D-vitamin-insufficiens - en mulig ætiologisk faktor ved autoimmune sygdomme

Sollys er den primære kilde til D-vitamin. Epidemiologiske studier viser øget hyppighed af visse autoimmune sygdomme med stigende afstand fra ækvator. Da hudens D-vitamin-produktionen stiger med graden af soleksposition, er D-vitamin-insufficiens nævnt som mulig medvirkende årsag til udviklingen af autoimmunitet. I dyreeksperimentelle og cellulære in vitro-studier har D-vitamin vist antiinflammatorisk effekt. I denne artikel diskuteres D-vitamins rolle i udviklingen af kronisk inflammatorisk tarmsygdom, type 1-diabetes mellitus, dissemineret sklerose og reumatoid artritis.

D-vitamins rolle i regulering af knogle- og kalkmetabolismen er velkarakteriseret, og der er i dag konsensus om, at D-vitamin-insufficiens forekommer hyppigt i normalbefolkningen (Tabel 1 ) [1]. I de senere år har der været opmærksomhed på D-vitamins mulige nonkalcæmiske effekter, herunder en direkte påvirkning af immunsystemet. Med baggrund i epidemiologiske, dyreeksperimentelle og cellulære in vitro-studier har D-vitamin-insufficiens været foreslået som en bidragende ætiologisk faktor ved autoimmune sygdomme.

Autoimmune sygdomme er karakteriseret ved, at immunforsvaret reagerer imod eget væv. Denne oversigt har til formål at gennemgå litteraturen vedrørende D-vitamins rolle ved udvalgte T-lymfocyt-medierede autoimmune sygdomme: kronisk inflammatorisk tarmsygdom (inflammatory bowel disease (IBD), Crohns sygdom og colitis ulcerosa), type 1-diabetes mellitus (Type 1 DM), dissemineret sklerose (DS) og reumatoid artritis (RA).

Metoder

Der er søgt engelsksprogede artikler i MEDLINE ved anvendelse af søgeordene vitamin D, north-south gradient, T-lymphocytes, dendritic cells, epidemiology og MESH-termer for de beskrevne sygdomme. Yderligere er der løbende indsamlet publikationer efter søgning blandt de angivne referencer. Abstrakter er læst, og artikler med relevans for emnet er gennemgået.

Fysiologi

Efter soleksposition produceres der i huden D-vitamin, der hydroxyleres i leveren til 25-OH-D-vitamin (25D) og i nyrerne til den aktive metabolit 1,25-(OH)2 -D-vitamin (1,25D). Mere end 90% af D-vitamin-indholdet i mennesket kommer fra produktion i huden efter UVB-bestråling [2]. Få fødeemner indeholder betydende mængder D-vitamin D, hvorfor sollys er den væsentligste D-vitamin-kilde hos mennesket. D-vitamin-status vurderes bedst ved bestemmelse af 25D-koncentration i serum, hvorimod 1,25D fortæller mindre om det generelle D-vitamin-niveau og endda kan være kompensatorisk forhøjet ved D-vitamin-deficiens [1]. Forhøjet 1,25D kan resultere i hyperkalcæmi, og systemisk behandling med 1,25D kan derfor være forbundet med bivirkninger, der er relateret hertil. Serum-25D på mere end 50 nmol/l sikrer en normal knoglemetabolisme hos raske voksne, og de nyeste danske anbefalinger for D-vitamin-indtagelse er et dagligt tilskud på 300 international units (IU) til raske voksne [1]. Internationalt er der uenighed om, hvad det anbefalede tilskud bør være, og op til 1.000 IU har været foreslået [3]. Food and Nutrition Board, USA, har sat den maksimale grænse til 2.000 IU dagligt [3]. I et sikkerhedsstudium blev der givet 4.000 IU D-vitamin dagligt i tre måneder, uden at der blev observeret bivirkninger i form hyperkalcæmi eller hyperkalcuri. Samtidig blev der opnået en gennemsnitlig stigning i 25D fra 40 nmol/l til 96 nmol/l, hvilket er en stigning fra en subnormal værdi til en værdi inden for det normale referenceinterval [3]. Meget tyder derfor på, at det daglige tilskud af D-vitamin kan øges væsentligt uden risiko for intoksikation.

Immunologiske forhold

Ud over i nyrerne foregår 1α -hydroxyleringen af 25D også i immunsystemet, særlig i dendritiske celler og makrofager. Aktiverede makrofager er årsag til den hyperkalcæmi, der ses ved sarkoidose, idet der er øget produktion af 1,25D i de inflammerede områder. Hvorvidt den øgede produktion af 1,25D sker som led i sygdommen eller er sekundært til immunmodulatorisk aktivitet er uafklaret [4]. D-vitamin udøver sin effekt via den cytoplasmatiske D-vitamin-receptor (VDR), som opreguleres af 1,25D. Der er påvist VDR i flere celletyper i den menneskelige organisme, blandt andet i aktiverede T-lymfocytter [5], som indtager en central rolle i udviklingen af en række autoimmune sygdomme.

Ved IBD, Type 1 DM, DS og RA vedligeholder aktiverede T-lymfocytter en uhensigtsmæssig inflammatorisk reaktion. T-lymfocytter aktiveres generelt ved antigenpræsentation fra især dendritiske celler og makrofager. Inaktive T-lymfocytter, T-hjælper-lymfocyt (Th)0, differentierer efter antigenstimulation til Th1-, Th2- eller T-regulatoriske lymfocytter (T-reg), hvor Th1-lymfocytter ved de anførte sygdomme dominerer og menes at have en central rolle i udviklingen af autoinflammation (Figur 1 ).

Immunologisk ligevægt sikres normalt via en balance mellem proinflammatoriske og antiinflammatoriske signaler. Proinflammatoriske signaler udøves på vævsniveau af bl.a. cytokinerne interferon (IFN)-γ og tumornekrosefaktor (TNF)-α . Antiinflammatoriske cytokiner omfatter især interleukin (IL)-10 og transforming growth factor (TGF)-β , der bl.a. produceres af regulatoriske T-lymfocytter [6]. Virkningsmekanismer ved behandling af autoimmune sygdomme består bl.a. i at sikre et balanceret respons fra T-lymfocytter og derigennem at sikre et forsvar imod indtrængende antigener uden samtidig at skabe autoinflammation.

Ætiologien til de anførte sygdomme er ukendt, men der er formentlig tale om en miljømæssig påvirkning af et genetisk disponeret individ. Ved eksempelvis kronisk inflammatorisk tarmsygdom udløser en overreaktion imod den normale tarmflora (antigener) inflammation i tarmens væg.

Regulering af T-lymfocytter

D-vitamin har en effekt på T-lymfocytternes aktivitet, idet det proinflammatoriske respons hæmmes, og det antiinflammatoriske respons fre mmes. Øget produktion af TNF-α er et fremtrædende træk ved RA og IBD, og blokering af TNF-α -signalering (infliximab) er i dag en implementeret behandling ved disse tilstande. Den aktive form af D-vitamin - 1,25D - hæmmer produktionen af TNF-α [7]. Stimuleres T-lymfocytter med 1,25D, nedreguleres IFN-γ -produktionen samtidig med en nedregulering af IL-2, et cytokin, der fremmer T-lymfocyt-aktiveringen via et autokrint positivt feedbacksystem [8]. I nærkontakt med dendritiske celler og 1,25D udviser T-lymfocytter regulatorisk potentiale, og nettoeffekten er en opregulering af IL-10 og en nedregulering af INF-γ [6]. Samtidig kan 1,25D ændre T-lymfocyt-cytokinproduktionen fra en Th1-retning til en Th2-retning, hvor en nettoeffekt teoretisk kunne være en hæmning af autoinflammation (Figur 1) [9].

Regulering af dendritiske celler

Dendritiske celler optager og præsenterer antigener for T-lymfocytter og er derfor afgørende for det T-lymfocyt-medierede immunrespons. D-vitamin aktiveres i dendritiske celler og makrofager [10], og 1,25D hæmmer autokrint aktiveringen af dendritiske celler ved at nedregulere major histocompatibility complex (MHC) klasse II, som indgår i antigenpræsentation. Samtidig opreguleres produktionen af IL-10 [11] og dermed dendritiske cellers regulatoriske potentiale. Endelig er det påvist, at dendritiske celler efter forbehandling med 1,25D hæmmer deling og aktiveringsgraden af T-lymfocytter [12].

Resultaterne af cellulære in vitro-studier tyder således på, at stimulation med 1,25D regulerer T-lymfocyttens differentiering, hvilket indikerer at D-vitamin kunne spille en rolle i et balanceret T-lymfocyt-respons [6, 9] (Figur 1).

Kronisk inflammatorisk tarmsygdom

Forekomsten af IBD i Europa udviser nationale forskelle, og der er observeret stigende hyppighed, op til en faktor 5, med stigende breddegrad - den såkaldte nord-syd-gradient [13]. Interregionale forskelle i forekomsten af Crohns sygdom er ligeledes beskrevet, f.eks. er den relative risiko for at få Crohns sygdom dobbelt så stor i Nordfrankrig som i Sydfrankrig [14].

Forskelle i forekomsten af IBD er bl.a. relateret til forskelle i genotyper, herunder mutationer i nucleotide-binding oligomerization domain 2 (NOD2), som findes hos op til 25% af patienterne med Crohns sygdom. Incidensen af Crohns sygdom er i Danmark 10,7 pr. 100.000 pr. år og i Portugal 2,6 pr. 100.000 pr. år [13]. Ud fra disse tal ville man forvente en højere forekomst af NOD2-mutationer i Danmark end i Portugal. Imidlertid er forekomsten af NOD2-mutationer i Portugal og Danmark ens blandt Crohn-patienter (22%). Ydermere er mutationsfrekvensen hos raske i Portugal 16% og i Danmark 9% [15]. Dette taler for, at miljømæssige forhold påvirker sygdommens penetrans.

Crohns sygdom udviser årstidsvariation med hensyn til aktivitet, idet der er fundet højere eksacerbationsrater om vinteren/foråret end om sommeren/efteråret [16]. Nedsat 25D-indhold i blodet hos patienter med Crohns sygdom er beskrevet, med signifikant lavere 25D-niveau i vinterhalvåret [17].

Dyreeksperimentelt

Hos transgene mus uden genet for det regulerende cytokin IL-10 udvikles der spontant en kolitislignende tarmbetændelse. Tarmbetændelsen hindres ved tilsætning af 1,25D til foderet hos disse mus [18]. Effekten af 1,25D udøves via VDR, idet der hos transgene mus, hvor både generne for VDR og IL-10 er fjernet, udvikles accelereret tarmbetændelse, og alle mus dør inden for syv uger [19]. Disse studier taler for, at 1,25D har betydning for reguleringen af immunsystemet uafhængigt af IL-10, og at 1,25D-stimulering via VDR har en afgørende rolle for etablering af et balanceret immunrespons.

Type 1-diabetes mellitus

I Finland har man verdens højeste forekomst af type 1 DM, og den årlige incidens blandt unge under 14 år er mere end fordoblet fra 1960 til slutningen af 1990 [20]. I et finsk studie påviste man en korrelation imellem lavt D-vitamin-indtag i spædbarnsalderen og senere udvikling af type 1 DM [21]. Eurodiab Tiger Group har undersøgt diabetesforekomsten hos børn og fundet en betydende international incidensforskel, som tyder på en nord-syd-gradient i Europa: Fra 3,6 pr. 100.000 i Makedonien til 43,9 pr. 100.000 i Finland, men også med undtagelser som f.eks. Sardinien (37,8 pr. 100.000) [22]. Gruppen fandt også en øget frekvens af nydiagnosticerede patienter i vintermånederne, og i en italiensk undersøgelse påviste man nedsat 25D i blodet hos nydiagnosticerede type 1 DM-patienter [23]. Resultaterne af andre europæiske epidemiologiske opgørelser tyder også på en nord-syd-gradient for voksne type 1-diabetikere, med en seks gange højere forekomst i Finland end i Italien [24]. Studierne støtter samlet set hypotesen, at forskelle i 25D-niveauet har en betydning ved type 1 DM.

Dyreeksperimentelt

Hos non obese diabetic (NOD)-musen udvikles der efter fødslen autoimmun diabetes [25]. Behandles musen med 1,25D, mindskes graden af histologisk inflammation i pancreas, og samtidig opnås der en beskyttelse imod udvikling af diabetiske karakteristika [26]. Denne effekt er eftervist i andre forsøg, hvor man ligeledes har fundet effekt af behandling med D-vitamin [27].

Dissemineret sklerose

I Sardinien, Norge og Finland rapporterer man om stigende forekomst af dissemineret sklerose [28]. Der er ikke publiceret internationale data, der tyder på en nord-syd-gradient, men derimod er der beskrevet interregionale nord-syd-gradienter for Japan, Australien, New Zealand og USA [28]. Interregionale nord-syd-gradienter kan tillægges større betydning med hensyn til påvisning af eventuelle forskelle i miljøfaktorer, idet befolkningen inden for en landegrænse almindeligvis kan anses for at være mere genetisk homogen. I den forbindelse er det interessant, at DS-forekomsten er ca. otte gange mindre hos den engelsktalende befolkning i Sydafrika end hos befolkningen i Storbritannien som helhed [28]. Der er påvist nedsat 25D-indhold i blodet hos nydiagnosticerede patienter med DS [29]. I to kohortestudier fulgte man ca. 90.000 sygeplejersker i en årrække og fandt, at udviklingen af DS var omvendt proportional med D-vitamin-rigt fødeindtag og tilskud af D-vitamin med en relativ risikoreduktion på 40% [30].

Dyreeksperimentelt

Eksperimentel autoimmun encefalomyelitis induceres i mus ved tilførsel af myelinsensibiliserede T-lymfocytter, hvorved der hos musene udvikles en cerebral betændelse, der har lighedspunkter med dissemineret sklerose. Tilførsel af 1,25D forhindrer progression af DS-lignende karakteristika [31], ligesom D-vitamin-tilførsel har effekt [32]. Tilsvarende effekter er påvist i en rottemodel, hvor en 1,25D-analog også viste sig at være virksom [33].

Reumatoid artritis

Resultaterne af europæiske epidemiologiske studier tyder på en nord-syd-gradient med stigende forekomst fra Italien over Frankrig til Finland med en femdobling af forekomsten hos mænd og en tredobling hos kvinder [34]. I et prospektivt kohortestudie, Iowa Womens Health Study, fulgte man 40.000 midaldrende kvinder i 11 år og fandt, at risikoen for udvikling af RA var omvendt proportional med D-vitamin-rigt fødeindtag og tilskud af D-vitamin [35].

Dyreeksperimentelt

I to eksperimentelle musemodeller for RA har 1,25D-behandling været afprøvet. Hos begge musemodeller udvikledes der en RA-lignende tilstand efter tilf ørsel af Borrelia -bakterien og immunisering med fremmed kollagen. I disse musemodeller hæmmer tilførsel af 1,25D sygdomsprogression [36].

Kliniske studier

Der foreligger enkelte studier, hvori D-vitamin-behandling er afprøvet med kliniske eller parakliniske effektmål. Derimod foreligger der ingen studier, hvor en dynamisk ændring af 25D-indholdet i blodet er relateret direkte til klinisk effekt.

Behandling af DS-patienter med calcium, magnesium og D-vitamin-tilskud svarende til 5.000 IU dagligt i et år resulterede i et signifikant fald i antallet af sygdomseksacerbationer, målt i forhold til det teoretisk forventede antal [37]. Studiet havde ingen kontrolgruppe, hvilket kan give anledning til fejltolkning. I et andet DS-studie er det påvist, at 1.000 IU D-vitamin dagligt resulterede i en signifikant øgning af serum-TGF-β [38]. D-vitamin-behandling er også afprøvet ved reumatoid artritis. I et studie fra 1973 påviste man effekt af D-vitamin-behandling på RA-symptomer [39], ligesom der for nylig er påvist klinisk effekt af D-vitamin-analogen 1α -OH-D-vitamin [40]. I det sidstnævnte studie var der heller ingen kontrolgruppe. Behandlingsstudier med D-vitamin er ikke foretaget for IBD og Type1 DM.

Konklusion

Autoimmun sygdom opstår efter miljøpåvirkning hos genetisk disponerede personer. Epidemiologiske data støtter hypotesen om D-vitamins beskyttende effekt mod autoimmune sygdomme. I dyreeksperimentelle modeller for IBD, type 1 DM, DS og RA har behandling med både D-vitamin og 1,25D gavnlig effekt. De dyreeksperimentelle studier støttes af cellulære in vitro-forsøg, hvor 1,25D påvirker immunsystemet i forbindelse med såvel antigenpræsentation som aktivering og differentiering af T-lymfocytter. Det T-lymfocyt-medierede immunrespons balanceres ved en nedregulering af proinflammatoriske cytokiner og en samtidig opregulering af antiinflammatoriske cytokiner.

Den aktive form af D-vitamin - 1,25D - udøver immunologiske effekter på flere niveauer i immunsystemet, men om det er en klinisk relevant effekt er endnu uafklaret. D-vitamin i sig selv er vidtgående bivirkningsfrit, men risikoen for alvorlige bivirkninger relateret til stigning i 1,25D og dermed hyperkalcæmi og hyperkalcuri skal haves in mente (formentlig ved vedvarende daglig dosering over 2.000 IU) [3]. Denne risiko er mest udtalt ved aktiv granulomatøs sygdom med endogen 1,25D-produktion.

Adjuverende behandling kan bestå af D-vitamin, 25 D eller den aktive metabolit 1,25D. Behandling med 1,25D medfører en væsentlig risiko for hyperkalcæmi, hvilket nødvendiggør hyppig kontrol af behandlede patienter. Udvikling af 1,25D-analoger med immunmodulatorisk effekt uden samtidig hyperkalcæmisk virkning har hidtil været resultatløse. Der er evidens for, at det daglige indtag af D-vitamin kan øges væsentligt uden ledsagende hyperkalcæmi [3]. Det syntes derfor at være attraktivt at undersøge, om en optimering af D-vitamin-status hos patienter med autoimmune sygdomme har klinisk effekt og dermed kan anbefales som adjuverende terapi. Samtidig bør relationen mellem ændring i serumindholdet af 25-OH-D-vitamin og klinisk behandlingseffekt klarlægges.

Søren Peter Jørgensen, V-Forskning, bygning 1C, 1. sal, Århus Sygehus, DK-8000 Århus C. E-mail: spgjo@as.aaa.dk

Antaget: 26. februar 2007

Interessekonflikter: Ingen angivet

1. Mosekilde L, Brot C, Hyldstrup L et al. D-vitaminstatus i den danske befolkning bør forbedres. Ugeskr Læger 2005;167:895-7.
2. Holick MF. Sunlight and vitamin D for bone health and prevention of autoimmune diseases, cancers, and cardiovascular disease. Am J Clin Nutr 2004; 80:1678-88.
3. Vieth R, Chan PC, MacFarlane GD. Efficacy and safety of vitamin D3 intake exceeding the lowest observed adverse effect level. Am J Clin Nutr 2001;73: 288-94.
4. Sharma OP. Hypercalcemia in granulomatous disorders: a clinical review. Curr Opin Pulm Med 2000;6:442-7.
5. Veldman CM, Cantorna MT, DeLuca HF. Expression of 1,25-dihydroxyvitamin D(3) receptor in the immune system. Arch Biochem Biophys 2000;374: 334-8.
6. 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;195:603-16.
7. Muller K, Haahr PM, Diamant M et al. 1,25-dihydroxyvitamin D3 inhibits cytokine production by human blood monocytes at the post-transcriptional level. Cytokine 1992;4:506-12.
8. Cippitelli M, Santoni A. Vitamin D3: A transcriptional modulator of the interferon-ã gene. Eur J Immunol 1998;28:3017-30.
9. Boonstra A, Barrat FJ, Crain C et al. 1,25-dihydroxyvitamin D3 has a direct effect on naive CD4+ T cells to enhance the development of Th2 cells. J Immunol 2001;167:4974-80.
10. Fritsche J, Mondal K, Ehrnsperger A et al. Regulation of 25-hydroxyvitamin D3-1á-hydroxylase and production of 1,25-dihydroxyvitamin D3 by human dendritic cells. Blood 2003;102:3314-6.
11. Pedersen AE, Gad M, Walter MR et al. Induction of regulatory dendritic cells by dexamethasone and 1alpha,25-Dihydroxyvitamin D3. Immunol Lett 2004;91:63-9.
12. Van Halteren AG, Tysma OM, van Etten E et al. 1alpha,25-dihydroxyvitamin D3 or analogue treated dendritic cells modulate human autoreactive T cells via the selective induction of apoptosis. J Autoimmun 2004;23:233-9.
13. Shivananda S, Lennard-Jones J, Logan R et al. Incidence of inflammatory bowel disease across Europe: is there a difference between north and south? Results of the European Collaborative Study on Inflammatory Bowel Disease (EC-IBD). Gut 1996;39:690-7.
14. Nerich V, Monnet E, Etienne A et al. Geographical variations of inflammatory bowel disease in France: a study based on national health insurance data. Inflamm Bowel Dis 2006;12:218-26.
15. Vind I, Vieira A, Hougs L et al. NOD2/CARD15 gene polymorphisms in Crohn's disease: a genotype-phenotype analysis in Danish and Portuguese patients and controls. Digestion 2005;72:156-63.
16. van Halteren AG, van Etten E, de Jong EC et al. Redirection of human autoreactive T-cells upon interaction with dendritic cells modulated by TX527, an analog of 1,25 dihydroxyvitamin D3. Diabetes 2002;51:2119-25.
17. McCarthy D, Duggan P, O'Brien M et al. Seasonality of vitamin D status and bone turnover in patients with Crohn's disease. Aliment Pharmacol Ther 2005;21:1073-83.
18. Cantorna MT, Munsick C, Bemiss C et al. 1,25-dihydroxycholecalciferol prevents and ameliorates symptoms of experimental murine inflammatory bowel disease. J Nutr 2000;130:2648-52.
19. Froicu M, Weaver V, Wynn TA et al. A crucial