Брой 8/2018
Д-р В. Боцова – Детска клиника, МБАЛ – Плевен
Доц. д-р Е. Костадинова – Детска клиника, МБАЛ – Стара Загора
Витамин Д /VitD/ е открит през 1920 г. като четвъртия витамин, след витамините А и В комплекс. Идентифицирането му е тясно свързано с изясняването на причините, водещи до рахит. Самото заболяване ангажирало вниманието на учените още през 15 век. Първи Whistler описал рахита, като посочил характерните за него лоша минерализация и деформация на скелета (1). В древни времена рахитът се е срещал много рядко и не е представлявал съществен проблем. С настъпването на Индустриалната революция, в края на 19-ти век започнала урбанизация на населението и замърсяване на атмосферата с образуване на смог. В страни с кратко слънцегреене като Англия рахитът се разпространявал бързо и в епидемични пропорции. По тази причина той бил определен като Английското заболяване (2).
С откриването на витамините А и В комплекс, през 1919 г. във Великобритания Sir Edward Mellanby изказал съмнение, че рахитът най-вероятно се дължи на хранителен дефицит. Той провел експерименти с животински модели – кучета, при които приложил диета, съставена предимно от овесена каша. Този вид храна се консумирала изключително много в Шотландия, където рахитът бил най-широко разпространен. По същото време друг учен — McCollum, приложил подобна диета при кучета, отглеждани в затворени помещения. В резултат на това кучетата развили тежък рахит. След като се запознал с експериментите на McCollum, Mellanby използвал масло от треска за лечение и превенция на заболяването. Паралелно с това възникнал въпроса на какво се дължи лечебния ефект на диетата – дали на витамин А или на нова, непозната до момента субстанция. Ето защо първоначално било прието, че витамин А има лечебно действие при рахита.
McCollum продължил експериментите с мастно разтворими субстанции. След деактивиране на витамин А, отговорен за стимулиране на растежа и превенция на ксерофталмията, той установил, че маслото от треска запазило способността си да лекува рахита. McCollum приел, че това се дължи на нов, непознат до момента витамин, който той нарекъл витамин Д. Въз основа на експериментите на McCollum и Mellanby витамин Д бил определен като есенциален нутриент.
Впоследствие, Steenbock и Hart разкрили важното значение на слънчевите лъчи за калциевата обмяна (3). Провеждайки експерименти с животински модели, те установили, че липсата на слънчева светлина води до негативен калциев баланс. На по-късен етап същите учени изказали съмнение, че UV лъчите могат да активират витамин Д, което осигурява лечебното му действие при рахита (4). Така се стига до извода, че по този начин е възможно неактивните VitD субстанции да се активират до VitD активни вещества, които в комбинация с адекватна диета могат да елиминират рахита като основен медицински проблем. Тези експерименти допринесли изключително много за изолирането и идентифицирането на отделните форми на VitD.
Чрез използване влиянието на UV лъчите върху смес от плантостероли, Windaus et al изолирали субстанция, наречена «VitaminD1», но структурата й останала неизяснена.
Други учени от British grup успели да изолират и определят структурата на първия Vit D – VitaminD2 /ергокалциферол/ (5). Подобни резултати постигнала и групата на Windaus, идентифицирайки Vitamin D2 (6). Windaus и Bock също изолирали прекурсора на Vitamin D3 в кожата, наречен 7-dehydrocholesterol (7). На по-късен етап този прекурсор бил синтезиран и конвертиран до VitaminD3 /cholecalciferol/ (8). Така се изяснява структурата на отделните форми на VitD. Чрез изолиране на 7-dehydrocholesterol от кожата, Windaus и Bock предоставили доказателства, че именно Vitamin D3 е формата, продуцирана в кожната тъкан. По-късно това се потвърждава от Esvelt et al.(20), постигнали химична идентификация на Vitamin D3 в кожата и от Holick, чрез установяване на previtamin D3 в същата тъкан.
Групата на Windaus осъществила химичната синтеза на формите на VitD, потвърждавайки тяхната структура. С това постижение било поставено начало на нова ера, разкриваща възможности за изолиране и идентифициране на хранителните форми на VitD, както и за лечение на различни заболявания чрез него. През 1928 г. Windaus получил Нобелова награда за цялостната му работа върху стероидите.
Най-ранните проучвания върху функцията на VitD са били насочени към ролята му в калциево-фосфорната обмяна. През 1920 г. Orr et al. и Kletzien доказали изключително важната роля на Vit D в чревната абсорбция и утилизация на калция и фосфора от зърнена диета (9,10). Това се потвърдило по- късно от Nikolaysen et al.
Той доказал чрез експериментални методи наличието на ендогенен фактор , който носи информация в чревния тракт за нуждите на костите от калций (11). Впоследствие този фактор бил уточнен като calcitriol – активната форма на VitD (12).
Ролята на VitD за минерализацията на костите се изянява от много години. Първоначално от Howland и Kramer, Lamm и Neumann, Underwood и DeLuca били изказани съмнения, че VitD няма съществена роля в този процес и нарушената костна минерализация при дефицит на VitD се дължи на неадекватни нива на калций и фосфор в серума (13,14,15). Това твърдение било опровергано от Carlsson, Bauer et al., които защитили тезата за основната роля на VitD в мобилизирането на калция от костите при необходимост. Било изяснено участието и взаимодействието на VitD и паратхормона /ПТХ/ в костния метаболизъм (16).
Като истински пионер в изясняването на метаболизма на VitD се посочва Egan Kodicek, работил в Dunn Nutritional Laboratory – Cambridge. През 1968 г. в тази лаборатория е бил изолиран в чиста форма и химично идентифициран първият метаболит на VitD – 25-hydroxyvitaminD3 /25(OH)D3/. Неговата структура е била потвърдена чрез химична синтеза и се използва за проучвания в медицинската практика и до днес (17,18). Няколко години по-късно, на базата на редица експерименти с животински модели, Fraser и Kodicek направили заключение, че активната форма на Vit D е 1,25(ОН)D3 и тя се синтезира в бъбречните структури (19). Това било потвърдено от Wisconsin grup и DeLuca grup, работили по същия проблем чрез различни лабораторни методи.
Хормоналното действие на VitD е било проучвано продължително време. Чрез експериментални модели е било доказано, че при липса на калций се стимулира продукцията на 1,25(ОН)D и се потиска активността на ензима 24-хидроксилаза, водещ до разграждане на VitD. При нормокалциемия този процес протича в обратна посока. Доказателства за това са посочени от Nikolaysen et al, които описват 1,25(ОН)D като важен ендокринен ендогенен фактор (20). Следваща стъпка в проучванията е установяването на регулаторната роля на ПТХ в 1-α-хидроксилирането на 25(ОН)D в бъбрека (21). През 1974 г. Fraser и Kodicek предоставили доказателства, че ПТХ стимулира процеса на 1-α-хидроксилиране на 25(ОН)D и се супресира 24- хидроксилирането в условия на хипокалциемия. Хипофосфатемията също се посочва като фактор, стимулиращ процеса на 1-α-хидроксилиране. Доказана била ролята на VitD за стимулиране синтезата на FGF23, който води до фосфатурия (22).
Съществен етап от изясняването на биологичното действие на VitD е установяването на VitD – рецептора /VDR/. Той бил идентифициран през 1987 г. От историческа гледна точка едно от най-важните открития, касаещи биологичната роля на VitD, е установяването на VitD-зависимия рахит тип ІІ, който се дължи именно на дефект в VDR (23).
Идентифицирането на VDR дало нова насока в научните интереси, а именно изясняването на непознатите до момента функции на VitD, свързани с неговите плейотропни ефекти. Резултатите от проведените проучвания показали изненадващи резултати относно локализацията на VDR в различни тъкани и била разкрита екстрареналната синтеза на VitD. През последните години е доказана ролята на VitD в процесите на клетъчна диференциация, пролиферация и апоптоза (24). Става ясно участието на VitD в активирането на остеобластите и остеоцитите. В отговор на хормоналното действие на VitD, чрез RANK ligand се стимулира остеокластогенезата и активацията на остеокластите. Изясняват се генетичните аспекти на метаболизма на Vit D и регулаторното му действие върху различни физиологични и патологични процеси в организма (25,26).
Проучванията върху ролята на VitD за човешкия организъм продължават, като все по-задълбочено и в различни аспекти се изследват неговия метаболизъм и биологични функции. Паралелно с това се разработват нови методи за измерване и оценка на отклоненията в VitD статуса. Определена е стратегия за лечение и профилактика, съобразно нуждите на организма при различни състояния.
Библиография:
1. D. Whistler , De morbo puerli anglorum,quem patrio ideomate indigene vocant „the rickets” ( lugduni, batavorum1645). As cited by Smerdon GT, Daniel Whistler and the English Disease. A ranslation and biographical note, J. Hist. Med. 5 (1950) 397-415
2. A. Hess, The history of rickets, in: Rickets , Including osteomalacia end Tetany, Lea&Febiger, Philadelphia, Pennsylvania,1929,pp.22-37
3. H.Steenbock , E.B.Hard, The influence of function on the lime requirements of animals, J. Boil. Chem. 14 (1913) 59-73
4. H.Steenbock, A. Black, Fat- soluble vitamins. XVII. The induction of growch-promotoring and calcifying properties in fats and their unsaponifiable constituents by exposure to light, J. Biol. Chem. 64(1925) 263-298.
5. F.A.Askew, R.B.Burdillon, H.M. Bruce, R.G.C. Jenkins, T.A. Webster, The distillation of vitamin D, Proc. R.Soc.8107(1928) 148
6. A. Windaus, O. Linsert, A. Luttringhaus, G. Weidlich, Cristalline – Vitamin D2, Ann. Chem. 492(1932)226-241.
7. A. Windaus, F. Bock, Uber das protamin aus dem sterin der schweineschwarte, Z. Physiol. Chem. 245(1937)168- 170.
8. A.Windaus, F. Schenck, F. von Werder, Uber das antirachitisch wirksame bestrhalungs- product aus 7- dehydrocholesterin, Hoppe.- Seylers. Z. Physiol. Chem. 241(1936) 100-103.
9. W.J.Orr, L.E. Holt, L. Wilkins, F.H. Boone, The calcium and phosphorus metabolism in rickets, with special reference to ultraviolet rat therapy, Am.J. Dis. Children 26(1923)362- 372.
10. S.W.F. Kletzien, V.M. Templin, H Steenbock, B.H. Thomas, Vitamin D and the conservation of calcium in the adult, J. Biol. Chem. 97(1932)265-280.
11. R. Nikolaysen, N. Eeg –Larsen, O.J. Malm, Physiology of calcium metabolism, Phisiol. Rev. 33(1953)424-444.
12. L.T. Boyle, R.W.Gray, J.L. Omdahl, H.F. De Luca, Calcium control of the in vivo biosynthesis of 1,25- dihydroxyvitamin D3: Nikolaysenʾs endogenous factor, in: S. Taylor (Ed.), Endocrinology, Heinemann Medical Books, London, 1971, pp.468- 476.
13. J. Rowland, B. Kramer, Calcium and phosphorus in the serum in relation to rickets., Am. J. Dis. Children22(1921)105-119.
14. M. Lamm, W.F.Newman, On the role of vitamin D in calcification, Arch. Pathol. 66(1958) 204-209.
15. J.L. Underwood, H.F. De Luca, Vitamin D is not directly nessesary for bone growch and mineralization, Am. J. Physiol. 246(1984)E493-E498.
16. G.C. H. Bauer, A. Carlsson, B. Lindquist, Evaluation of accretion, resorbtion, and exchange reaction in the skeleton.Kungl. Fysiograf Sallskapets I, Lund. Forhandlingar 25(1955)3-18.
17. J.W. Blunt, H.F. De Luca, H.K. Schnoes, 25-Hydroxycholecalciferol. A biologically active metabolite of vitamin D3, Biochemistry 7(1968) 3317-3322.
18. J.W. Blunt, H.F. De Luca, The synthesis of 25-hydroxycholecalciferol. A biologically active metabolite of vitamin D3, Biochemistry 8(1969) 671-675.
19. D.R. Fraser, E. Kodicek, Unique biosynthesis by kidney of a biologically active vitamin D metabolite, Nature 228 (1970) 764-766.
20. R.P. Esvelt, H.K. Schnoes, H.F. De Luca, Vitamin D3 from rat skins irradiated in vitro with iltraviolet light, Arch. Biohem. Biophys. 188(1978)282- 286.
21. M. Garabedian, M.F.Holick, H.F. De Luca, I.T.Boyle, Control of 25-hydroxycholecalciferol metabolism by the parathyroid glands, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 68 (1971) 1673- 1676.
22. T. Berndt, R Kumar, Phosphatonins and the regulation of phosphate homeostasis, Ann. Rev. Physiol. 69 (2007) 4.1- 4.19.
23. D.P. McDonnell, D.J. Mangelsdorf, J.W. Pike, M.R. Haussler, B.W. OMalley, Molecular cloning of complementary DNA encoding the avian receptor for vitamin D, Science 235 (1987) 1214- 1217.
24. E.L. Smith, N.C.Walworth, M.F.Holick, Effect of 1α,25-dihydroxyvitamin D3 on the morphologic and biochemical differentiation of cultured human epidermal keratinocytes grown in serum-free conditions, J. Invest. Dermatol. 86 (1986) 709-714.
25. T.Suda, N. Takahashi, T.J.Martim. Modulation of osteoclast differentiation, Endocr. Rev. 13(1992) 66-80.
26. T.Suda, The role of 1α,25-dihydroxyvitamin D3 in the myeloid differentiation, Proc. Soc. Exp. Biol. Med. 91(1992) 214-220.
