维生素D的最新研究进展

陈超刘志超祝永刚肖辉灯郭菲宇张万祥卢通齐磊柳根哲

首都医科大学附属北京中医医院骨科，北京 100010

维生素D(Vitamin D，VD)是一种脂溶性物质，由皮肤光解阳光中的紫外线生成，因此被称为“阳光维生素”。实际上，VD也是存在于人体的一种类固醇类激素。正常人群户外运动时通过阳光照射即可自身产生VD。然而，对于某些人群却做不到，如常居室内的人群，特别是居住在北半球的人，接触阳光时间有限，这些人群VD的来源只能通过食物摄取，对于他们来说，VD才是传统意义上的维生素[1-2]。随着现代生活水平的提高和人们对VD缺乏的重视，临床VD缺乏的患者已越来越少，但由于VD摄入过量引起中毒的现象却不少发生。

1 VD的概述

1.1 VD的发展史

1919年Edward Mellanhy等[3]最早发现患有佝偻病的狗通过喂食鱼肝油后症状逐渐好转或治愈，然而他并不知道鱼肝油中哪种维生素成分起作用。1922年，McCollum[4]最早证实VD和骨形成以及预防低血钙搐搦等相关，并将其命名为“维生素D”。而早在1919年，Huldshinsky[5]就得知佝偻病患儿通过长时间户外阳光照射后症状能获得很大改善，此后学者证明是皮肤的一些非活性成分通过阳光中紫外线激活后产生VD3。佝偻病婴儿通过长时间紫外线照射，骨骼钙化的速度增加，当时人们已经认识到佝偻病的发生与人体缺乏某种脂溶性物质相关，后来人们通过长时间紫外线照射酵母和皮肤分别获得了VD2和VD3这两种物质。1932年，人们鉴定出了VD2的化学结构，将其命名为麦角骨化醇，只有酵母及某些菌类含有的麦角骨化醇经过紫外线照射可形成VD2。1936年，人们发现通过紫外线长时间照射7-脱氢胆固醇可生成VD3，并将其命名为胆骨化醇。1960年，人们分离出VD的代谢产物25(OH)2D3。1970年，人们发现了在肾脏生成的VD的活性产物1，25(OH)2D3，并阐述了VD的代谢途径。

维生素D有VD2和VD3两种形式，VD2(麦角骨化醇)主要来源于植物和真菌。VD3(胆骨化醇)主要存在于深海鱼的脂肪中。相关实验对比研究[6]证明VD3效果优于VD2，而且在临床中应用也更多。1980年,随着VD受体核心地位的确立，VD在造血方面、细胞进化、胰岛素分泌等方面都有作用。而且VD受体基因多态性以及其与骨密度[7]、铅肾毒性的关系也成为近年来研究的热点[8-9]。近年来，人们研究发现VD水平与肝疾病[10]、牙周疾病[11]、皮肤相关疾病[12]、高血压及2型糖尿病[13]、血脂紊乱、代谢综合征[14]、过敏性疾病及哮喘[15-16]、心血管疾病[17]、结核病[18]、慢性肾脏病[19]、各种癌症[20-21]、感染[22-23]、甚至死亡率[24]密切相关。而且最新研究[25]发现，母乳维生素D缺乏增加子代后凸畸形概率。此外，VD在全身免疫应答及抗炎方面也起到重要作用[26-27]。

1.2 VD的来源

人体内VD的来源有两种途径[4]：(1)外源性途径：通过食用鱼类、蛋类、奶制品及动物内脏后，经过肠道消化后形成的VD。(2)内源性途径：皮肤中胆固醇衍生物(7-脱氢胆固醇)经紫外线照射后产生VD前体，然后转化成VD3。由于日常食物VD含量不足，所以许多国家强化使用某些富含VD的食品(如牛奶、乳制品和婴儿食品等)来预防佝偻病，这些食品间接丰富了VD的来源。此外，VD也可以从添加剂中获得，例如复合维生素添加剂通常含有50万IU/g的VD3，而且在胶囊/片剂中，例如碳酸钙片，每片可含400～500 IU的VD3，基本满足人体需求(18～65 岁人群主张每日摄取VD量是 400 IU，>60岁人群主张每日摄入VD量为 600 IU)。

此外，VD可通过紫外线(295～300 nm)照射在皮肤产生的光解反应合成。此光解反应是通过固醇核B环的5，7双键吸收紫外线，打开双键，生成更稳定的同分异构体——s-反式、s-顺式前VD3，这种反应可以使5%～15%的7-脱氢胆固醇转化为VD3。Holick预估1/2红斑量(MED[28]就是阳光导致皮肤出现轻微粉红色和产生可探测性红斑的量，是轻度晒伤的标志)的阳光照射，可以产生10 000～250 000 IU的VD，他认为每周接受2～3次1/4 MED的阳光照射，大约产生15 000 IU的VD，即可满足机体的需要[29]；对于正常人群，作为VD的来源，阳光一般比食物更重要。

1.3 VD的吸收与转运

1.3.1微粒依赖性的被动扩散：VD通过不饱和的被动扩散经小肠吸收，此过程依赖于微粒的溶解及胆盐的助溶作用[30]。

1.3.2从乳糜颗粒转运到血浆：VD与乳糜微粒表面脂蛋白结合，因为VD的一部分可以从乳糜颗粒转运到血浆中的结合蛋白，也可以直接或随乳糜微粒降解。在血浆中不被转运的VD与乳糜颗粒的残余部分被肝脏吸收，在肝脏被转运给相同的结合蛋白并释放入血浆。

1.4 VD的组织分布

与其他脂溶性维生素不同，VD不储存于肝脏(某些鱼类肝脏除外)，在肠道吸收或在皮肤合成的VD几个小时内到达肝脏，但它会很快从肝脏均匀地分布到其他组织的疏水部位。所以，VD在脂肪组织浓度稍高，但是在脂肪组织中VD大部分与脂质相结合，因此代谢比较困难。体内大约一半的VD以VD3的形式存在，而另外一主要存在形式就是25(OH)D3，约占全部的20%。然而在血浆中，25(OH)D3的代谢产物占大多数。肾脏、肝脏、肺、主动脉和心脏通常都会蓄积25(OH)D3[31]。

1.5 VD的代谢及代谢功能

1.5.1VD的代谢[32]：通过外来吸收和内源产生的VD，被25-羟化酶作用后产生25-羟基维生素D(25-OH-VD)，然后在有氧条件下通过还原性辅酶Ⅰ生成25(OH)D3。25(OH)D3可以在肝内脂肪中储存，也可以通过血液进行转运。25(OH)D3作为VD的代谢产物，它在人体内的浓度最高。然后，25(OH)D3在1α羟化酶羟基化下形成1，25(OH)2D3，即活性VD3，也就是促进钙离子吸收的最终活化产物。在人体内约85%的活性VD3与VD结合蛋白(vitamin D binding protein，BDP)连合，0.4%为游离状态，剩余的则与白蛋白相结合。1，25(OH)2D3属于一种具有高度生理活性的物质，增加肠道对钙离子摄取的同时，也可以推动骨形成及抑制骨吸收，是维持机体钙离子平衡的重要因素。人体中的VD3最终可与肝脏中的葡萄糖醛酸或硫酸结合，通过胆汁排出体内。

1.5.2VD的代谢功能[33-35]：VD促进小肠中钙离子的吸收、磷酸盐的摄取以及钙、磷的肾吸取和矿物质的骨更新、钙磷稳态，相反，锌、铁、硼、铅这几种矿物中元素也可以影响VD的转运。VD3是一种类固醇激素，通过还原酶和羟化酶作用后产生1，25(OH)2D3即活性VD3，活性VD3在VD受体(VDR)作用下发挥生物学效应。核内类固醇/甲状腺激素受体超基因家族中基因种类繁多，VDR是其中一员，VDR经典靶器官组织不仅包括肝脏、肾脏、泌尿生殖器、肠道、骨骼，还包括心、脑、甲状旁腺、卵巢、输卵管、子宫、宫颈、胎盘、乳腺、肇丸、精子以及各种免疫细胞，这提示1,25(OH)2D3具有更多的其他生物效应，这也揭示了为什么许多疾病与VD水平相关。此外，机体对VD反馈效应的差别也可能与VD受体基因多态性相关。

1.6 VD缺乏的体征

单纯VD缺乏会影响一些系统，最显著的就是骨骼和神经肌肉系统，肢体无力、肌肉酸痛及四肢发麻、抽搐等。人类VD缺乏的体征如佝偻病(多见于儿童)、骨软化症(多见于成人)、骨质疏松症、骨骼肌痛[36]。

2 国内外VD缺乏的现状

一般纬度高于42°的国家，如加拿大，冬季户外活动减少，皮肤通过紫外线照射生产的VD3一般不足以满足人体的需要[37]。此外，深色皮肤、色素沉着的个体表皮中有较高浓度的黑色素，使他们处于VD不足的风险较高[38]。随着现代社会的发展和人们生活节奏的加快，日常户外运动时间缩短，继而导致人体VD水平的下降。

血清羟基VD(25(OH)D3)浓度被作为测定VD状态的最好指标。相关文献规定25(OH)D3<25 nmol/L定为VD严重缺乏，<50 nmol/L定为VD缺乏，血清25(OH)D3水平在50～75 nmol/L时定为VD不足[39-40]，因此最近更多的人建议维持最佳健康的血药浓度为≥75 nmol/L。现代中青年人户外活动减少，VD水平普遍不高，在30岁之前就达到了骨量峰值，之后就不能明显增加[41]，所以许多成年人并没有达到血清羟基VD的正常值。2012-2013年加拿大卫生措施调查显示，18～25岁的年轻人血液中平均血清羟基VD浓度为60 nmol/L(95%可信区间：52.4～67.7)[42]；美国和欧洲等发达国家60岁以上人群VD缺乏比例为40%～100%，沙特、澳大利亚、印度、黎巴嫩等国儿童和成人VD缺乏比例为30%～50%[43]。

老年人群VD缺乏现状：近年来，周波[44]、王翠侠[45]、张浩[46]、张巧[47]等对全国各省市60岁以上老年人VD水平统计结果表明，VD缺乏为55.40%～84.2%，VD不足为14%～33.09%。中青年人群VD缺乏近况：北方较严重，而南方水平较好。2010年沈阳市中青年人群VD水平为27.2～38.3 nmol/L[48]，已经达到严重缺乏，而贵阳市为57.0 nmol/L，相对不甚严重。学龄儿童和婴幼儿VD缺乏近况：2009年北京市儿童VD水平为44.4 nmol/L[49]，南京市儿童VD水平为51.6 nmol/L[50]。学龄前儿童VD缺乏近况：2011年黑龙江省约86%的儿童VD缺乏，8.7%的儿童VD不足，仅5.3%的儿童VD充足[51]，而南京市儿童VD平均水平为77.1 nmol/L，VD水平相对较高。婴幼儿VD缺乏近况：2015年沈阳市婴幼儿VD水平为47.53～53.98 nmol/L[52]，太原市为36.23～49.88 nmol/L[53]，南方人群VD平均水平高于北方。显而易见，随着纬度的增加，对应地区紫外线辐射的强度降低，相应的VD平均水平降低，因此，北方地区VD平均水平较南方地区普遍偏低。

另外，对新生儿和孕产妇VD水平分析显示[54-56]，新生儿一年中VD均处于较低水平，其中夏季VD水平为36.98 nmol/L，冬季VD水平为18.93～22.85 nmol/L。妊娠妇女VD水平较同地区同年龄的人群偏高。此外，妊娠妇女冬季VD水平明显高于夏季，数据显示冬季妊娠妇女VD水平为47.03 nmol/L，夏季为158.29 nmol/L，猜测与妊娠期妇女户外运动增多相关。研究表明[57-59]，男女间VD水平在婴幼儿时期无明显差异，但进入青春期后，女性VD水平普遍低于男性。除此之外，VD缺乏与环境影响因素[60](季节、海拔、饮食等)也密切相关。

由于年轻人是培养良好生活习惯的关键时期，包括摄入足量VD、达到峰值骨量等[61]。但是目前很少有研究探讨年轻人应该学习VD的哪一方面，或如何让年轻人明白提高人体中VD浓度的必要性，而且18～25岁的年轻人并不普遍担心自身的骨骼健康，其潜在的影响太遥远了，这是一个目前应该关注的点[62-63]。

3 VD 毒性的研究进展

随着社会的发展进步、营养学研究的深入，现代人特别伴有骨质疏松的老年人认识到VD的必要性后，大量补充VD，引发VD中毒，因此过量摄取VD后产生的毒害作用也受到研究者的重视。机体内1，25(OH)2D3的生成受多种因素的调控，但若摄取过量，它在体液中的浓度超过正常水平，则引发VD中毒。国外有因服食过量VD 强化的牛奶而引起中毒的报告[64]。

VD过量摄取会引起25(OH)D3水平的增高，特别是摄取高水平的VD3后产生的25-OH代谢物，其血清水平较等量VD2代谢后产生的25-OH代谢物要高，25-OH代谢物被认为是VD中毒的主要物质。研究证明[65]，VD中毒患者血浆中的25(OH)2D3的浓度是正常人的15倍，此种浓度的25(OH)2D3具有类似1，25(OH)2D3的作用，协同促进肠钙的摄取，骨钙的吸收和软组织沉着，从而引起软组织钙化和肾结石。其作用机制为当25-OH代谢物处于高水平时，会成功地竞争细胞内的1，25(OH)2D3受体，因而诱导了本应由后者产生的正常应答。

因此，VD过多症就是肠钙和骨钙吸收增加，产生高钙血症、骨变软及不同程度的骨质疏松症，伴随血清中甲状旁腺激素减少和肾小球滤过率下降，最终导致体内钙平衡紊乱。随着血清中钙和磷水平的缓慢增加，最终结果就是钙质沉着——软组织中钙和磷酸盐的沉积，特别是心肾等重要脏器，以及血管和呼吸系统等。所以，VD过多症的危险不仅在于给予VD过多，还与过量的钙和磷摄取有关。个体VD中毒有多种表现，包括厌食、呕吐、头痛、困倦、腹泻和多尿症。初期变为低热、恶心、呕吐、腹泻、烦躁、口渴等，晚期变为高热、嗜睡及抽搐等症状。甚至因高钙血症出现心、肾系统的受累导致死亡。

而有文献[66]认为，多年来，人们对VD认识还停留在较低水平上，曾经大宗文献错认为VD中毒量很小，极易出现高钙血症，甚至累及心肾系统导致死亡，以致于既往人们对VD的补充战战兢兢。然而随着现代维生素检验水平的提高，美国科学家发现VD中毒量远没有文献报道的那么低，而且发现当地居民的VD不足比例在半数以上，后来相继发现VD与基础疾病、免疫疾病、心肺肾系统疾病甚至癌症相关。因此，1997年过后关于VD的应用出现争议，争议有二：① VD不仅预防和治疗佝偻病等疾病，而且与高血压、2型糖尿病等基础疾病，免疫系统、心肺肾系统疾病等密切相关，因此需要加大VD摄入量。②VD的毒性问题。VD中毒量低，很容易诱发高钙血症等问题，因此需要严格控制VD的摄入量。1999年多伦多大学Vieth教授[67]整理大批文献后得出结论：没有根本证据证实VD中毒剂量很小。根据收集的大宗文献显示，每天摄入10 000 IU VD的实验动物中没有出现中毒的个体。动物实验结果显示VD的半数致死量为88 mg/kg(约35×105IU/kg)。换算成人体摄入量：体重49.5 kg的健康成人半数致死量约需VD 1.76×108IU，约是推荐剂量(400 IU)的4.4×105倍。因此，VD的安全摄入量远超1997年以前文献报道的VD摄入量。Vieth教授刊登的本篇文章因其论述的真实性和严谨性被作为参考文献为后来研究者普遍引用，而且获得医学界大量研究者的认可。随后的研究证实，健康成人每日服用VD 10 000 IU，连续5个月以上并无不良反应。国内相关文献也报道没有充足证据证实维生素D易于中毒的见解[65]。综上所述，关于VD还有很多方面需要研究者持续深入研究，但VD与多种疾病密切联系，而且VD中毒量远没有以往文献报道的那么低，因此国人VD摄入量需要显著增加。

由于VD摄取过量的个体中毒症状无明显特异性，且患者对VD中毒不甚了解，于基层医院就诊无相关诊疗设备等原因，因此VD中毒患者极易被漏诊、误诊。为防止VD中毒情况的发生，临床工作者首先应明确VD的中毒诊断：血清25(OH)2D3>375 nmol/L(>150 ng/mL)；血尿常规示血钙水平升高，尿钙、尿蛋白或血尿素氮水平升高；长期摄入过量VD患者查X线可见长骨钙化带，骨皮质增厚。其次，强化VD中毒的宣教。若发现可疑VD中毒的患者，若基层医院无相关诊疗条件，及时转上级医院诊治，防止病情进展[68]。治疗方面：立即终止维生素D摄入；低钙饮食，应用利尿剂促进血钙排出，激素促进肠钙吸收，降钙素抑制骨钙释出，以此预防或治疗高钙血症。

安全始终是一个重要的考虑因素，食品和营养委员会(FNB)评价过多摄入VD可能产生不利影响，并设置一个安全的耐受最高摄入量(UL)，50 μg(2 000 IU)维生素D3。欧盟委员会食品科学委员会(SCF)也使用类似的方法确定了5O μg VD3的最高摄入量。英国的专家小组通过同样的方法设置了25 μg VD3的最高摄入量。FNB依据Vieth的临床研究数据，得出25 μg VD3预计不会造成在总人口中的不利影响[69]。

综上，随着现代研究的深入，人们逐渐了解到VD与多种疾病密切相关，所以应做好VD摄入水平及VD中毒的健康宣教。外源性途径摄入VD的同时，增加户外活动时间，多进行日光照射产生内源性维生素。同时应用VD预防和治疗相关疾病时应谨慎VD摄入量和用药周期，密切观察、定期随访，避免VD中毒事件的发生，以期达到降低维生素D缺乏及维生素D缺乏性佝偻病的发生。