維生素K與兒童健康關系的研究

劉黎明，帖利軍，史曉薇，郭樂倩

(西安交通大學第一附屬醫院，陜西 西安 710061)

丹麥生物化學家Henrik Dam于1929年偶然發現了一種活性物質。經過分析，這些物質會影響凝血酶原的合成和作用，又因血液凝固的德語單詞為Koagulation，所以取其首字母命名該物質為維生素K(Vitamin K，VK)。近年來大量證據表明，除了凝血功能，維生素K在維持人體骨代謝、心血管健康等方面發揮著重要作用[1-5]，同時維生素K缺乏還與炎癥、哮喘和腫瘤發生有關[6-8]。有研究表明，新生兒極易缺乏維生素K[9-11]。但目前對維生素K與人群健康的研究多針對于成年人，對兒童群體研究較少，因此本文就維生素K與機體健康的關系，尤其是與兒童健康關系的研究作深入闡述。

1維生素K基本情況

1.1維生素K結構

維生素K家族含有一個共同的化學結構：2-甲基-1,4-萘醌環。維生素K根據萘醌環3′端所連接的化學結構類型可分為兩類：一類是天然存在的脂溶性維生素，包括維生素K1，即葉綠醌(Phylloquinone)和維生素K2，即甲基萘醌(Menaquinone)。維生素K1側鏈為葉綠基；維生素K2側鏈為不飽和的異戊二烯基團。根據異戊二烯基團的數目，維生素K2又被分為幾種亞型，縮寫為MK-n，n代表基團的數目，其中MK-4和MK-7研究較多[1，6，12]。另一類是人工合成的水溶性維生素，包括維生素K3，即甲萘醌(Menadione)和維生素K4，即乙酰甲萘氫醌。維生素K3沒有側鏈基團，活性較強，在鳥類、哺乳動物中可被烷化為維生素K4，常應用于動物飼料中[13-14]。

1.2維生素K食物來源及代謝

維生素K1是維生素K在大多數食物中的主要存在形式，在一些綠葉蔬菜如甘藍、菠菜、生菜、萵苣、西蘭花和花椰菜等植物中廣泛存在。一些植物油如大豆油、菜籽油、棉籽油等也是膳食維生素K1的主要來源，其生物利用度高于在綠葉蔬菜中的維生素K1[15]。膳食中維生素K2的量很少，只提供人體所需維生素K2的一小部分。維生素K2中的MK-7主要由細菌合成，存在于納豆、豆腐、奶酪、酸菜等發酵食品中；MK-4相對獨特，通常不由細菌合成，可在黃油、肉蛋類、肝臟等動物制品中分離得到[12，16-17]。

維生素K1主要在回腸吸收，其吸收有賴于膽汁酸鹽和體內脂肪狀況，并通過淋巴系統傳遞到肝臟中，可催化凝血因子的羧化過程[5，12，18]。維生素K2主要運輸到肝外組織，在骨骼和動脈血管發揮作用[19]。與維生素K1和MK-4相比，MK-7具有更高的生物利用度和更長的半衰期[20]。有研究認為MK-4是由膳食攝取的維生素K1或MK-7烷化產生，因此盡管食物來源的生物利用度很低，但MK-4是體內維生素K的主要存在形式，主要儲存在大腦、生殖器官、胰腺等腺體中[14，21-22]。

2維生素K與出血

2.1凝血功能

維生素K最經典的作用就是維持機體的正常凝血功能，主要由維生素K1發揮作用。體內凝血因子主要包括凝血酶原(Ⅱ)、前轉化素(Ⅶ)、克雷斯馬斯因子(Ⅸ)、斯圖亞特因子(Ⅹ)、蛋白質C、蛋白質S以及蛋白質Z等。前四種凝血因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ代表經典的維生素K1依賴性血漿凝固因子并參與纖維蛋白凝塊的形成。相反，蛋白質C，S和Z是促凝血系統的抑制劑[23-24]。而維生素K1作為谷氨酸羧化酶的輔酶，在肝細胞微粒體中參與凝血酶原及其它凝血因子前體蛋白上特定谷氨酸殘基的羧化過程，使其成為γ-羧基谷氨酸鹽，進而使這些因子具有與Ca2+結合的能力，并連接磷脂和蛋白，從而具有凝血活性[24-26]。

尤其對于維持嬰兒正常的凝血功能，維生素K1具有重要意義。幾乎所有新生兒出生時血漿中維生素K的濃度都會出現生理性低下。凝血因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ和Ⅹ前體蛋白若不能被羧化，只能作為非活性蛋白存在，這可能引起維生素K1依賴性凝血因子異常，從而導致凝血功能障礙，增加嚴重出血甚至顱內出血的發生風險[27-28]。

2.2兒童維生素K缺乏性出血

維生素K缺乏性出血(Vitamin K deficiency bleeding，VKDB)是指因維生素K攝入和吸收不足或肝功能障礙，導致無法用維生素K合成凝血酶原而引起的出血，是新生兒和嬰兒的常見病[29-30]。根據出血的時間，可將VKDB分為早發性(出生后24h內出血)、典型性(出生后2～7d出血)以及晚發性(出生7d以后發生的出血)。VKDB是嬰兒自發性顱內出血的最重要原因之一，其特點是發病急、進展快、易被忽視。晚發性VKDB顱內出血多表現為嘔吐和抽搐，出血部位多在硬膜下和腦實質，容易誤診。其發病率為60%～80%，病死率高達20%～25%，致殘率為41.9%～53.3%，預后不良[9，31]。

有研究顯示，嬰兒VKDB主要原因是體內缺乏維生素K1導致凝血機制出現障礙[9，32]。維生素K1缺乏的原因可能為[9-11]：①攝入不足 維生素K經過胎盤的通透性較差，母乳中維生素K的含量低(大約為1～15μg/L)；②腸道吸收減少 嬰兒期肝功能不成熟，腹瀉或伴有肝膽疾病等都會影響維生素K的吸收；③腸道菌群合成不足 新生兒腸道菌群尚未充分建立而進一步導致維生素K合成減少；④抗生素的使用 抗生素可抑制腸道細菌，并與維生素K發生競爭性抑制作用。

基于此，對患兒進行維生素K補充是臨床研究的問題之一[33]。6個月后的嬰兒母乳喂養輔之以合理的輔食添加有利于腸道正常菌群的建立，有利于腸道中維生素K吸收。同時，維生素K缺乏與維生素D缺乏往往同時存在。當小兒血鈣低于1.87mmol/L時，很可能發生驚厥，而一旦發生驚厥，嬰兒晚發性顱內VKDB將會加重，兩者密切相關[34]。當兒童伴有顱內出血等并發癥時，應進行止血和營養支持等治療，進入恢復期后，有必要改善腦細胞營養，加強功能鍛煉[33]。另外，加強孕婦和新生兒預防性用藥、定期檢查維生素K的相關生化指標是降低VKDB發病率的關鍵。為了防止早發型VKDB，加拿大兒科協會建議對正在使用影響維生素K代謝藥物的孕婦補充維生素K[35]，如服用抗癲癇藥物的孕婦應在懷孕最后3個月每日口服維生素K15mg，可預防嬰兒出生后的出血性疾病[36]。此外，目前提倡3個月以內嬰兒堅持預防性用藥，可常規肌注或緩慢經臍靜注維生素K10.5mg，如新生兒已出現出血癥狀，則需緩慢靜注維生素K11～2mg[37]。通過以上預防措施，可減少本病發生，提高人口素質。

3維生素K與骨代謝

3.1調節骨代謝

近年來有學者研究發現維生素K除了具有凝血作用，也參與人體骨骼代謝。骨中有三種Gla蛋白，即骨鈣素(Osteocalcin，OC，又稱維生素K依賴性骨γ-羧基谷氨酸蛋白，BGP)、基質Gla蛋白(MGP)和蛋白S。其中維生素K對BGP的影響最常見[38]。BGP是由成骨細胞合成并分泌，是由49個氨基酸組成的特殊骨蛋白，屬非膠原蛋白[39]。由于γ-羧基谷氨酸對羥磷灰石分子中的Ca2+有高度親合力，故大部分BGP存在于骨組織中，小部分(約20%)被釋放到血液循環中，因此可以把循環中的BGP含量尤其是未羧化的BGP含量作為骨形成的一個診斷指標，并且可以用來預測骨折的發生風險[40]。BGP下降或循環中的BGP含量上升，提示兒童骨礦化功能障礙[23，41]。

只有當BGP的3個谷氨酸殘基轉變為γ-羧基谷氨酸時，骨鈣蛋白才會被激活以促進骨礦化，而維生素K2是這些維生素K依賴性蛋白激活過程中所必需的。作為這些蛋白質翻譯后羧基化所需的γ-谷氨酰羧化酶的輔因子，維生素K2轉運γ-羧基谷氨酸上的谷氨酸殘基[16，42]。只有發生羧化反應后，羧化骨鈣素才能表現出與羥磷灰石高度的親和性，從而促進鈣鹽沉積[39，43-44]。除了羧化作用，維生素K2可能作為骨細胞轉錄調節因子，通過激活類固醇和人類固醇異生物受體，增加一些骨形成標志物(如堿性磷酸酶和胰島素樣生長因子)的表達水平，影響成骨細胞的表達[45-46]。另外，維生素K2還可通過抑制骨吸收激活因子(如環氧化酶2、前列腺素2和骨吸收因子)來抑制破骨細胞活性并誘導破骨細胞凋亡，即維生素K具有增強骨形成和抑制骨吸收的雙重作用[1，45，47-48]。體外和動物研究表明，MK-4可能參與炎癥、氧化應激和細胞凋亡的調節，反之會減少骨吸收[12]。總之，維生素K對維持骨骼健康、預防骨質疏松是至關重要的。

另有研究顯示，BGP的合成可能受到維生素D和維生素K2的共同調節。維生素D直接在基因轉錄水平上起作用[39]，其中主要是1,25(OH)2D3發揮作用，而研究顯示，BGP的合成與細胞中1,25(OH)2D3的水平有關。Fusaro等[38]在人類成骨細胞實驗中觀察到1,25(OH)2D3存在時維生素K2可促進礦化，因此認為1,25(OH)2D3促進BGP產生主要是通過維生素K2對BGP的羧化作用，促進骨鈣沉積。Gigante等[49]的研究顯示，補充MK-7、維生素D3及其聯合使用兩者都能夠調節參與礦化和血管生成的基因表達，并且MK-7增強維生素D3對成骨細胞前體間質干細胞的作用。該研究揭示了維生素D3與MK-7在間質干細胞誘導骨轉移中的有效作用，應進一步研究其作用機制。

3.2維生素K與兒童骨代謝

3.2.1兒童骨代謝

兒童骨骼是一個新陳代謝非常旺盛的器官，通過合成和吸收兩個過程對骨進行不斷的塑造和重建。有研究通過測定BGP未羧化率來評價不同年齡組小兒成骨細胞維生素K2的營養狀況，發現不同年齡段兒童BGP未羧化率不同，3個月～1歲兒童BGP未羧化率最高，1～3歲兒童次之，之后依次為3～9歲、9～14歲、0～3個月[50]。這意味著不同年齡段小兒成骨細胞的維生素K營養狀況不同，3個月～1歲兒童成骨細胞的維生素K2相對較缺乏，而這正是佝僂病的高發年齡段。O’Connor等[51]的研究表明，許多青少年維生素K2水平低于推薦的水平。另有研究也顯示維生素K2可以提高佝僂病患兒BGP的羧化率，從而使羧化完全的BGP發揮作用，促進骨骼礦化，可能對佝僂病有一定的治療作用[39]。

另外，骨質硫松一直被認為是老年性疾病，隨著對該病預防研究的深入，人們開始注意到骨質疏松早在兒童及青少年時期已經開始。兒童骨質疏松癥的發病通常緩慢且難以察覺，一旦未能及時接受治療，骨量不能在預定年齡達到其峰值，這不但影響兒童本身的生長發育，同時，成年以后出現骨質疏松的風險也會提高，應當引起醫療工作者及家長的充分重視[40]。

3.2.2維生素K與兒童骨代謝關聯研究

動物模型實驗證明維生素K2可直接參與骨骼代謝。Ebrahiminezhad等[52]研究發現當維生素K2濃度為10～5mol/L時，正常大鼠干髓端組織中堿性磷酸酶的活力和Ca2+的含量能夠顯著提高，并且硫酸鋅對骨Ca2+的刺激作用在這個劑量下明顯提高。Sogabe等[53]以維生素K1和維生素K2長期喂養(3個月)的大鼠為研究對象，結果表明維生素K2組大鼠的股骨骨密度顯著高于對照組，但維生素K1組與對照組差別沒有統計學意義。另外，維生素K2能促進去卵巢大鼠骨鈣素羧基化，增加骨膠原蛋白和骨密度，提示維生素K2治療對骨健康有顯著的積極作用[54]。Poon等[55]證明，聯合應用維生素K2和1,25(OH)2D3可增強鈣沉積和骨鈣素在糖尿病小鼠成骨細胞中的表達。

在細胞培養研究中，Rasouli-Ghahroudi等[56]觀察到MK-4可以提高牙髓干細胞向成骨細胞的分化能力，并可增強基于細胞的骨再生能力。Katsuyama等[57]評估了MK-7對成骨細胞的直接作用，研究發現MK-7能顯著抑制MC3T3E1細胞(骨形成機制研究中的經典細胞株)的增殖。在RNA水平上，MK-7可以誘導骨保護素、骨鈣素以及原癌基因核因子kappaB受體活化因子配體(Receptor Activator for Nuclear factor kappaB Ligand，RANKL)的mRNA產生。另外，免疫學分析還表明MK-7可以提高RANKL和骨鈣素的蛋白水平。因此，MK-7不僅可以直接作用于MC3T3E1細胞，刺激成骨細胞的分化，還可以誘導成骨細胞關鍵基因的表達，包括骨保護素、骨鈣素、原癌基因核因子kappaB及其配體的受體激活因子[58]。

大量的流行病學研究同樣發現維生素K與兒童骨代謝之間的關聯。Kalkwarf等[59]研究了維生素K攝入量對美國健康年輕女孩骨轉換和骨量的影響。這是第一項關于維生素K營養狀況與健康兒童(3～16歲)骨骼完整性之間關系的4年縱向研究。結果表明在美國人群中更好的維生素K2狀態與健康女孩的骨轉換減少、骨量增加有關。Van Summeren等[60]以及O’Connor等[61]報道，在健康女孩中(11～12歲)，最佳的維生素K2狀態與青春期兒童骨礦物質含量增加有關。國內也有研究結果表明，維生素K2治療廢用性骨質疏松患兒后，其兒童的腰椎骨密度、BGP上升程度比使用鈣爾奇D的對照組更明顯，BALP下降幅度更大，從而說明維生素K2能夠促進骨礦化，對廢用性骨質疏松患兒具有一定的治療作用[40]。同時，維生素K2聯合維生素D3較單純使用維生素D組提高佝僂病患兒骨鈣素羧化率更明顯，提示羧化完全的骨鈣素促進骨骼礦化效果好，對佝僂病有較理想的治療作用[39]。

結合現有研究結果，可以得出兒童維生素K2狀態不佳時可能對兒童骨骼健康產生負面影響。隨著生長發育的加速，維生素K2持續缺乏可能會引起骨質量下降或骨礦化不理想，導致骨折風險增加。尤其在青春期的兒童中，由于骨量的增加無法跟上身高的增加，其骨折風險明顯增加[62]。Hernandez等[63]提出在青春期實現最佳峰值骨量可能是預防晚年骨質疏松癥的良好策略。為了驗證這些發現，需要對兒童進行縱向觀察研究和隨機對照臨床試驗。另外，不同年齡段的兒童應確立不同的維生素K2參考值，因此對骨骼維生素K更準確、更簡便的檢測手段以及參考值的建立，還需要在以后的臨床工作和實驗中做進一步探討及研究。最后，在未來關于維生素K對骨骼影響的研究中應考慮維生素D的狀態，因為兩種營養素之間可能存在相互作用[38]。

4維生素K與其他健康狀態

4.1維生素K與血管鈣化

鈣在血管壁的沉積是一個主動的過程，類似于骨形成的調節過程。血管鈣化是促鈣化因子和抗鈣化因子相互作用的結果。血管鈣化廣泛存在于動脈粥樣硬化、高血壓、2型糖尿病、慢性腎病等疾病中。血管鈣化會使血管壁硬度增加、彈性減小、順應性下降，進而導致血壓升高、血栓形成和動脈粥樣斑塊破裂。它與心血管疾病的發病率和死亡率有重要關系，是引發心血管事件的重要危險因素[64]。

前面提到的MGP可在正常血管平滑肌細胞中表達，但當鈣化發生時，MGP表達顯著上調，其在血管鈣化的形成中起重要作用[6]。維生素K2可以羧基化修飾MGP谷氨酸殘基，使其可結合Ca2+和羥磷灰石結晶，從而抑制鈣在血管組織中的沉積[65]。另外，維生素K2能夠降低小鼠鈣化血管中的鈣含量和堿性磷酸酶活性，并降低主動脈血管壁Toll樣受體2和Toll樣受體4的表達[66]。流行病學研究發現，維生素K2可以提高高密度脂蛋白水平、降低總膽固醇水平，改善血脂狀況，并影響動脈粥樣硬化斑塊的形成和血管鈣化的進展[67]。Mccabe等[68]研究表明，膳食中維生素K的低攝入量與嚴重的主動脈鈣化和高死亡率有關。在一項36 629例健康人群的前瞻性隊列研究中，探討攝入維生素K1、維生素K2與外周動脈疾病(PAD)之間的關系。隨訪12.1年后，發現補充維生素K2可降低PAD的發病風險，而補充維生素K1組未觀察到PAD風險的降低，證明了維生素K2在預防PAD中的作用[69]。綜合以上研究說明，維生素K在血管鈣化中發揮重要作用，維生素K2的攝入可以降低心血管不良事件的發生率[5]。

4.2維生素K與腫瘤

隨著研究的不斷深入，近年來研究人員發現維生素K可以抑制癌細胞的生長。肝癌是一種常見的惡性腫瘤，發病率高，是慢性乙肝或丙肝較常見的并發癥[70]。Kojima等[71]在一項隨機對照臨床試驗中發現，維生素K2對丙肝肝硬化發展為肝癌有一定的抑制作用。這將指導維生素K2在病毒性肝硬化中的臨床應用。索拉非尼是首個具有抗肝癌活性的口服多激酶抑制劑。Zhang等[72]在人肝癌細胞裸鼠轉移瘤模型實驗中評估索拉非尼聯合維生素K2對人肝癌細胞生長的影響。將肝癌細胞分別暴露于索拉非尼、維生素K2以及兩者組合培養皿中，培養后結果顯示索拉非尼和維生素K2的聯合應用可引起肝癌細胞周期阻滯和細胞凋亡。

維生素K2抗腫瘤的機制尚不清楚，可能為：靶向調節G1期相關的細胞周期分子的表達，致使細胞周期蛋白依賴激酶4(CdK4)的表達顯著下降，細胞周期抑制分子Cdk抑制劑表達顯著增加，從而發揮抗腫瘤細胞增殖活性[73-75]。維生素K2還能誘導多種血液腫瘤細胞系(HL-60，NB4，U937)、原代培養的白血病細胞和骨髓增生異常細胞發生凋亡。其中，維生素K2的代謝產物共價結合半胱氨酸殘基，是誘導細胞凋亡的關鍵[76]。此外，維生素K2通過絲/蘇氨酸蛋白激酶和核轉錄因子NF-kappaB途徑，靶向作用于肝腫瘤來源的生長因子來抑制腫瘤細胞增殖[75]。另有研究表明維生素K3可選擇性的抑制線粒體基因的復制和修復，對癌癥細胞表現出獨特的細胞毒性[77-78]。未來隨著研究的深入，維生素K有望在腫瘤的治療或預防中發揮作用。

4.3維生素K與神經系統疾病

鞘脂在神經系統中具有重要的細胞信號傳導功能以及結構作用，維生素K已被證明對于鞘脂合成至關重要。維生素K還可通過維生素K依賴蛋白Gas6(生長停滯特異性蛋白6)參與神經系統，維生素K依賴蛋白Gas6已被證明可積極參與神經元的細胞存活、有絲分裂和細胞生長。另外，有研究表明維生素K的營養狀況與兒童的行為和認知之間存在關聯，膳食中的維生素K和華法林治療可以調節認知[79]。Ferland[80-81]也深入探索并表明了維生素K在神經系統發育中起著重要作用。

4.4維生素K與呼吸系統疾病

喘息性支氣管炎是一組以喘息為主要特征的急性支氣管炎，主要由細菌、病毒感染以及自身過敏性體質等引起，這是兒科常見的急癥[82]。維生素K1注射液可有效解除平滑肌痙攣癥狀，擴張支氣管，對平滑肌有較好的興奮作用，從而達到平喘止咳、改善通氣的效果。同時，維生素K1的凝血功能能夠有效減少炎性刺激、咳嗽以及支氣管內膜水腫時兒童內黏膜出血癥狀的發生。國內有臨床研究顯示，維生素K1治療的患兒，其臨床治愈率(53.7%)和總有效率(90.2%)均顯著高于采用常規方法治療的兒童(31.7%，61.0%)[83]。另有報道應用維生素K1可有效治療毛細支氣管炎，治療組同樣優于對照組(P<0.05)[84]。

5維生素K攝入量

嬰兒生后臍血中的維生素K1濃度極低(<0.05μg/L)[85]。為了預防嬰兒出現維生素K1缺乏性出血，應在醫生的指導下及時補充維生素K1。對于母乳喂養的嬰兒，從出生到3個月，可每日口服維生素K1125μg，或出生后口服維生素K12mg，然后到1周和1個月時再分別口服5mg，共3次。對于混合喂養和人工喂養的嬰兒，我國規定0～12月齡的嬰兒配方奶粉中應添加維生素K1≥22μg/100g。也可在專業人員指導下，出生后連續3天給新生兒每日肌肉注射維生素K11～5mg，可有效防止新生兒出血癥的發生[86]。

由于研究資料不足，無法計算維生素K1以及維生素K2的推薦攝入量。因此，中國營養學會已初步制定了不同人群、不同年齡階段膳食中的維生素K(主要是維生素K1)適宜攝入量(AI)，見表1[87]。另外，尚未發現維生素K1和維生素K2的中毒劑量，WHO也表明維生素K沒有最大耐受劑量。兒童的維生素K2適宜攝入量還需要未來在大樣本前瞻性研究中進一步探索獲取。

表1 中國居民膳食中維生素K1的適宜攝入量(AI)

總之，自從維生素K被發現以來，其功能研究已經從動物實驗到臨床干預，取得了多方面的進展。隨著對維生素K的深入探索，人們認識到維生素K不僅參與凝血，而且促進骨代謝，是維持骨穩態的重要營養素。另外，幾種維生素K依賴蛋白在機體心血管健康、腫瘤、神經系統、呼吸系統等多領域都發揮作用。但未來仍需要對有關維生素K的諸多問題進行深入研究。例如，上述與疾病的關聯性及關聯機制需要進一步探討，尤其是與其它維生素(如維生素D)、鈣等營養素的交互作用；不同來源、不同類型的維生素K攝入量還需在大規模人群中進一步研究；確定滿足兒童骨健康的維生素K適宜攝入量以及不同人群、不同年齡段維生素K最佳需要量和膳食推薦攝入量。總之，維生素K對于臨床醫療和公共衛生都具有重大意義，維生素K，尤其是兒童階段的維生素K狀態仍將是未來研究的熱點問題之一。