Vitaminas D (kalcitriolis)
Originalus straipsnis: https://vivo.colostate.edu/hbooks/pathphys/endocrine/otherendo/vitamind.html
Biologiškai aktyvus vitaminas D, arba kalcitriolis, yra steroidinis hormonas, kuris jau seniai žinomas dėl savo svarbaus vaidmens reguliuojant kalcio ir fosforo kiekį organizme bei kaulų mineralizaciją. Pastaruoju metu paaiškėjo, kad vitamino D receptoriai yra įvairiose ląstelėse ir kad šio hormono biologinis poveikis apima kur kas daugiau nei tik mineralų apykaitos reguliavimą.
Struktūra ir sintezė
Deja, terminas „vitaminas D“ yra netikslus ir apibūdina vieną ar kelis steroidinių molekulių grupės narius. Vitaminas D3, dar žinomas kaip cholekalciferolis, susidaro gyvūnų odoje, kai šviesos energija absorbuojama jo pirmtako – 7-dehidrocholesterolio – molekulės. Taigi vitaminas D nėra tikrasis vitaminas, nes žmonėms, gaunantiems pakankamai saulės spindulių, nereikia vartoti maisto papildų. Yra ir maistinių vitamino D šaltinių, įskaitant kiaušinio trynį, žuvų taukus ir kai kuriuos augalus. Augalinė vitamino D forma vadinama vitaminu D2 arba ergosteroliu. Tačiau natūralioje mityboje paprastai nėra pakankamo vitamino D kiekio, todėl norint išvengti jo trūkumo būtina gauti saulės spindulių arba vartoti maisto produktus, specialiai papildytus vitaminu D.
Vitaminas D, tiek D3, tiek D2 forma, neturi reikšmingo biologinio aktyvumo. Jis turi būti metabolizuojamas organizme į hormoniniu požiūriu aktyvią formą, žinomą kaip 1,25-dihidroksicholekalciferolis. Šis virsmas vyksta dviem etapais, kaip parodyta žemiau esančiame vitaminas D paveikslėlyje:
Kepenyse cholekalciferolis fermento 25-hidroksilazės veikimu hidroksilinuojamas į 25-hidroksicholekalciferolį.
Inkstuose 25-hidroksicholekalciferolis tarnauja kaip substratas 1-alfa-hidroksilazei, susidaro 1,25-dihidroksicholekalciferolis – biologiškai aktyvi forma.
Visos vitamino D formos yra hidrofobinės ir kraujyje transportuojamos prisijungusios prie nešiklių baltymų. Pagrindinis nešiklis vadinamas, kaip ir dera, vitamino D rišančiuoju baltymu. 25-hidroksicholekalciferolio pusinės eliminacijos laikas yra kelios savaitės, o 1,25-dihidroksicholekalciferolio – tik kelios valandos.
Vitamino D sintezės reguliavimas
25-hidroksicholekalciferolio sintezė kepenyse reguliuojama tik labai menkai, o šios molekulės koncentracija kraujyje didžiąja dalimi atspindi odoje susidariusio arba su maistu suvartoto vitamino D kiekį. Priešingai, 1-alfa-hidroksilazės aktyvumas inkstuose yra griežtai reguliuojamas ir yra pagrindinis aktyviojo hormono gamybos kontrolės taškas. Pagrindinis 1-alfa-hidroksilazės induktorius yra parathormonas; jį taip pat indukuoja mažas fosfato kiekis kraujyje.
Yra įdomių rūšių skirtumų, susijusių su gebėjimu sintezuoti vitaminą D per aukščiau aprašytą saulės spindulių mediatorių kelią. Žmonių, arklių, kiaulių, žiurkių, galvijų ir avių odoje yra pakankamas kiekis 7-dehidrocholesterolio, kuris gali būti veiksmingai konvertuojamas į cholekalciferolį. Tuo tarpu šunų ir kačių odoje yra žymiai mažiau 7-dehidrocholesterolio nei kitų rūšių gyvūnų, o jo fotocheminė konversija į cholekalciferolį yra gana neveiksminga; todėl atrodo, kad šunys ir katės labiau nei kiti gyvūnai priklauso nuo vitamino D suvartojimo su maistu.
Vitamino D receptorius ir jo veikimo mechanizmas
Aktyvi vitamino D forma jungiasi prie ląstelių viduje esančių receptorių, kurie vėliau veikia kaip transkripcijos faktoriai, reguliuodami genų ekspresiją. Kaip ir kitų steroidinių bei skydliaukės hormonų receptoriai, vitamino D receptorius turi hormonų ir DNR jungimosi sritis. Vitamino D receptorius sudaro kompleksą su kitu ląstelių viduje esančiu receptoriumi – retinoidų-X receptoriumi, ir būtent šis heterodimeras jungiasi prie DNR. Daugumoje tiriamų atvejų šis kompleksas aktyvuoja transkripciją, tačiau žinomi ir atvejai, kai vitaminas D slopina transkripciją.
Vitamino D receptorius jungiasi su keliomis cholekalciferolio formomis. Jo afinitetas 1,25-dihidroksicholekalciferoliui yra maždaug 1000 kartų didesnis nei 25-hidroksicholekalciferoliui, o tai paaiškina jų santykinį biologinį stiprumą.
Vitamino D fiziologinis poveikis
Vitaminas D gerai žinomas kaip hormonas, dalyvaujantis mineralų apykaitoje ir kaulų augime. Jo ryškiausias poveikis – kalcio įsisavinimo žarnyne palengvinimas, nors jis taip pat skatina fosfato ir magnio jonų įsisavinimą. Esant vitamino D trūkumui, su maistu gaunamas kalcis įsisavinamas visiškai neefektyviai. Vitaminas D skatina daugelio baltymų, dalyvaujančių kalcio pernešime iš žarnyno liumenio per epitelio ląsteles į kraują, ekspresiją. Geriausiai ištirtas iš šių kalcio pernešėjų yra kalbindinas – ląstelės viduje esantis baltymas, kuris perneša kalcį per žarnyno epitelio ląsteles.
Įrodyta daugybė vitamino D poveikių kaulams. Kaip kaulų matricos baltymų transkripcijos reguliatorius, jis skatina osteokalcino ekspresiją ir slopina I tipo kolageno sintezę. Ląstelių kultūrose vitaminas D skatina osteoklastų diferenciaciją. Tačiau tyrimai su žmonėmis ir gyvūnais, turinčiais vitamino D trūkumą arba vitamino D receptorių mutacijas, rodo, kad šie poveikiai galbūt neturi didelės fiziologinės reikšmės, o pagrindinis vitamino D poveikis kaulams yra užtikrinti tinkamą kalcio ir fosforo pusiausvyrą, kad būtų palaikoma mineralizacija.
Pasirodo, vitamino D receptoriai yra beveik visose, jei ne visose, organizmo ląstelėse. Be to, eksperimentai su kultivuotomis ląstelėmis parodė, kad vitaminas D daro stiprų poveikį daugelio rūšių ląstelių augimui ir diferenciacijai. Šie duomenys leidžia daryti prielaidą, kad vitamino D fiziologinis poveikis yra kur kas platesnis nei jo vaidmuo mineralų pusiausvyros palaikymo ir kaulų funkcionavimo procesuose. Pavyzdžiui, daugelis imuninių ląstelių ne tik turi vitamino D receptorius, bet ir gali sintetinti aktyvų vitaminą D, o vitamino D trūkumas siejamas su padidėjusiu autoimuninių ligų dažnumu ir didesniu jautrumu ligoms.
Ligos būklės
Vitamino D trūkumas: Klasikinis vitamino D trūkumo simptomas yra rachitas, pasireiškiantis vaikams ir sukeliantis kaulų deformacijas, įskaitant ilgųjų kaulų išlinkimą. Suaugusiems šis trūkumas sukelia osteomalaziją. Tiek rachitas, tiek osteomalazija rodo sutrikusią naujai susintetinto kaulų matrikso mineralizaciją ir paprastai atsiranda dėl nepakankamo buvimo saulėje bei sumažėjusio vitamino D kiekio maiste.
Vitamino D trūkumas ar nepakankamumas pasireiškia ir kitomis aplinkybėmis, kurias galima numatyti remiantis aukščiau aprašytu sintezės procesu:
Genetiniai vitamino D receptorių defektai: žmonėse nustatyta daugybė įvairių mutacijų, sukeliančių paveldimą atsparumą vitaminui D.
Sunkios kepenų ar inkstų ligos: jos gali trukdyti biologiškai aktyvios vitamino D formos susidarymui.
Nepakankamas buvimas saulėje: pagyvenę žmonės, kurie daug laiko praleidžia patalpose ir maitinasi netinkamai, dažnai turi bent jau subklinikinį trūkumą. Ironiška, bet atrodo, kad hipovitaminozė D yra labai paplitusi kai kuriose saulėčiausiose pasaulio šalyse – šios problemos priežastis yra kultūrinis reikalavimas, kad moterys viešumoje būtų gausiai uždengtos.
Saulės kremai, ypač tie, kurių SPF rodiklis didesnis nei 8, veiksmingai stabdo vitamino D sintezę odoje. Tačiau žmonės, kurie nuolat naudoja tokius saulės kremus, gyvena pramoninėse šalyse, kur daugelis maisto produktų yra praturtinti vitaminu D, todėl vitamino D trūkumas išvengiamas vartojant jį su maistu.
Vitamino D toksiškumas: Vitamino D toksiškumas neišvengiamai atsiranda dėl per didelės vitamino D papildų dozės. Žinoma, vitamino D papildai yra vertingas gydymo būdas žmonėms, kuriems trūksta šio vitamino. Tačiau per didelio (miligramų) vitamino D kiekio vartojimas per kelias savaites ar mėnesius gali būti labai toksiškas žmonėms ir gyvūnams, pirmiausia dėl hiperkalcemijos. Iš tiesų, masalai, kuriuose yra didelis vitamino D kiekis, labai veiksmingai naudojami kaip rodenticidai. Pernelyg didelis buvimas saulėje, atrodo, retai sukelia vitamino D perteklių.
Vitamino D papildai vėžio ir širdies bei kraujagyslių ligų prevencijai: Yra didelis susidomėjimas vitamino D papildų galimybe slopinti vėžio vystymąsi arba užkirsti kelią širdies bei kraujagyslių ligoms. Didžioji dalis šio entuziazmo pagrįsta tyrimais su laboratoriniais gyvūnais, tačiau tyrimai su žmonėmis nepatvirtino teigiamo vitamino D papildų poveikio tokių ligų prevencijai.
Literatūra
Aranow C. Vitamin D and the immune system. J Investig Med. 2011; 59:881–886.
How JA, Hazewinkle HAW, Mol JA. Dietary vitamin D dependence of cat and dog due to inadequate cutaneous synthesis of vitamin D. Gen Comp Endocrinol 1994; 96:12-18.
Manson JE, Cook NR, Lee I-M, etc. Vitamin D supplements and prevention of cancer and cardiovascular disease. New Eng J Med 2019; 380:33-44.
Marcinowska-Suchowierska E, Kupisz-Urbańska M, Łukaszkiewicz J, etc. Vitamin D toxicity–A clinical perspective. Frontiers Endocrinol 2018; 9:550.