張卉 馮一

摘 要：綜述了維生素A缺乏導(dǎo)致腦組織、免疫系統(tǒng)的損傷和胚胎發(fā)育異常的研究進(jìn)展，并簡要概述了可能的作用機(jī)制。

關(guān)鍵詞：維生素A缺乏;腦功能;免疫系統(tǒng);胚胎發(fā)育

維生素A是人體必需的微量元素，其氧化產(chǎn)物視黃酸（RA）是維生素A在體內(nèi)發(fā)生多種生物作用的活性形式，在視覺形成、細(xì)胞分化、胚胎發(fā)育、免疫應(yīng)答和神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育等方面都發(fā)揮著重要作用。維生素A缺乏（VAD）是世界衛(wèi)生組織確認(rèn)的四大營養(yǎng)缺乏癥之一，多見于嬰幼兒。據(jù)WHO估計(jì)，全球有1.9億（33.3%）學(xué)齡前兒童存在VAD，2015年我國12歲及以下兒童中VAD的發(fā)生率為5.16%，邊緣性維生素A缺乏（MVAD）的發(fā)生率為24.29%[1];2016年中國疾病預(yù)防控制中心針對全國22個(gè)中西部省份兒童的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，我國學(xué)齡兒童VAD及亞臨床缺乏率高達(dá)32.9%。VAD多見于低齡兒童，5歲以下兒童的缺乏率為9.23%，農(nóng)村兒童缺乏率顯著高于城鎮(zhèn)兒童[1]，內(nèi)蒙、新疆、甘肅等邊遠(yuǎn)地區(qū)的缺乏率（20.2%）顯著高于浙江等發(fā)達(dá)地區(qū)兒童的缺乏率（3.08%）[2]。過去對于VAD造成的影響一直集中在較為嚴(yán)重、會(huì)威脅到生命的疾病上，近些年，隨著人們對于VAD的問題越來越重視，其對于腦發(fā)育的損傷逐漸得到發(fā)現(xiàn)，對于免疫系統(tǒng)和胚胎發(fā)育的作用也得到了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。本文綜述了近幾年關(guān)于VAD對于腦組織、免疫系統(tǒng)的損傷和胚胎發(fā)育異常的相關(guān)研究進(jìn)展，簡要概述了可能的作用機(jī)制。

1 維生素A缺乏導(dǎo)致腦發(fā)育異常

1.1 對海馬回的影響

海馬回是大腦中的最佳學(xué)習(xí)區(qū)域，含有能特異性識(shí)別RA的RARα受體。大鼠實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，VAD能阻斷RARα受體或RARβ受體表達(dá)，導(dǎo)致海馬回中的長時(shí)程增強(qiáng)（LTP）和CA1區(qū)域的長時(shí)程抑制（LTD）消失，大鼠穿越迷宮的能力顯著下降。這可能是由于VAD導(dǎo)致受RARα調(diào)節(jié)的N-甲基-D-天門冬氨酸（NMDA）受體亞單位NR1基因的表達(dá)降低，由該基因支配的電壓依賴性鈣離子通道出現(xiàn)異常，損傷了海馬回的神經(jīng)可塑性[3]。后續(xù)的研究發(fā)現(xiàn)，RARα對NR1的作用可能是通過非受體酪氨酸激酶Scr介導(dǎo)完成的[4]。VAD導(dǎo)致的海馬回功能障礙和學(xué)習(xí)能力障礙還可能是由RARα控制環(huán)AMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白介導(dǎo)的組蛋白乙酰化下降造成的[5-6]。VAD能通過NGF（神經(jīng)生長因子）/TrkA通路，或在NGF作用下經(jīng)中隔海馬膽堿能途徑的間接作用阻礙海馬回中神經(jīng)元的分化形成[3]，該機(jī)制可能與大鼠空間記憶損傷有關(guān)[3，6]。

1.2 對下丘腦的影響

下丘腦是激素調(diào)節(jié)的指揮中心，含有大量RARβ受體。研究發(fā)現(xiàn)，生命早期VAD能夠通過減少下丘腦中RARβ和CD38的表達(dá)，阻斷CD38-OXT 旁路，降低血清中后葉催產(chǎn)素（OXT）的水平，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)動(dòng)物出現(xiàn)自閉癥樣行為[7]。臨床研究還發(fā)現(xiàn)，自閉癥兒童存在明顯的VAD，給自閉癥兒童補(bǔ)充維生素A后，兒童孤獨(dú)癥頻分量表（CARS）評分顯著降低，自閉癥狀有明顯改善[8]。下丘腦中的RA水平還參與了大鼠體重、生長速度和食欲季節(jié)變化的調(diào)節(jié)，給實(shí)驗(yàn)動(dòng)物停用維生素A后，其血清視黃醇濃度立刻出現(xiàn)下降，體重和食欲的減退也隨之出現(xiàn)[7]。

2 維生素A缺乏導(dǎo)致免疫功能改變

2.1 氧化損傷和炎性改變

維生素A進(jìn)入人體后以視黃醇的形式發(fā)揮作用，它能與視黃醇結(jié)合蛋白（RBP）和甲狀腺素運(yùn)載蛋白結(jié)合，作用于特定靶細(xì)胞或細(xì)胞核，參與視敏度、上皮組織完整性、免疫能力和基因表達(dá)的調(diào)節(jié)。VAD使以上功能無法實(shí)現(xiàn)，出現(xiàn)上皮角化、免疫力下降，患兒會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱、嚴(yán)重角膜結(jié)膜炎、抗生素治療無效的膿尿菌尿以及尿培養(yǎng)銅綠假單胞菌持續(xù)陽性等炎癥和感染表現(xiàn)[9]。VAD導(dǎo)致的氧化損傷和炎性改變，可能與體內(nèi)NO水平的增加有關(guān)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大鼠VAD時(shí)，體內(nèi)IL-1β表達(dá)增加，血清中由其介導(dǎo)產(chǎn)生的NO相關(guān)分子數(shù)量增加，后者與超氧陰離子結(jié)合能夠產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化作用的過氧亞硝酸鹽，介導(dǎo)低密度脂蛋白（LDL）氧化作用，巨噬細(xì)胞大量吞噬氧化低密度脂蛋白（OX-LDL）形成泡沫細(xì)胞，最終造成主動(dòng)脈發(fā)生粥樣硬化和炎性改變，病變部位可檢測到TNF-α、NADPH氧化酶NOX-2、血管內(nèi)皮黏附因子VCAM-1和轉(zhuǎn)化因子TGF-β1等炎癥因子表達(dá)增加和谷胱甘肽（GSH）水平降低[10-11] 。VAD導(dǎo)致的炎性改變，還可能與NF-κB信號(hào)通路和p38MAPK信號(hào)通路的激活有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，VAD能顯著減少草魚腸道中段和末端中IκBα mRNA的表達(dá)，使作為NF-κB通路關(guān)鍵因子的NF-κB p65和c-Rel mRNA表達(dá)顯著增加，激活NF-κB信號(hào)通路，促炎因子TNF-α、IFN-γ2、IL-1β、IL-6、IL-15＼IL-17D、IL-12p35 mRNA表達(dá)增加，抗炎因子IL-10、IL-11、TGF-β1、TGF-β2、IL-4/13A、IL-4/13B mRNA表達(dá)減少，導(dǎo)致炎癥腸道炎癥發(fā)生。VAD導(dǎo)致的p38MAPK信號(hào)通路的激活，也可發(fā)揮相似作用，但具體作用機(jī)制尚不清楚[12]。

2.2 免疫耐受受損

經(jīng)腸道免疫耐受的建立，是預(yù)防過敏反應(yīng)和其他免疫性疾病的重要機(jī)制。VAD可通過多種機(jī)制影響免疫耐受形成。存在先天性VAD的新生小鼠腸壁通透性較高，辣根過氧化物酶（HPR）和磺酸等抗原物質(zhì)能輕易跨越腸壁;VAD使腸道淋巴結(jié)中具有視黃醛脫氫酶（RALDH）活性的CD103+樹突細(xì)胞不能有效識(shí)別這些抗原物質(zhì)，Th1細(xì)胞的活化和增殖受到抑制，導(dǎo)致免疫耐受形成受阻，引發(fā)過敏反應(yīng)[13]。RA在誘導(dǎo)Foxp3+ Treg細(xì)胞產(chǎn)生中發(fā)揮重要作用。在成年鼠的體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，VAD導(dǎo)致CD4+T細(xì)胞的生長分化受阻，TGF-β分泌減少，經(jīng)CD11c+細(xì)胞誘導(dǎo)產(chǎn)生的Foxp3+ Treg細(xì)胞數(shù)量下降，無法有效抑制進(jìn)入體內(nèi)的抗原物質(zhì)引發(fā)的免疫反應(yīng)，使體內(nèi)OVA特異性抗體和細(xì)胞因子數(shù)量增加[14]，引發(fā)全身性免疫反應(yīng)。

2.3 腸道微生物種類和數(shù)量改變

VAD通過破壞腸道黏膜免疫平衡，對微生物群種類和所占比例的變化造成間接影響[15]，導(dǎo)致感染發(fā)生和代謝改變。大鼠體內(nèi)VAD會(huì)引起腸道分泌黏液的杯狀細(xì)胞在結(jié)腸中排列改變，MUC2 mRNA表達(dá)下降導(dǎo)致杯狀細(xì)胞分泌黏液減少，胃腸道腔體與腸道內(nèi)容物之間的黏膜屏障破壞，使得致病菌入侵腸道上皮，粘附在細(xì)胞表面;與此同時(shí)，VAD能影響腸道內(nèi)潘氏細(xì)胞的分化成熟，使defensin 6 mRNA表達(dá)下降，防御素含量減少，無法通過破壞細(xì)菌細(xì)胞膜發(fā)揮抗菌作用;VAD還能識(shí)別革蘭陽性肽聚糖和脂肽的toll樣受體2（TLR2）和能識(shí)別病原體鞭毛蛋白的toll樣受體5（TLR5）表達(dá)異常增加。多條途徑共同導(dǎo)致VAD大鼠腸道內(nèi)菌群結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，乳酸桿菌比例下降，致病性大腸桿菌菌株數(shù)量增加[16]。還有研究發(fā)現(xiàn)，VAD時(shí)可觀察到小鼠腸道黏膜上皮出現(xiàn)異常改變，杯狀細(xì)胞數(shù)量增加，回腸中的共生菌分節(jié)絲狀菌（SFB）、硬壁菌門和變形桿菌等數(shù)量均減少，共生菌產(chǎn)生的ATP也隨之減少，其誘導(dǎo)的結(jié)腸固有層中特異性高CD70低CD11細(xì)胞產(chǎn)生的Th17細(xì)胞也隨之減少[17]。VAD導(dǎo)致的盲腸中厚壁菌/擬桿菌比例增加，結(jié)腸內(nèi)梭菌XVIII和羅氏菌含量減少[18]，也可能與此有關(guān)[15]。菌群比例的改變會(huì)導(dǎo)致代謝異常，血糖升高，對胰島素反應(yīng)不敏感，脂質(zhì)氨基酸水平降低，產(chǎn)生丁酸鹽的能力降低，最終對宿主能量代謝和腸道免疫功能造成影響[15]。 杯狀細(xì)胞分泌的巖藻糖化糖蛋白釋放的巖藻糖，能被共生微生物代謝，成為其能量來源，保護(hù)宿主免受內(nèi)源性病原體感染、增加其對感染的耐受性[19]，VAD使具有促炎抗菌活性的3型天然淋巴細(xì)胞（ILC3）和細(xì)胞因子的產(chǎn)生減少[20]，杯狀細(xì)胞分泌的巖藻糖基化糖蛋白的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變[21]，使腸道菌群共生基礎(chǔ)的巖藻糖基化過程受阻。

3 維生素A缺乏導(dǎo)致的表觀遺傳學(xué)改變與胚胎發(fā)育異常的關(guān)系

3.1 DNA異常甲基化

維生素A，尤其是其活性狀態(tài)視黃醇，是誘導(dǎo)各種表型效應(yīng)產(chǎn)生表觀遺傳改變和修飾的有效制劑[22]，它能通過TET蛋白使胞嘧啶（5mC）去甲基化形成5-羥甲基胞嘧啶（5hmC）。研究發(fā)現(xiàn)，在體外培養(yǎng)的原始胚胎干細(xì)胞（nESCs）中加入視黃醇物質(zhì)后，細(xì)胞中5mC數(shù)量顯著減少和5hmC數(shù)量的增加，在這些nESCs中可檢測到TET2和TET3mRNA的表達(dá)明顯增加;使用CRISPR/Cas9可證實(shí)視黃酸反應(yīng)元件（RARE）在視黃醇對TET2的調(diào)節(jié)中起指導(dǎo)作用[23]。若培養(yǎng)基中缺乏視黃醇物質(zhì)，胚胎干細(xì)胞中的5hmC水平就會(huì)出現(xiàn)明顯下降[23]，這可能是由于VAD能抑制TET蛋白功能，導(dǎo)致DNA去甲基化過程受到抑制，DNA甲基化/去甲基化比例失調(diào)。生命早期營養(yǎng)素和環(huán)境因素導(dǎo)致的表觀遺傳方式改變?nèi)鏒NA異常甲基化，會(huì)導(dǎo)致日后代謝性疾病的發(fā)生[24]。

3.2 胎兒和新生兒形態(tài)發(fā)育異常

VAD導(dǎo)致的胚胎發(fā)生和胎盤發(fā)育異常與DNA異常甲基化相關(guān)[21]。李娜等[25]的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，VAD會(huì)導(dǎo)致母鼠不孕、流產(chǎn)和子代畸形，研究中他們使用重亞硫酸鹽測序法檢測了VAD及補(bǔ)充對E12.5d大鼠胚胎Hoxa5基因啟動(dòng)子上游區(qū)DNA甲基化水平的影響，并使用RT-PCR和 western blot分別檢測這些大鼠胚胎中視黃酸受體（RARs）基因、Hoxa5基因mRNA水平和蛋白水平的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)VAD及MVAD可能通過干擾RARs基因mRNA水平和蛋白水平的正常表達(dá)，抑制同源盒基因（Hox genes）啟動(dòng)子上游區(qū)域在胚胎發(fā)育過程中的去甲基化作用，致使Hox基因在轉(zhuǎn)錄水平和翻譯水平下調(diào)，從而產(chǎn)生對胚胎的發(fā)育毒性，使胚胎的各器官出現(xiàn)畸形，如顱骨畸形、無眼或小眼、腭裂、釉質(zhì)和牙本質(zhì)發(fā)育不良、心臟畸形、環(huán)狀軟骨和氣管軟骨的缺陷、腎移位等。還有研究發(fā)現(xiàn)，取E13.5d的VAD鼠胚胎心臟組織，使用亞硫酸氫鹽特異性聚合酶鏈反應(yīng)（BSP）提取DNA，克隆測序GATA-4基因中的可疑甲基化位點(diǎn)CpG島，可檢測到VAD鼠胚胎心臟中介導(dǎo)心肌細(xì)胞分化、增殖和存活的GATA-4基因甲基化率明顯增加。這可能是由于VAD導(dǎo)致胚胎心臟中參與GATA-4基因甲基化的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶1（DNMT1）表達(dá)上調(diào)，維持正常形態(tài)發(fā)育的DNMT3a和DNMT3b表達(dá)下調(diào)，使GATA-4基因表達(dá)受阻，最終導(dǎo)致胚胎心臟畸形[26]。VAD導(dǎo)致的子代畸形與DNA異常甲基化關(guān)系密切，其具體的作用機(jī)制以及VAD導(dǎo)致的其他表觀遺傳學(xué)改變還需未來通過更多的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步探索。

4 結(jié)論

維生素A對大腦認(rèn)知功能、免疫功能和DNA的甲基化過程產(chǎn)生重要影響，其缺乏將導(dǎo)致各組織器官內(nèi)RA相關(guān)的基因無法正常表達(dá)、信號(hào)通路無法正常發(fā)揮作用，最終造成形態(tài)學(xué)改變和功能障礙。未來的研究應(yīng)該更加致力于對VAD發(fā)病機(jī)制的研究，減少VAD對于兒童健康的威脅。

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Abstract：This paper reviewed research progress on brain dysfunction，immune injury and abnormal embryonic development caused by vitamin A deficiency（VAD），and detailed possible mechanisms.

Keywords：vitamin A deficiency（VAD）;brain function;immune system;embryo development

（責(zé)任編輯 李婷婷）