維生素D的最新研究進(jìn)展

陳超劉志超祝永剛肖輝燈郭菲宇張萬祥盧通齊磊柳根哲

首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京中醫(yī)醫(yī)院骨科，北京 100010

維生素D(Vitamin D，VD)是一種脂溶性物質(zhì)，由皮膚光解陽光中的紫外線生成，因此被稱為“陽光維生素”。實(shí)際上，VD也是存在于人體的一種類固醇類激素。正常人群戶外運(yùn)動(dòng)時(shí)通過陽光照射即可自身產(chǎn)生VD。然而，對(duì)于某些人群卻做不到，如常居室內(nèi)的人群，特別是居住在北半球的人，接觸陽光時(shí)間有限，這些人群VD的來源只能通過食物攝取，對(duì)于他們來說，VD才是傳統(tǒng)意義上的維生素[1-2]。隨著現(xiàn)代生活水平的提高和人們對(duì)VD缺乏的重視，臨床VD缺乏的患者已越來越少，但由于VD攝入過量引起中毒的現(xiàn)象卻不少發(fā)生。

1 VD的概述

1.1 VD的發(fā)展史

1919年Edward Mellanhy等[3]最早發(fā)現(xiàn)患有佝僂病的狗通過喂食魚肝油后癥狀逐漸好轉(zhuǎn)或治愈，然而他并不知道魚肝油中哪種維生素成分起作用。1922年，McCollum[4]最早證實(shí)VD和骨形成以及預(yù)防低血鈣搐搦等相關(guān)，并將其命名為“維生素D”。而早在1919年，Huldshinsky[5]就得知佝僂病患兒通過長(zhǎng)時(shí)間戶外陽光照射后癥狀能獲得很大改善，此后學(xué)者證明是皮膚的一些非活性成分通過陽光中紫外線激活后產(chǎn)生VD3。佝僂病嬰兒通過長(zhǎng)時(shí)間紫外線照射，骨骼鈣化的速度增加，當(dāng)時(shí)人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到佝僂病的發(fā)生與人體缺乏某種脂溶性物質(zhì)相關(guān)，后來人們通過長(zhǎng)時(shí)間紫外線照射酵母和皮膚分別獲得了VD2和VD3這兩種物質(zhì)。1932年，人們鑒定出了VD2的化學(xué)結(jié)構(gòu)，將其命名為麥角骨化醇，只有酵母及某些菌類含有的麥角骨化醇經(jīng)過紫外線照射可形成VD2。1936年，人們發(fā)現(xiàn)通過紫外線長(zhǎng)時(shí)間照射7-脫氫膽固醇可生成VD3，并將其命名為膽骨化醇。1960年，人們分離出VD的代謝產(chǎn)物25(OH)2D3。1970年，人們發(fā)現(xiàn)了在腎臟生成的VD的活性產(chǎn)物1，25(OH)2D3，并闡述了VD的代謝途徑。

維生素D有VD2和VD3兩種形式，VD2(麥角骨化醇)主要來源于植物和真菌。VD3(膽骨化醇)主要存在于深海魚的脂肪中。相關(guān)實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究[6]證明VD3效果優(yōu)于VD2，而且在臨床中應(yīng)用也更多。1980年,隨著VD受體核心地位的確立，VD在造血方面、細(xì)胞進(jìn)化、胰島素分泌等方面都有作用。而且VD受體基因多態(tài)性以及其與骨密度[7]、鉛腎毒性的關(guān)系也成為近年來研究的熱點(diǎn)[8-9]。近年來，人們研究發(fā)現(xiàn)VD水平與肝疾病[10]、牙周疾病[11]、皮膚相關(guān)疾病[12]、高血壓及2型糖尿病[13]、血脂紊亂、代謝綜合征[14]、過敏性疾病及哮喘[15-16]、心血管疾病[17]、結(jié)核病[18]、慢性腎臟病[19]、各種癌癥[20-21]、感染[22-23]、甚至死亡率[24]密切相關(guān)。而且最新研究[25]發(fā)現(xiàn)，母乳維生素D缺乏增加子代后凸畸形概率。此外，VD在全身免疫應(yīng)答及抗炎方面也起到重要作用[26-27]。

1.2 VD的來源

人體內(nèi)VD的來源有兩種途徑[4]：(1)外源性途徑：通過食用魚類、蛋類、奶制品及動(dòng)物內(nèi)臟后，經(jīng)過腸道消化后形成的VD。(2)內(nèi)源性途徑：皮膚中膽固醇衍生物(7-脫氫膽固醇)經(jīng)紫外線照射后產(chǎn)生VD前體，然后轉(zhuǎn)化成VD3。由于日常食物VD含量不足，所以許多國(guó)家強(qiáng)化使用某些富含VD的食品(如牛奶、乳制品和嬰兒食品等)來預(yù)防佝僂病，這些食品間接豐富了VD的來源。此外，VD也可以從添加劑中獲得，例如復(fù)合維生素添加劑通常含有50萬IU/g的VD3，而且在膠囊/片劑中，例如碳酸鈣片，每片可含400～500 IU的VD3，基本滿足人體需求(18～65 歲人群主張每日攝取VD量是 400 IU，>60歲人群主張每日攝入VD量為 600 IU)。

此外，VD可通過紫外線(295～300 nm)照射在皮膚產(chǎn)生的光解反應(yīng)合成。此光解反應(yīng)是通過固醇核B環(huán)的5，7雙鍵吸收紫外線，打開雙鍵，生成更穩(wěn)定的同分異構(gòu)體——s-反式、s-順式前VD3，這種反應(yīng)可以使5%～15%的7-脫氫膽固醇轉(zhuǎn)化為VD3。Holick預(yù)估1/2紅斑量(MED[28]就是陽光導(dǎo)致皮膚出現(xiàn)輕微粉紅色和產(chǎn)生可探測(cè)性紅斑的量，是輕度曬傷的標(biāo)志)的陽光照射，可以產(chǎn)生10 000～250 000 IU的VD，他認(rèn)為每周接受2～3次1/4 MED的陽光照射，大約產(chǎn)生15 000 IU的VD，即可滿足機(jī)體的需要[29]；對(duì)于正常人群，作為VD的來源，陽光一般比食物更重要。

1.3 VD的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)

1.3.1微粒依賴性的被動(dòng)擴(kuò)散：VD通過不飽和的被動(dòng)擴(kuò)散經(jīng)小腸吸收，此過程依賴于微粒的溶解及膽鹽的助溶作用[30]。

1.3.2從乳糜顆粒轉(zhuǎn)運(yùn)到血漿：VD與乳糜微粒表面脂蛋白結(jié)合，因?yàn)閂D的一部分可以從乳糜顆粒轉(zhuǎn)運(yùn)到血漿中的結(jié)合蛋白，也可以直接或隨乳糜微粒降解。在血漿中不被轉(zhuǎn)運(yùn)的VD與乳糜顆粒的殘余部分被肝臟吸收，在肝臟被轉(zhuǎn)運(yùn)給相同的結(jié)合蛋白并釋放入血漿。

1.4 VD的組織分布

與其他脂溶性維生素不同，VD不儲(chǔ)存于肝臟(某些魚類肝臟除外)，在腸道吸收或在皮膚合成的VD幾個(gè)小時(shí)內(nèi)到達(dá)肝臟，但它會(huì)很快從肝臟均勻地分布到其他組織的疏水部位。所以，VD在脂肪組織濃度稍高，但是在脂肪組織中VD大部分與脂質(zhì)相結(jié)合，因此代謝比較困難。體內(nèi)大約一半的VD以VD3的形式存在，而另外一主要存在形式就是25(OH)D3，約占全部的20%。然而在血漿中，25(OH)D3的代謝產(chǎn)物占大多數(shù)。腎臟、肝臟、肺、主動(dòng)脈和心臟通常都會(huì)蓄積25(OH)D3[31]。

1.5 VD的代謝及代謝功能

1.5.1VD的代謝[32]：通過外來吸收和內(nèi)源產(chǎn)生的VD，被25-羥化酶作用后產(chǎn)生25-羥基維生素D(25-OH-VD)，然后在有氧條件下通過還原性輔酶Ⅰ生成25(OH)D3。25(OH)D3可以在肝內(nèi)脂肪中儲(chǔ)存，也可以通過血液進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)。25(OH)D3作為VD的代謝產(chǎn)物，它在人體內(nèi)的濃度最高。然后，25(OH)D3在1α羥化酶羥基化下形成1，25(OH)2D3，即活性VD3，也就是促進(jìn)鈣離子吸收的最終活化產(chǎn)物。在人體內(nèi)約85%的活性VD3與VD結(jié)合蛋白(vitamin D binding protein，BDP)連合，0.4%為游離狀態(tài)，剩余的則與白蛋白相結(jié)合。1，25(OH)2D3屬于一種具有高度生理活性的物質(zhì)，增加腸道對(duì)鈣離子攝取的同時(shí)，也可以推動(dòng)骨形成及抑制骨吸收，是維持機(jī)體鈣離子平衡的重要因素。人體中的VD3最終可與肝臟中的葡萄糖醛酸或硫酸結(jié)合，通過膽汁排出體內(nèi)。

1.5.2VD的代謝功能[33-35]：VD促進(jìn)小腸中鈣離子的吸收、磷酸鹽的攝取以及鈣、磷的腎吸取和礦物質(zhì)的骨更新、鈣磷穩(wěn)態(tài)，相反，鋅、鐵、硼、鉛這幾種礦物中元素也可以影響VD的轉(zhuǎn)運(yùn)。VD3是一種類固醇激素，通過還原酶和羥化酶作用后產(chǎn)生1，25(OH)2D3即活性VD3，活性VD3在VD受體(VDR)作用下發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)。核內(nèi)類固醇/甲狀腺激素受體超基因家族中基因種類繁多，VDR是其中一員，VDR經(jīng)典靶器官組織不僅包括肝臟、腎臟、泌尿生殖器、腸道、骨骼，還包括心、腦、甲狀旁腺、卵巢、輸卵管、子宮、宮頸、胎盤、乳腺、肇丸、精子以及各種免疫細(xì)胞，這提示1,25(OH)2D3具有更多的其他生物效應(yīng)，這也揭示了為什么許多疾病與VD水平相關(guān)。此外，機(jī)體對(duì)VD反饋效應(yīng)的差別也可能與VD受體基因多態(tài)性相關(guān)。

1.6 VD缺乏的體征

單純VD缺乏會(huì)影響一些系統(tǒng)，最顯著的就是骨骼和神經(jīng)肌肉系統(tǒng)，肢體無力、肌肉酸痛及四肢發(fā)麻、抽搐等。人類VD缺乏的體征如佝僂病(多見于兒童)、骨軟化癥(多見于成人)、骨質(zhì)疏松癥、骨骼肌痛[36]。

2 國(guó)內(nèi)外VD缺乏的現(xiàn)狀

一般緯度高于42°的國(guó)家，如加拿大，冬季戶外活動(dòng)減少，皮膚通過紫外線照射生產(chǎn)的VD3一般不足以滿足人體的需要[37]。此外，深色皮膚、色素沉著的個(gè)體表皮中有較高濃度的黑色素，使他們處于VD不足的風(fēng)險(xiǎn)較高[38]。隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展和人們生活節(jié)奏的加快，日常戶外運(yùn)動(dòng)時(shí)間縮短，繼而導(dǎo)致人體VD水平的下降。

血清羥基VD(25(OH)D3)濃度被作為測(cè)定VD狀態(tài)的最好指標(biāo)。相關(guān)文獻(xiàn)規(guī)定25(OH)D3<25 nmol/L定為VD嚴(yán)重缺乏，<50 nmol/L定為VD缺乏，血清25(OH)D3水平在50～75 nmol/L時(shí)定為VD不足[39-40]，因此最近更多的人建議維持最佳健康的血藥濃度為≥75 nmol/L?，F(xiàn)代中青年人戶外活動(dòng)減少，VD水平普遍不高，在30歲之前就達(dá)到了骨量峰值，之后就不能明顯增加[41]，所以許多成年人并沒有達(dá)到血清羥基VD的正常值。2012-2013年加拿大衛(wèi)生措施調(diào)查顯示，18～25歲的年輕人血液中平均血清羥基VD濃度為60 nmol/L(95%可信區(qū)間：52.4～67.7)[42]；美國(guó)和歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家60歲以上人群VD缺乏比例為40%～100%，沙特、澳大利亞、印度、黎巴嫩等國(guó)兒童和成人VD缺乏比例為30%～50%[43]。

老年人群VD缺乏現(xiàn)狀：近年來，周波[44]、王翠俠[45]、張浩[46]、張巧[47]等對(duì)全國(guó)各省市60歲以上老年人VD水平統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，VD缺乏為55.40%～84.2%，VD不足為14%～33.09%。中青年人群VD缺乏近況：北方較嚴(yán)重，而南方水平較好。2010年沈陽市中青年人群VD水平為27.2～38.3 nmol/L[48]，已經(jīng)達(dá)到嚴(yán)重缺乏，而貴陽市為57.0 nmol/L，相對(duì)不甚嚴(yán)重。學(xué)齡兒童和嬰幼兒VD缺乏近況：2009年北京市兒童VD水平為44.4 nmol/L[49]，南京市兒童VD水平為51.6 nmol/L[50]。學(xué)齡前兒童VD缺乏近況：2011年黑龍江省約86%的兒童VD缺乏，8.7%的兒童VD不足，僅5.3%的兒童VD充足[51]，而南京市兒童VD平均水平為77.1 nmol/L，VD水平相對(duì)較高。嬰幼兒VD缺乏近況：2015年沈陽市嬰幼兒VD水平為47.53～53.98 nmol/L[52]，太原市為36.23～49.88 nmol/L[53]，南方人群VD平均水平高于北方。顯而易見，隨著緯度的增加，對(duì)應(yīng)地區(qū)紫外線輻射的強(qiáng)度降低，相應(yīng)的VD平均水平降低，因此，北方地區(qū)VD平均水平較南方地區(qū)普遍偏低。

另外，對(duì)新生兒和孕產(chǎn)婦VD水平分析顯示[54-56]，新生兒一年中VD均處于較低水平，其中夏季VD水平為36.98 nmol/L，冬季VD水平為18.93～22.85 nmol/L。妊娠婦女VD水平較同地區(qū)同年齡的人群偏高。此外，妊娠婦女冬季VD水平明顯高于夏季，數(shù)據(jù)顯示冬季妊娠婦女VD水平為47.03 nmol/L，夏季為158.29 nmol/L，猜測(cè)與妊娠期婦女戶外運(yùn)動(dòng)增多相關(guān)。研究表明[57-59]，男女間VD水平在嬰幼兒時(shí)期無明顯差異，但進(jìn)入青春期后，女性VD水平普遍低于男性。除此之外，VD缺乏與環(huán)境影響因素[60](季節(jié)、海拔、飲食等)也密切相關(guān)。

由于年輕人是培養(yǎng)良好生活習(xí)慣的關(guān)鍵時(shí)期，包括攝入足量VD、達(dá)到峰值骨量等[61]。但是目前很少有研究探討年輕人應(yīng)該學(xué)習(xí)VD的哪一方面，或如何讓年輕人明白提高人體中VD濃度的必要性，而且18～25歲的年輕人并不普遍擔(dān)心自身的骨骼健康，其潛在的影響太遙遠(yuǎn)了，這是一個(gè)目前應(yīng)該關(guān)注的點(diǎn)[62-63]。

3 VD 毒性的研究進(jìn)展

隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步、營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究的深入，現(xiàn)代人特別伴有骨質(zhì)疏松的老年人認(rèn)識(shí)到VD的必要性后，大量補(bǔ)充VD，引發(fā)VD中毒，因此過量攝取VD后產(chǎn)生的毒害作用也受到研究者的重視。機(jī)體內(nèi)1，25(OH)2D3的生成受多種因素的調(diào)控，但若攝取過量，它在體液中的濃度超過正常水平，則引發(fā)VD中毒。國(guó)外有因服食過量VD 強(qiáng)化的牛奶而引起中毒的報(bào)告[64]。

VD過量攝取會(huì)引起25(OH)D3水平的增高，特別是攝取高水平的VD3后產(chǎn)生的25-OH代謝物，其血清水平較等量VD2代謝后產(chǎn)生的25-OH代謝物要高，25-OH代謝物被認(rèn)為是VD中毒的主要物質(zhì)。研究證明[65]，VD中毒患者血漿中的25(OH)2D3的濃度是正常人的15倍，此種濃度的25(OH)2D3具有類似1，25(OH)2D3的作用，協(xié)同促進(jìn)腸鈣的攝取，骨鈣的吸收和軟組織沉著，從而引起軟組織鈣化和腎結(jié)石。其作用機(jī)制為當(dāng)25-OH代謝物處于高水平時(shí)，會(huì)成功地競(jìng)爭(zhēng)細(xì)胞內(nèi)的1，25(OH)2D3受體，因而誘導(dǎo)了本應(yīng)由后者產(chǎn)生的正常應(yīng)答。

因此，VD過多癥就是腸鈣和骨鈣吸收增加，產(chǎn)生高鈣血癥、骨變軟及不同程度的骨質(zhì)疏松癥，伴隨血清中甲狀旁腺激素減少和腎小球?yàn)V過率下降，最終導(dǎo)致體內(nèi)鈣平衡紊亂。隨著血清中鈣和磷水平的緩慢增加，最終結(jié)果就是鈣質(zhì)沉著——軟組織中鈣和磷酸鹽的沉積，特別是心腎等重要臟器，以及血管和呼吸系統(tǒng)等。所以，VD過多癥的危險(xiǎn)不僅在于給予VD過多，還與過量的鈣和磷攝取有關(guān)。個(gè)體VD中毒有多種表現(xiàn)，包括厭食、嘔吐、頭痛、困倦、腹瀉和多尿癥。初期變?yōu)榈蜔?、惡心、嘔吐、腹瀉、煩躁、口渴等，晚期變?yōu)楦邿?、嗜睡及抽搐等癥狀。甚至因高鈣血癥出現(xiàn)心、腎系統(tǒng)的受累導(dǎo)致死亡。

而有文獻(xiàn)[66]認(rèn)為，多年來，人們對(duì)VD認(rèn)識(shí)還停留在較低水平上，曾經(jīng)大宗文獻(xiàn)錯(cuò)認(rèn)為VD中毒量很小，極易出現(xiàn)高鈣血癥，甚至累及心腎系統(tǒng)導(dǎo)致死亡，以致于既往人們對(duì)VD的補(bǔ)充戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢。然而隨著現(xiàn)代維生素檢驗(yàn)水平的提高，美國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)VD中毒量遠(yuǎn)沒有文獻(xiàn)報(bào)道的那么低，而且發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)鼐用竦腣D不足比例在半數(shù)以上，后來相繼發(fā)現(xiàn)VD與基礎(chǔ)疾病、免疫疾病、心肺腎系統(tǒng)疾病甚至癌癥相關(guān)。因此，1997年過后關(guān)于VD的應(yīng)用出現(xiàn)爭(zhēng)議，爭(zhēng)議有二：① VD不僅預(yù)防和治療佝僂病等疾病，而且與高血壓、2型糖尿病等基礎(chǔ)疾病，免疫系統(tǒng)、心肺腎系統(tǒng)疾病等密切相關(guān)，因此需要加大VD攝入量。②VD的毒性問題。VD中毒量低，很容易誘發(fā)高鈣血癥等問題，因此需要嚴(yán)格控制VD的攝入量。1999年多倫多大學(xué)Vieth教授[67]整理大批文獻(xiàn)后得出結(jié)論：沒有根本證據(jù)證實(shí)VD中毒劑量很小。根據(jù)收集的大宗文獻(xiàn)顯示，每天攝入10 000 IU VD的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中沒有出現(xiàn)中毒的個(gè)體。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示VD的半數(shù)致死量為88 mg/kg(約35×105IU/kg)。換算成人體攝入量：體重49.5 kg的健康成人半數(shù)致死量約需VD 1.76×108IU，約是推薦劑量(400 IU)的4.4×105倍。因此，VD的安全攝入量遠(yuǎn)超1997年以前文獻(xiàn)報(bào)道的VD攝入量。Vieth教授刊登的本篇文章因其論述的真實(shí)性和嚴(yán)謹(jǐn)性被作為參考文獻(xiàn)為后來研究者普遍引用，而且獲得醫(yī)學(xué)界大量研究者的認(rèn)可。隨后的研究證實(shí)，健康成人每日服用VD 10 000 IU，連續(xù)5個(gè)月以上并無不良反應(yīng)。國(guó)內(nèi)相關(guān)文獻(xiàn)也報(bào)道沒有充足證據(jù)證實(shí)維生素D易于中毒的見解[65]。綜上所述，關(guān)于VD還有很多方面需要研究者持續(xù)深入研究，但VD與多種疾病密切聯(lián)系，而且VD中毒量遠(yuǎn)沒有以往文獻(xiàn)報(bào)道的那么低，因此國(guó)人VD攝入量需要顯著增加。

由于VD攝取過量的個(gè)體中毒癥狀無明顯特異性，且患者對(duì)VD中毒不甚了解，于基層醫(yī)院就診無相關(guān)診療設(shè)備等原因，因此VD中毒患者極易被漏診、誤診。為防止VD中毒情況的發(fā)生，臨床工作者首先應(yīng)明確VD的中毒診斷：血清25(OH)2D3>375 nmol/L(>150 ng/mL)；血尿常規(guī)示血鈣水平升高，尿鈣、尿蛋白或血尿素氮水平升高；長(zhǎng)期攝入過量VD患者查X線可見長(zhǎng)骨鈣化帶，骨皮質(zhì)增厚。其次，強(qiáng)化VD中毒的宣教。若發(fā)現(xiàn)可疑VD中毒的患者，若基層醫(yī)院無相關(guān)診療條件，及時(shí)轉(zhuǎn)上級(jí)醫(yī)院診治，防止病情進(jìn)展[68]。治療方面：立即終止維生素D攝入；低鈣飲食，應(yīng)用利尿劑促進(jìn)血鈣排出，激素促進(jìn)腸鈣吸收，降鈣素抑制骨鈣釋出，以此預(yù)防或治療高鈣血癥。

安全始終是一個(gè)重要的考慮因素，食品和營(yíng)養(yǎng)委員會(huì)(FNB)評(píng)價(jià)過多攝入VD可能產(chǎn)生不利影響，并設(shè)置一個(gè)安全的耐受最高攝入量(UL)，50 μg(2 000 IU)維生素D3。歐盟委員會(huì)食品科學(xué)委員會(huì)(SCF)也使用類似的方法確定了5O μg VD3的最高攝入量。英國(guó)的專家小組通過同樣的方法設(shè)置了25 μg VD3的最高攝入量。FNB依據(jù)Vieth的臨床研究數(shù)據(jù)，得出25 μg VD3預(yù)計(jì)不會(huì)造成在總?cè)丝谥械牟焕绊慬69]。

綜上，隨著現(xiàn)代研究的深入，人們逐漸了解到VD與多種疾病密切相關(guān)，所以應(yīng)做好VD攝入水平及VD中毒的健康宣教。外源性途徑攝入VD的同時(shí)，增加戶外活動(dòng)時(shí)間，多進(jìn)行日光照射產(chǎn)生內(nèi)源性維生素。同時(shí)應(yīng)用VD預(yù)防和治療相關(guān)疾病時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎VD攝入量和用藥周期，密切觀察、定期隨訪，避免VD中毒事件的發(fā)生，以期達(dá)到降低維生素D缺乏及維生素D缺乏性佝僂病的發(fā)生。