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背景糖尿病前期是介于正常血糖和糖尿病（Diabetes mellitus,DM）之间的一种状态,是糖尿病防控的关键期。对糖尿病前期人群进行早期干预,可使2型糖尿病（Type 2 diabetes mellitus,T2DM）的发生风险降低40-70%。维生素D作为一种人体必需的脂溶性维生素,具有广泛的生物学活性,其与糖尿病发生发展的关系已成为当前医学研究热点之一。观察性研究显示,维生素D缺乏可能导致胰岛素分泌受损,增加2型糖尿病发生风险。然而在人群随机对照试验中,维生素D对糖尿病的保护作用尚未得到证实,还需在设计精良、不同种族的干预试验中进一步探讨。从机制上讲,慢性高血糖可导致胰岛素原合成速率增加,给胰岛β细胞带来沉重的合成负担,并增加蛋白质错误折叠以及内质网应激（Endoplasmic reticulum stress,ERS）的可能性。维生素D作为一种潜在的天然ERS缓解剂,能否通过抑制胰腺ERS来改善β细胞功能障碍,值得深入研究。因此,本研究在中国人群中开展随机对照试验,评价维生素D3对糖尿病前期人群胰岛β细胞功能的改善作用,同时联合动物实验,以ERS为切入点,深入探索维生素D3调节胰岛β细胞功能的可能机制。目的1.采用随机对照设计,在糖尿病前期人群中进行维生素D3和/或钙干预,明确维生素D3和钙对胰岛β细胞功能、胰岛素分泌、胰岛素敏感性以及糖脂代谢水平的影响。2.基于人群干预研究,评估维生素D3补充对生物可利用的25羟基维生素D（Bioavailable 25-hydroxyvitamin D,bio-25（OH）D）和游离25（OH）D水平的影响,及bio-25（OH）D和游离25（OH）D在β细胞功能改善效应中的作用。3.在DM大鼠模型中观察维生素D3干预对胰岛β细胞功能和糖脂代谢紊乱的调节作用,并基于ERS探讨可能机制。方法1.维生素D3联合钙干预糖尿病前期人群的随机对照研究:本研究以河南省许昌市半截河社区及长葛市石固镇为干预现场（均为农村地区）,根据口服葡萄糖耐量试验（Oral glucose tolerance test,OGTT）及纳入排除标准,筛选出243名糖尿病前期人群作为受试对象,将其随机分为维生素D干预组（1600 IU/天,n=60）、钙干预组（500 mg/天,n=60）、维生素D联合钙干预组（1600 IU/天+500 mg/天,n=61）以及安慰剂组（n=62）,进行24周的营养干预。干预前后分别进行问卷调查、体格检查、OGTT及血标本采集,检测血液样本中血糖、血脂、胰岛素和25（OH）D水平,并计算胰岛β细胞功能、胰岛素敏感性、胰岛素分泌等相关指标。以葡萄糖处置指数（Disposition index,DI）作为主要结局指标,评价维生素D3和/或钙在预防糖尿病发生发展中的作用。测定血清中白蛋白和维生素D结合蛋白浓度,并计算血液循环中bio-25（OH）D和游离25（OH）D水平。使用SAS 9.4和SPSS 23.0软件进行数据分析,双侧检验水准α=0.05。采用重复测量的方差分析及广义估计方程对维生素D3及钙的干预效果进行评价。采用多重线性回归对各组干预前后DI变化量与维生素D相关血清学指标变化量之间的关联进行分析。本研究通过了郑州大学生命科学伦理审查委员会的审核,所有研究对象均签署知情同意书。2.基于内质网应激探讨维生素D3对糖尿病大鼠胰岛功能的保护作用:将72只4周龄SPF级雄性SD大鼠随机分为正常对照组（Normal control group,NC组,n=10）和糖尿病造模组（n=62）,NC组大鼠全程喂养基础饲料,造模组喂养高脂饲料4周后按35 mg/kg剂量腹腔注射2%STZ,构建DM大鼠模型。将DM大鼠随机分为模型对照组（Model control group,MC）、低剂量维生素D干预组（Low-dose vitamin D group,LVD）、中剂量维生素D干预组（Medium-dose vitamin D group,MVD）、高剂量维生素D干预组（High-dose vitamin D group,HVD）以及阳性对照组（Positive control group,PC）,每组10只。根据大鼠体重,NC组和MC组每日灌胃2 m L/kg剂量的玉米油,LVD、MVD、HVD组每日分别灌胃41.67 IU/kg、166.67 IU/kg、520.83 IU/kg剂量的维生素D3,PC组每日灌胃盐酸二甲双胍200 mg/kg,干预时间为10周。干预结束后经腹主动脉采血,并收集胰腺组织。检测大鼠血液样本中血糖、血脂、胰岛素、25（OH）D等指标水平,采用Western blot检测胰腺组织中VDR、GRP78、IRE1α、p-IRE1α、CHOP、Bax、Bcl-2等蛋白表达量,采用免疫组织化学测定胰岛中胰岛素含量,采用TUNEL法评价胰腺组织细胞凋亡情况。使用SAS 9.4进行数据分析,Graph Pad Prism 8.0进行作图。正态分布的定量资料以均值±标准差表示,采用方差分析对单因素多水平定量资料进行组间比较。结果1.维生素D3联合钙干预糖尿病前期人群的随机对照研究:（1）该研究纳入受试对象243人,其中男性83（34.16%）人,女性160（65.84%）人,年龄中位数（四分位数间距）为56（49-65）岁。干预前各组受试者在一般人口学特征、吸烟、饮酒、日照情况、膳食钙及维生素D摄入量、25（OH）D水平等方面均无统计学差异（P＞0.05）;经24周干预后,相对于安慰剂组,维生素D+钙组、维生素D组的25（OH）D水平明显提升（P＜0.001）。（2）相对于未补充维生素D3者,干预24周后补充维生素D3者的总胆固醇（组间变化量=-0.13 mmol/L,95%CI:-0.22,-0.03;P=0.011）、低密度脂蛋白胆固醇水平（组间变化量=-0.09 mmol/L,95%CI:-0.18,0.00;P=0.039）明显降低。（3）与安慰剂组相比,维生素D+钙组（组间变化量=0.28,95%CI:0.10,0.47;P=0.003）、钙组（组间变化量=0.20,95%CI:0.02,0.39;P=0.033）的胰岛素生成指数（Insulinogenic index,IGI）显著升高,但各项胰岛素敏感性指标均未呈现显著的统计学差异（P＞0.05）。（4）干预后维生素D+钙组的DI水平显著高于干预前（6.61±0.80 vs.6.40±0.71;P=0.032）;与安慰剂组相比,维生素D+钙组的DI呈现边缘性升高趋势（组间变化量=0.21,95%CI:-0.02,0.43;P=0.068）,且在老年（≥60岁）以及基线维生素D不足/缺乏的亚组人群中DI改善效应显著（P＜0.05）。（5）基线时期研究对象25（OH）D水平与游离25（OH）D（r=0.793,P＜0.001）、bio-25（OH）D（r=0.770,P＜0.001）呈高度正相关;与安慰剂组相比,干预后维生素D+钙组、维生素D组的游离25（OH）D和bio-25（OH）D水平均显著升高（P＜0.001）。（6）总人群中干预前后DI变化量与游离25（OH）D变化量呈正向关联（β=0.013,P=0.044）,但与总25（OH）D变化量的关联性并不显著（P＞0.05）。2.基于内质网应激探讨维生素D3对糖尿病大鼠胰岛功能的保护作用:（1）高脂喂养联合小剂量STZ腹腔注射建立了稳定、有效的DM大鼠模型。中、高剂量维生素D3可使DM大鼠饮水量显著降低（P＜0.05）,而低、中剂量的维生素D3可以缓解DM大鼠的体重减轻（P＜0.05）。（2）DM大鼠经维生素D3干预后,25（OH）D水平显著增加,呈明显剂量效应关系（P＜0.05）。与MC组大鼠相比,高剂量维生素D3可使DM大鼠FPG和甘油三酯显著降低（P＜0.05）,HOMA-β和高密度脂蛋白胆固醇显著升高（P＜0.05）。（3）HE染色显示,与MC组大鼠相比,维生素D3各干预组大鼠的胰岛及胰岛内细胞数量有所增加,形态结构有所改善。胰岛素免疫组化显示,MVD和HVD组DM大鼠胰岛中的胰岛素含量明显增加（P＜0.05）。经TUNEL染色发现,维生素D3干预可明显改善DM大鼠胰腺组织的凋亡情况（P＜0.05）。（4）与MC组相比,MVD和HVD干预组DM大鼠血清及胰腺的SOD活性显著升高（P＜0.05）,MDA水平明显降低（P＜0.05）,血清TNF-α、IL-1β水平显著降低（P＜0.05）。（5）Western blot结果显示,与MC组相比,DM大鼠经不同剂量维生素D3干预后VDR、Bcl-2蛋白表达量显著提高（P＜0.05）,GRP78、p-IRE1/IRE1、CHOP、Bax蛋白表达量呈不同程度的下调趋势（P＜0.05）。结论1.对糖尿病前期人群进行24周的维生素D3干预,可有效逆转维生素D缺乏状况,调节脂质代谢;与钙联用时,胰岛素分泌增加,特别是在维生素D不足/缺乏人群中,胰岛β细胞功能改善效果显著。2.相对于血清25（OH）D水平,bio-25（OH）D和游离25（OH）D能更好的指示体内维生素D状态。维生素D3干预对糖尿病前期受试者β细胞功能的改善作用,可能得益于血清中游离25（OH）D水平的提升,而与总25（OH）D变化量无关。3.维生素D3干预在缓解DM大鼠基础症状（多饮、体重减轻）、降低血糖血脂、提高胰岛β细胞功能及改善胰腺组织病理损伤等方面发挥有益作用,并具有一定的剂量依赖性。4.维生素D3可能通过IRE1/CHOP信号通路,抑制ERS诱导的细胞凋亡,保护胰岛功能,并在抗炎、抗氧化过程中发挥重要作用。