维生素K2调节骨代谢的生物学研究回顾

　　维生素K(vitamin K，VK)是一类2-甲基-1，4-萘醌衍生物，1934年，由丹麦科学家 Henrik Dam发现的脂溶性维生素。天然维生素K包括维生素K1(PK)(2-甲基-3-植基-1，4 萘醌）和维生素K2（MKn，包括从MKI到MK14众多成员，N代表其侧链上异戊二烯残基数目）（2-甲基-1，4 萘醌）。维生素K1广泛存在于绿色蔬菜和动物内脏中，在体内的生物利用率较低，转化为维生素K2后发挥生理作用；而维生素K2是体内肠道细菌代谢的产物，在人体内可直接发挥生理作用，其主要生理活性以MK-7与MK-4为主，维生素K2通过低密度脂蛋白（LDL）输送，分布在肾、骨、生殖器及血管壁等组织，其在体内的生物利用率为维生素K1的2倍。

　　研究表明，维生素K2是一种人体必需的天然营养素，婴儿每日补充量为10~20μg，成人补充量为70~140μg。维生素K2除参与体内凝血功能外，与人体的许多生理功能有关，在骨代谢的多个环节中也具有重要作用，其调节骨代谢的机制错综复杂。

　　维生素K2对骨代谢调节的生理作用

　　在骨代谢调节过程中，维生素K2能够促进骨形成，抑制骨吸收，促进骨矿化，通过细胞、分子和基因等多个水平的调节，维持骨代谢平衡状态。

　　1、维生素K2促进骨形成作用

　　维生素K2可以通过多种途径提高成骨细胞活性，促进骨形成。

　　维生素K2是谷氨酸γ-羧化酶的辅酶，能够将维生素K依赖蛋白-骨钙素(osteocalcin OC；bone gla protein)和基质γ-羧化谷氨酸残基蛋白（MGP）中的谷氨酸残基羧化，形成羧基谷氨酸，使蛋白活化，从而具有生理活性。

　　成骨细胞（OB）合成的骨钙素经过羧化后形成γ-羧化骨钙素，对钙具有独特的亲和力及结合活性，与Ⅰ型胶原蛋白结合，形成网络支架，为钙盐沉积提供场所，促进骨矿化。而非羧化骨钙素( ucOC)不能结合钙，研究发现，维生素K2能显著增加OC水平、减少ucOC的水平，充足的维生素K2可确保血液中钙在骨骼上有效沉积与矿化。有学者建议将血液中ucOC 或ucOC /OC 的比值或血浆中维生素K2的含量作为衡量骨代谢（骨形成）、判定骨质疏松及骨健康的“金标准”。

　　MGP依赖维生素K2进行活化，是机体组织钙化抑制剂，在骨发育和骨代谢调节中起重要作用，可调节软骨代谢，抑制软骨矿化，将人体中的钙带到正确的靶组织器官。

　　研究发现，维生素K2可以通过结合类固醇及异质物受体（steroid and xenobiotic reeeptor，SXR），上调成骨和细胞外基质相关基因母系蛋白2（Matn2）、Tsk、分化抗原CD14 和肌节同源框基因（Msx2）等的表达，增加骨细胞外胶原蛋白聚集；诱导成骨细胞生成，促进成骨细胞活化；抑制Fas在OB上的表达，抑制OB凋亡，维持OB数量，促进骨形成。

　　维生素K2也可通过蛋白激酶A(phosphorylation of proteinkinase A, PKA)磷酸化途径，诱导成骨细胞GDF15和CTC2基因的表达，增强OB功能，促进骨形成。

　　此外，维生素K2可促进骨髓间充质干细胞（bone marrow stromal cells，BMSC）和成骨前体细胞（MC3T3-E1） 碱性磷酸酶（ALP）、OC的表达，从而促进骨形成。

　　2、维生素K2抑制骨吸收作用

　　维生素K2不仅可以促进骨形成，还可通过多种方式抑制破骨细胞活性，减少骨吸收，从而调节骨代谢。维生素K2主要通过以下几种途径抑制骨吸收：①维生素K2可以抑制前列腺素2(PEG2)合成和环氧化酶2(COX-2)的表达，抑制破骨细胞。②抑制破骨细胞上组织蛋白酶K的mRNA表达，抑制组织蛋白酶溶解骨基质。③抑制破骨细胞分化因子-核因子κB(NF-κB)的活化，下调NF-κB配体受体(RANKL)表达，抑制破骨细胞的形成及破骨细胞介导的骨吸收。④维生素K2可特异性地诱导破骨细胞凋亡。⑤减少骨吸收因子白细胞介素-1(IL-1)、白细胞介素-6(IL-6)等的活化，抑制由IL-1所致的PEG2的合成、分泌，从而抑制骨吸收。

　　维生素K2 通过促进成骨细胞生成、提高成骨细胞活性及抑制破骨细胞生成、下调破骨细胞活性、促进破骨细胞凋亡的双向作用调节骨代谢，从而达到提高骨密度、增加骨强度、促进骨矿化、维持骨健康的作用，对治疗骨质疏松及降低骨折风险具有重要作用。自1960 年，Bouckaert 等报道维生素K除凝血功能外，能够改善兔的骨折愈合、促进骨痂形成及骨矿化以来，越来越多的学者关注维生素K2调节骨代谢、防治骨质疏松的研究，并进行了大量的动物实验与临床试验。

　　维生素K2的动物实验研究

　　Iwamoto等研究发现，维生素K2能促进大鼠皮质骨矿化，对激素引起的骨量丢失具有一定的保护作用，促进骨形成，抑制骨吸收。Yamaguchi等研究发现，加入含维生素K2食物饲养后的大鼠股骨干、干骺端组织，成骨细胞DNA含量、BALP活性、骨钙素含量均高于对照组，维生素K2加快成骨细胞生长，促进骨形成。Tabb等对大鼠的实验研究证实，维生素K2能够通过SXR通路，提高血清骨保护素(OPG)、碱性磷酸酶(ALP)等骨形成指标水平，促进骨形成。

　　Shimizu 等研究发现，谷氨酰胺γ-羧化酶抑制剂华法林会明显降低大鼠股骨机械强度、下调大鼠血清羧化骨钙素水平，应用维生素K2可以提高大鼠血清骨钙素水平、明显改善大鼠骨折愈合及股骨机械强度。陈良的实验研究显示，维生素K2能改善去卵巢大鼠骨组织胶原蛋白纤维的数量与质量，加速OC的γ羧基化，提高骨小梁密度，改善大鼠股骨的生物力学性能。杨东研究发现，维生素K2可以维持去卵巢大鼠腰椎及股骨的骨密度，对血管和血脂无不利影响，与维生素D3合用，效果更明显。

　　Urayama与Iwamoto等的研究均发现，维生素K2可以通过抑制功能性Fas在成骨细胞表面的表达，降低Fas 配体(FasL)cDNA 转化体对成骨细胞的毒性，抑制成骨细胞凋亡，维持成骨细胞的数量。

　　Yamaguchi等研究发现，破骨细胞培养时，加人维生素K2后，蛋白激酶C表达量下调，破骨细胞形成受到抑制。

　　维生素K2的临床试验研究

　　近年来，国内外多项临床试验研究表明，维生素K2可以增加骨密度，降低骨折发生率。

　　Shiraki等对维生素K2治疗骨质疏松的研究发现，维生素K2能显著提高患者血清γ-羧化骨钙素的水平，有效预防骨折的发生。Inoue等对长期应用激素治疗的儿童加用维生素K2发现，维生素K2可使血清羧化骨钙素水平升高，血清ucOC 水平降低，腰椎BMD提高。O’Connor等对丹麦健康女童维生素K2水平调查结果也显示，良好的维生素K2水平可促进儿童骨量增加。

　　Shiraki等研究发现，对骨质疏松症患者每天给予维生素K2补充治疗两年，患者腰椎骨密度明显高于对照组，椎体骨折发生率明显低于未治疗组。

　　Cockayne等对多个随机对照研究进行meta分析，证实维生素K2可以减少骨量丢失，降低骨折风险。

　　Ushiroyama等对绝经后女性进行为期一年的临床试验研究发现，单纯补充维生素K2、或维生素K2与维生素D3联合应用，均可明显提高受试者尿中羧化OC水平，增加骨密度，预防绝经后骨质疏松性骨折的发生。Je等的研究显示，对韩国60岁以上绝经后女性联合应用维生素K2、维生素D3、钙治疗后，患者ucOC水平显著下降，骨骼强度改善，骨密度升高，骨折发生率降低。

　　Hirao等对绝经后骨质疏松患者同时服用阿仑膦酸钠和维生素K2治疗，与单独给予阿仑膦酸钠治疗的患者比较，结果显示，联合应用维生素K2的绝经后骨质疏松患者血清羧化骨钙素、腰椎与股骨颈骨密度均增加，ucOC水平显著下降，而单独服用阿仑膦酸钠的患者血清羧化骨钙素水平无变化，表明，维生素K2可与双膦酸盐等药物联合应用，治疗骨质疏松。

　　维生素K2与骨质疏松

　　综合国内外现有的基础研究、动物实验和临床试验研究，维生素K2在骨代谢调节过程中发挥重要作用。维生素K2可以促进骨形成、抑制骨吸收、促进骨矿化，提高骨质量和骨强度，是预防骨质疏松的良好营养补充剂，对于多种原因造成的骨质疏松及其并发症具有治疗作用，有望成为新一代抗骨质疏松药物。同时维生素K2能够减少骨质疏松患者因骨量流失导致的腰背酸痛，降低骨折风险，促进骨折愈合，维持骨骼健康。

　　有研究表明，维生素K2亚临床缺乏在骨质疏松患者中普遍存在，维生素K2缺乏是骨质疏松及骨折的独立危险因素。

　　在临床应用中，维生素K2具有良好的生物安全性、不良反应少、毒副作用小等优点。动物实验及临床试验均肯定了维生素K2与维生素D3、双膦酸盐类药物等联合使用的协同作用，其防止骨丢失、改善骨的机械性能作用，效果优于单一用药。对于骨质疏松症的预防治疗具有重要临床意义。