина. Терапия витамином D ведёт к снижению воспалительной реакции дыхательных путей, вызванной вирусом.

Исследования выявили возможные связи между витамином D и респираторными инфекциями, изучив полиморфизмы VDR. Одиночные нуклеотидные полиморфизмы в VDR и связанных с ним генах связаны с тяжелыми осложнениями типа бронхиолита, вызванного респираторным синцитиальным вирусом (RSV) и острой инфекцией нижних дыхательных путей (RTI), вероятно из-за связи VDR с врожденным иммунитетом.

Попытки изучения эффекта при приёме витамина D на снижение ИРТ, дали смешанные результаты. Исследование 1994 года в Индии, показало снижение респираторных инфекций у 27 детей, принимавших в течение шести недель витамин D. Дети имели в анамнезе ИРТ и дефицит витамина D. Наблюдение 1740 пожилых британских пациентов, принимавших 800 МЕ в течение двух лет, не показало значительного сокращения инфекций по сравнению с контрольной группой. Исследование в Нью-Йорке на пациентах европейской расы показало, что ежедневные дозы 2000 МЕ витамина D3 не оказали существенного влияния на заболеваемость и тяжесть инфекций дыхательных путей зимой.

В исследовании в Нью-Йорке среднее значение сыворотки 25 (ОН) D было выше уровня дефицита. Кроме того, испытуемые не принимали витамин D до зимы.

Как отмечают авторы, для достижения устойчивого уровня 25 (OH) D может требоваться до трех месяцев, а положительный эффект наиболее заметен у пациентов с дефицитом витамина D. Различия в результатах вызваны тем, что многие данные получены в результате скриннинга, а не клинического диагноза.

Влияние витамина D для профилактики инфекций дыхательных путей и гриппа

Наблюдения, оценивающие взаимосвязь между уровнем 25 (OH) D в сыворотке и респираторными инфекциями, имели смешанные результаты. В финском исследовании была обнаружена связь между пониженными концентрациями 25 (OH) и увеличением частоты острых инфекций дыхательных путей.

Двухмесячное наблюдение детей в Бангладеш обнаружило корреляцию между увеличением количество ИРО и более низким средним уровнем 25 (ОН) D. Исследования турецких и индийских детей дало те же результаты.

В двух канадских исследованиях не было обнаружено существенной разницы в средних уровнях 25 (OH) D между пациентами RTI и контрольной группы. Это значит, что если у пациента нет дефицита витамина D, существует ограниченное антивирусное преимущество, получаемое от витаминных добавок.

Связь дефицита витамина D с инфекцией дыхательных путей и гриппом

Японское исследование в ​​течение зимы и ранней весны показало лишь небольшое снижение случаев гриппа А у детей, принимающих добавки витамина D3. Однако в исследовании учитывались только амбулаторные больные без измерения концентрации 25 (OH) D или сывороточных антител к гриппу A. Возможно, что более мягкие формы заболевания и экстремальные формы, требующие госпитализации, просто не были зарегистрированы.

Японские иследования показали сложность установления корреляции между легким снижением количества гриппа А и приёмом витамина D, поскольку разная пигментация кожи влияет на производство витамина D.

Более смуглые люди получают больше пользы от добавок. Например, в трехлетнем исследовании афроамериканских женщин в постклимактерическом периоде, получавших добавку витамина D, обнаружено снижение количества случаев гриппа.

Влияние витамина D на ВИЧ-инфекцию

Исследования показали более низкий уровень витамина D в популяциях ВИЧ. В исследовании, проведенном в Германии, у 47,6% пациентов со СПИДом было обнаружено снижение уровня 1,25 ( OH). В исследовании ВИЧ-инфицированных взрослых из Соединенных Штатов уровни 25 (ОН) D в сыворотке были ниже нормальных значений лишь у 17%  и 1,25 (OH) 2D сыворотки были низкими у 11%. В норвежском исследовании 53 пациентов было обнаружено  более низкое содержание сыворотки в 1,25 (OH) 2D, чем у контрольных. Интересно, что в этом исследовании концентрации сыворотки 25 (ОН) D было незначительно ниже, чем концентрация контролей. Даже при исключении пациентов, получающих лечение препаратами, которые ингибируют CYP27B1, дефицит в группе сохранялся. Это указывает на наличие нового механизма.

Исследования показывают связь между низкими уровнями витамина D и ВИЧ-инфекцией, но не уточняют характер этой связи. Поскольку активная форма витамина D, 1,25 (OH) 2D, как правило, более выражена, чем 25 (OH) D, маловероятно, что это происходит исключительно из-за воздействия диеты и солнечного света. У ряда пациентов уровни витамина D до заражения были низкими из-за таких факторов. Один из механизмов, объясняющих недостатки витамина D, заключается в том, что при активации TNF-α у ВИЧ-инфицированных блокируется стимулирующее воздействие паратиреоидного гормона на почечную 1-α-гидроксилазу.

Исследования, изучающие недостаток витамина D и течение ВИЧ-инфекции

Некоторые антиретровирусные препараты препятствуют метаболизму витаминов in vitro, в ряде исследований изучалось потенциальное влияние схем ВААРТ на уровни витамина D у ВИЧ-инфицированных и зависимость между низкими уровнями витамина D и использованием ингибиторов обратной транскриптазы нуклеозидов и ингибиторов протеазы. Однако, как минимум, одно исследование подтвердило идею о том, что хотя ингибиторы протеазы связаны с более низким 1,25 (OH) 2D уровнем, они не ведут к дефициту витамина D.

Из-за разных эффектов антивирусных средств на метаболизм витамина D и когортных эффектов клиническое значение уровней низкого витамина D у ВИЧ-инфицированных неясно. Наблюдение людей обнаружили положительные корреляции между уровнями витамина D и CD4 +. Одно из исследований обнаружило связь между более высокими уровнями витамина D и увеличением продолжительности жизни ВИЧ-инфицированных пациентов. Однако исследование 2004 года 152 взрослых пациентов на ВААРТ не обнаружили корреляции между уровнями витамина D и CD4 + Т-клеток. В исследовании 19 перинатально инфицированных детей в 2001 году, также не обнаружено этой корреляции.

Другие доказательства влияния витамина D на имеющие оболочку вирусы

Несмотря на то, что влияние витамина D на инфекцию гепатита B изучалось мало, исследование пациентов с туберкулезом в Гамбии в 2015 году выявило скрытый полиморфизм изменений в основе T-C в кодоне 352 VDR, который был коррелирован со значительно сниженными показателями стойкой инфекции гепатита B и туберкулезом, но не малярией. Этот полиморфизм влияет на уровни витамина D, стабильность мРНК VDR и уровни мРНК VDR. Реакция на гепатит В у  пациентов может быть опосредована кателицидином, как и описанная недавно опосредованная противотуберкулезная реакция.

Во вьетнамском исследовании лихорадки денге тот же полиморфизм был связан с резистентностью к тяжелой лихорадке. Введение витамина D3 уменьшало тяжесть и продолжительность лихорадки денге, но небольшая выборка (n = 5) не позволила сделать надежные выводы.

Исследование, проведенное Bitetto et al. показали, что у иммунокомпетентных пациентов с уровнем 25 (OH) D менее 10 нг / мл (25 нмоль / л) замечен более слабый ответ на стандартную терапию гепатита C рибавирином и пегилированным интерфероном. Более раннее исследование, проведённое Petta выявило связь между низкими уровнями витамина D и неспособностью уничтожить вирус во время лечения у пациентов с хроническим гепатитом C. Те же исследования показали сочетание низкого уровня витамина D с фиброзом печени. Этот факт затрудняет определение того, коррелируют ли низкие уровни витамина D с более низким вирусным клиренсом или же являются следствием повреждения печени.

Потенциальные механизмы антивирусных эффектов

Антивирусный эффект витамина D обусловлен кателицидином (в форме LL-37), бета-дефенсином 2 и, возможно, выделением активных форм кислорода. Новые исследования показали, что репликация репликона гепатита С в клетках гепатомы человека может быть опосредована окислительным стрессом, вызванным витамином D. Учитывая плейотропные эффекты витамина D, возможны другие механизмы.

Антибактериальный эффект LL-37 связан с его свойством нарушать бактериальные мембраны посредством электростатических взаимодействий с липидными оболочками вирусов. LL-37 также блокирует проникновение вируса. Эпидемиологические данные положительного иммунного эффекта витамина D подтверждают то, что противовирусные эффекты LL-37 обусловлены разрушением оболочки.

Экспериментальное исследование антивирусных эффектов витамина D

Индукция витамином D антимикробных пептидов имеет противовирусный эффект. Прямая инкубация LL-37 с HSV-1 показала снижение титра HSV-1 по сравнению с контролем. Те же исследователи продемонстрировали менее выраженное, но все же значительное снижение титра аденовируса серотипа Ad19 при воздействии более высоких концентраций LL-37, но значительного снижения титра других серотипов аденовируса (Ad8, Ad5 и Ad3) не было.

Вирус папилломы человека чувствителен к инактивации LL-37 или ингибированию входа в физиологических концентрациях LL-37, но некоторые ретровирусы также чувствительны к опосредованному LL-37 титру при концентрациях, которые могут не быть физиологически релевантными. Методологические различия затрудняют сравнение результатов.

Выводы

Результаты подтверждают гипотезу, что витамин D, индуцированный LL-37, и бета-дефенсин 2 человека, играют важную роль в подавлении вирусов. Однако эксперименты не полностью моделируют комплексные эффекты витамина D и могут неточно отражать его системное влияние. Механизм витамин D-индуцированных пептидов и самого витамина D требует дальнейшего изучения.