维生素D对骨质疏松相关性因素——肠钙吸收影响的研究进展

欧阳钢 唐 曦 葛 伟 (江苏省省级机关医院，江苏 南京 20024)

原发性骨质疏松(OP)是以骨量减少、骨的微观结构退化为特征的，致使骨的脆性增加以及易于发生骨折的一种全身性骨骼疾病〔1〕。研究表明:OP尤其是老年性OP发生的重要因素是各种营养物质特别是肠钙吸收的减少〔2〕。现将维生素D对肠钙吸收的影响及其与OP的相关研究综述如下。

1 维生素D的生物学特性

自1645年Whistler首先提出维生素D是一种抗佝偻病的营养成分后，人们对维生素D的认识不断深入，维生素D主要包括维生素D2和维生素D3，二者结构十分相似，易溶于脂肪、油和乙醚等有机溶媒，不溶于水，故称为脂溶性维生素。现已发现1，25羟化维生素D3〔1，25-(OH)2D3〕是维生素D3的活性代谢产物，是重要的钙调节激素。维生素D3是由真皮层的7-脱氢胆固醇经紫外线照射产生的，在几分钟之内迅速达到高峰。维生素D3的第一次羟化发生在C-25位点，在肝脏中被维生素D-25羟化酶催化产生骨化二醇，25(OH)D3继而在肾脏由25(OH)D3-1α羟化酶催化进行羟基化作用，产生1，25(OH)2D、24，25(OH)2D。维生素 D 受体调节 1，25-(OH)2D3的生物效应，1，25-(OH)2D3联合VDR促进与维甲酸X受体的异源二聚化作用，与维甲酸受体和其他转录因子形成异源二聚体复合物，在启动子区域调控运送维生素D反应元件的一些基因，并联同共激活剂影响目标基因的转录。

维生素D的激素或活性形式是1，25-(OH)2D3，它是由维生素D3连续羟基化作用产生的，从饮食和暴露于紫外线的皮肤中获得的一种开环甾类化合物前体。1，25-(OH)2D3已经从一种基本的微量营养素发展成为涉及一种复杂的内分泌系统的激素，这种激素能调节骨矿物质的平衡，保护骨骼的完整性，并且调节各种组织的细胞生长和分化。1，25-(OH)2D3协同甲状旁腺激素共同调节血清钙和磷的浓度，从而保持适当的骨骼矿化〔3〕。1.25-(OH)2D3的一个主要功能是促进钙和磷的肠道吸收。循环1，25-(OH)2D3是肠钙吸收的首要激素调节。1，25(OH)2D3的主要靶器官是肠黏膜，其通过指示钙转动系统以适应不同的钙的摄入量〔4〕。1，25-(OH)2D3作为一种激素在血液循环中调节骨骼的动态平衡。它也可能直接对骨产生影响，因为必须进行连续的骨骼重塑以维持骨骼的完整性。在体外的研究表明，1，25-(OH)2D3刺激成骨细胞和内在骨形成细胞，并最终分化和基质钙化沉淀。相反地，当食物来源不足以维持正常血钙，1，25-(OH)2D3可刺激骨钙动员，它是通过促进前体细胞分化为成熟的骨骼再吸收的破骨细胞〔5〕。

因此，维生素D代谢产物的作用主要通过直接促进肠钙吸收以及激活骨吸收来维持血清钙水平。在生长过程中维生素D内分泌系统失常会导致OP〔6〕。阳光照射减少，皮肤产生维生素D减少，1，25-(OH)2D3生成减少并继发甲状旁腺功能亢进，增加骨转换，骨量减少进而OP〔7〕。相反，已有研究表明补充维生素D可以大幅度增加骨密度，减少中老年人OP性骨折的发生率〔8〕。

2 肠钙吸收过程

肠钙的吸收机制涉及两个方面。吸收的主要途径是饱和跨细胞过程，由维生素D通过钙结合蛋白调节而实现的，主要发生在十二指肠。第二种过程是一种不饱和旁运输过程，即被动扩散过程，发生在整个小肠。肠钙的跨细胞运输包括3个步骤:①内腔钙首先通过两个钙离子通道的顶端刷状缘;②钙结合蛋白促进的跨细胞钙转运;③ATP依赖性钙泵将钙转出细胞。

两个上皮钙离子(Ca2+)通道分别是TRPV5和TRPV6，这些通道具有激活的钙离子的渗透性，对钠钙离子交换的选择性远远大于其他TRP家庭成员，这两个通道的电流电压关系表现为内向整流，区别于其他TRPV通道表现的外向整流，TRPV5和TRPV6位于肠刷状缘膜上，具有调节肠钙吸收过程中Ca2+进入细胞内的速率，它们都受钙依赖性反馈抑制〔9〕。TRPV5调节钙重吸收的激活阶段，TRPV5基因敲除大鼠表现为钙重吸收受损，高尿钙，维生素D过多以及肠钙吸收过多〔10〕。TRPV5(-/-)大鼠在早期可以促进与年龄相关的甲状旁腺功能亢进以及OP，说明TVPV5在整体钙稳态上起着至关重要的作用，TRPV6基因敲除大鼠肠钙吸收减少60%，骨密度同样减少，说明TRPV6对组织中Ca2+稳定发挥着直接的作用〔11〕。在人类十二指肠中观察TRPV6转录发现十二指肠TRPV6呈维生素D依赖性的表达，但在老年妇女中TRPV6以及VDR表达减少并且不呈维生素D依赖性，这可以部分解释老年绝经后妇女肠钙吸收减低〔12〕。

旁运输过程是Ca2+通过位于肠顶端区域的紧密连接，此过程是一种被动运输过程，依赖于整个上皮细胞的浓度和电梯度，当Ca2+摄取足量时，旁运输主要在空肠和回肠进行被动非饱和运输过程，其被动非饱和运输的效果取决于Ca2+在远端小肠的溶解度，食糜在特定肠段的停留时间以及从肠腔扩散到淋巴和血的速率〔13〕。

肠钙结合蛋白是一种可溶性并且受维生素D调节的钙结合蛋白，大鼠钙结合蛋白的稳态水平与不同环境的肠钙转运有密切关系。CaBP-28k和CaBP-9k两种钙结果蛋白负责将Ca2+从肠上皮细胞的顶侧跨细胞转运至细胞基底部。CaBP-28k存在于鸟类十二指肠中，CaBP-9k存在于哺乳动物十二指肠中，两种蛋白分别被不同的基因编码，CaBP-9k被称作是“细胞内钙的渡轮”，加快钙从肠上皮细胞表面微绒毛极到细胞基底膜的流动〔14〕。单独CaBP-28k基因敲除大鼠不影响体内钙稳态，但CaBP-28k和CaBP-9k基因敲除大鼠显著影响缺钙条件下的钙转运过程〔15〕。但也有研究表明CaBP-9k的诱导并不总是与增加的肠钙吸收相互联系〔16〕。有关基因研究钙结合蛋白对钙稳态的作用，目前还存在争议。

除了钙结合蛋白，ATP-依赖性钙泵对钙转动也起着重要的作用，钙泵在信号传导和体内平衡的条件下将Ca2+转出细胞。一些研究表明1，25-(OH)2D3给药后钙泵mRNA表达水平与钙转运有相关性，大鼠钙泵蛋白水平与老年阶段和1，25-(OH)2D3给药的钙转运有关〔17〕。

Ca2+交换在肠钙吸收过程中也发挥着重要作用。Ca2+进入上皮细胞有可能由载体为媒介，H+/Ca2+交换是通过线粒体隔离Ca2+的主要手段，Na+/H+交换在膜小泡催化H+/Ca2+交换〔13〕，哺乳类动物Na+/Ca2+交换体是交换蛋白超级家族(Ca-CA超级家族)成员，其主要作用是提供和控制Ca2+穿过细胞质膜或细胞内间隔。如果胞质腔内的Ca2+水平远远低于细胞外水平，Na+/Ca2+交换体就会将Ca2+转出细胞质，这个交换体是完全可逆的，而且是特殊条件下的亚细胞定位并被划分离子梯度，它允许钙离子进入并对Ca2+细胞间隔之间的运动发挥更多的专业角色〔18〕。

3 维生素D对肠钙吸收的影响

维生素D是保持钙稳态的主要因素，也是骨生长和维持的必需品。目前已经证实维生素D的活性激素-1，25-(OH)2D3是肠钙吸收的主要控制激素。由于饮食钙减少，生长或者怀孕等使体内钙需求增加，1，25-(OH)2D3的合成随之增加，并加快肠钙吸收的速度，1.25-(OH)2D3刺激上皮钙通道和细胞膜钙泵合成，并诱导钙结合蛋白的形成〔19〕。肠钙吸收的跨细胞转运主要由维生素D的激素代谢产物1，25-(OH)2D3调节，它通过配体与经典的维生素D核心受体结合激活基因的转录过程，一些研究表明VDR能够积极地调节与肠钙转运相关的TRPV5、CaBP-28k和 PMCA1b的 MRNA 及蛋白表达〔20〕。因此，VDR通过调节钙结合蛋白影响钙跨细胞转运发挥作用;通过调节TRPV加快钙进入细胞的速度;通过调节钙泵影响钙转出细胞过程。实验研究中通常利用维生素D受体(VDR)敲除老鼠观察VDR对肠钙吸收的重要性，有研究证实，VDR缺失的老鼠，其钙吸收效率比正常鼠降低70%以上，肠钙吸收的降低又引起生长缓慢，低血钙，高血清甲状旁腺激素以及 OP〔21〕。已经证实VDR水平是在多种情况下影响肠钙吸收，如在老龄化和雌激素缺失后伴随肠道VDR的减少，从而使基底部和维生素D反应性的钙吸收降低。在VDR等位基因敲除的老鼠肠道细胞系 Caco-2中可诱导 VDR过度表达从而增加1，25-(OH)2D3调节的跨细胞钙转运，但同时降低肠VDR水平并最终降低1，25-(OH)2D3调节的肠钙吸收效率，VDR的一些基因多态性如Fok I多态位点可能也影响肠钙吸收，但其机制尚不清楚〔22〕。

1，25 -(OH)2D3除了影响跨细胞钙转运，对旁钙转运过程同样发挥有重要作用，1，25-(OH)2D3通过非基因信号途径刺激十二指肠钙旁运输。正常情况下，1，25-(OH)2D3非基因活动非常迅速，通常在2 min内在MEK通路上完成与其激活信号酶-MAPK的结合而产生活动，其对钙旁转运的刺激作用相当地快，所以不能由基因介导发生转录、翻译及蛋白质定位。这一快速活动需要1，25-(OH)2D3与被称作膜相关性快速反应激素结合蛋白(MARRS)结合来完成〔23〕。维生素D含量偏低在老年人中相当常见，这可能是血浆1，25-(OH)2D3和肠钙吸收效率降低的重要因素，一些研究者发现OP患者血清1，25-(OH)2D3低于正常，另一组报道称，当把OP患者以钙吸收为基础分级，钙吸收障碍的患者血清1，25-(OH)2D3水平显著低于正常〔24〕。

综上所述，维生素D在OP相关性因素-肠钙吸收方面起着重要的作用，维生素D缺乏或活性降低是OP发生的重要原因之一。但是，关于VDR相关的靶基因活化的确切分子机制尚不清楚，人和动物在老龄化肠道VDR都减少的看法还存在争议。因此，对于维生素D对肠钙吸收的确切机制尚需进一步研究。

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