综述：维生素D在焦虑中的神经生物学机制：来自啮齿动物模型和基于生物信息学的靶点识别的证据

《Nutrients》：Neurobiological Mechanisms of Vitamin D in Anxiety: Evidence from Rodent Models and Bioinformatics-Based Target Identification

　　

背景/目的：焦虑症（anxiety disorders）是一项重大的全球公共卫生挑战，其患病率不断上升且存在大量未满足的治疗需求。新出现的证据表明，维生素D（vitamin D）调节参与焦虑的多种神经生物学通路，但潜在机制仍不完全清楚。本综述对有关维生素D抗焦虑作用的实验和生物信息学证据进行了全面综合。方法：研究人员对啮齿动物模型中维生素D抗焦虑作用的现有文献进行了批判性综述，重点关注与神经递质系统（neurotransmitter systems）、神经可塑性（neuroplasticity）、神经营养因子（neurotrophic factors）、神经炎症（neuroinflammation）、氧化应激（oxidative stress）和受体介导信号传导（receptor-mediated signaling）相关的证据。研究人员整合了生物信息学分析，以识别可能连接维生素D与焦虑相关机制的分子靶点和信号通路。结果：综合证据表明，维生素D通过协调调节神经炎症信号传导（neuroinflammatory signaling）、神经可塑性（neuroplasticity）、单胺能神经传递（monoaminergic neurotransmission）、神经内分泌调节（neuroendocrine regulation）、表观遗传机制（epigenetic mechanisms）和维生素D代谢（vitamin D metabolism）发挥多效性神经生物学效应，所有这些过程均参与焦虑症的病理生理学。生物信息学分析通过识别可能参与维生素D抗焦虑作用的分子靶点和信号通路，进一步支持了这些发现。结论：当前证据支持维生素D在焦虑症中的潜在作用，但需要进一步的转化和临床研究来确定其治疗价值。

1. 引言
焦虑症（anxiety disorders）是全球最常见的精神健康状况之一，影响数百万人，通常导致日常功能、社交互动和整体生活质量的严重损害。2019年全球疾病负担研究（Global Burden of Disease Study 2019）的最新估计表明，2019年至2021年间，与精神障碍相关的患病率、发病率和残疾寿命年显著增加，其中焦虑症和抑郁症的增幅最大。焦虑症根据《精神障碍诊断与统计手册》第五版（DSM-5）分类，包括分离焦虑症、选择性缄默症、特定恐惧症、社交焦虑症、惊恐障碍、广场恐惧症、广泛性焦虑症、物质/药物诱发的焦虑症、由其他医学状况引起的焦虑症以及其他特定和未特定的焦虑症。神经递质系统在情绪处理、压力反应性和焦虑相关行为的调节中发挥核心作用。单胺类物质（包括血清素（5-HT）、去甲肾上腺素（NE）和多巴胺（DA））在大脑中的水平和信号改变一直与焦虑症的病理生理学相关。此外，兴奋性谷氨酸能（glutamatergic）和抑制性GABA能（GABAergic）神经传递之间的失衡被认为是焦虑的关键机制，因为过度的谷氨酸能活动或受损的GABA能抑制可促进神经元过度兴奋和失调的恐惧反应。胆碱能信号传导也被证明是焦虑的重要调节因子。累积证据表明，神经可塑性受损在焦虑症的病理生理学中起核心作用。脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor, BDNF）是神经元存活、突触可塑性和活动依赖性突触重塑的关键调节因子，这些过程对适应环境挑战至关重要。BDNF信号传导的损伤与适应不良的神经可塑性和对焦虑症的易感性增加相关。慢性应激即使在总BDNF表达无变化的情况下也能损害BDNF依赖的突触功能。焦虑症主要由威胁-恐惧神经回路介导，该回路包括前额叶皮层、杏仁核、海马体、前扣带皮层和岛叶等相互连接的区域，调节威胁感知、恐惧处理和情绪反应。越来越多的临床前和临床研究表明，这些脑区内的神经炎症会导致回路功能障碍和焦虑症状的发展。慢性低度炎症可通过改变神经递质系统、损害神经可塑性和促进应激反应神经回路失调来破坏脑功能。氧化应激也被广泛认为是焦虑症病理生理学的重要贡献者，神经炎症-氧化失衡与焦虑症状相关。由于焦虑症的多因素和复杂性，其治疗仍面临重大临床挑战。当前治疗方法包括选择性血清素再摄取抑制剂（SSRIs）、血清素-去甲肾上腺素再摄取抑制剂（SNRIs）和苯二氮卓类等药物干预，以及心理干预。维生素D因其在调节神经传递、神经可塑性、神经炎症和氧化应激中的潜在作用，已成为有前景的抗焦虑候选物。维生素D₃（胆钙化醇）是实验性啮齿动物研究中最常使用的形式，因此将网络药理学与动物模型结果整合可能为其潜在的抗焦虑样作用和焦虑相关行为结果提供更全面的理解。本综述总结了维生素D₃在焦虑中的临床前证据，并通过识别与其潜在治疗作用相关的分子网络和信号通路，扩展了先前的生物信息学研究。

2. 材料与方法
本研究采用叙述性综述方法，总结、分析和讨论啮齿动物模型中维生素D抗焦虑作用的现有证据，并强调可能解释这些作用的生物学机制。文献检索在PubMed中进行，无日期限制，覆盖从数据库建库至2026年7月17日的文献。使用的描述词包括胆钙化醇、维生素D₃、1,25-D₃、骨化三醇、维生素D受体、焦虑、焦虑症、小鼠、大鼠、中枢神经系统、海马体、皮层、神经炎症、神经可塑性、氧化应激、神经递质、单胺类等。此外，还查阅了ScienceDirect和MDPI期刊平台以获取相关出版物和全文。研究纳入标准：调查维生素D₃（胆钙化醇）或相关维生素D代谢物对啮齿动物焦虑相关结果的影响，和/或涉及可能解释这些作用的生物学机制。排除标准：超出综述范围或未提供关于维生素D与焦虑相关结果关系的相关实验或机制信息。鉴于叙述性综述的性质，未进行正式偏倚风险评估或定量综合，而是基于研究结果的一致性、所提出机制的生物学合理性及其对整合理解维生素D在焦虑相关结果中作用的贡献进行评估。生物信息学分析中，使用关键词在比较毒物基因组学数据库（Comparative Toxicogenomics Database, CTD）和UniProt中搜索靶点。CTD未限定物种；焦虑仅纳入基于DSM-5分类的焦虑症的策展数据。UniProt中分别对小鼠（Mus musculus）和大鼠（Rattus norvegicus）进行搜索。使用Venny v.2.1.0进行重复去除和靶点重叠分析。识别共享靶点后，根据物种交叉验证CTD衍生靶点。由于维生素D受体（Vdr）未出现在重叠靶点中，根据表1证据手动纳入。最终分子靶点列表导入STRING v.12.0数据库，构建物种特异性蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络，采用高置信度交互参数（置信度评分=0.700）和网络扩展40个额外交互因子。所得PPI网络导入Cytoscape v.3.10.4进行拓扑和统计分析。采用基于生物学知识的方法，考虑神经系统表达和特异性作为补充标准。进一步在ShinyGo v.0.85.1中进行基因本体论（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析，以表征生物过程、分子功能、细胞组分和信号通路，显著性阈值设为错误发现率（FDR）<0.05。优先选择FDR值最低和富集倍数最高的KEGG通路和GO术语。

3. 维生素D的抗焦虑作用：临床前证据
本节概述了啮齿动物中调查维生素D潜在抗焦虑作用和可能神经生物学机制的实验研究。主要发现总结于表1。Kalueff等人（2004）的研究通过聚焦维生素D核受体，发现缺乏维生素D受体的小鼠在多种行为测试中表现出增加的焦虑样行为。维生素D补充剂在雄性Wistar大鼠中降低了高架十字迷宫中的焦虑样行为，并增加了海马体双皮质素（doublecortin）表达，表明与神经发生相关。母体维生素D缺乏的大鼠后代显示出增加的焦虑样行为，伴随促炎细胞因子升高和前额叶皮层BDNF与VDR表达降低，而母体补充或跑台运动可预防这些改变。妊娠期维生素D补充增加了母体护理并产生了抗焦虑样作用，且在产前地塞米松暴露后预防了后代焦虑样表型。在Mecp2缺陷小鼠（Rett综合征模型）中，行为改变与循环维生素D水平相关，补充维生素D有助于恢复分子平衡和改善神经元结构。Renteria等人（2024）在C57BL/6J小鼠中发现性别特异性关系：雌性中维生素D补充降低了焦虑样行为，但联合低聚果糖（FOS）无额外益处；雄性中联合处理增加了焦虑样行为，结肠VDR表达与TPH1（色氨酸羟化酶1）正相关。在老年去卵巢大鼠中，慢性维生素D₃（1.0 mg/kg/天）补充降低了焦虑样行为，且与低剂量17β-雌二醇联合时效果增强，同时增加血清25-羟基维生素D₃和雌二醇水平。在不可预测慢性轻度应激（UCMS）大鼠模型中，维生素D处理减轻了焦虑样行为，并逆转了氧化应激和神经炎症标志物（如丙二醛（MDA）、白细胞介素-6（IL-6））的增加以及抗氧化酶（CAT、SOD、硫醇）的降低。在尼古丁戒断模型中，维生素D₃处理降低了焦虑样行为，并伴随海马体NR2A表达的降低（在C57BL/6小鼠中）。在链脲佐菌素诱导的1型糖尿病大鼠中，维生素D₃处理逆转了糖尿病相关焦虑样行为，并调节了嘌呤能信号传导（包括NTPDase、5′-核苷酸酶、腺苷脱氨酶、A1和A2A受体水平）。母体饮食维生素D₃水平的研究表明，缺乏和过量均增加了幼年后代焦虑样行为，但仅限于幼年阶段。在长期去卵巢雌性大鼠中，慢性胆钙化醇（1.0和2.5 mg/kg）单独或与低剂量17β-雌二醇联合产生抗焦虑样作用，并伴随海马体多巴胺和血清素水平升高及血清素周转率降低。在慢性不可预测轻度应激（CUMS）Sprague-Dawley大鼠中，维生素D补充、运动及其组合缓解了焦虑样行为，并降低了血清促炎细胞因子TNF-α和IL-6，保护了海马神经元。在慢性睡眠失同步小鼠中，维生素D₃补充部分改善了行为改变，包括增加运动探索活动和减少焦虑样行为，同时改善了下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴功能、恢复Bmal-1表达并减轻免疫和肠-脑轴改变。然而，部分研究未显示明显关系：Kalueff等人（2004）发现VDR敲除小鼠中梳理行为增加但与焦虑无关；Liang等人（2018）发现产后维生素D缺乏或补充未显著改变C57BL/6小鼠的焦虑样行为，但异常摄入与空间学习及长期记忆损伤相关。

4. 整合临床前证据与网络药理学
尽管临床前研究表明维生素D₃在啮齿动物模型中具有抗焦虑样作用，但其潜在分子机制尚未完全阐明。实验证据表明维生素D₃可能影响神经传递、神经可塑性、神经炎症和氧化应激等过程。网络药理学和生物信息学方法可通过识别可能汇聚于这些实验观察过程的分子靶点、生物学通路和功能相互作用来补充临床前证据。本研究进行了基于网络的生物信息学分析，探索维生素D₃对焦虑相关行为可能作用的分子靶点和信号通路，并将计算预测与临床前结果关联以生成机制假设。与以往聚焦骨化三醇的研究不同，本分析以维生素D₃为中心，更贴近啮齿动物模型中使用的主要形式。CTD搜索鉴定出2873个维生素D₃相关靶点和62个焦虑相关靶点（限制DSM-5焦虑症后为53个）。UniProt在小鼠中鉴定出37个焦虑相关靶点和119个维生素D₃相关靶点，在大鼠中为37个和29个。CTD中重叠靶点14个：Fos、Tnf、Drd2、Slc6a3、Dnmt1、Mapt、Crp、Tg、Mdk、Serpina1、Eomes、Ins、Ifna2、Cat。UniProt中仅识别一个共享靶点Bglap。手动纳入VDR后，共16个分子靶点输入STRING。小鼠PPI网络含58个节点和391条边，大鼠PPI网络含56个节点和603条边。文献中报告的可能介导维生素D抗焦虑作用的分子靶点（表1）在大鼠STRING网络中被识别，包括腺苷A2A受体、BDNF、过氧化氢酶、多巴胺D2受体、白细胞介素-10、白细胞介素-6、TNF-α和VDR；小鼠网络识别出过氧化氢酶、CYP24A1、CYP27B1、多巴胺D2受体、白细胞介素-10、白细胞介素-6、TNF-α和VDR。此外，网络还识别出干扰素、IGF-1、IL-1、Slc18a2（大鼠网络）和CYP2R1（小鼠网络）等额外蛋白，提示可能涉及神经炎症通路、单胺能神经传递和维生素D代谢。收敛网络还识别出白蛋白、DNA甲基转移酶（DNMT）、食欲素A、瘦素、微管相关tau蛋白、催乳素、多巴胺转运蛋白（DAT）、核受体辅激活因子1（NCOA1）和转甲状腺素蛋白（TTR）等，参与表观遗传调控、神经内分泌信号、单胺能神经传递、能量稳态、神经退行性和突触功能。GO和KEGG富集分析显示，小鼠中富集到维生素D代谢过程、急性期反应、补体和凝血级联、甲状旁腺激素信号和类固醇生物合成；大鼠中富集到多巴胺能突触传递、多巴胺能突触、单胺类跨膜转运蛋白活性、细胞因子活性和类二十烷酸相关过程。这些结果表明，临床前模型中的分子靶点可能汇聚于代谢、炎症、激素和单胺能过程。结果提示，维生素D的抗焦虑作用可能涉及神经炎症信号、神经可塑性、单胺能神经传递、神经内分泌调节、表观遗传机制和维生素D代谢的协调调节，其中多个过程与临床前研究识别的机制重叠。

5. 结论
综合临床前证据支持维生素D状态可能通过多种潜在汇聚的生物学机制影响焦虑相关行为。这些发现为进一步研究维生素D在焦虑相关过程中的作用提供了基础，但其与人类焦虑症的相关性和治疗功效仍有待确定。未来研究整合临床结果与机制性生物标志物，对于确定临床前模型中识别的通路是否在人类中相关以及维生素D补充是否具有临床意义（尤其在维生素D缺乏个体中）至关重要。此类研究也可能有助于阐明适当的剂量策略、治疗阈值和治疗窗口。总体而言，需要进一步的机制、临床前和临床研究，以更好地表征维生素D可能影响神经炎症、神经可塑性、氧化应激和神经递质介导信号传导的分子通路，并确定这些机制是否转化为对焦虑相关结果的临床有意义效应。此外，扩展基于生物信息学的方法并实验验证其预测，对于生成和测试新机制假设、识别潜在分子靶点以及加强维生素D研究在焦虑相关障碍中的转化相关性至关重要。将啮齿动物模型结果转化为临床研究需考虑物种间在维生素D代谢、药代动力学、剂量暴露和VDR表达方面的差异，因此实验模型中产生行为效应的剂量不应直接外推至人类。未来随机对照试验应纳入基线维生素D状态、标准化焦虑相关症状测量和相关的生物学标志物，以确定维生素D补充是否产生临床有意义效应及其是否与特定生物学特征相关。