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文獻(xiàn)分享丨水溶性維生素綜述
美國(guó)加州大學(xué)的Hamid M. Said于2015年在World Review of Nutrition and Dietetics期刊上發(fā)表題為“Water-Soluble Vitamins”的小型綜述文章,系統(tǒng)性介紹水溶性維生素的相關(guān)知識(shí)。我們非常有幸邀請(qǐng)到深耕代謝組學(xué)的青年學(xué)者劉平輝,為我們帶來(lái)這篇綜述的全方位解讀。原文鏈接:https://doi.org/10.1159/000362294。
水溶性維生素是一組結(jié)構(gòu)和功能無(wú)關(guān)的化合物,包括維生素B1、B2、B3、B5、B6、B9、C和H,對(duì)正常細(xì)胞功能、生長(zhǎng)和發(fā)育必不可少。缺乏這些微量營(yíng)養(yǎng)素會(huì)導(dǎo)致各種臨床異常,從貧血到生長(zhǎng)遲緩和神經(jīng)紊亂;優(yōu)化其體內(nèi)水平會(huì)帶來(lái)積極的健康結(jié)果。飲食一直被認(rèn)為是人類這些微量營(yíng)養(yǎng)素的主要來(lái)源,但近年來(lái)越來(lái)越多的人認(rèn)識(shí)到,腸道微生物對(duì)這些微量營(yíng)養(yǎng)素總體動(dòng)態(tài)平衡的貢獻(xiàn),尤其是對(duì)局部結(jié)腸細(xì)胞。本綜述概述了水溶性維生素的主要生理功能,缺乏相應(yīng)維生素的一些臨床癥狀,人體對(duì)其吸收和轉(zhuǎn)運(yùn),主要來(lái)源和推薦每日膳食攝取量(RDA),以及由于過(guò)量可能產(chǎn)生的任何不良反應(yīng)。
維生素B1(硫胺素)
生理功能
硫胺素參與與能量代謝有關(guān)的各種關(guān)鍵代謝反應(yīng),在正常細(xì)胞功能中發(fā)揮重要作用,還在減少細(xì)胞氧化應(yīng)激方面發(fā)揮作用。硫胺素對(duì)神經(jīng)細(xì)胞膜氯通道功能的影響也有被報(bào)道。
缺乏癥狀
細(xì)胞缺乏硫胺素會(huì)導(dǎo)致能量代謝障礙、氧化應(yīng)激傾向和細(xì)胞凋亡。臨床上,全身性硫胺素缺乏會(huì)導(dǎo)致多種異常,包括神經(jīng)系統(tǒng)和心血管;組織特異性硫胺素缺乏如硫胺素反應(yīng)性巨幼細(xì)胞性貧血綜合征。慢性硫胺素缺乏會(huì)導(dǎo)致腳氣病和韋尼克腦病,腳氣病有三種不同的形式:干性腳氣病、濕性(水腫性)腳氣病、急性爆發(fā)性腳氣病。人類中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的硫胺素缺乏可能導(dǎo)致科薩科夫和韋尼克腦病精神病。硫胺素缺乏癥在發(fā)展中國(guó)家和發(fā)達(dá)國(guó)家都是一個(gè)嚴(yán)重的營(yíng)養(yǎng)問(wèn)題,缺乏原因不盡相同,分別是維生素的膳食攝入量不足和慢性酒精中毒。
吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)
人類有兩種硫胺素來(lái)源,一種是飲食,另一種是大腸的腸道微生物,分別在小腸和結(jié)腸中吸收。雖然微生物來(lái)源的硫胺素對(duì)總營(yíng)養(yǎng)的相對(duì)貢獻(xiàn)尚不清楚,但存在一種有效的載體介導(dǎo)人結(jié)腸細(xì)胞攝取硫胺素,且在結(jié)腸中轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng);微生物來(lái)源的硫胺素對(duì)宿主營(yíng)養(yǎng)特別是對(duì)局部結(jié)腸細(xì)胞有貢獻(xiàn)。腸道對(duì)硫胺素的吸收及其轉(zhuǎn)運(yùn)是通過(guò)一種特殊的載體介導(dǎo)的過(guò)程進(jìn)行的,該過(guò)程涉及hTHTR-1和hTHTR-2。
來(lái)源與RDA
硫胺素的飲食來(lái)源包括米糠、干面包酵母、全麥谷類食品、堅(jiān)果和干豆類。應(yīng)注意含有硫胺素拮抗劑的飲食,亞硫酸鹽和含有硫胺酶I和硫胺酶II耐熱多羥基酚類化合物(如蕨類植物、茶葉等),能降解硫胺素產(chǎn)生硫胺素拮抗劑。成年男性、成年女性以及孕期和哺乳期硫胺素的RDA分別為1.4、1.1、1.5和1.6mg/天。尚未有人體因攝入高劑量硫胺素(≥500mg)或注射硫胺素而產(chǎn)生毒性反應(yīng)的報(bào)道,盡管在極少數(shù)情況下,通過(guò)腸外途徑給予硫胺素時(shí)會(huì)出現(xiàn)類似過(guò)敏性休克和輕微過(guò)敏的癥狀。
維生素B2(核黃素)
生理功能
核黃素是核黃素-5-磷酸和黃素腺嘌呤二核苷酸是的輔酶形式,在涉及碳水化合物、氨基酸和脂肪代謝的各種反應(yīng)中起關(guān)鍵作用,并在葉酸和維生素B6轉(zhuǎn)化為其活性輔酶形式中起關(guān)鍵作用。
缺乏癥狀
炎癥性腸病患者和長(zhǎng)期飲酒患者會(huì)缺乏核黃素,Brown-Vialetto-Van Laere綜合征(BVVL)也是缺乏核黃素的表現(xiàn)。全身性核黃素缺乏導(dǎo)致多種臨床異常,包括神經(jīng)系統(tǒng)退行性改變、內(nèi)分泌功能障礙、皮膚疾病和貧血。優(yōu)化核黃素狀態(tài)可降低食道鱗狀細(xì)胞癌的風(fēng)險(xiǎn)。
吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)
人體可從飲食和腸道微生物中獲取核黃素,核黃素進(jìn)入人體細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)是通過(guò)載體介導(dǎo)的過(guò)程進(jìn)行的,涉及核黃素轉(zhuǎn)運(yùn)體-1、-2、-3(RFT-1、-2、-3)。腸道利用RFT-1和-2吸收核黃素。
來(lái)源與RDA
蔬菜、肉類和奶制品都富含核黃素。成年男性、成年女性、妊娠期和哺乳期的RDA分別為1.3、1.1、1.4和1.6 mg/天。高劑量的核黃素也沒(méi)有不良影響
維生素B3(煙酸)
生理功能
煙酸是輔酶煙酰胺腺嘌呤二核苷酸和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸的前體,這兩種輔酶都參與維持細(xì)胞氧化還原狀態(tài)的代謝反應(yīng)(包括糖酵解和磷酸戊糖分流)。高劑量的煙酸還具有降脂作用,已被用于治療高膽固醇血癥和預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化。
缺乏癥狀
煙酸缺乏會(huì)導(dǎo)致青光眼,在酗酒者和Hartnup’s病患者中會(huì)出現(xiàn)缺乏和次優(yōu)水平。
吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)
煙酸進(jìn)入人體細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)(包括其在腸道中的吸收)是通過(guò)載體介導(dǎo)的特定過(guò)程進(jìn)行的。
來(lái)源與RDA
人類對(duì)煙酸的需求來(lái)自內(nèi)源性和外源性,內(nèi)源是通過(guò)色氨酸代謝轉(zhuǎn)化為煙酸,外源是飲食。煙酸飲食來(lái)源包括肉類產(chǎn)品、谷類食品和釀酒酵母。成年男性、成年女性、妊娠期和哺乳期的RDA分別為16、14、18和17mg/天。長(zhǎng)期使用大劑量的煙酸(3-9g/天)會(huì)導(dǎo)致皮膚潮紅、瘙癢以及胃腸道和肝臟疾病。
維生素B5(泛酸)
生理功能
泛酸是合成輔酶A和酰基載體蛋白所必需的,它們與碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)的代謝有關(guān)。
缺乏癥狀
由于泛酸在食物中的普遍分布,目前尚無(wú)人類自發(fā)性缺乏泛酸的報(bào)道。泛酸激酶相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病并被認(rèn)為是由于編碼泛酸激酶2(PANK2)的基因突變所致。
吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)
人類從飲食和結(jié)腸微生物中獲得泛酸。泛酸的吸收是通過(guò)載體介導(dǎo)的過(guò)程進(jìn)行的,該過(guò)程與生物素和脂酸鹽共享,并涉及鈉依賴的多種維生素轉(zhuǎn)運(yùn)體
來(lái)源與RDA
泛酸來(lái)源包括肉類(特別是肝臟和心臟)、蔬菜和酵母。泛酸的RDA沒(méi)有很好的定義,成年男性、成年女性、妊娠期和哺乳期的推薦攝入量估計(jì)在5-7mg/天。尚未有報(bào)道稱大劑量的泛酸(10g/天)會(huì)產(chǎn)生不良反應(yīng)。
維生素B6(吡哆醇及其衍生物)
生理功能
維生素B6指的是三種天然化合物:吡哆醛、吡哆醇和吡哆胺。維生素B6在涉及碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪代謝的一系列代謝反應(yīng)中扮演輔因子的角色。5’-磷酸吡哆醛是維生素中生物活性最強(qiáng)的形式。
缺乏癥狀
缺乏維生素B6導(dǎo)致各種臨床異常,包括神經(jīng)紊亂和貧血;可見(jiàn)于慢性酒精中毒、糖尿病患者和乳糜瀉患者中,長(zhǎng)期接受異煙肼和青霉胺治療的患者也會(huì)發(fā)生這種情況。維生素B6依賴性癲癇患者的維生素B6水平也低于最佳水平,是由于吡哆醇轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)的障礙所致
吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)
人類從飲食和結(jié)腸微生物中獲取維生素B6。維生素B6的吸收是通過(guò)載體介導(dǎo)的吸收過(guò)程進(jìn)行的。目前還沒(méi)有關(guān)于所涉及的運(yùn)輸系統(tǒng)分子信息的報(bào)道。
來(lái)源與RDA
維生素B6的飲食來(lái)源包括肉類、全谷物產(chǎn)品、蔬菜和堅(jiān)果。成年男性、成年女性以及妊娠期期和哺乳期的RDA分別為2.0、1.6、2.1和2.1mg/天。過(guò)量服用維生素B6的不良反應(yīng)發(fā)生率相對(duì)較低,盡管已有少數(shù)病例報(bào)告了與步態(tài)和周圍感覺(jué)有關(guān)的感覺(jué)神經(jīng)病。
維生素B9(葉酸)
生理功能
葉酸是葉酸及其衍生物的總稱,葉酸化合物作為細(xì)胞一碳代謝的輔酶,合成胸腺嘧啶核苷和嘌呤,以及氨基酸的相互轉(zhuǎn)化。
缺乏癥狀
葉酸缺乏與巨幼細(xì)胞性貧血、神經(jīng)管缺陷、生長(zhǎng)遲緩、心血管疾病和某些類型癌癥的風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)。優(yōu)化葉酸體內(nèi)動(dòng)態(tài)平衡可以顯著降低神經(jīng)管缺陷的發(fā)生率。葉酸轉(zhuǎn)運(yùn)質(zhì)子偶聯(lián)葉酸轉(zhuǎn)運(yùn)體(PCFT)系統(tǒng)的突變干擾葉酸的正常生理和代謝,發(fā)生在遺傳性葉酸吸收不良綜合征(HFMS)患者、腸道疾病、長(zhǎng)期使用甲氧嘧啶、乙胺嘧啶等藥物的患者以及慢性酒精中毒患者中。
吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)
人類所需葉酸來(lái)源于飲食和大腸細(xì)菌,在人類中纖維攝入量與血清葉酸水平呈正相關(guān)。葉酸進(jìn)入人體細(xì)胞是通過(guò)一個(gè)特定的、可飽和的過(guò)程,涉及三個(gè)系統(tǒng):還原的葉酸載體、PCFT和葉酸受體系統(tǒng)。
來(lái)源與RDA
葉酸的飲食來(lái)源包括水果、強(qiáng)化谷物、蔬菜、乳制品和肝臟。成年男性、成年女性的RDA為400μg/天,妊娠期和哺乳期分別為600、500μg/天。雖然有少數(shù)病例觀察到過(guò)敏反應(yīng),但尚未有大劑量口服葉酸不良反應(yīng)的報(bào)道。
維生素B12(鈷胺)
生理功能
鈷胺以甲基鈷胺和腺苷鈷胺為輔酶,在丙酸、氨基酸的代謝和單碳交換反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用。
缺乏癥狀
固有因子缺乏的受試者(由于胃萎縮、先天性缺乏因子、全胃切除)、炎癥性腸病的受試者、純素食者、接受二甲雙胍治療的糖尿病患者、以及負(fù)責(zé)腸道和細(xì)胞攝取鈷胺的受體和蛋白質(zhì)遺傳缺陷的受試者均缺乏鈷胺。這種缺陷會(huì)導(dǎo)致巨幼細(xì)胞性貧血、神經(jīng)紊亂和生長(zhǎng)遲緩?赏ㄟ^(guò)非腸道注射或口服高藥理劑量的維生素來(lái)糾正。鈷胺的吸收受損常見(jiàn)于老年人,鈷胺吸收狀態(tài)較差的老年人患病率約為20%。
吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)
鈷胺是從動(dòng)物性食品中獲得的,首先從飲食結(jié)合蛋白中釋放出來(lái),然后與觸角蛋白結(jié)合,以保護(hù)其免受低胃酸的影響。在空腸中,觸角蛋白被胰腺酶降解,然后釋放的鈷胺與內(nèi)在因子結(jié)合。與固有因子結(jié)合的鈷胺隨后被特定的受體復(fù)合體CUBAM識(shí)別。
來(lái)源與RDA
肉類和微生物是鈷胺的主要來(lái)源,成年男性、成年女性、妊娠期和哺乳期的RDA分別為2.0、2.0、2.6和2.8μg/天。目前尚未有高劑量的鈷胺對(duì)人體產(chǎn)生重大毒性的報(bào)道。
維生素C(抗壞血酸、脫氫抗壞血酸)
生理功能
膳食中的維生素C以還原態(tài)的抗壞血酸(AA)和氧化態(tài)的脫氫-L-抗壞血酸(DHAA)存在。維生素C在各種關(guān)鍵的代謝反應(yīng)中起輔助作用,包括膠原、肉堿和兒茶酚胺的合成,以及多肽酰胺化和酪氨酸代謝,還參與維持鐵和銅等金屬離子的還原形式,并作為自由基的清除劑。AA在調(diào)節(jié)上皮細(xì)胞氯的分泌中起到了作用。將DHAA轉(zhuǎn)化為AA有助于保持低水平(無(wú)毒)的化合物。
缺乏癥狀
缺乏維生素C會(huì)導(dǎo)致多種臨床異常,包括壞疽、傷口愈合不良、血管運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定和結(jié)締組織疾病。
吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)
人類因缺乏L-古洛內(nèi)酯氧化酶不能合成維生素C,僅通過(guò)腸道吸收飲食來(lái)源的維生素C。細(xì)胞對(duì)AA的攝取和在腸道的吸收,涉及鈉依賴維生素C轉(zhuǎn)運(yùn)體1和2(VCT-1和SVCT-2)。DHAA在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)和腸道吸收,涉及葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體GLUT1、GLUT3和GLUT4。
來(lái)源與RDA
維生素C廣泛分布于水果(橙子、草莓、哈密瓜、葡萄柚、芒果)和蔬菜(西蘭花、卷心菜、辣椒、花椰菜)中,主要以AA形式存在(高達(dá)90%),其余部分以DHAA形式存在。隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)、暴露在空氣中和在水溶液中,這一比例可能會(huì)改變。成年男性、成年女性以及妊娠期和哺乳期的RDA分別為90、75、85和120mg/天。維生素C的毒性作用很小主要取決于攝入量?诜髣┝烤S生素C(3-5g)會(huì)引起腹瀉和腹脹,可能導(dǎo)致一過(guò)性高尿酸尿和草酸生成和排泄增加。
維生素H(生物素)
生理功能
在哺乳動(dòng)物中,生物素是許多羧基酶的輔因子,參與了脂肪酸的生物合成、糖異生以及某些氨基酸和脂肪酸的分解代謝。生物素還在調(diào)節(jié)癌基因的表達(dá)方面發(fā)揮作用。
缺乏癥狀
生物素缺乏會(huì)導(dǎo)致體孔周圍皮炎、脫發(fā)、結(jié)膜炎和神經(jīng)系統(tǒng)疾病。動(dòng)物研究表明,在懷孕期間,生物素缺乏可能導(dǎo)致先天性畸形和死亡。生物素缺乏和次優(yōu)水平發(fā)生在生物素酶缺乏的受試者、長(zhǎng)期服用抗驚厥藥物的患者、長(zhǎng)期腸外營(yíng)養(yǎng)的患者、長(zhǎng)期食用生雞蛋的患者、慢性酗酒者、妊娠期患者以及炎癥性腸病患者中。
吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)
人類從飲食和結(jié)腸細(xì)菌獲得生物素。在小腸和大腸中,生物素的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)是通過(guò)載體介導(dǎo)的攝取過(guò)程進(jìn)行的,該過(guò)程與泛酸和脂酸鹽共享,并涉及鈉依賴的多種維生素轉(zhuǎn)運(yùn)體。
來(lái)源與RDA
生物素廣泛分布在食品中,乳制品、肉(肝)、蛋黃和蔬菜是生物素的良好來(lái)源。生物素的相對(duì)攝入量沒(méi)有很好的定義,成年男性、成年女性以及妊娠期推薦的適當(dāng)攝入量估計(jì)為30μg/天,哺乳期的攝入量為35μg/天。每天大劑量口服200mg或靜脈注射20mg的生物素沒(méi)有不良反應(yīng)。
總結(jié)
水溶性維生素在眾多細(xì)胞和生理過(guò)程中都扮演著關(guān)鍵角色,缺陷可導(dǎo)致各種臨床異常,其兩個(gè)主要來(lái)源是飲食和腸道菌群。認(rèn)識(shí)水溶性維生素的生理學(xué)和病理學(xué)功能,能夠及時(shí)針對(duì)臨床癥狀進(jìn)行診斷和適當(dāng)?shù)闹委煛?/span>