Витамин D — его роль и значение для организма

Витамин D — один из ключевых факторов развития и сохранения здоровой костной ткани в течение всей жизни человека. Он уникален тем, что может образовываться в коже под действием солнечного света.

Что такое витамин D

Витамин D относится к группе жирорастворимых витаминов. Но, в отличие от всех витаминов, он не является собственно витамином в классическом смысле этого термина, поскольку витамин D:

1. не является кофактором ферментов в отличие от большинства витаминов
2. может самостоятельно синтезироваться в организме, причем синтез его происходит из ацетата и холестерина подобно всем стероидным гормонам
3. в ходе химических преобразований в организме превращается в активную гормональную форму, при этом его биологическое действие проявляется вдали от места своего непосредственного образования
4. оказывает многообразные биологические эффекты за счет взаимодействия со специфическими рецепторами VDR, располагающимися в тканях-мишенях

Витамин D был открыт в начале 30-х годов прошлого столетия. Известны 2 различные формы витамина D — эргокальциферол (витамин D₂, который был открыт первым) и холекальциферол (витамин D₃).

Витамин D является прогормоном, который превращается в активный метаболит 1,25-дигидроксивитамин D. Этот гормон активирует клеточный рецептор (рецептор витамина D или VDR), который изменяет скорость транскрипции генов-мишеней, ответственных за биологические реакции.

Витамин D, являющийся важным веществом для профилактики рахита, необходим для нормального усвоения кальция, а также фосфатов.

Исследования показали, что рахит также можно предотвратить путем облучения UV-лучами, которые стимулируют синтез витамина D₃ в коже.

Эта способность производить достаточное количество витамина D₃ при адекватном воздействии солнечного света указывает на то, что витамин D на самом деле не является витамином. Теперь понятно, что витамин D метаболизируется до стероидного гормона 1,25-дигидроксивитамина D₃ или кальцитриола.

Более раннее наблюдение в отношении того, что метаболиты витамина D взаимодействуют с белками в тканях кишечника, привело к идентификации рецептора витамина D (VDR), члена суперсемейства стероидных рецепторов.

Читайте также Дефицит D₃ и полиморфизм VDR

VDR представляет собой фактор транскрипции, который взаимодействует с корегуляторами и комплексом преинициации транскрипции для изменения скорости транскрипции целевого гена.

Присутствие VDR в тканях, которые не участвуют в гомеостазе минеральных ионов, привело к открытию множества других функций гормона под названием «витамин D».

Способность 1,25(ОН)₂D₃ подавления роста и стимулирования дифференцировки различных типов клеток предполагает различные функции в предотвращении рака, модуляции иммунной системы и контроле различных эндокринных систем.

Это согласуется с эпидемиологическими данными, связывающими дефицит витамина D с раком, аутоиммунными заболеваниями, гипертонией и диабетом.

Витамин D₂

Витамин D₂ (эргокальциферол) поступает в организм с пищей и присутствует в таких продуктах как: злаковые растения, рыбий жир, сливочное масло, молоко, яичный желток и др.

Витамин D₂ применяют в медицине для профилактики и лечения рахита у детей, а аткже для уменьшения гипокальциемии при хронической почечной недостаточности и лечения тяжелых форм мальабсорбции кальция.

Читайте также Почему важно принимать витамин D₃ с K₂ Источник:

Витамин D₃

Витамин D₃ (холекальциферол), так же, как и эргокальциферол может поступать в организм с пищей, в составе биологически активных пищевых добавок, а также может синтезироваться организмом самостоятельно под действием ультрафиолетового излучения.

Таким образом, в отличии от витамина D₂, физиологический уровень витамина D₃ также зависит от процессов его биосинтеза из 7-дегидрохолестерола в слоях эпидермиса под влиянием UV-излучения.

Дефицит витамина D

Как было сказано выше, витамин D может поступать с пищей, а также вырабатываться в коже под воздействием солнечных лучей.

Лишь немногие натуральные источники пищи содержат значительное количество витаминов D2 и D₃, однако некоторые продукты в настоящее время обогащены витамином D. Тем не менее, дефицит витамина D сохраняется среди населения в большинстве южных стран мира, включая Северную Америку и Европу.

Такое положение дел может быть обусловлено неполноценным питанием, недостаточным пребыванием на солнце, а также быть следствием использования солнцезащитных кремов.

Это серьезная проблема, потому как низкий уровень витамина D связан со многими заболеваниями, включая рак, аутоиммунные заболевания и гипертонию.

Уровни 25 (OH) D увеличиваются пропорционально потреблению витамина D, и по этой причине уровни 25 (OH) D в плазме обычно используются в качестве индикатора статуса «солнечного витамина».

Биоактивация витамина D

Первым шагом в метаболической активации витамина D является гидроксилирование углерода, которое происходит в основном в печени. Было показано, что цитохром печени CYP2R1 участвует в метаболизме витамина D.

Воздействие на кожу УФ-лучей солнечного света вызывает фотолитическое превращение 7-дегидрохолестерина в превитамин D₃ с последующей термической изомеризацией до витамина D₃.

Как происходит синтез витамина D

Иногда можно услышать, что основным источником витамина D для организма человека является солнечный свет, однако говорить так не совсем корректно. Само по себе UV-излучение не является источником витамина D.

Ультрафиолетовое излучение определенной длины волны это важный фактор, который запускает процессы, в результате которых происходит синтез D₃. Ниже более подробно

В плазматической мембране клеток эпидермиса, а именно в базальном и шиповатом слоях, всегда присутствует провитамин D₃ — 7-дегидрохолестерин.

Под воздействием ультрафиолетового излучения с длиной волны 290–315 нм 7-дегидрохолестерин превращается в превитамин D₃. Постепенно, в течении нескольких часов, превитамин превращается в витамин D₃ — холекальциферол (этому процессу способствует тепло кожи) и покидает мембрану клеток.

Если человек находится на солнце долго, витамин D, образовавшийся в коже, начинает разрушаться и поэтому при избыточном солнечном облучении передозировки витамином D не происходит.

Активация и катаболизм витамина D₃

Витамин D₃ образуется в коже в результате фотолитического расщепления 7-дегидрохолестерина с последующей термической изомеризацией. Витамин D транспортируется в печень через сывороточный белок, связывающий витамин D, где он превращается в 25-гидроксивитамин D₃, основной циркулирующий метаболит витамина D₃.

Последний этап активации, 1α-гидроксилирование, происходит в основном в почках, образуя 1,25-дигидроксивитамин D₃, гормональную форму витамина. Инактивация катаболизма осуществляется 24-гидроксилазой, которая катализирует серию стадий окисления, приводящих к расщеплению боковой цепи.

Роль, функции и значение витамина D

Витамин D оказывает разнообразные биологические эффекты на организм человека через различные механизмы. Один из таких механизмов выражается во взаимодействии с рецепторомами витамина D (VDR), которые расположены в ядрах клеток.

Кроме этого, для реализации других биологических эффектов витамин D может взаимодействовать с плазматическими мембранами.

Широкое распространение рецепторов витамина D в тканях по всему организму предполагает, что данная система помимо кальциевого гомеостаза, имеет дополнительные физиологические функции.

Действительно, было показано, что витамин D и его активные метаболиты играют важную роль в иммунной, сердечно-сосудистой, репродуктивной системах, в углеводном обмене, росте волос, а также тормозят пролиферацию кератиноцитов кожи и активируют их дифференцировку, предотвращают развитие различных опухолей.

1,25(OH)₂D₃ прямо или опосредованно контролирует работу более чем 2000 генов и способен оказывать влияние на размножение клеток, а также участвует в ускорении их конечной дифференцировки.

То есть, витамин D оказывает влияние на процесс, в результате которого клетка становится специализированной и приобретает соответствующие химические, морфологические и функциональные особенности.

Метаболизм кальция и фосфора

Регуляция костного метаболизма – одна из наиболее подробно изученных функций витамина D. Только 10-15% кальция и около 60% фосфора абсорбируется без участия витамина D.

1,25(OH)₂D₃ — гормонально-активная форма витамина D, взаимодействуя с рецептором витамина D (VDR), повышает всасывание кальция и фосфора в кишечнике до 30-40% и 80%, соответственно.

Вместе с тем, витамин D регулирует и процесс мобилизации кальция из костной ткани, что также необходимо для создания оптимальных условий ее роста.

Обмен кальция и фосфатов регулируется не только витамином D, но также самим уровнем ионизированного кальция, паратиреоидным гормоном (ПТГ) и кальцитонином.

Доказано, что значение витамина D для организма человека заключается не только в его влиянии на процессы формирования костной системы, но и во многих других эффектах холекальциферола.

Согласно современным представлениям, дефицит витамина D связан с повышенным риском развития сахарного диабета, артериальной гипертензии, сердечной недостаточности, заболеваний периферических артерий, острого инфаркта миокарда, различных форм рака, аутоиммунных и воспалительных заболеваний, снижением иммунной защиты организма и повышением уровня смертности. Проблема дефицита витамина D является одной из наиболее острых в сфере здравоохранения.

Иммунный ответ

Витамин D оказывает влияние на врожденный и адаптивный иммунный ответ. Было показано, что гормон стимулирует дифференцировку и пролиферацию моноцитов, тогда как на активированных макрофагах общий эффект приводит к снижению воспалительной реакции.

1,25(OH)₂D стимулирует выработку IL-10 (противовоспалительного цитокина) и снижает высвобождение провоспалительных эффекторов, таких как IL-1β, IL-6, фактор некроза опухоли-α (TNFα), активатор рецептора ядерного фактора каппа-лиганда (RANKL) и циклооксигеназы-2 (COX-2).

С клинической точки зрения дефицит витамина D тесно связан с повышенным риском инфекций, нарушением регуляции иммунной системы и аутоиммунными заболеваниями.

Особый вопрос, который в последнее время приобрел большую актуальность — это взаимосвязь между гиповитаминозом D и легочными инфекциями.

Более высокая концентрация витамина D обратно пропорциональна риску множественных повреждений легких, таких как пневмония, внебольничная пневмония, ОРДС, сепсис, сердечная недостаточность и смертность от легочных инфекций.

Vitamin D supplementation to prevent acute respiratory tract infections: systematic review and meta-analysis of individual participant data.Martineau AR

Этот метанализ с участием более 10 000 субъектов показал, что добавка витамина D играет защитную роль при острых респираторных инфекциях у взрослых.

Сердечно-сосудистая система

В начале 1980-х годов Роберт Скрэгг выдвинул гипотезу о том, что рост сердечно-сосудистых заболеваний, обычно наблюдаемый зимой, может быть результатом низких уровней 25OHD из-за уменьшения воздействия солнечного света.

Эта идея вызвала большой интерес к потенциальным преимуществам витамина D для сердечно-сосудистой системы, что привело к появлению нескольких публикаций за последние десять лет. Однако физиологическая роль витамина D в сердечно-сосудистой системе до сих пор неясна.

VDR экспрессируется в сердечной ткани и может играть роль модулятора сердечной гипертрофии и сердечной недостаточности.

Эта гипотеза основана на концепции, согласно которой изменение внутриклеточной обработки ионизированного кальция связано с нарушением сократительной способности миокарда при сердечной недостаточности, поскольку 1,25(OH)₂D принимает непосредственное участие в кальций-зависимых клеточных процессах, включая синтез кальций-связывающего белка, активацию аденилатциклазы, быструю активацию потенциал-зависимых кальциевых каналов и модуляцию поглощения и высвобождения кальция саркоплазматическим ретикулумом.

Другой возможный механизм — предполагаемая роль 1,25(OH)₂D как регулятора ренин-ангиотензиновой системы.

Как у нормотензивных, так и у гипертензивных субъектов уровни 1,25(OH)₂D в сыворотке обратно связаны с активностью ренина в плазме, что предполагает потенциальную роль витамина D в артериальной гипертензии через регуляцию ренина.

Данные показали, что рецепторы ядерных гормонов, включая VDR, X-рецептор печени и рецептор, активируемый пролифераторами пероксисом, регулируют транскрипцию гена ренина через специфические элементы в промоторе ренина.

Убедительные сведения участия витамина D в патогенезе сердечно-сосудистых заболеваний исходит от мышей с нокаутом VDR.

У этих мышей развиваются типичные признаки сердечной недостаточности, включая активацию ренин-ангиотензин-альдостероновой системы, гипертрофию сердца, высокое артериальное давление и повышенные уровни предсердного натрийуретического пептида.

Кроме того, развитие гипертонии у VDR мышей можно скорректировать с помощью введения ингибиторов ангиотензин-превращающего фермента, только если уровень витамина D достаточен.

Дополнительные эффекты 1,25(OH)₂D касаются сосудистой сети. Витамин D может модулировать рост гладких мышц и эндотелиальных клеток, а также может вызывать активацию вазодилататорных и антитромботических генов.

Более того, витамин D, по-видимому, подавляет воспаление и снижает обновление окисленных ЛПНП, что дает потенциальные преимущества для сосудов.

С клинической точки зрения низкие уровни 25OHD в сыворотке крови были связаны с повышенным риском сердечно-сосудистых заболеваний, включая гипертонию, ишемическую болезнь сердца, сердечную недостаточность, инсульт и диабет 2 типа

Жировая ткань, метаболизм глюкозы и липидов

Исследования показали связь между низким уровнем витамина D и почти всеми аспектами метаболического синдрома, а именно сахарным диабетом 2 типа, нарушением глюкозы натощак, гипертонией, дислипидемией, ожирением и инсулинорезистентностью.

Старые доклинические исследования показали, что нормальная активность β-клеток поджелудочной железы требует адекватных уровней витамина D и функционирования VDR, тогда как более поздние исследования на мышах с дефицитом витамина D показали нарушение секреции инсулина в островках поджелудочной железы.

Мышечная ткань

Было установлено, что дефицит витамина D является причиной низкой мышечной силы, нарушений равновесия и повышенного риска травм.

Наблюдательные исследования подтвердили связь между низким уровнем витамина D и мышечной слабостью у детей и пожилых людей, в то время как добавки улучшали мышечную функцию, а также восстановление энергии после упражнений

Онкология

Было показано, что VDR экспрессируется линиями раковых клеток, и предполагается, что он играет роль в патогенезе и прогрессировании рака. Цитохром CYP27B1 также экспрессируется на высоком уровне во многих раковых клетках и тканях.

Было доказано, что 1,25(OH)₂D оказывает тормозящее действие сначала на клетки миеломы и меланомы, а затем на другие линии раковых клеток.

Цитохром CYP24A1 сверхэкспрессируется при раке, и несколько аналогов витамина D и / или ингибиторов CYP24A1 были протестированы в доклинических исследованиях.

В моделях на животных с нокаутом VDR не происходит спонтанное образование злокачественных образований, однако было продемонстрировано, что они более восприимчивы к их развитию.

В нескольких исследованиях на различных моделях животных витамин D замедлял прогрессирование рака и развитие метастаз.