維生素D對(duì)骨質(zhì)疏松相關(guān)性因素——腸鈣吸收影響的研究進(jìn)展

歐陽(yáng)鋼 唐 曦 葛 偉 (江蘇省省級(jí)機(jī)關(guān)醫(yī)院，江蘇 南京 20024)

原發(fā)性骨質(zhì)疏松(OP)是以骨量減少、骨的微觀結(jié)構(gòu)退化為特征的，致使骨的脆性增加以及易于發(fā)生骨折的一種全身性骨骼疾病〔1〕。研究表明:OP尤其是老年性O(shè)P發(fā)生的重要因素是各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)特別是腸鈣吸收的減少〔2〕。現(xiàn)將維生素D對(duì)腸鈣吸收的影響及其與OP的相關(guān)研究綜述如下。

1 維生素D的生物學(xué)特性

自1645年Whistler首先提出維生素D是一種抗佝僂病的營(yíng)養(yǎng)成分后，人們對(duì)維生素D的認(rèn)識(shí)不斷深入，維生素D主要包括維生素D2和維生素D3，二者結(jié)構(gòu)十分相似，易溶于脂肪、油和乙醚等有機(jī)溶媒，不溶于水，故稱(chēng)為脂溶性維生素。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)1，25羥化維生素D3〔1，25-(OH)2D3〕是維生素D3的活性代謝產(chǎn)物，是重要的鈣調(diào)節(jié)激素。維生素D3是由真皮層的7-脫氫膽固醇經(jīng)紫外線照射產(chǎn)生的，在幾分鐘之內(nèi)迅速達(dá)到高峰。維生素D3的第一次羥化發(fā)生在C-25位點(diǎn)，在肝臟中被維生素D-25羥化酶催化產(chǎn)生骨化二醇，25(OH)D3繼而在腎臟由25(OH)D3-1α羥化酶催化進(jìn)行羥基化作用，產(chǎn)生1，25(OH)2D、24，25(OH)2D。維生素 D 受體調(diào)節(jié) 1，25-(OH)2D3的生物效應(yīng)，1，25-(OH)2D3聯(lián)合VDR促進(jìn)與維甲酸X受體的異源二聚化作用，與維甲酸受體和其他轉(zhuǎn)錄因子形成異源二聚體復(fù)合物，在啟動(dòng)子區(qū)域調(diào)控運(yùn)送維生素D反應(yīng)元件的一些基因，并聯(lián)同共激活劑影響目標(biāo)基因的轉(zhuǎn)錄。

維生素D的激素或活性形式是1，25-(OH)2D3，它是由維生素D3連續(xù)羥基化作用產(chǎn)生的，從飲食和暴露于紫外線的皮膚中獲得的一種開(kāi)環(huán)甾類(lèi)化合物前體。1，25-(OH)2D3已經(jīng)從一種基本的微量營(yíng)養(yǎng)素發(fā)展成為涉及一種復(fù)雜的內(nèi)分泌系統(tǒng)的激素，這種激素能調(diào)節(jié)骨礦物質(zhì)的平衡，保護(hù)骨骼的完整性，并且調(diào)節(jié)各種組織的細(xì)胞生長(zhǎng)和分化。1，25-(OH)2D3協(xié)同甲狀旁腺激素共同調(diào)節(jié)血清鈣和磷的濃度，從而保持適當(dāng)?shù)墓趋赖V化〔3〕。1.25-(OH)2D3的一個(gè)主要功能是促進(jìn)鈣和磷的腸道吸收。循環(huán)1，25-(OH)2D3是腸鈣吸收的首要激素調(diào)節(jié)。1，25(OH)2D3的主要靶器官是腸黏膜，其通過(guò)指示鈣轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)以適應(yīng)不同的鈣的攝入量〔4〕。1，25-(OH)2D3作為一種激素在血液循環(huán)中調(diào)節(jié)骨骼的動(dòng)態(tài)平衡。它也可能直接對(duì)骨產(chǎn)生影響，因?yàn)楸仨氝M(jìn)行連續(xù)的骨骼重塑以維持骨骼的完整性。在體外的研究表明，1，25-(OH)2D3刺激成骨細(xì)胞和內(nèi)在骨形成細(xì)胞，并最終分化和基質(zhì)鈣化沉淀。相反地，當(dāng)食物來(lái)源不足以維持正常血鈣，1，25-(OH)2D3可刺激骨鈣動(dòng)員，它是通過(guò)促進(jìn)前體細(xì)胞分化為成熟的骨骼再吸收的破骨細(xì)胞〔5〕。

因此，維生素D代謝產(chǎn)物的作用主要通過(guò)直接促進(jìn)腸鈣吸收以及激活骨吸收來(lái)維持血清鈣水平。在生長(zhǎng)過(guò)程中維生素D內(nèi)分泌系統(tǒng)失常會(huì)導(dǎo)致OP〔6〕。陽(yáng)光照射減少，皮膚產(chǎn)生維生素D減少，1，25-(OH)2D3生成減少并繼發(fā)甲狀旁腺功能亢進(jìn)，增加骨轉(zhuǎn)換，骨量減少進(jìn)而OP〔7〕。相反，已有研究表明補(bǔ)充維生素D可以大幅度增加骨密度，減少中老年人OP性骨折的發(fā)生率〔8〕。

2 腸鈣吸收過(guò)程

腸鈣的吸收機(jī)制涉及兩個(gè)方面。吸收的主要途徑是飽和跨細(xì)胞過(guò)程，由維生素D通過(guò)鈣結(jié)合蛋白調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)的，主要發(fā)生在十二指腸。第二種過(guò)程是一種不飽和旁運(yùn)輸過(guò)程，即被動(dòng)擴(kuò)散過(guò)程，發(fā)生在整個(gè)小腸。腸鈣的跨細(xì)胞運(yùn)輸包括3個(gè)步驟:①內(nèi)腔鈣首先通過(guò)兩個(gè)鈣離子通道的頂端刷狀緣;②鈣結(jié)合蛋白促進(jìn)的跨細(xì)胞鈣轉(zhuǎn)運(yùn);③ATP依賴性鈣泵將鈣轉(zhuǎn)出細(xì)胞。

兩個(gè)上皮鈣離子(Ca2+)通道分別是TRPV5和TRPV6，這些通道具有激活的鈣離子的滲透性，對(duì)鈉鈣離子交換的選擇性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他TRP家庭成員，這兩個(gè)通道的電流電壓關(guān)系表現(xiàn)為內(nèi)向整流，區(qū)別于其他TRPV通道表現(xiàn)的外向整流，TRPV5和TRPV6位于腸刷狀緣膜上，具有調(diào)節(jié)腸鈣吸收過(guò)程中Ca2+進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的速率，它們都受鈣依賴性反饋抑制〔9〕。TRPV5調(diào)節(jié)鈣重吸收的激活階段，TRPV5基因敲除大鼠表現(xiàn)為鈣重吸收受損，高尿鈣，維生素D過(guò)多以及腸鈣吸收過(guò)多〔10〕。TRPV5(-/-)大鼠在早期可以促進(jìn)與年齡相關(guān)的甲狀旁腺功能亢進(jìn)以及OP，說(shuō)明TVPV5在整體鈣穩(wěn)態(tài)上起著至關(guān)重要的作用，TRPV6基因敲除大鼠腸鈣吸收減少60%，骨密度同樣減少，說(shuō)明TRPV6對(duì)組織中Ca2+穩(wěn)定發(fā)揮著直接的作用〔11〕。在人類(lèi)十二指腸中觀察TRPV6轉(zhuǎn)錄發(fā)現(xiàn)十二指腸TRPV6呈維生素D依賴性的表達(dá)，但在老年婦女中TRPV6以及VDR表達(dá)減少并且不呈維生素D依賴性，這可以部分解釋老年絕經(jīng)后婦女腸鈣吸收減低〔12〕。

旁運(yùn)輸過(guò)程是Ca2+通過(guò)位于腸頂端區(qū)域的緊密連接，此過(guò)程是一種被動(dòng)運(yùn)輸過(guò)程，依賴于整個(gè)上皮細(xì)胞的濃度和電梯度，當(dāng)Ca2+攝取足量時(shí)，旁運(yùn)輸主要在空腸和回腸進(jìn)行被動(dòng)非飽和運(yùn)輸過(guò)程，其被動(dòng)非飽和運(yùn)輸?shù)男ЧQ于Ca2+在遠(yuǎn)端小腸的溶解度，食糜在特定腸段的停留時(shí)間以及從腸腔擴(kuò)散到淋巴和血的速率〔13〕。

腸鈣結(jié)合蛋白是一種可溶性并且受維生素D調(diào)節(jié)的鈣結(jié)合蛋白，大鼠鈣結(jié)合蛋白的穩(wěn)態(tài)水平與不同環(huán)境的腸鈣轉(zhuǎn)運(yùn)有密切關(guān)系。CaBP-28k和CaBP-9k兩種鈣結(jié)果蛋白負(fù)責(zé)將Ca2+從腸上皮細(xì)胞的頂側(cè)跨細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞基底部。CaBP-28k存在于鳥(niǎo)類(lèi)十二指腸中，CaBP-9k存在于哺乳動(dòng)物十二指腸中，兩種蛋白分別被不同的基因編碼，CaBP-9k被稱(chēng)作是“細(xì)胞內(nèi)鈣的渡輪”，加快鈣從腸上皮細(xì)胞表面微絨毛極到細(xì)胞基底膜的流動(dòng)〔14〕。單獨(dú)CaBP-28k基因敲除大鼠不影響體內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)，但CaBP-28k和CaBP-9k基因敲除大鼠顯著影響缺鈣條件下的鈣轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程〔15〕。但也有研究表明CaBP-9k的誘導(dǎo)并不總是與增加的腸鈣吸收相互聯(lián)系〔16〕。有關(guān)基因研究鈣結(jié)合蛋白對(duì)鈣穩(wěn)態(tài)的作用，目前還存在爭(zhēng)議。

除了鈣結(jié)合蛋白，ATP-依賴性鈣泵對(duì)鈣轉(zhuǎn)動(dòng)也起著重要的作用，鈣泵在信號(hào)傳導(dǎo)和體內(nèi)平衡的條件下將Ca2+轉(zhuǎn)出細(xì)胞。一些研究表明1，25-(OH)2D3給藥后鈣泵mRNA表達(dá)水平與鈣轉(zhuǎn)運(yùn)有相關(guān)性，大鼠鈣泵蛋白水平與老年階段和1，25-(OH)2D3給藥的鈣轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān)〔17〕。

Ca2+交換在腸鈣吸收過(guò)程中也發(fā)揮著重要作用。Ca2+進(jìn)入上皮細(xì)胞有可能由載體為媒介，H+/Ca2+交換是通過(guò)線粒體隔離Ca2+的主要手段，Na+/H+交換在膜小泡催化H+/Ca2+交換〔13〕，哺乳類(lèi)動(dòng)物Na+/Ca2+交換體是交換蛋白超級(jí)家族(Ca-CA超級(jí)家族)成員，其主要作用是提供和控制Ca2+穿過(guò)細(xì)胞質(zhì)膜或細(xì)胞內(nèi)間隔。如果胞質(zhì)腔內(nèi)的Ca2+水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于細(xì)胞外水平，Na+/Ca2+交換體就會(huì)將Ca2+轉(zhuǎn)出細(xì)胞質(zhì)，這個(gè)交換體是完全可逆的，而且是特殊條件下的亞細(xì)胞定位并被劃分離子梯度，它允許鈣離子進(jìn)入并對(duì)Ca2+細(xì)胞間隔之間的運(yùn)動(dòng)發(fā)揮更多的專(zhuān)業(yè)角色〔18〕。

3 維生素D對(duì)腸鈣吸收的影響

維生素D是保持鈣穩(wěn)態(tài)的主要因素，也是骨生長(zhǎng)和維持的必需品。目前已經(jīng)證實(shí)維生素D的活性激素-1，25-(OH)2D3是腸鈣吸收的主要控制激素。由于飲食鈣減少，生長(zhǎng)或者懷孕等使體內(nèi)鈣需求增加，1，25-(OH)2D3的合成隨之增加，并加快腸鈣吸收的速度，1.25-(OH)2D3刺激上皮鈣通道和細(xì)胞膜鈣泵合成，并誘導(dǎo)鈣結(jié)合蛋白的形成〔19〕。腸鈣吸收的跨細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)主要由維生素D的激素代謝產(chǎn)物1，25-(OH)2D3調(diào)節(jié)，它通過(guò)配體與經(jīng)典的維生素D核心受體結(jié)合激活基因的轉(zhuǎn)錄過(guò)程，一些研究表明VDR能夠積極地調(diào)節(jié)與腸鈣轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的TRPV5、CaBP-28k和 PMCA1b的 MRNA 及蛋白表達(dá)〔20〕。因此，VDR通過(guò)調(diào)節(jié)鈣結(jié)合蛋白影響鈣跨細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)發(fā)揮作用;通過(guò)調(diào)節(jié)TRPV加快鈣進(jìn)入細(xì)胞的速度;通過(guò)調(diào)節(jié)鈣泵影響鈣轉(zhuǎn)出細(xì)胞過(guò)程。實(shí)驗(yàn)研究中通常利用維生素D受體(VDR)敲除老鼠觀察VDR對(duì)腸鈣吸收的重要性，有研究證實(shí)，VDR缺失的老鼠，其鈣吸收效率比正常鼠降低70%以上，腸鈣吸收的降低又引起生長(zhǎng)緩慢，低血鈣，高血清甲狀旁腺激素以及 OP〔21〕。已經(jīng)證實(shí)VDR水平是在多種情況下影響腸鈣吸收，如在老齡化和雌激素缺失后伴隨腸道VDR的減少，從而使基底部和維生素D反應(yīng)性的鈣吸收降低。在VDR等位基因敲除的老鼠腸道細(xì)胞系 Caco-2中可誘導(dǎo) VDR過(guò)度表達(dá)從而增加1，25-(OH)2D3調(diào)節(jié)的跨細(xì)胞鈣轉(zhuǎn)運(yùn)，但同時(shí)降低腸VDR水平并最終降低1，25-(OH)2D3調(diào)節(jié)的腸鈣吸收效率，VDR的一些基因多態(tài)性如Fok I多態(tài)位點(diǎn)可能也影響腸鈣吸收，但其機(jī)制尚不清楚〔22〕。

1，25 -(OH)2D3除了影響跨細(xì)胞鈣轉(zhuǎn)運(yùn)，對(duì)旁鈣轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程同樣發(fā)揮有重要作用，1，25-(OH)2D3通過(guò)非基因信號(hào)途徑刺激十二指腸鈣旁運(yùn)輸。正常情況下，1，25-(OH)2D3非基因活動(dòng)非常迅速，通常在2 min內(nèi)在MEK通路上完成與其激活信號(hào)酶-MAPK的結(jié)合而產(chǎn)生活動(dòng)，其對(duì)鈣旁轉(zhuǎn)運(yùn)的刺激作用相當(dāng)?shù)乜欤圆荒苡苫蚪閷?dǎo)發(fā)生轉(zhuǎn)錄、翻譯及蛋白質(zhì)定位。這一快速活動(dòng)需要1，25-(OH)2D3與被稱(chēng)作膜相關(guān)性快速反應(yīng)激素結(jié)合蛋白(MARRS)結(jié)合來(lái)完成〔23〕。維生素D含量偏低在老年人中相當(dāng)常見(jiàn)，這可能是血漿1，25-(OH)2D3和腸鈣吸收效率降低的重要因素，一些研究者發(fā)現(xiàn)OP患者血清1，25-(OH)2D3低于正常，另一組報(bào)道稱(chēng)，當(dāng)把OP患者以鈣吸收為基礎(chǔ)分級(jí)，鈣吸收障礙的患者血清1，25-(OH)2D3水平顯著低于正常〔24〕。

綜上所述，維生素D在OP相關(guān)性因素-腸鈣吸收方面起著重要的作用，維生素D缺乏或活性降低是OP發(fā)生的重要原因之一。但是，關(guān)于VDR相關(guān)的靶基因活化的確切分子機(jī)制尚不清楚，人和動(dòng)物在老齡化腸道VDR都減少的看法還存在爭(zhēng)議。因此，對(duì)于維生素D對(duì)腸鈣吸收的確切機(jī)制尚需進(jìn)一步研究。

1 NIH Consensus Development Panel on Osteoporosis Prevention，Diagnosis，and Therapy.Osteoporosis prevention，diagnosis，and therapy〔J〕.JAMA，2001;285:785-95.

2 Devine A，Wilson SG，Dick IM，et al.Effects of vitamin D metabolites on intestinal calcium absorption and bone turnover in elderly women〔J〕.Am J Clin Nutr，2002;75(2):283-8.

3 Kim CJ.Vitamin D dependent rickets type I〔J〕.Korean J Pediatr，2011;54(2):51-4.

4 Joan M，Lappe RN.The role of vitamin D in human health:a paradigm shift medicine〔J〕.J Evid Based Complement Altern Med，2011;16:58.

5 St-Arnaud R.The direct role of vitamin D on bone homeostasis〔J〕.Arch Biochem Biophys，2008;473(2):225-30.

6 Tsugawa N.Vitamin D and osteoporosis:current topics from epidemiological studies〔J〕.Rinsho Byori，2010;58(3):244-53.

7 Mosekilde L.Vitamin D and the elderly〔J〕.Clin Endocrinol(Oxf)，2005;62(3):265-81.

8 Czernichow S，F(xiàn)an T，Nocea G，et al.Calcium and vitamin D intake by postmenopausal women with osteoporosis in France〔J〕.Curr Med Res Opin，2010;26(7):1667-74.

9 Hoenderop JG，Nilius B，Bindels RJ.Calciuma bsorption across epithelia〔J〕.Physiol，2005;85:373-422.

10 Renkema KY，Nijenhuis T，van der Eerden BC，et al.Hypervitaminosis D mediates compensatory Ca2+hyperabsorption in TRPV5 knockout mice〔J〕.J Am Soc Nephrol，2005;16(11):3188-95.

11 Lieben L，Benn BS，Ajibade D，et al.Trpv6 mediates intestinal calcium absorption during calcium restriction and contributes to bone homeostasis〔J〕.Bone，2010;47(2):301-8.

12 Walters JR，Balesaria S，Chavele KM，et al.Calcium channel TRPV6 expression in human duodenum:different relationships to the vitamin D system and aging in men and women〔J〕.J Bone Miner Res，2006;21(11):1770-7.

13 Khanal RC，Nemere I.Regulation of intestinal calcium transport〔J〕.Annu Rev Nutr，2008;28:179-96.

14 Wasserman RH.Comments on the essentiality of calbindin-D9k and calcium channel TRPV6 for optimal active intestinal calcium transport in vitro〔J〕.Ann New York Acad Sci，2010;1192:365-6.

15 Ko SH，Choi KC，Oh GT，et al.Effect of dietary calcium and 1，25-(OH)2D3 on the expression of calcium transport genes in calbindin-D9k and-D28k double knockout mice〔J〕.Biochem Biophys Res Commun，2009;379(2):227-32.

16 Benn BS，Ajibade D，Porta A，et al.Active intestinal calcium transport in the absence of transient receptor potential vanilloid type 6 and calbindin-D9k〔J〕.Endocrinology，2008;149(6):3196-205.

17 Balesaria S，Sangha S，Walters JR.Human duodenum responses to vitamin D metabolites of TRPV6 and other genes involved in calcium absorption〔J〕.Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol，2009;297(6):G1193-7.

18 Lytton J.Na+/Ca2+exchangers:three mammalian gene families control Ca2+transport〔J〕.Biochem J，2007;406(3):365-82.

19 Wasserman RH.Vitamin D and the dual processes of intestinal calcium absorption〔J〕.J Nutr，2004;134(11):3137-9.

20 Xi Q，Wang S，Ye Z，et al.Adenovirus-delivered microRNA targeting the vitamin D receptor reduces intracellular Ca(2+)concentrations by regulating the expression of Ca-transport proteins in renal epithelial cells〔J〕.BJU Int，2010;107(8):1314-9.

21 Song Y，Kato S，F(xiàn)leet JC.Vitamin D receptor(VDR)knockout mice reveal VDR-independent regulation of intestinal calcium absorption and ECaC2 and calbindin D9k mRNA〔J〕.J Nutr，2003;133:374-80.

22 Abrams SA，Griffin IJ，Hawthorne KM，et al.Vitamin D receptor Fok1 polymorphisms affect calcium absorption，kinetics，and bone mineralization rates during puberty〔J〕.J Bone Miner Res，2005;20:945-53.

23 Tudpor K，Teerapornpuntakit J，Jantarajit W，et al.1，25-dihydroxyvitamin D(3)rapidly stimulates the solvent drag-induced paracellular calcium transport in the duodenum of female rats〔J〕.J Physiol Sci，2008;58(5):297-307.

24 Nordin BEC，Need AG，Morris HA，et al.Effect of age on calcium absorption in postmenopausal women〔J〕.Am J Clin Nutr，2004;80(4):998-1002.