Витамин D (кальцитриол): основные сведения
Витамин D или кальцитриол - стероидный гормон, который давно известен своей важной ролью в регулировании уровня кальция и фосфора в организме, а также в минерализации костей.
Совсем недавно стало ясно, что рецепторы витамина D присутствуют в самых разных клетках и что этот гормон обладает биологическим действием, выходящим далеко за рамки контроля минерального метаболизма.
Структура и синтез
Термин "витамин D", к сожалению, неточный термин, относящийся к нескольким членам группы стероидных молекул. Витамин D3 , также известный как холекальциферол , вырабатывается в коже животных, когда световая энергия поглощается молекулой-предшественником 7-дегидрохолестерином. Таким образом, витамин D не является настоящим витамином, потому что люди с достаточным воздействием солнечного света не нуждаются в пищевых добавках. Есть также диетические источники витамина D, включая яичный желток, рыбий жир и ряд растений. Растительная форма витамина D называется витамином D2, (эргостерин). Однако естественные диеты обычно не содержат достаточного количества витамина D, и для предотвращения дефицита необходимо воздействие солнечного света или потребление продуктов питания, целенаправленно дополненных витамином D.
Витамин D, как D3 так и D2 , не обладает значительной биологической активностью. Скорее, он должен метаболизироваться в организме до гормонально-активной формы, известной как 1,25-дигидроксихолекальциферол. Это преобразование происходит в два этапа.
В печени холекальциферал гидроксилируется до 25-гидроксихолекальциферола ферментом 25-гидроксилазой.
В почках 25-гидроксихолекальциферол служит субстратом для 1-альфа-гидроксилазы, образуя 1,25-дигидроксихолекальциферол, биологически активную форму.
Каждая из форм витамина D гидрофобна и транспортируется в крови в связке с белками-носителями. Основной носитель называется, соответственно, белком, связывающим витамин D. Период полувыведения 25-гидроксихолекальциферола составляет несколько недель, а у 1,25-дигидроксихолекальциферола - всего несколько часов.
Синтез 25-гидроксихолекальциферола в печени регулируется слабо, и уровни этой молекулы в крови в значительной степени отражают количество витамина D, произведенного в коже или поступившего с пищей. Напротив, активность 1-альфа-гидроксилазы в почках жестко регулируется и служит основной контрольной точкой в производстве активного гормона. Основным индуктором 1-альфа-гидроксилазы является паратироидный гормон; это также вызвано низким уровнем фосфата в крови.
Рецепторы витамина D
Активная форма витамина D связывается с внутриклеточными рецепторами, которые затем действуют как факторы транскрипции, чтобы модулировать экспрессию генов. Подобно рецепторам других стероидных гормонов и гормонов щитовидной железы, рецептор витамина D имеет гормон-связывающий и ДНК-связывающий домены. Рецептор витамина D образует комплекс с другим внутриклеточным рецептором, рецептором ретиноида-X, и именно этот гетеродимер связывается с ДНК. В большинстве случаев эффект заключается в активации транскрипции, но известны также ситуации, в которых витамин D подавляет транскрипцию.
Рецептор витамина D связывает несколько форм холекальциферола. Его сродство к 1,25-дигидроксихолекальциферолу примерно в 1000 раз больше, чем к 25-гидроксихолекальциферолу, что объясняет их относительную биологическую активность.
Физиологические эффекты витамина D
Витамин D хорошо известен как гормон, участвующий в минеральном обмене и росте костей. Его наиболее значительный эффект заключается в облегчении всасывания кальция в кишечнике, хотя он также стимулирует всасывание ионов фосфата и магния. В отсутствие витамина D диетический кальций не усваивается эффективно. Витамин D стимулирует экспрессию ряда белков, участвующих в транспортировке кальция из просвета кишечника через эпителиальные клетки в кровь. Наиболее изученным из этих транспортеров кальция является кальбиндин, внутриклеточный белок, который переносит кальций через эпителиальную клетку кишечника.
Были продемонстрированы многочисленные эффекты витамина D на кости. В качестве регулятора транскрипции белков костного матрикса он индуцирует экспрессию остеокальцина и подавляет синтез коллагена I типа. В клеточных культурах витамин D стимулирует дифференцировку остеокластов. Однако исследования людей и животных с дефицитом витамина D или мутациями в рецепторе витамина D показывают, что эти эффекты, возможно, не имеют большого физиологического значения, и что решающее влияние витамина D на кости состоит в обеспечении надлежащего баланса кальция и фосфора, для поддержки минерализации.
Рецепторы витамина D присутствуют в большинстве, если не во всех клетках организма. Кроме того, эксперименты с использованием культивированных клеток продемонстрировали, что витамин D оказывает сильное влияние на рост и дифференцировку многих типов клеток. Эти результаты показывают, что витамин D имеет гораздо более широкие физиологические эффекты, чем роль в минеральном гомеостазе и функции костей. Например, многие иммунные клетки не только экспрессируют рецепторы витамина D, но и способны синтезировать активный витамин D, а дефицит витамина D был связан с увеличением частоты аутоиммунных заболеваний.
Дефицит и передозировка
Дефицит витамина D: классическим проявлением дефицита витамина D является рахит, который наблюдается у детей и приводит к деформации костей, включая искривленные длинные кости. Дефицит у взрослых приводит к болезни остеомаляции. И рахит, и остеомаляция отражают нарушение минерализации вновь синтезированного костного матрикса и обычно являются результатом сочетания недостаточного воздействия солнечного света и снижения потребления витамина D с пищей.
Дефицит или недостаточность витамина D возникает в нескольких других ситуациях:
- Генетические дефекты рецептора витамина D: у людей был идентифицирован ряд различных мутаций, которые приводят к наследственной устойчивости к витамину D.
- Тяжелое заболевание печени или почек: это может препятствовать выработке биологически активной формы витамина D.
- Недостаточное воздействие солнечного света: пожилые люди, которые сидят дома и плохо питаются, часто имеют, по крайней мере, субклинический дефицит. По иронии судьбы, гиповитаминоз D очень распространен в некоторых из самых солнечных стран мира - причиной этой проблемы является культурный диктат, согласно которому женщины должны быть сильно закрыты чадрой, когда находятся на улице.
Солнцезащитные кремы, особенно с рейтингом SPF выше 8, эффективно блокируют синтез витамина D в коже. Однако люди, которые используют такие солнцезащитные кремы, обычно живут в индустриальных странах, где многие продукты содержат витамин D, и дефицит витамина D, таким образом, предотвращается за счет питания.
Избыток, токсичность витамина D: чрезмерное воздействие солнечного света не приводит к перепроизводству витамина D. Токсичность витамина D неизбежно является результатом передозировки добавок витамина D. Безусловно, добавки витамина D являются ценным лечением для людей с дефицитом. Однако прием чрезмерного количества витамина D в течение недель или месяцев может быть очень токсичным для людей и животных, главным образом из-за гиперкальциемии.
Добавки витамина D для предотвращения рака и сердечно-сосудистых заболеваний. Большой интерес вызывает способность добавок витамина D подавлять развитие рака или предотвращать сердечно-сосудистые заболевания. Это мнение основано на исследованиях на лабораторных животных.
