维生素K

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維他命K指的是食物中結構相似於脂溶性維他命的一種物質,那是萘醌基的衍生物2-甲萘醌,具疏水性,它是一些特定蛋白質轉譯後所必需的,尤其是血液凝固中必備的蛋白質,並作為膳食補充劑銷售[1]人體某些蛋白質的需要維他命K作為合成後修飾以作血液凝血(K來自「凝血(koagulation)」一詞),或用於控制骨骼中的和其他組織[2]。完全合成涉及通過使用維他命K作為輔因子的酶γ-谷氨酰羧化酶英语Gamma-glutamyl carboxylase對這些所謂Gla蛋白英语Gla domain進行的最終修飾。未羧化蛋白質的存在顯示著維他命K的缺乏。羧基化使它們能夠結合鈣離子(螯合物),否則它們將無法結合[3]。若沒有維他命K,血液的凝結會嚴重受損,並且會發生無法控制的出血。研究表明,維他命K的缺乏也可能削弱骨骼,潛在地導致骨質疏鬆症,並可能促進動脈和其他軟組織的鈣化[2][3][4]

维生素K
药物种类
Vitamin K structures.jpg
維他命K結構。
MK-4及MK-7都是維他命K2的亞型。
用途維他命K缺乏症英语Vitamin K deficiency, 華法林過量英语Warfarin#Overdose
生物目标γ-谷氨酰羧化酶英语Gamma-glutamyl carboxylase
ATC代码B02BA
外部链接
MeSHD014812
AHFS/Drugs.com医学百科

化學上,維他命K家族包括了2-甲基-1,4-萘醌(3-)衍生物。維他命K包括兩種天然維他命:維他命K1|維他命K2[3]。維他命K2依次由許多相關的化學亞型組成,它們的碳側鏈的長度由類異戊二烯英语Isoprene#isoprenoids原子組構成。研究最多的兩個是甲萘醌4(MK-4)和甲萘醌7(MK-7)。

維他命K1由植物製成,在綠葉蔬菜中含量最高,因為它直接參與了光合作用。它在動物中作為維他命具有活性,並具有維他命K的經典功能,包括其在凝血蛋白生產中的活性。動物還可以將其以MK-4(稱為甲萘醌)的形式將其轉化為維他命K2腸道菌群中的細菌也可以把維他命K1轉換為MK-4。MK-4以外的所有形式的維他命K2只能由細菌產生,而細菌在無氧呼吸英语Anaerobic respiration時會利用它們,因此缺乏維他命K是極為罕見的狀況,除非腸道有嚴重損傷。維他命K3(甲萘醌)及維他命K4是維他命K的人工合成形式,用於治療維他命K缺乏症,但是由於它會干擾穀胱甘肽的功能,因此不再使用這種方法[2]

定義编辑

維他命K是指這種維他命的幾種形式,即從食物中吸收的必需營養素和合成產物,以及作為多種維他命的一部分或作為單一維他命膳食補充劑作銷售,和用於特定用途的處方藥物[1]。所有維他命K的結構都相似:它們共享一個「」環,但碳尾部分的長度和飽和度,以及「側鏈」中重覆的異戊二烯單元數量也有所不同(如圖)。側鏈的長度影響脂質溶解度,因此輸送到不同的靶組織。維他命K1葉綠醌)主要在綠葉蔬菜中發現,例如菠菜莙薘菜萵苣,和甘藍蔬菜如羽衣甘藍花椰菜西蘭花抱子甘藍[1][5]。食物也可以是維他命K2(甲萘醌)的來源,根據類異戊二烯鏈的長度,其具有MK-4至MK-10的變體[3]。由細菌發酵大豆而製成的納豆是MK-7的豐富食物來源[6]。甲萘醌長鏈主要是來自細菌,其中包括人大腸中的細菌,並通過腸壁吸收。然而,某些動物組織會將維他命K1轉換為MK-4,因此動物來源食物也可能是維他命K2的來源[3]。在美國,維他命K1以及維他命K2的MK-4和MK-7變體作為膳食補充劑出售,每劑量從100-500微克。藥物用途是用於治療華法林過量或中毒[7],並作為對新生兒的預防性治療,以防止嬰兒出現維他命K缺乏症引起的出血後果[8]

物理性质编辑

 
維他命K1

維他命K1

  • 分子式:C31H46O2
  • 分子量:450.71 g/mol
  • 密度:0.97 g/cm3
  • 熔点:-20 °C
  • 沸点:140-145 °C
  • 外观:黄色油状
  • 溶解性:不溶於水,難溶於甲醇,可溶於其他各種有機溶劑。
 
維他命K2

維他命K2(MK-7)

  • 熔点:54 °C
  • 外观:黄色結晶
  • 溶解性:不溶於水,難溶於甲醇,可溶於其他各種有機溶劑。
  • 所有的K类维生素都抗热和水,但易遭酸、碱、氧化剂和光(特别是紫外线)的破坏
 
維生素K3

維他命K缺乏症编辑

均衡飲食通常不會出現維他命K缺乏症英语Vitamin K deficiency,健康的成年人很少會有原發性的缺乏症。新生嬰兒出現缺乏的風險增加。維他命K缺乏症患病率上升的人口中包括那些患有肝病的人,例如酗酒囊腫性纖維化炎症性腸病、或最近進行過腹部手術的人。繼發性維他命K缺乏症會發生於神經性暴食症患者、飲食嚴格的人,以及服用抗凝劑的人身上。其他與維他命K缺乏症有關的藥物包括水楊酸巴比妥類藥物頭孢孟多酯,儘管其作用機理尚未清楚。維他命K缺乏症已被定義為對維他命K具反應的低凝血酶原血症,會增加凝血酶原時間[4],因此可能導致出現一種出血性疾病—凝血病[2]。維他命K1缺乏症的症狀包括貧血瘀斑流鼻血及男女牙齦出血和女性月經大量出血。

冠狀動脈疾病跟維他命K2水平較低有關[9]。維他命K2(從MK-4到MK-10的甲基萘醌)的攝入量與嚴重主動脈鈣化和全因死亡率成反比[10]

食物來源编辑

葉綠醌廣泛分布於動物性和植物性食物中,柑橘類水果每100克含量少於0.1μg,牛奶含量為每100毫升1μg,菠菜、羽衣甘藍每100克含量為400μg。而大多數日常食物中都沒有甲萘醌,它在肝中每100克含量為13μg,某些乾酪每100克含量為2.8μg。維他命K於納豆中含量較高[11]

維他命K1编辑

食物(經烹煮) 份量 維他命K1含量 (μg)[1] 食物(新鮮) 份量 維他命K1含量 (μg)[1]
羽衣甘藍 12 265 香芹 14 246
菠菜 12 444 菠菜 1 杯 145
寬葉羽衣甘藍 12 418 寬葉羽衣甘藍 1 杯 184
莙薘菜 12 287 莙薘菜 1 杯 299
綠色的芥菜類蔬菜 12 210 綠色的芥菜類蔬菜 1 杯 279
綠色的蕪菁 12 265 綠色的蕪菁 1 杯 138
西蘭花 1 杯 220 西蘭花 1 杯 89
抱子甘藍 1 杯 219 苣蕒菜 1 杯 116
捲心菜 12 82 綠色捲心菜 1 杯 71
美國國立衛生研究院藥物營養相互作用小組臨床中心提供的「服用華法林(Coumadin)和維他命K時需要知道的重要信息」列表。[12]

對於獲處方華法林(一種維他命K對抗藥)的人士,儘管其中一些植物來源的維他命K1含量很高,醫學建議不要完全避免食用這些食物(也許羽衣甘藍和菠菜除外),而是要保持維他命K的攝入量盡可能一致,從而使維他命攝取與華法林的結合使抗凝活性保持在治療範圍之內[12]。對於植物中的維他命K,跟膳食補充劑中的維他命相比,在葉綠體中的類囊體膜緊密結合,無論是新鮮的還是經烹煮的,使其生物利用度會降低[3]

維他命K2编辑

維他命K2可於雞蛋,乳製品和肉類以及發酵食品如酸奶等中找到。以大豆發酵細菌製成的納豆是MK-7的豐富食物來源。

膳食建議编辑

美國醫學研究院(IOM)於1998年更新了維他命K的估計平均需求量(EARs)和建議攝取量(RDA)。IOM不能區分維他命K1與維他命K2 — 故兩者都列為維他命K。當時,尚未有足夠的資料來建立維他命K的估計平均需求量及建議攝取量。在諸如這些的情況下,委員會設定了足夠攝入量(AI),但知道日後會有更準確的資料以取代它。

年齡 每天所需份量(μg
12個月以下的嬰兒 2.0–2.5
1至18歲的兒童 30 - 75(隨著年齡的增長而增加)
懷孕期女性 90
哺乳期女性 90
19歲及以上的成年女性 90
19歲及以上的成年男性 120

對於安全性,IOM會在證據充分的情況下替維他命和礦物質設定可忍受的最高攝入量(UL)。維他命K並沒有可忍受的最高攝入量,因為有關高劑量的不良反應的人類數據並不足以制訂。總括來說,EAR、RDA、AI和UL稱為參考膳食攝取量[4]

歐洲食品安全管理局英语European Food Safety Authority(EFSA)把這些資料的集合稱為膳食參考值,以人口參考攝入量(PRI)取代RDA,並以平均需求量取代EAR。在美國,AI和UL的定義都是相同的。對於1-17歲的兒童,AI值會隨年齡增長每天從12μg增加至65μg[13]。日本把人們的AI值設定為男性每天75μg,女性每天65μg[14]。EFSA和日本的AI都低於美國的RDA。EFSA和日本也對安全性進行了審查,並與美國一樣得出結論,認為沒有足夠的證據確定維他命K的UL[14][15]

化學結構编辑

維生素K是一族類似結構的化合物,其共同有甲基化萘醌環,但是在3號位置上的烴側鏈則不同。葉綠醌(Phylloquinone。也稱為維生素K1)側鏈上具四個異戊二烯(isoprenoid)殘基,其中一個是不飽知的。甲萘醌(Menaquinone,維生素K2)側鏈上不飽知的異戊二烯鏈的數目不等,通常簡稱為MK-n,n代表異戊二烯鏈的數目。MK-4,5,7與維生素K1活性相等。MK-1只有維生素K1的1%活性,MK-10也只有30~49%的活性。甲萘醌(Menadione,維生素K3)是人工合成產物,但具有毒性。

生理學编辑

維生素K參與某特定的蛋白質中的穀氨酸的γ位置的羧化作用,這些γ-羧基谷氨酸(縮寫為Gla)參與鈣離子結合,而具 Gla殘基對活性是必需的蛋白質統稱Gla-蛋白質。目前,有14個人類的Gla-蛋白質被發現,它們參與以下生理作用:

  • 调节凝血蛋白质合成 凝血(凝血酶原(FactorⅡ),凝血因子Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ,C-蛋白质,S-蛋白质和Z-蛋白质);
  • 钙化组织中维生素K依赖蛋白质 成骨细胞合成3种维生素K依赖Gla蛋白质。骨質新陳代謝;
  • 血管;
  • 在大脑硫脂代谢中可能有作用

疾病中角色编辑

維生素K發生缺乏的原因是由於在腸中吸收被干擾(例如膽管阻塞)或由於治療或意外服用維生素K拮抗劑,而因營養缺乏引致維生素K缺乏症是很罕見的。由於維生素K的缺乏而使Gla 殘基不能或只部分生成,因此Gla蛋白質是不活化。以上提及的三個生理功能缺乏控制也許會導致:不可控制大出血風險、軟骨鈣化和嚴重變形的骨質生長、不可溶的鈣鹽沈積在動脈壁上。

新生兒維生素K缺乏编辑

新生兒有許多原因會造成維生素K缺乏。他們出生的時候可能會缺乏維生素K,原因是這種維生素不易從母體經由胎盤進入胎兒體內,經由母乳哺育提供的維生素K不足,而且胎兒腸道的產維生素K的細菌仍未進入,还有一个因素是肝脏未臻成熟,因此有些新生兒此維生素會很少。

發現编辑

在20年代晚期,丹麥科學家Henrik Dam研究以膽固醇量低飼料養雞觀察膽固醇的角色。幾個星期後,動物被開始有出血現象和開始流血。這些毛病不能以增加膽固醇量低飼料來恢復健康。似乎暗示某化合物與膽固醇一起從食物被提取出來,因外這種化合物稱凝血維生素。這個新的維生素以K標示是因為最初的發現在德國學報報告,德文便是Koagulations 維生素。聖路易士大學的Edward Adelbert Doisy 再加以研究,因比發現其結構及化學特性。Dam 和Doisy 在維生素K 的研究貢獻而同時分享1943 年醫學諾貝爾獎。Louis Fieser 是第一個成功以化學合成這維生素。

幾十年來,患維生素缺乏症的雞模型是定量測量各種食物中的維生素K的唯一方法 :小雞先被引起維生素K缺乏症,然後被餵食已知含量的維生素K 的食物。血液凝集被飲食恢復的程度被採用為其維生素K 含量指標。

1938年,Harry Pratt Smith,Emory Warner,Kenneth Brinkhous,and Walter Seegers 等在 University of Iowa病理系醫生報導第一個成功以維生素K治療因prothrombin 缺乏的黃疸病病人出血的致命危險。但當時維生素K 的精確作用尚未被發現。直到1974 年,Stenflo 等從服用大劑量的維生素K拮抗劑warfarin母牛中分離出維生素K-依賴的凝血酶原(Factor Ⅱ)。正常的凝血酶原含有10個不尋常的氨基酸殘基,且後來被確認為γ-羧化穀氨酸(Gla)。但從warfarin處理過的母牛分離之凝血酶原卻有正常穀氨酸,因此便稱為去羧基凝血酶原descarboxyprothrombin。額外羧基在Gla 上明顯的證明維生素K 作為將穀氨酸Glu轉換成Gla的羧化反應的角色。

Gla-蛋白質编辑

現在,人類的Gla蛋白質特性被了解已有一定程度:凝血因子Ⅱ(凝血酶原)、Ⅶ、Ⅸ和Ⅹ,C和S-抗凝血蛋白質和以凝血酶為標的Z-蛋白質、骨钙蛋白(骨Gla蛋白質)、鈣化抑制基質Gla蛋白質(matrix gla protein,MGP),細胞生長調控的特殊抑長基因6 蛋白質(Gas6)和當前功能仍未知的穿膜Gla蛋白質。Gas6可能透過活化Axl 接受器酪氨酸激酶和刺激細胞增生或防止細胞凋亡。在以上為人所知的例子中,Gla殘基的是功能必需的。

現已知Gla蛋白質存在於各種脊椎動物:哺乳動物、鳥、爬行動物和魚。一些澳大利亞蛇毒液便由活化人血凝結的系統。有些情況,活化作用由Gla蛋白質與磷酸質膜結合因此轉化前凝血因子(procoagulant)成活化態。

由無脊椎動物地紋芋螺(Conus geographus)產生的Gla蛋白是由芋螺毒素(conantokins)形成。這些蝸牛產生的神經毒素具有富含Gla的肽,而且足以殺害成年人。

參考文獻编辑

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 Fact Sheet for Health Professionals – Vitamin K. US National Institutes of Health, Office of Dietary Supplements. June 2020 [2020-08-26]. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 Vitamin K. Corvallis, OR: Micronutrient Information Center, Linus Pauling Institute, Oregon State University. July 2014 [20 March 2017]. 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 BP Marriott; DF Birt; VA Stallings; AA Yates (编). Vitamin K. Present Knowledge in Nutrition, Eleventh Edition. London, United Kingdom: Academic Press (Elsevier). 2020: 137–54. ISBN 978-0-323-66162-1. 
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 Institute of Medicine (US) Panel on Micronutrients. Vitamin K. Dietary Reference Intakes for Vitamin A, Vitamin K, Arsenic, Boron, Chromium, Copper, Iodine, Iron, Manganese, Molybdenum, Nickel, Silicon, Vanadium, and Zinc. National Academy Press. 2001: 162–196. ISBN 978-0-309-07279-3. PMID 25057538. doi:10.17226/10026. 
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  • Dam H. The antihemorrhagic vitamin of the chick. Occurrence and chemical nature. Nature 1935;135:652.
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外部連結编辑