Витамин D: от солнца до клетки

Витамин D: от солнца до клетки

Введение
Витамин D — это уникальное соединение, которое играет роль не только витамина, но и гормона, влияющего на множество физиологических процессов в организме. Его значение не ограничивается обеспечением здоровья костей, но также включает регуляцию иммунного ответа, поддержание мышечной силы и предотвращение хронических заболеваний. Этот жирорастворимый прогормон синтезируется в коже под воздействием солнечного света, но также может поступать с пищей или в виде добавок. В данной статье мы подробно рассмотрим биохимические аспекты витамина D, его биологическую роль, связь с заболеваниями, а также значение в обмене кальция и фосфора.

Биохимические аспекты витамина D

Синтез и метаболизм
Синтез витамина D начинается в эпидермисе кожи под воздействием ультрафиолетового излучения спектра UVB (290–315 нм). Под его влиянием 7-дегидрохолестерол преобразуется в провитамин D3, который затем спонтанно изомеризуется в холекальциферол (D3). Этот процесс зависит от факторов, таких как широта, сезон, возраст, тип кожи и использование солнцезащитных средств.

Попав в кровоток, холекальциферол связывается с витамин-D-связывающим белком (DBP) и транспортируется в печень, где фермент CYP2R1 (25-гидроксилаза) превращает его в 25-гидроксивитамин D (25(OH)D). 

25-гидроксивитамин D (25(OH)D) – это основной циркулирующий метаболит, используемый для оценки запасов витамина D в организме.

Затем 25(OH)D поступает в почки, где фермент CYP27B1 (1-альфа-гидроксилаза) гидроксилирует его до 1,25-дигидроксивитамина D (1,25(OH)2D) — активной формы. Этот процесс строго регулируется паратгормоном (ПТГ), уровнем кальция (Са) и фосфатов (Р) в крови. Для предотвращения токсичности избыток активной формы превращается в 24,25(OH)2D ферментом CYP24A1.

Почему мы измеряем именно 25(OH)D?
Уровень 25(OH)D считается наиболее надежным показателем запасов витамина D в организме, поскольку этот метаболит имеет длительный период полураспада (2–3 недели) и отражает как эндогенный синтез, так и поступление из пищи и добавок. В отличие от 1,25(OH)2D, уровень которого может изменяться в зависимости от регуляторных факторов, 25(OH)D позволяет объективно оценить общий статус витамина D.

Почему витамин D — прогормон?
Витамин D называется прогормоном, так как сам по себе он биологически неактивен. Его активная форма, 1,25(OH)2D, действует как гормон, связываясь с рецепторами (VDR) и регулируя экспрессию генов. VDR экспрессируется в большинстве тканей организма и регулирует транскрипцию генов, участвующих в кишечном и почечном транспорте кальция и других минералов. Глюкокортикоиды снижают экспрессию VDR. Многие типы иммунных клеток также экспрессируют VDR. Этот процесс влияет на множество систем организма, включая костный метаболизм, иммунный ответ и клеточную пролиферацию.

Биологическая роль витамина D

Обмен кальция и фосфора:
Ключевая роль витамина D заключается в поддержании нормального уровня кальция и фосфатов в крови. Он стимулирует всасывание кальция и фосфатов в тонком кишечнике, способствует минерализации костей и подавляет секрецию паратгормона при нормальных уровнях кальция.
Дефицит витамина D приводит к гипокальциемии, что вызывает компенсаторное повышение паратгормона (вторичный гиперпаратиреоз). Это состояние усиливает резорбцию костной ткани, что может привести к остеомаляции у взрослых и рахиту у детей.

Иммунный ответ:
Витамин D обладает модулирующим эффектом на врожденный и адаптивный иммунитет. Он стимулирует макрофаги и моноциты к выработке антимикробных пептидов, таких как кателицидины, которые защищают организм от бактериальных и вирусных инфекций.

Кроме того, витамин D подавляет чрезмерную активацию Т- и В-лимфоцитов, что снижает риск аутоиммунных заболеваний, таких как рассеянный склероз, ревматоидный артрит и системная красная волчанка.

Предотвращение хронических заболеваний:

Исследования показали, что витамин D может снижать риск:

Сердечно-сосудистых заболеваний - благодаря улучшению эндотелиальной функции, снижению артериального давления и подавлению воспалительных процессов. Показано, что добавки витамина D и кальция могут снижать артериальное давление у пожилых людей с избыточным весом. 
Метаболических нарушений: включая диабет 2 типа, за счет увеличения чувствительности клеток к инсулину. Согласно последним исследованиям, недостаток витамина D может негативно влиять на регуляцию уровня сахара в крови. Прием добавок витамина D способствует улучшению ситуации и снижению уровня HbA1c у пациентов с диабетом 2 типа и низким уровнем витамина D.
Некоторых видов рака: витамин D подавляет пролиферацию злокачественных клеток и стимулирует их апоптоз, особенно при раке толстой кишки, молочной железы и предстательной железы.

Патологии, связанные с обменом витамина D

Дефицит витамина D:
Причины: недостаток солнечного света, заболевания ЖКТ, ожирение, почечная и печеночная недостаточность.
Проявления: мышечная слабость, боли в костях, склонность к инфекциям, усталость.
Риски развития: рахит у детей, остеомаляция и остеопороз у взрослых, повышенный риск сердечно-сосудистых и аутоиммунных заболеваний.

Избыток витамина D:
Причины: передозировка добавок, гранулематозные заболевания (саркоидоз, туберкулез), которые повышают активность фермента CYP27B1, способствуя избыточной продукции активной формы витамина D.
Проявления: гиперкальциемия, тошнота, анорексия, кальцификация мягких тканей.

Генетические нарушения:
Мутации в генах, кодирующих ферменты метаболизма витамина D:
CYP2R1 (гена 25-гидроксилазы витамина D) — этот фермент участвует в превращении витамина D в его 25-гидроксилированную форму (25(OH)D), которая является основным маркером витамина D в крови. Мутации в этом гене могут снижать активность фермента, что приведет к снижению уровней 25(OH)D, несмотря на адекватное поступление витамина D. 
CYP27B1 (гена 1-альфа-гидроксилазы витамина D) — этот фермент активирует 25(OH)D в его биологически активную форму 1,25(OH)₂D. Мутации в этом гене могут снижать уровень активной формы витамина D, что может вызывать гипокальциемию и остеомаляцию. 

Мутации в гене рецептора витамина D (VDR). Этот рецептор играет ключевую роль в биологической активности витамина D, поскольку он активируется при связывании с кальцитриолом. Мутации в VDR могут приводить к нарушению его функции, что может снижать эффективность витамина D на клеточном уровне. Это может проявляться как устойчивость к стандартным дозам витамина D, что требует корректировки дозы и выбора препаратов, учитывая степень выраженности мутации.
Полиморфизмы в генах CYP2R1, CYP27B1 и VDR могут вызывать недостаточность или избыток витамина D. Таким пациентам требуется индивидуальный подход к мониторингу и терапии, включая частое измерение уровней 25(OH)D и 1,25(OH)2D, а также подбор дозировок препаратов.

Влияние витамина D на генезис гранулематозных заболеваний.
Гранулематозные заболевания, такие как саркоидоз и туберкулез, сопровождаются повышенной активностью фермента CYP27B1 в макрофагах в гранулемах. Они синтезируют активную форму витамина D (D (1,25(OH)2D) независимо от нормальной регуляции. Это приводит к избыточной ее продукции и, следом, к гиперкальциемии, что является одним из признаков таких заболеваний.

Влияние дефицита витамина D на рахит у детей, остеомаляция и остеопороз.
Рахит у детей возникает из-за нарушения минерализации костей, связанного с недостаточным всасыванием кальция и фосфатов. У взрослых дефицит витамина D вызывает остеомаляцию (размягчение костей) и остеопороз, что увеличивает риск переломов.

Методы измерения уровня витамина D

Иммуноферментный анализ (ИФА):
Этот метод позволяет измерять общий уровень витамина D (D2 + D3). Он доступен, относительно дешев, но может давать погрешности в измерениях, особенно при низких концентрациях витамина D.

Хромато-масс-спектрометрия (ХМС):
Этот метод является золотым стандартом, так как позволяет отдельно измерять уровни витамина D2 и D3. ХМС обладает высокой точностью и чувствительностью, что особенно важно для пациентов с тяжелыми формами дефицита или генетическими нарушениями метаболизма витамина D. Различия между ИФА и ХМС могут достигать 20%, что делает последний предпочтительным в клинической практике.

Измененный уровень витамина D в анализах может указывать на широкий спектр патологий. Точный анализ необходим для правильной диагностики, оценки риска осложнений и подбора адекватной терапии. Например, при остеопорозе или аутоиммунных заболеваниях недостаточная точность измерений может привести к неправильным дозировкам препаратов и ухудшению состояния пациента.

Анализ на витамин D можно рекомендовать:

• При подозрении на дефицит витамина D (мышечная слабость, боли в костях, частые инфекции).

• Чтобы выявить хронические заболевания и их нежелательные проявления (остеопороз, хроническая болезнь почек, диабет).

• Группам риска: пожилые люди, беременные женщины, пациенты с ожирением, заболеваниями ЖКТ или печени.

• Для контроля терапии при лечении рахита, остеопороза или других состояний, требующих коррекции уровня витамина D.

Заключение
Витамин D является неотъемлемой частью здоровья человека. Его роль в обмене кальция и фосфора, иммунной регуляции и предотвращении хронических заболеваний подчеркивает необходимость точного мониторинга и своевременной коррекции. Благодаря достижениям в области диагностики, таким как ХМС, становится возможным обеспечить индивидуализированный подход к лечению и профилактике, что особенно важно для групп риска.

Исследования в лаборатории CHROMOLAB:

V09.2 Витамин D (25-OH-D3 и D2), СУММАРНО, метод ХМC
V20.2 Витамин D3 и D2 (25-OH-D3 и 25-OH-D2), РАЗДЕЛЬНО, метод ХМС
V36 Витамин D (25-OH D3) в сухих пятнах крови, 18+, метод ХМС
V49 1,25-дигидроксихолекальциферол витамин D3, метод ХМС