noi repere în studiul efectelor biologice ale

Click here to load reader

Post on 10-Nov-2021

0 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

untitledREVISTA ROMÂNÅ DE PEDIATRIE – VOLUMUL LX, NR. 4, AN 2011310
Adresa de coresponden: Prof. Dr. Sorin Buzinschi, Spitalul Clinic de Copii Braov, Str. Nicopole Nr. 45, Braov e-mail: [email protected]
NOI REPERE ÎN STUDIUL EFECTELOR BIOLOGICE ALE VITAMINEI D
Prof. Dr. Sorin Buzinschi Facultatea de Medicin Braov, Universitatea Transilvania Braov,
Spitalul Clinic de Copii Braov
REZUMAT Dozarea recent a vitaminei D pentru utilizarea clinic a schimbat complet înelegerea patologiei sale. S-a constatat c insufi ciena/defi citul de vitamina D este larg întâlnit in populaia rilor dezvoltate i, surprinztor, în populaia care triete în climatul cald. Doar o parte a nivelului sanguin al vitaminei D poate fi legat de sezon, latitudine sau aportul oral. Factorii genetici sunt implicai în toate etapele metabolismului su. Genele care infl ueneaz nivelul vitaminei D sunt DHCR7, CYP27A1, CYP2R1, gena VDR, CYP24A1 i Gc. Sunt prezentate etapele metabolismului vitaminei D, ca i intervenia diferitelor gene implicate. Este discutat funcia autocrin a vitaminei D, care faciliteaz expresia pleiotropic a genelor legate de funcionarea celular. Sunt trecute in revist i unele tulburri legate de nivelul sczut al vitaminei D, în afar de rahitism.
Cuvinte cheie: vitamina D, nivel sczut, rahitism, boli cronice
REFERATE GENERALE
Vitamina D [25(OH)D] a fost descoperit în anul 1920, iar structura sa chimic din 1932, îns rahitismul, boala a crei caren o exprim, are o istorie cu mult mai veche. Expunerea la soare i tratamentul cu vitamina D au fost considerai mult vreme factori efi cieni profi lactici i terapeutici ai unei probleme rezolvate. Cu toate acestea, reapariia defi citului de vitamina D i a rahitismului în ultimii ani, raportate în USA, Canada, Germania, Anglia dar i Spania, Grecia, Arabia Saudita, Turcia, Egipt, India (1-8) au fcut ca defi ciena vitaminei D s fi e considerat astzi o problem epidemic în întreaga lume (1,5,8), prin afectarea în diferite grade i grupe de vârst a peste 50% din populaia globului (9). Un factor decisiv în reevaluarea statusului vita- minei D l-a constituit posibilitatea dozrii 25(OH) D în laboratoarele clinice, odat ce metoda a prsit cadrul restrâns al laboratoarelor de cercetare. Între factorii care determin starea vitaminei D, men- ionm: expunerea solar limitat la latitudinile nordice, între noiembrie i martie, utilizarea din ce în ce mai larg a cremelor fotoprotectoare în vederea evitrii neoplasmelor cutanate i variabilitatea ge- netic. Vitamina D s-a dovedit în ultimii ani centrul unui sistem complex de reglare autocrin de tip
hormonal care regleaz proliferarea i diferenierea celular.Vitamina D controleaz direct sau indirect peste 3.000 de gene care regleaz metabolismul Ca i cel osos, moduleaz imunitatea înnscut, regleaz producia de insulin i renin, induce apoptoza i inhib angiogeneza (5). Pe aceast cale, 25(OH)D particip la funcio narea sistemului imunitar, car dio vascular, neuroen docrin (1,9-11). Carena i va riaiile genetice în metabolismul vitaminei D care pot explica apariia unor semne de rahitism la copii cu profi laxie co rect, pot fi implicate în adolescen i în viaa adult, în apariia a numeroase afeciuni cronice ca: infecii micobacteriene (TBC), boli car diovasculare, diabet, neoplasme, boli autoimmune (scleroz mul tipl, lupus eritematos sistemic, pso riazis) (9,11). În baza acestor considerente, vitamina D a devenit acum un foarte activ câmp de cer cetare, numai în primele 9 luni ale anului 2010 fi ind publicate peste 2.300 de articole cu acest subiect (10).
SUMAR DE FIZIOLOGIE AL VITAMINEI D
Vitamina D se gsete sub 2 forme: vitamina D2 sau ergocalciferol (calciferol), produs prin iradierea
REVISTA ROMÂNÅ DE PEDIATRIE – VOLUMUL LX, NR. 4, AN 2011 311
drojdiei de bere sau din unele plante i vitamina D3 (colecalciferol), care se produce prin fotoconversia 7-hidrocolesterolului (7-DHC) cutanat dup expu- nere la radiaia solar sau la RUV artifi cial. Can- titatea de vitamina D din alimente este foarte redus. Industrial, 25(OH)D se produce pornind de la la- nolin. Pornind de la 7-DHC, vitamina D3 parcurge o serie de transformri pân la metabolitul activ, 1,25(OH)2D3 care apoi este degradat în compui inactivi (Figura 1).
Figura 1. Etapele metabolismului vitaminei D
Vitamina D are 2 tipuri de aciuni principale: • Endocrine, care regleaz metabolismul Ca,
vitamina D3 fi ind produs în urma sintezei intrarenale;
• Autocrine, în care hidroxilarea colecal- ciferolului se produce în esuturi, rezultând calcitriol cu aciune intracelular, nedetectabil ca produs circulant, având drept caracteristic facilitarea genelor sau trafi cul de metabolii intracelulari.
Figura 2. Formarea sistemic i local a vitaminei D i efectele specifi ce
Asimilarea vitaminei D ca hormon, de mult vre me anticipat (de Luca, cit. 12), se bazeaz pe urmtoarele argumente:
• Este produs de un organ (rinichi) • Circul la esuturi int • Interacioneaz cu receptori specifi ci celulari • Declaneaz rspunsuri specifi ce (absorbia
Ca)
METABOLISMUL VITAMINEI D I DETERMINISMUL SU GENETIC
O echip de cercettori din cadrul SUNLIGHT Consortium (Study of Underlyng Genetic Deter- minants of Vitamin D and Highly Related Traits) au analizat concentraiile 25(OH)D la 33.996 de subieci aduli descendeni europeni, în cadrul a 15 cohorte i au artat c prezena unor alele poate dubla riscul de insufi cien al vitaminei D (13). Genele în dis cuie (DHCR7(NADSYN1), CYP2R1 i GC) sunt implicate în sinteza colesterolului, hidroxilarea i transportul vitaminei D. Concentraiile 25(OH)D, biomarkerul acceptat al vitaminei D, sunt mai ri dicate vara i mai sczute în sezonul rece. Numai 25% dintre variaiile interindividuale ale acesteia pot fi legate de sezon, latitudine sau aportul exogen de vitamina D (8). Rezultate ale studiilor pe gemeni i familii sugereaz c factorii genetici contribuie substanial la aceast variabilitate, care se poate ridica la peste 53% (14,48). Aceste date pot explica de ce unii copii rspund favorabil la aportul de vitamina D i alii nu, aa cum observm în practica cotidian.
Formarea colecalciferolului În cursul expunerii la soare, RUV este absorbit
de ctre 7-dehidrocolesterol (7-DHC) care se g sete în membranele keratinocitelor i a fi broblatilor; în urma unui proces de fotoconversie, se for meaz provitamina D3 sau colecalciferolul, care este ejectat în spaiul extracelular i transportat la fi cat de o protein transportoare (9,15). Dei sinteza vi ta minei D din 7-DHC este un proces fi zico-chimic, sinteza colesterolului pornind de la 7-DHC este de natur biochimic, mediat de o enzim 7-DHC reductaza, determinat de gena identifi cat ca DHR C7 (NAD SYN). Polimorfi sme ale acestei gene care determin scderea produciei de colesterol pot crete nivelurile sanguine ale vitaminei D. Creterea colesterolului se însoete de scderea valorilor 25(OH)D plasmatice, probabil din motive extra genetice.
Formarea hidroxicolecalciferolului (calciferol sau calcidiol), 25(OH)D
În fi cat, colecalciferolul este hidroxilat în poziia 25 pentru a forma 25(OH)D; reacia este catalizat
REVISTA ROMÂNÅ DE PEDIATRIE – VOLUMUL LX, NR. 4, AN 2011312
de 25-hidroxilaze, enzime ale citocromului P450 având sediu microzomal (CYP2R1) i mitocondrial (CYP27A1) în hepatocite. Calcidiolul reprezint metabolitul principal al vitaminei D; dei nu are activitate intrinsec, el este utilizat pentru stabilirea nivelului sanguin al vitaminei, având în vedere timpul de înjumtire de aproximativ 15 zile i faptul c valoarea sa crete proporional cu aportul exogen de vitamina D (10,15). La bolnavi cu nivele sczute ale 25(OH)D au fost identifi cate mutaii ale genei 2R, fi ind evidena genetic c enzima CYP2R1 este enzima cheie a 25-hidroxilazei (16).
Proteina transportoare de vitamina D (DBPsau Gc) Asigur vehicularea plasmatic a 25(OH)D;
variante genetice comune pot diferenia rspunsul plasmatic la aportul exogen de vitamina D (13). Lauridsen i col. (17) au identifi cat fenotipurile implicate în variaiile sanguine ale vitaminei D la 595 persoane adulte; din datele studiului rezult c o concentraie Gc este un predictor independent al 1,25(OH)2D, pe când fenotipul Gc este un indicator semnifi cativ al concentraiei 25(OH)D. Într-un stu- diu care a cuprins 4.501 persoane adulte de origine european, în USA, Ahn i col. (18) au identifi cat în tre cauzele pentru un rspuns inadecvat la vita- mina D, polimorfi smul pentru un singur nucleotid (SNP) al genei care codeaz Gc pe cromozomul 4q12-13 i SNP DHCR7. Polimorfi smul pentru Gc ar putea avea cel mai mare impact asupra concen- traiei sanguine a vitaminei D (8)
Formarea 1,25-dihidroxicolecalciferolului [1,25(OH)2 D], calcitriolul
Etapa principal în apariia formei active a vitaminei D, calcitriolul, se desfaoara cu precadere in rinichi, însa numeroase alte tesuturi i organe posed celule capabile sa produca 1,25(OH)2D pe plan local (plmân, colon, prostata, celulele β pan- creatice, monocite, celule paratiroidiene) (9-11,15). In rinichi reacia de formare a 1,25(OH)2D este catalizat de 1α hidroxilaz, enzim a citocromului P450 (CYP27B1), localizat în celulele tubului proximal renal. Producia de calcitriol este strâns reglat de activitatea 1α hidroxilazei, care la rândul ei este stimulat de hipocalcemie, cresterea PTH i scaderea nivelului plasmatic al precursorului sau, calcidiolul. (9,15)
Interaciunea 1,25(OH)2D cu receptorul pentru vitamina D (VDR)
O parte importanta a aciunilor calcitriolului sunt mediate de un factor nuclear de transcripie,
VDR. Acesta împreuna cu vitamina D se leag de RXR (x-receptorul cu acid retinoic) i de elementele de rspuns la vitamina D pentru a iniia reglarea unor gene specifi ce (10).
Figura 3. Reprezentare schematic a rolului VDR in nucleul celular
VDR a polarizat atentia a numerosi cercetatori fi ind considerat un punct cheie in variatiile de rspuns fata de 24(OH)D. Exist diferite variante alelice(polimorfi sme) ale genei VDR pe cromozomul 12 care apar natural in populaie i care au fost corelate cu rahitismul, rezistena la vitamina D, hiperparatiroidismul dar i cu susceptibilitatea la infecii, boli autoimune i cancer (15,19-21). Cu toate ca se accept in nutrigenomic faptul ca anu- mite polimorfi sme fac gazda purtatoare mai sen- sibil la anumite boli chiar in prezenta nutrimentului respectiv, in ceea ce priveste aportul de vitamina D i Ca, condiionarea nu este clar (22).
In diferite studii asupra unor copii cu rahitism in diferite arii geografi ce a fost studiat genotipul VDR (FoK1, Taq1, Apa1) sau diferite alte variante în încercarea de a se defi ni confi guraia de risc.
Observaiile in care rahitismul sau nivele sczute ale vitaminei D apar in situatii in care era de ateptat la nivele normale datorit expunerii mari la radiaia solar, a produs o mare surpriza pentru cercetatori i medicii practicieni. Studiile efectuate în tarile unde exist o patologie semnifi cativa prin rahitism nu au reusit insa sa traneze clar dac exist o susceptibilitate ereditar a copiilor pentru aceasta afeciune. O metaanaliza asupra datelor din lite- ratura privind legatura dintre polimorfi smele pentru un singur nucleotid (SNP) i concentraiile serice ale 25(OH)D au identifi cat implicarea Gc, VDR i a CYP27B1, sugerând ca arhitectura genetic indi- vidual poate determina nivelul vitaminei D (31).
REVISTA ROMÂNÅ DE PEDIATRIE – VOLUMUL LX, NR. 4, AN 2011 313
Figura 4. Structura genomic a VDR i pozitia polimorfi smelor cunoscute Dupa Fang, 2005
Tabelul 1. Polimorfi smul VDR la copii cu rahitism
Autori Modifi cari genetice VDR Semnifi catie Bora, Orzan, col, 2008 (22)
Polimorfi smul genelor FokI, TaqI, Apal la bolnavi; alelele Apal frecv ridicat;frecv Tt i Aa incident redus
Polimorfi smele VDR factor important in rahitismul carenial in Turcia
Baroncelli, Bereket, col, 2008 (23)
Alelele F incident crescut; genotipul BB asociat cu nivele scazute ale 25(OH)D
Incidenta crescuta a alelei F predispozitie la rahitism in Turcia, Egipt
Ismail, Erfan, col, 2011 (24)
Alelele f (Fokl) incident crescut; combinatiile genotipurilor VDR pentru Fokl, Apal,Taql diferite fata de control
Relatie pozitiva intre polimorfi smul genei VDR i susceptibilitatea la rahitism in Egipt
Arabi, Zahed, col, 2009 (25)
Polimorfi sme Bsml i Taql Polimorfi smul VDR infl uenteaz apozitia scheletica la adolescente sanatoase in Liban
Fischer, Thacher, col, 2000 (26)
Alelele f (Fokl) incident scazut, genotipul FF relativ crescut
Diferite frecvene ale alelelor, combinatii de genotipuri nu au fost diferite fata de grupul martor in Nigeria
Lu, Li, col 2003 (27) Alelele Fokl i genotipul FF,incident crescut Asociere intre polimorfi smul genei VDR i rahitismul prin defi cit de vitamina D in China
Gong, Li, col, 2010 (28) Alelele F(Fokl) i genotipul FF incident crescut, corelate cu nivele sczute ale 25(OH)D
Polimorfi smul genei VDR joac un rol important in apariia rahitismului prin defi cit de vitamina D, China
Xi, Yang,col, 2005 (29) Fr diferene semnifi cative in distributia genotipului VDR i a alelelor
Polimorfi smul genei VDR poate sa nu fi e important in susceptibilitatea individuala la defi citul de vitamina D
Kanedo,Urnaa, col, 2007 (30)
Polimorfi smul VDR prin alelele Bsml,Apal i Taql fara diferene seminifi cative fata de grupul control
Polimorfi smul genei VDR nu joac un rol important in aparitia rahitismului in Mongolia
Unele date indic faptul ca anumite polimorfi sme ale VDR pot fi determinante pentru osteoporoz, facilitatea fracturilor i tonusul muscular in pato- logia adultului (Bsml, Fokl) (Barr-bibl), ceea ce confi gureaz existena unui profi l genetic particular al unui grup/subgrup de persoane. Este posibil ca acesta sa fi e o rezultant de sumatie deoarece atat
Cheng (15) cat i Uitterlinden i col (32) considera ca alelele Bsm1, Apal, Taq1 nu au efect asupra nivelului de expresie, nici a activitaii proteinei VDR formate. De mentionat ca unele laboratoare din ara noastra pot determina polimorfi smele Fokl, B/b pentru a identifi ca genotipul asociat cu densi- tatea osoas scazut i riscul de fracturi pentru gru-
REVISTA ROMÂNÅ DE PEDIATRIE – VOLUMUL LX, NR. 4, AN 2011314
pele de risc. Odata ce aciunile clasice, de tip hor- monal ale vitaminei D sunt bine cunoscute, iar im plicarea organelor inta (intestin, schelet, rinichi, paratiroide) este pe larg descris in tratatele de fi - zio logie, vom aborda mai pe larg efectele autocrine/ paracrine ale 25(OH)D.
ACTIUNILE TISULAR SPECIFICE ALE VITAMINEI D
Cu 30 ani in urm s-a descoperit ca majoritatea esuturilor i celulelor organismului posed recep- torul nuclear pentru vitamina D (VDR). Astfel, ce- lulele din creier, muschii scheletici, cord, muscu- latura neted, piele, celulele β pancreatice, celulele sistemului imun (macrofage, celule dendritice, lim- fo cite B i T) dein VDR . S-a constatat deasemeni prezena extrarenal a 1α-hidroxilazei (CYP27B1) in unele esuturi (colon, prostat, celule dendritice, piele etc), reprezentând aparatul necesar pentru formarea i utilizarea local a vitaminei D (10, 11,15). Utilizarea 25(OH)D in reglarea unor procese biologice fundamentale a fost relevat pentru: su- presia cresterii celulare, reglarea apoptozei, modu- larea rspunsului imun, controlul diferentierii i funciei cutanate, controlul sistemului renina-an- giotensina, controlul secretiei de insulina, controlul funciei musculare i al unor funcii neuronale.
Toate aceste funcii ale vitaminei D au poteniale aplicaii clinice. Intr-o estimare globala, tulburarile produse sau agravate de nivelele sczute ale vitaminei D sunt prezentate în tabelul 2.
Tabel 2. Tulburri produse sau agravate de lipsa vitaminei D, dupa Heaney, 2008 (11)
Afectiune Nivelul de evident
Osteoporoza ++++ Fracturi ++++ Diabet zaharat tip 1 ++ Cancer ++++ Boli autoimune ++ HTA +++ Boli ale periodontului ++++ Scleroza multipl ++ Susceptibilitate/raspuns slab la infectii ++++ Osteoartrita ++
Nota: ++++ semnifi c evidenta puternica prin unul sau mai multe trialuri randomizate; +++ date epidemiologice puternice i consistente insa far evidena unor trialuri randomizate; ++ evidene mai putin puternice insa sugestive.
Vitamina D i sistemul imun Modularea funcionarii sistemului imun prin vi-
ta mina D este dovedit prin prezena VDR in
imunocitele umane activate, prin capacitatea acestor celule de a produce calcitriol i prin rolul acestuia in inhibiia proliferarii celulelor T (10). S-a demon- strat o realatie cauzal intre funcionarea celular a complexului 1,25(OH)2D- VDR i imunitatea inas- cut i adaptativ fata de infectii. In rahitismul fl orid infeciile respiratorii sunt grevate de o mare gravitate i mortalitate, deasemeni infeciile recu- rente reprezint o component a evoluiei rahi- tismului carenial. Modifi cari ale funcionrii VDR prin expresia unor alele, poate infl uena suscep- tibilitatea la infecii micobacteriene sau virale (15). Numeroase studii au evideniat diferite moduri de implicare a vitaminei D in procesele infectioase. Astfel, Camargo i col (33) au constatat o relaie invers între nivelul vitaminei D in cordonul om- bilical i incidena infeciilor respiratorii la vârs ta de 3 luni, 15 luni, 3 i 5 ani. Un studiu randomizat, dublu-orb, controlat placebo, efectuat in Japonia de Urashima i col in 2010 (34) a artat ca suplimentarea copiilor colari cu 1200 UI/zi vitamina D in sezonul rece a sczut incidena infeciei cu virus gripal A de la 18.6% la 10.8% in grupul tratat. Secreia de cathelicidina, antibiotic natural din grupul peptidelor antimicrobiene, este dependent de inductia CYP 27B1 i activarea VDR (35,36), fi ind demonstrata aciunea acesteia asupra patogenilor intracelulari ca Mycobacterium tuberculosis (10). Aceasta poate explica efectul favorabil al expunerii solare la bolnavii cu TBC, vindecarea mai rapid prin su- plimentarea cu vitamina D in cursul tratamentului antibiotic i susceptibilitatea genetic variabil la infecia TB prin polimorfi smul genetic al VDR (genotipul Fokl ff la subieci asiatici) (37). Efectul global al 25(OH)D asupra imunitaii adaptative este de tip inhibitor prin scderea produciei de anticorpi, limitarea diferenierii limfocitelor B in plasmocite, promovarea funciilor limfocitelor Th2 i inhibiia raspunsurilor Th1 (15). In psoriazis capacitatea an- ti proliferativ a vitaminei D a fost dovedit prin efectul asupra leziunilor cutanate atat prin expunere solara cât i prin tratamentul topic cu vitamina D (9,10,15). Studii experimentale au aratat ca 1,25 (OH)2D are capacitatea de a inhiba dezvoltarea en- ce falomielitei immune, a tiroiditei, DZ tip 1, a bolii infl amatorii intestinale ca i a altor afeciuni auto- immune. Translaia acestor date in practica medical uman nu este un proces liniar i necesit cercetari in continuare.
Vitamina D i diabetul zaharat (DZ) Rolul vitaminei D ca reglator autocrin al secretiei
de insulin atestat de activitatea CYP27B1 (1α- hidroxilaza) in celulele pancreatice ca i cel de
REVISTA ROMÂNÅ DE PEDIATRIE – VOLUMUL LX, NR. 4, AN 2011 315
regulator al apoptozei (15) confer acesteia valene in prevenirea DZ tip1(38). DZ tip 1 cunoaste o pu- ternic sezonalitate diagnostic debutul fi ind mai frecvent in lunile de toamn i iarn i un gradient geografi c nord-sud, sugerând o corelatie invers între apariia bolii i expunerea solar (39). Dozri ale vitaminei D au artat scderi semnifi cative ale 25(OH)D i ale 1,25(OH)2D la momentul diagnos- ticului comparativ cu cazurile control (39,40). Stu- dii efectuate de Hipponen i col (38) in provinciile nordice ale Finlandei pe o cohort de 10.366 copii nscui in 1966 au artat c pâna in anul 1997, 81 dintre acetia au fost diag nosticai cu DZ 1. Suplimentarea cu vitamina D, 2000 UI/zi pâna la 1 an a dus la scderea incidenei DZ1 cu 80% com- parativ cu grupul netratat/tratat sporadic cu vitamina D in urmatorii 11 ani (38). Infl uena unor variante genetice asupra apariiei DZ1 a fost sugerat de Ogunkolade i col (41) care au artat c polimor- fi smele VDR infl ueneaza capacitatea secretorie a pancreasului pentru insulin, i de Bailey i col (39) care au evideniat polimorfi smul pentru gena CY P27B1ca surs pentru susceptibilitatea la DZ1. Creterea aportului de vitamina D este considerat una dintre cele mai promiatoare ci de prevenire a DZ1, considerându-se c diminuarea statusului vi- taminei D in ultimele decade a contribuit la recentele tendine de cretere a incidenei bolii (42). Pe de alt parte Bid i col (43) au studiat relatia dintre polimorfi smele VDR (Fokl, Bsml, Taql) i riscul de DZ tip 2, distribuia genotipului i frecvena alelelor fi ind comparate între bolnavi i grupul control. Autorii constat c acestea nu difer semnifi cativ între cele dou grupuri in studiu, vârsta medie i parametrii somatici fi ind mai indeaproape asociai, markerii genetici ai afectiunii fi ind in continuare obiect de cercetare.
Vitamina D in afeciunile cardiovasculare Este cunoscut c factorii de risc pentru afeciunile
cardiovasculare ale adultului îsi au originea in
copilarie (44). Repleia cu vitamina D in copilarie i adolescena are potenialul de a ameliora profi lul de risc cardiovascular in decada 50 i dupa (45). Un studiu asupra 3577 adolesceni in USA intreprins intre 2001-2004 in cadrul programului National Health and Nutrition Examination Survey (45) a pus in evident c valorile scazute ale 25(OH)D s-au corelat cu excesul ponderal, obezitatea…