维生素d的研究进展

维生素d的研究进展

维生素d（vitamind，vd）是所有生物活性物质中非常独特的成员，可以使用各种药物。它是维生素,但本质上是激素,还可能是细胞因子。因为VD是来源于食物的必需营养物,所以说它是维生素。但它主要是在紫外线的照射下从皮肤内的7-脱氢胆固醇转变而来,然后随血液运行到全身发挥作用,所以属于类固醇激素。多年来,人们对其认识还停留在钙磷代谢和骨健康的水平上。另一方面,由于过去某些文献对中外学术界的误导,导致人们应用VD时如履薄冰,误以为VD毒性很大,很容易引起高血钙、肾结石及器官钙化等严重不良反应。十多年前,由于血液中VD检测技术的发展,美国的一些科学家们惊讶地发现,在美国的居民中居然有半数以上的人VD不足。接着又发现VD不足和许多重要疾病如癌症、心脏病、神经系统疾病、免疫功能疾病等具有密切关系。而且VD根本不像人们长期以来认为的有那么大的毒性。这些报道震惊了医学界,随之在欧美各国掀起了研究VD的热潮。美国出版商Amazon出版了《维生素D革命》一书,VD也得到了“风云营养物”的称号。这促使各国政府开始重新考虑VD的营养卫生需要量和临床应用剂量问题。笔者在本文中扼要综述近年来VD的研究进展,着重指明某些概念上的转变,以及目前国际上专家们的建议和存在的问题。由于所涉及的内容广泛,加之篇幅所限,对许多重要问题,如单纯大量补钙而没有适量的VD可能造成心血管严重钙化,甚至导致心脏病发作等,将另文叙述。1vd3的生理作用VD主要有两种形式:VD3和VD2。VD3主要在紫外线B(UVB,波长270～300nm,最佳波长295～297nm)照射皮肤时由7-脱氢胆固醇转变而来,也可来自动物性食物如蛋黄、动物肝脏、鱼、奶等。植物性食物所含VD极其有限,只有酵母及某些菌类含有的麦角固醇经过紫外线照射可形成VD2,VD2可以在体内发挥与VD3相似的作用。VD3经过肝脏羟化作用变成为25[OH]D3(以下简写为25[OH]D,25[OH]D是VD的前体,经过肾细胞再羟化成为1,25[OH]D3(以下简称1,25[OH]D,也称为骨化三醇,calcitriol),随血液循环到全身细胞,发挥激素作用。近年来发现,许多其他组织细胞,如免疫细胞、胰腺细胞、乳腺细胞、神经细胞、肌肉细胞等也可将25[OH]D转变成1,25[OH]D。这些肾外来源的骨化三醇,作用于细胞周围的某一部位,所以按照其作用也可以认为是一种细胞因子。1.2vd与wdr的关系VD可以促进钙和磷在肠道的吸收,以及肾小管对钙磷的重吸收,提高血中钙磷水平,在甲状旁腺激素及降钙素等激素的协同作用下,在骨基质上进行钙化作用,使骨质坚硬。VD对钙磷代谢和骨质钙化作用虽然重要,但这只是VD生理作用的冰山一角。最近的研究表明,VD受体(VDR)属于核内类固醇/甲状腺激素受体超基因家族成员,几乎遍布所有细胞的细胞核,用基因芯片检查在基因组中初步发现有2667个结合位点,最少可以明显地改变229个基因的表达。VDR遍布于心、脑、肝脏、肾脏、骨、泌尿生殖器、甲状旁腺,以及各种免疫细胞中。这可以解释为什么缺乏VD与多种疾病有关。由于VDR也存在基因多态性,可以解释个体对VD反应性的差别。2文化方面:vd与年龄、vd的关系流行病学和临床上评估VD情况主要依据血液中25[OH]D的水平。虽然VD活性成分1,25[OH]D,但是现在多数学者认为25[OH]D比1,25[OH]D能够更确切地反映体内VD的情况。所以本文提及的体内VD水平基本上指25[OH]D。在补充VD的时候,如果没有特殊说明,主要指VD3。VD2由酵母经紫外线照射制造,有时含量有较大偏差,这是过去误会VD毒性原因之一。VD不足可导致如下疾病。VD最早名为抗佝偻病维生素,就是由于能够预防佝偻病和软骨病而得名。其原理是VD对钙磷代谢和骨钙化的作用。这是对VD了解最清楚,临床上具有最确切证据的作用。鉴于骨钙流失是骨质疏松症的特点之一,所以用补充VD和钙来治疗骨质疏松症合乎逻辑。临床实验发现,如果每天补充VD400IU,并不能够增加骨密度和减少骨折的发生率。必须补充至少700IU,并且使25[OH]D的水平达到40ng·mL-1,才能够有一定的效果。另外,如果VD的补充不充分,而补充了大量的钙,不仅不利于骨钙化,还可能引起心血管的严重钙化,甚至可能促使心脏病发作。补充VD和钙虽然可以在一定程度上增加骨密度,但是并不能治愈骨质疏松症,可见本病还有更复杂的因素,如更年期雌激素低下等。此外,雄性激素低下也是本病发生的因素之一。跌跤引起骨折是老年人的常见病,其原因主要有三:骨质疏松症、肌无力、共济失调,这三个因素都与VD缺乏有关。VD缺乏可以明显降低肌力和运动能力。分子医学研究指出,在肌纤维母细胞,尤其是Ⅱ型肌是肌肉组织再生的主要肌纤维。肌纤维母细胞中含有大量的VDR,接受VD激素的信号。VD可以使肌肉组织的蛋白质合成增加,使Ⅱ型肌纤维数目增加,肌纤维加粗,使肌肉强健有力。在临床上,应用25[OH]D400IU·d-1无效。必须应用1000IU,使25[OH]D达到40ng·mL-1以上才能够见到效果。临床研究发现,对偏瘫老人每天应用VD1000IU的>1a,可以使其肌力明显改善。在对跌跤的临床观察中,发现长期应用1000IU,使得25[OH]D>40ng·mL-1,可以使跌跤减少20%,但是应用700IU·d-1则无效。VD与癌症的关系是最引人关注,也是最具争议的焦点问题之一。大量流行病学研究发现,VD缺乏或不足时,即25[OH]D低于20ng·mL-1(<50nmol·L-1)时,十几种癌症的发生率可能上升,而且也与癌症复发和转移有关。这点也可以从分子医学方面得到支持。许多癌细胞都有VDR。在体外实验中,也确定1,25[OH]D可以抑制癌细胞的生长,促进癌细胞的分化和凋亡;另一方面,VD缺乏时免疫力降低。所以分子生物学的理论支持流行病学对VD与癌症关系的调查结果。目前争议的问题是,在有些流行病学调查中,发现相互矛盾的资料,即25[OH]D水平与癌症发病率呈U形曲线。即在25[OH]D水平特别低和特别高的人群中癌症的发病率都比较高。高水平为什么反而发病率升高,这是一个令人十分困惑的问题。英国剑桥大学2010年的一份大规模调查研究发现,25[OH]D水平高的人群癌症发病率升高,可能由于这些人群主要通过补充鱼肝油来补充VD,而鱼肝油中同时含有大量维生素A,维生素A可对抗和抵消VD的抗癌作用。这份报告引起很大的关注,需要从各个角度进一步研究[12,13,14,15,16,17]。大量流行病学和临床资料表明,血液中25[OH]D水平低可明显增加心脏病(心肌梗死、心力衰竭等)死亡率。血25[OH]D30ng·mL-1者比16ng·mL-1者心脏病死亡率低33%。最近有专家建议,VD的补充量应该增加至1000～5000IU·d-1,血液中25[OH]D达到43ng·mL-1(108nmol·L-1)才能有效减少心脏病死亡率。可能的机制:①促进心肌细胞产生某种蛋白质,抑制钙化作用。这也可以解释为什么单纯补钙而缺乏VD可能引起血管内膜和心肌钙化,增加心肌梗死的发病率;②通过抑制肾素-血管紧张肽系统降低血压;③增加免疫细胞分泌白细胞介素10,抑制炎症过程;④可能有直接的降胆固醇作用。最近有研究指出,他汀类降胆固醇药也可能作用于VDR[18,19,20,21,22,23,24,25]。最新研究报道指出,糖尿病患者普遍缺乏VD(达91%),病情恶化也和血液中25[OH]D降低相关。VD和钙缺乏者易患1型和2型糖尿病。可能机制:①胰岛细胞不仅含有VDR,也含25[OH]D羟化酶,可将25[OH]D直接转化为1,25[OH]D;②VD与胰岛素生成有直接关系。VDR可直接激活胰岛素基因表达。动物实验发现VD3可以恢复病变胰岛分泌胰岛素;③增强肌肉及脂肪组织对胰岛素的反应性;④钙对胰岛素分泌间接起重要作用。分析近20a文献资料,发现VD与神经系统的功能,如记忆力、逻辑分析、身体平衡、情绪等呈正性关系,血液中25[OH]D降低和多种神经精神性疾病,包括抑郁症、帕金森综合征、痴呆症、强迫症、精神分裂症、自闭症等有密切联系。神经细胞及胶质细胞中均含有丰富VDR,也含有25[OH]D羟化酶,可直接将25[OH]D转变为有活性的1,25[OH]D。所以可以认为VD是一种神经类固醇激素,它可能终身都对神经系统发挥重要作用,包括对神经系统发育、神经递质、神经免疫调控、保护损伤的神经细胞等方面均可发挥重要作用[29,30,31,32,33,34]。各种免疫细胞如单核细胞、巨噬细胞、树突状细胞、T细胞和B细胞都有VDR和羟化酶,可将25[OH]D转化为有活性的1,25[OH]D。这是VD与免疫力相关的分子生物学基础。大量流行病学及临床资料表明,血液中25[OH]D降低时,易感各种急慢性传染性疾病,冬季多发呼吸道病毒感染,可能与这个季节日晒减少,皮肤产生的VD减少有关。在秋冬季节,补充血液中25[OH]D水平达38ng·mL-1以上,可以显著减少上呼吸道病毒感染的发病率。接受充足的阳光有利于肺结核患者改善病情,也可能是由于阳光照射导致VD水平升高。现在有实验指出,补充VD对肺结核患者病情有改善作用。充足的VD可能减少艾滋病患者的病死率。VD对先天性和获得性免疫功能缺陷都具有重要作用。综合分析世界上各国流行病学研究资料,同样发现25[OH]D低下患者易患各种自身免疫性疾病,如类风湿关节炎、多发性硬化症、红斑狼疮等。在动物实验和少数临床预防性试验中发现,VD可以预防自身变态反应性疾病的发生。3vieth的临床意义长期以来,各国政府和卫生界对VD营养补充量都持谨慎态度。主要认为,VD是一类脂溶性维生素,不能像水溶性维生素那样快速从尿液排出,有可能引起蓄积性中毒。另一方面,由于1997年之前对VD的研究比较欠缺,科学上还没有比较明确的依据说明人体对VD真正的需要量是多少,所以只能根据最原始的认为能够预防儿童佝偻病和成人软骨病的数据,制定每天的需要量(RDA)建议。1997年美国医学研究院(InstituteofMedicine,IOM)制定的VD每天需要量如下:<50岁为200IU(5μg),～70岁为400IU(10μg),>70岁为600IU(15μg)。购买维生素时,如果说明书标识每片含VD500IU,后面标识125DV%(部分标识400IU)。意即每天基本需要量,而这一片含量是每天最低需要量400IU的125%。1997年以后,出现了“维生素D革命”,其内容主要有二:①VD的生理功能远远不限于钙磷代谢和骨钙化,与VD有关的疾病不单是佝偻病和软骨病。VD几乎和多数重要疾病都有不同程度的关联,关乎人体整体的健康水平。所以,只用预防佝偻病和软骨病的剂量预防其他众多的疾病,以及维持整体的健康,显然是不够的。这些问题已如上所述。所以“革命”的焦点问题是,到底VD是不是像多年来人们所说的那么容易过量,那么容易引起中毒。②VD的毒性问题。1999年多伦多大学教授VIETH收集了大量文献,发现过去泛滥于医学界的认为VD很容易引起中毒的观点是没有根据的。他进一步指出,在他收集的文献中,没有发现每天用VD10000IU而引起中毒的病例。并且询问世界医学界同行:“有没有谁发现过VD10000IU引起中毒的病例?”。在动物实验中,给予犬VD30.5mg·kg-1(即500μg·kg-1,1μg=40IU,故0.5mg等于20000IU·kg-1),可能开始出现症状。VD3的半数致死量为88mg·kg-1(约3.5×107IU·kg-1)。如果照此折算,一个人体质量49.5kg,每天约需VD1.76×108IU,超过目前建议的剂量(400IU)的4.4×105倍。所以从临床和动物实验结果均可见,VD3的安全剂量范围远远超过1997年以前的估计。VIETH的综述文章由于其严谨性,被以后的研究作为参考文献广泛引用,医学界公认其具有权威性。该文(以及以后其他作者的文章)特别讨论了在过去的文献中,在1984年和1994年,报道过VD过量和发生毒性反应,其中一篇刊载于美国营养学权威杂志并附有编辑部评语的文献,提醒公众提高对VD毒性问题的警惕。这可能是医学界对VD毒性问题至今仍然普遍存在误解的原因之一。现在证实了这两篇文章均存在严重的错误。以后的研究明确地证明,每天摄入VD10000IU,持续应用>5个月,并无不良反应。超过50000IU时,血液中25[OH]D达150ng·mL-1时,才“有可能”引起VD过量的症状。值得注意的是,阳光可以制造大量的VD3,但是不可能产生VD过量和中毒问题,因为一旦剂量达到一定水平,皮肤内转化VD3的机制就自动灭活。综上所述,关于VD的研究虽然还有许多问题有待深入,但是有一点可以肯定,过去美国所制定的安全范围太低,加上VD与那么多疾病都有关联,所以可以肯定的是VD的用量必须提高。现在有两个最实际的问题:一是既然过去定的VD剂量太低,那么最适宜的剂量应该是多少?二是血液中25[OH]D的最适宜水平是多少?对这两个问题,目前学界仍然没有统一的意见。最近美国和加拿大IOM的专家经过反复讨论,又提出一个新的方案。见表1。以上美国和加拿大IOM专家的建议,只是一个临时性的建议,不是法律的规定。从表1很容易看到以下几个问题:①把需要量大大简化了,男女老少都是一个剂量;②与过去的建议比较,这个建议的主要变化有两个:一个是把成年人的200U·d-1提高到600IU·d-1。另一个是把提议安全范围提高到1500～4000IU。但科学界仍然有很多不同意见,最主要的是以下两点:①虽然在需要量和安全性方面的规定比以前有较大的进步,但仍然太保守。②基本需要量定得太低,因为VD与许多重要疾病都关系密切。这么低的剂量对预防这些重要疾病是不够的。为什么IOM专家们提出的建议和当前的某些研究结果不一致呢?主要的原因是他们对“什么是血液中25[OH]D的正常水平”认识不一致。IOM根据统计学资料,50%居民的平均水平在16ng·mL-1,而他们建议的剂量600IU就可以维持大多数人的水平在>20ng·mL-1;而许多专家认为,16～20ng·mL-1实际上应该认为是VD不足。因为统计学资料表明,这个水平的人群癌症、心脏病、传染病等发病率比30ng·mL-1以上的人群明显增高。另外,老年人或更年期后的妇女VD水平<20ng·mL-1时,肠道对钙的吸收不良。所以他们认为血液中25[OH]D必须达到50～65ng·mL-1才能够有效降低许多疾病的发病率。所以,IOM建议的VD补充量还必须再提高。现在多数专家把VD不足定义为血液中25[OH]D低于20ng·mL-1(50nmol·L-1),21～29ng·mL-1为相对不足。正常人必须保持VD在30ng·mL-1(75nmol·L-1)以上才能满足健康的需要。4营养物的作用血液中25[OH]D低下和许多疾病相关,这是近年来的新发现。部分科学家提出,这种低下是病因还是结果?健康人体内VD水平较高,可能是由于他们“养生有方”,平时就注意适当的营养和体育锻炼等;而那些“不注意调养,终日不见阳光”的人当然就VD水平低下了。既然VD不足与许多疾病有关,那么是不是应用VD治疗能够收到立竿见影的功效?这是当今医学研究上的一个根本性问题,即临床治疗学和营养学研究的区别。简单地说,营养物和药物的作用区别,因此研究的策略和方法也应该有所区别。在研究药物的时候,如降压药、镇痛药、抗癫痫药,它们的治疗效果都立竿见影,但是营养物的作用一般不是立竿见影,而且受诸多复杂因素的影响,所以不能够要求它们像药物那样地起立竿见影的治疗效果。当然,其间的界限也不是绝对的。VD和其他所有的营养补充剂一样,既可以作为药物,也可以作为营养物。例如,VD在治疗佝偻病和软骨病时可以起到立竿见影的效果。所以现在有些专家建议,对VD的需要量应该区分营养需要量和治疗需要量两种情况。现在提出的剂量仅满足于营养,但是治疗需要量却不容易确定。可能由于这个原因,到目前为止,许多营养物对疾病的作用,都少有直接临床证据。但是,分子医学的研究数据则确实指明VD对细胞的许多方面有重要作用,所以临床方面,尤其是流行病学方面,需要改进方法,进行更加深入细致的研究,才能解答这些问题。25[OH]D水平和癌症的关系是最让人瞩目的问题之一。近年针对VD的流行病学研究中,往往出现矛盾的结论,主要表现为U形曲线,即在25[OH]D水平特别高的和特别低的人群,癌症发病率都高,而VD水平在中间值发病率最低。这个问题尤其出现在北欧的调查中(过去在赫尔辛基的大规模抗氧化剂对肺癌和心脏病的调查也出现了出人意料的结果,这个问题曾经困惑过无数的科学家和大众。许多专家认为,这个大规模的流行病学调查,其本身在设计和方法上就存在严重的缺陷,所以最后的结果可能误导大众)。2010年,剑桥大学的一份规模很大的研究报告指出,这个U形曲线出现的原因可能是由于在北欧的调查中,他们应用鱼肝油补充VD,因为鱼肝油中含有大量的VA,大量VA会影响VD的效果,因此这个问题亟待深入研究。目前大多数医院都没有25[OH]D的检验项目