专栏 | 历时9年,维生素D家族的系统研究
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本期内容:
维生素D家族的临床意义和检测方法探讨
北京协和医院检验科多年的系统性研究
维生素D的家族成员
日常生活中我们经常听到维生素D,几乎是维生素中耀眼的明星,简直就是成功跨界维生素和激素圈的*!
其实维生素D的家族非常庞大,还有诸多家族成员可能大家都很少听过,北京协和医院检验科对维生素D家族做了全面的研究和探讨。今天就让我们近距离来解读维生素D家族及他们的作用。
(注:排名按照体内代谢通路的先后顺序)
01
大哥——维生素D
维生素D包括维生素D3和维生素D2两种形式。皮肤中的7-脱氢胆甾醇受到日光照射后,经由维生素D3前体转化成维生素D3;另有一小部分维生素D3可通过食用动物性食品而直接摄入。维生素D2不能由机体自主合成,但可通过对一些植物性或菌类食物的摄取来补充。
图1. 维生素D的化学结构(图片来源于维基百科)
02
二哥——25-羟基维生素D
机体内维生素D2和D3的代谢方式一致,他们与维生素D结合蛋白(DBP)结合,在肝脏中进一步代谢,产生25-羟基维生素D(25(OH)D)。
03
双胎三哥——1,25-双羟基维生素D,
24,25-双羟基维生素D
25(OH)D在近端肾小管中,1位进一步羟基化,产生具有激素性质的1,25-双羟基维生素D(1,25(OH)2D);25(OH)D在肾24-羟化酶(CYP24A1 )的作用下,产生24,25-双羟基维生素D(24,25(OH)2D),双胞胎的性格竟然迥异,这位几乎不与维生素D受体(VDR)亲和。
04
四弟——1,24,25-三羟基维生素D
在肾24-羟化酶(CYP24A1 )的作用下, 1,25(OH)2D进一步羟基化产生1,24,25-三羟基维生素D(1,24,25(OH)3D),四弟也比较有个性,几乎不与维生素D受体(VDR)亲和。
05
影子兄弟——C3异构化的维生素D兄弟
上述所有兄弟们(代谢产物)都有C3异构化的倾向,异构化之后性情大变,与VDR和DBP的亲和力降低,和原来的兄弟们(非异构化状态)相比,活性也降低,真是自由的影子们。
图2. 维生素D在体内的代谢途径(图片来源于维基百科)
维生素D家族成员的临床意义
五兄弟在体内互助友爱,但有时也会有竞争。
大哥维生素D
在维持钙磷浓度稳定中发挥重要作用,他的缺乏会导致儿童佝偻病及成人软骨病等。体循环中的大哥维生素D主要有3种存在形式:约85%-90%的维生素D与维生素D结合蛋白(DBP)结合;10%-15%与白蛋白(Alb)结合;仅有少于0.1%的维生素D以游离形式存在 。其中,与白蛋白结合型和游离型又被称为“生物可利用型”,各型态在体内会迅速变身为其他兄弟形式,非常难以检测。
二哥25(OH)D——反映维生素D状态的
优质指标
25(OH)D是血清总25(OH)D为25(OH)D2与25(OH)D3之和,是大哥的主要循环代谢物,体内含量较高(ng/ml),易于检测。机体中总维生素D水平会受到机体肝、肾功能,激素水平,不同种族等多因素影响。在建立检测参考区间时,须综合考虑上述因素。
而血清中游离25(OH)D水平则不易受到上述因素影响。游离激素假说认为:与血清中总25(OH)D相比,以游离或生物可利用的25(OH)D作为维生素D功能标志物更有意义。其水平更能准确反映机体是否缺乏维生素D 的状态。
双胎三哥之一1,25(OH)2D——
*明确的具生物学活性代谢产物
1,25(OH)2D是维生素D的具有生物学活性代谢产物,其合成代谢受到多重因子的严格调控,即便在机体表现出维生素D缺乏的不良反应时,1,25(OH)2D水平也被严格控制在限制范围内。但仍存在一些疾病会扰乱维生素D 代谢产生1,25(OH)2D,使1,25(OH)2D的浓度超出正常范围,而通常25(OH)D浓度水平不会变化。
所以对1,25(OH)2D的有效检测,可以对这些疾病进行鉴别诊断:
(1)1α羟化酶缺乏症的判定;
(2)判定低血磷综合征是否由成纤维细胞生长因子(FGF23)介导;
(3)揭示维生素D抗性佝偻病,早发性佝偻病等;
(4)预防骨骼疾病并发症。
双胎三哥之二24,25(OH)2D——
有些神秘的三哥
到目前为止,有关24,25(OH)2D的生理活性作用,以及是否存在特异的受体,始终没有明确的认识。
有相关研究表明,25(OH) D/24,25(OH)2D比值是维生素D分解代谢的明确标志物,该比值的升高也可作为维生素D缺乏的潜在指标,用以预测维生素D的补充效果。
同时,该比值还可用来鉴别CYP24A1突变继发性高钙血症患者,如特发性婴儿高钙血症(IIH),一种罕见的遗传性疾病。
此外,有文献报道,高水平的24,25(OH)2D和较高的25(OH)D/24,25(OH)2D比值与较低的髋部骨折风险相关,尽管25(OH)D本身与髋部骨折无关。
还有一些隐世高手——其他代谢物
除了25(OH)D、1,25(OH)2D和24,25(OH)2D之外,还有更多的维生素D家族成员(代谢物)被发现,但这些代谢物很少被检测。以目前的技术水平,许多浓度低于1,25(OH)2D浓度水平的代谢物无法被量化,而这些代谢物对疾病诊断的意义也仍然难以解释。然而,未来的研究可能会找到检测和使用这些代谢物的方法,为临床诊断提供新的指标工具。
北京协和医院检验科利用液相色谱串联质谱法(LC-MS/MS)进行维生素D家族历时9年的检测研究
1. 二哥——25(OH)D
二哥——25(OH)D的检测方法中有两种占主导地位:自动免疫测定法和液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)。在健康个体中,这些检测方法有很好的相关性,然而在患者组中,25(OH)D的不同检测方法间存在一定的偏差。
表1. 25(OH)D的主流检测方法
北京协和医院检验科在质谱系统上建立了一种快速检测血清中24,25(OH)2D2, 24,25(OH)2D3, 25(OH)D2, 和 25(OH)D3水平的LC-MS/MS方法,能够有效区分非活性的C3差向异构体。实验者对23,695例样本(2015-2017年)中25(OH)D2 和 25(OH)D3含量进行统计学分析,阐述分别检测25(OH)D2 和 25(OH)D3的必要性。(表3中文献编号1, 2, 3, 4, 6, 7)
2. 游离二哥——游离型25(OH)D
目前,游离型25(OH)D的检测可以分为直接检测法和间接计算法两种。
表2. 游离型25(OH)D的不同检测方法
北京协和医院检验科采用超滤法对血清进行前处理,针对血清中游离25(OH)D3建立了一种基于LC-MS/MS技术的直接检测方法。并对300余例老年人体内游离25(OH)D3含量,比较了其与总25(OH)D3、肝、肾功能的相关性。(表3中文献编号11)
3. 双胎三哥之一——1,25(OH)2VD
1,25(OH)2VD体内浓度较低(pg/ml),对检测平台要求相对较高。北京协和医院检验科在质谱系统上建立了一种快速检测血清中1,25(OH)2D2和1,25(OH)2D3水平的LC-MS/MS方法。该方法前处理简单,灵敏度高,满足相关方法学验证要求。(表3中文献编号5)
4. 双胎三哥之二——24,25(OH)2VD
目前,尚无免疫学方法可以实现对24,25(OH)2VD的检测。24, 25(OH)2D3的浓度约为25(OH)D浓度的10%-15%。国内外学者建立了24,25(OH)2VD检测的质谱方法。
北京协和医院检验科在质谱系统上建立了一种快速检测血清中24,25(OH)2D2和24,25(OH)2D3水平的LC-MS/MS方法。该方法准确可靠,且能够有效区分C3差向异构体。对中国6个不同省市的1211例样本中24,25(OH)2VD水平及25(OH)VD/24,25(OH)2VD比值进行评估。比较了不同性别,年龄,区域对于该结果的影响。(表3中文献编号8, 9, 10)。2022年,再次发表文章建立了一个稳健的可同时进行十种维生素D及其异构体检测的方法(包括 25(OH)D, 1.25(OH)2D, 24,25(OH)2D 及其3位异构体等)(表3中文献编号12)。
北京协和医院检验科质谱平台介绍
北京协和医院检验科成立于1958年,是中国医学科学院·北京协和医学院检验学系所在地。于2008年通过国家合格评定认可委员会组织的专家评审并获得ISO15189认可证书;于2014年通过美国临床病理家学会(CAP)的实验室认可;近十余年来承担了自然科学基金、科技部,卫生部公益行业基金,世界卫生组织等多项科研项目。
北京协和医院检验科关注学科发展方向,着力打造临床质谱平台。2012年9月,由国家临床重点专科建设项目支持,引进了第一台液相色谱串联质谱(LC-MS/MS),之后在医院的大力扶持下,又先后购置了一台ICP-MS和两台LC-MS/MS,不断扩展临床服务项目,满足临床疑难杂症及精准诊断的需求,并发表了数篇LC-MS/MS技术相关文章。
表3. 协和检验历时9年发表维生素D家族相关文章列表
及内容释义(按发表时间排序)
文末寄语
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主要参考文献:
[1] Dirks, Niek F., et al. "The when, what & how of measuring vitamin D metabolism in clinical medicine." Nutrients 10.4 (2018): 482.
[2] Deeb, Kristin K., Donald L. Trump, and Candace S. Johnson. "Vitamin D signalling pathways in cancer: potential for anticancer therapeutics." Nature reviews cancer 7.9 (2007): 684-700.
[3] Bikle, Daniel D., Sofie Malmstroem, and Janice Schwartz. "Current controversies: are free vitamin metabolite levels a more accurate assessment of vitamin D status than total levels?." Endocrinology and Metabolism Clinics 46.4 (2017): 901-918.
[4] Tsuprykov, Oleg, et al. "Why should we measure free 25 (OH) vitamin D?." The Journal of steroid biochemistry and molecular biology 180 (2018): 87-104.
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