多功能開關 

要真正了解這些有關維生素D的新發現,首先要知道什麼是維生素D,以及它在體內是如何被利用的。人們可以從有限的食物來源獲取這種被稱為維生素D的分子,例如富含脂肪的魚與魚油,如今也可以從營養補充劑中獲得。但當我們的皮膚曝曬在中波紫外光(UVB)時,所產生的化學反應也可以製造出維生素D。嚴格說來,維生素D並不算是維生素,因為只要有適量的UVB照射,我們就不需要自食物中攝取。然而在溫帶地區,有多達半年的時間UVB不足,無法在皮膚引起足夠的維生素D合成,此時維生素D的膳食來源就很重要了。 

「維生素D」這個名詞一般泛指兩種來源不同、結構卻非常相似的分子。維生素D3(又稱為膽鈣化醇,cholecalciferol)產生於皮膚的角質細胞,因膽固醇的裂解產物「7-去氫膽固醇」(7-dehydrocholesterol)受到UVB的刺激而生成。維生素D2(或稱為麥角鈣化醇,ergocalciferol)則是源自一個類似的植物性固醇,且分子結構與維生素D3略有差別。兩者在體內都不具有任何生物活性,必須先經過一連串的酵素修飾,這個過程稱為羥化反應(hydroxylation),會在原來的分子上加上2/3個水分子(羥基),而形成25-羥化維生素D(25-hydroxyvitamin D,簡稱25D)這個產物。 

這個轉換反應主要發生在肝臟,但是皮膚中許多不同種類的細胞也有能力進行這個反應。儘管如此,肝臟所製造的25D仍是血液循環中最主要的維生素D。 

當人體需要利用它時,還需要做最後一次轉換,才成為具有生物活性的形式,由25D進一步羥化成為1,25-二羥化維生素D(1,25-dihydroxyvitamin D,簡稱1,25D)。進行這項反應的酵素「1α-羥化」,最早是在腎臟發現的;而腎臟內進行的反應,則生成了大部份在體內循環的1,25D。 

然而,科學家現在又發現到,許多其他組織(包括免疫系統和皮膚的細胞)都可以製造「1α-羥化」並自行轉換25D。因此所有器官中只有皮膚,能在紫外光存在時從頭到尾製造出具生物活性的1,25D。而其他組織中利用循環的25D局部產生的1,25D,雖是人體內維生素D生物活性的重要來源,卻直到最近才受到重視。只要想到維生素D作用之廣,就不難想像為什麼對某些類型的細胞而言,能夠產生有活性的維生素D來供應局部使用,可能是很重要的。 

1,25D分子的作用像是一個開關,可以控制體內幾乎所有組織中基因的「開啟」或「關閉」。這樣的作用,是由1,25D與一種稱為維生素D受體(VDR,位於細胞核內的轉錄因子)的蛋白質結合後所達成。當VDR與1,25D結合後,VDR會與另一個蛋白質「視網醛X受體」(RXR)形成複合體,然後這個複合體再與目標基因附近的特定DNA結合。複合體與DNA結合後,便引發細胞裝置開始對一旁的基因進行轉錄,接著細胞會再進行轉譯,製造出蛋白質。 

1,25D可藉由讓細胞做出特定的蛋白質,來改變細胞的功能。而能夠在不同細胞中引發基因活動,則是維生素D擁有廣泛生理作用的原因。因為維生素D是由一個組織製造,然後在體內循環、影響許多其他組織,在技術上它也算是一種激素。事實上,VDR屬於一個稱為「核受體」的蛋白質家族,這類蛋白質會對強力的類固醇激素(例如雌性素和睪固酮)起反應。 

目前認為,至少有1000個不同的基因受到1,25D所調節,其中包括了幾個參與體內鈣處理過程的基因,這也解釋了維生素D為什麼會具有廣為人知的造骨功能。然而在過去的20年間,科學家發現有更多基因受到維生素D的活性所影響,其中包括許多在各種細胞防禦功能中扮演關鍵角色的基因。

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