Найбільш значущими подіями 60-80-х років XX століття слід вважати відкриття та вивчення дії метаболітів вітаміну D, а також оцінка забезпеченості різних груп населення вітаміном D. Так, у 1966-1967 роках було встановлено наявність полярних метаболітів вітаміну D3 в організмі, які мали вищою біологічної активністю, ніж вихідний вітамін. У 1973 р. синтезовано високоактивний аналог вітаміну D - альфакальцидол. Під керівництвом Holick M. у 1997 р. виділено активний метаболіт вітаміну D3 – 1,25-дигідроксивітамін D3.
Вітамін D утворюється в шкірі під впливом УФО або надходить з їжею, потім відбувається ланцюг метаболічних процесів з утворенням активних метаболітів вітаміну D, які спільно з паратиреоїдним гормоном та кальцитоніном забезпечують регуляцію обміну кальцію та фосфатів – так звану класичну дію вітаміну D. Зменшують синтез вітаміну D життя у високих широтах (ближче до полярних регіонів), особливо в зимові місяці, високий рівень забруднення атмосфери, щільне покриття землі хмарами, закрита одягом шкіра, використання сонцезахисного крему та смаглявого типу шкіри.
В даний час спостерігається значна еволюція знань про вітамін D, уточнені метаболічні шляхи та нові рецепторно-опосередковані механізми імунологічної дії (антиканцерогенна, імуномодулююча, протизапальна та ін.). Завдяки дослідженням багатьох наукових груп (De Luca, M. Holick, М. Pettifor та ін.) останні десятиліття істотно змінилися ставлення до ролі вітаміну D в організмі. Так, показано, що активні метаболіти вітаміну D впливають на численні фізіологічні процеси. Встановлено, що низький рівень забезпеченості вітаміном D високо асоційований із ризиком розвитку інфекційних (гострі респіраторні вірусні інфекції, туберкульоз), серцево-судинних (артеріальна гіпертензія, серцева недостатність), хронічних запальних (хвороба Крона, целіакія), алергічних (бронхіальна астма), аутоімунних (розсіяний склероз, цукровий діабет 1-го типу, псоріаз) та різноманітних неопластичних захворювань (рак молочної залози, рак прямої кишки, рак простати). Таким чином, визнано, що вітамін D перетнув межі метаболізму кальцію та фосфатів і став фактором забезпечення найважливіших фізіологічних функцій
Досягнуто значних успіхів у вивченні метаболізму вітаміну D в організмі, механізмів та шляхів реалізації його біологічних ефектів. До групи вітаміну D належить шість стеринів (вітаміни D1, D2, D3, D4, D5 та D6). Ключову роль в організмі людини грають два з них: вітамін D2 – ергокальциферол та вітамін D3 – холекальциферол. Це близькі за хімічною структурою що мають подібні етапи метаболізму сполуки. Вони є кристалами без кольору і запаху, стійкі до впливу високих температур, нерозчинні у питній воді і добре розчинні у жирах і органічних сполуках. У вигляді попередників можуть надходити в організм людини як жиророзчинний компонент рослинної (ергостерол) або тваринної (7-дигідрохолестерол) їжі і піддаватися всмоктуванню разом з жирами в тонкій кишці.
Вітамін D2 - ергокальциферол (рис. 1) утворюється в клітинах рослин з ергостеролу. Основні джерела ергокальциферолу - риба, молоко, а також хліб та гриби. Вітамін D2, що надходить в організм з їжею, всмоктується в тонкому кишечнику, обов'язково в присутності жовчі, далі включається до складу хіломікронів і транспортується лімфатичною системою у венозний кровотік, потім проходячи аналогічні з холекальциферолом етапи метаболізму. Для його нормального всмоктування потрібна присутність у їжі достатньої кількості жиру. Порушення секреції жовчі при захворюваннях печінки та жовчовивідних шляхів суттєво ускладнює всмоктування вітаміну в кишечнику. Ергокальциферол доступний також у формі різних лікарських препаратів, проте виявляє вкрай малу вітамінну активність, у зв'язку з чим практично не застосовується.
Вітамін D3 - холекальциферол (рис. 2) утворюється в мальпігієвому та базальному шарі епідермісу шкіри з 7-дегідрохолестеролу (превітамін D) в результаті неферментативної, залежної від ультрафіолетового світла, з довжиною хвилі 290-315 нм, реакції фотолізу. Активність процесу знаходиться у прямій залежності від інтенсивності опромінення та у зворотній — від ступеня пігментації шкіри. В епідермісі холекальциферол зв'язується з вітаміном D-зв'язуючим білком і 70% його з кровотоку надходить у печінку, а інша частина надходить у жирові клітини, де формується депо вітаміну D. Показано, що при впливі сонячних променів на шкіру людини в одній еритемній дозі, вміст вітаміну D3 в крові збільшується так само, як після прийому внутрішньо 10 000 МО вітаміну D3. Однак розвиток гіпервітамінозу D при тривалій інсоляції не відбувається завдяки блоку надходження надлишку вітаміну D зі шкіри в кровотік і трансформації його в неактивні сполуки. З віком вміст 7-дегідрохолестеролу в епідермісі знижується, відповідно, синтез вітаміну D3 зменшується і після 65 років його рівень зменшується більш ніж у 4 рази.
Незважаючи на те, що форма D3 має більшу метаболічну активність, а тому більш значуща для людини, все ж коректніше говорити про обмін вітаміну D в цілому. Сам по собі вітамін D біологічно неактивний, реалізація його біологічних ефектів можлива лише після метаболічних перетворень у печінці до 25-гідроксивітаміну D (25(OH)D, або кальцидіолу) та в нирках до 1,25-дигідроксивітаміну D (1,25(OH) )2D, або кальцитріолу), який є кінцевим та найактивнішим метаболітом вітаміну D, а за специфікою своєї дії прирівнюється до гормонів (D-гормон). Це стероїдний гормон з ендокринним, паракринним та аутокринним ефектом.
Таким чином, основні процеси біотрансформації вітаміну D відбуваються у шкірі, печінці та нирках (рис. 3).
На першому етапі метаболізму вітамін D комплексується з вітамін-D-зв'язуючим білком (VDBP) та альбуміном і транспортуються до печінки. Далі в купферівських клітинах печінки під впливом мембранного ферменту сімейства цитохрому P450 25-гідроксилази (CYP3A4) холекальциферол та ергокальциферол шляхом гідроксилювання перетворюються на перший активний метаболіт - 25(ОН)D (25-гідроксивітамін D-кальциди). У дослідженнях останніх років щодо ідентифікації ферментів, що здійснюють реакції гідроксилювання вітаміну D3 до 25(OH)D3, показано, що у цій реакції задіяні також ізоферменти цитохрому P-450: CYP2C9 та CYP2D6. 25(ОН)D є основним циркулюючим метаболітом вітаміну D, період його життя становить близько 3 тижнів. Концентрація цього метаболіту у здорових людей знаходиться в межах 15-40 нг/мл, підвищуючись влітку. завдяки інсоляції до 25-40 нг/млі знижуючись взимку та ранньою весною до 15-25 нг/мл. Зменшення цього метаболіту до 10 нг/мл свідчить про маргінальну забезпеченість організму вітаміном D і дозволяє говорити про D-дефіцит. Рівень 5 нг/мл та нижче відповідає стану D-авітамінозу. Відомі захворювання, при яких порушується утворення 25(ОН)D - це хвороби печінки, генетично детерміноване зниження або блок активності α-гідроксилази при призначенні лікарських препаратів (люмінал та інші протисудомні препарати, глюкокортикоїди), що конкурують за зв'язок з конвертуючим ферментом. Таким чином, можуть виникати умови для ендогенного дефіциту вітаміну D навіть за його достатнього екзогенного надходження в організм. Всмоктування вітаміну D істотно залежить від наявності інших нутрієнтів.
25-гідроксихолекальциферол вважається найбільш точним індикатором рівня вітаміну D. Це пов'язано з тим, що 25(OH)D характеризується тривалим періодом напіввиведення (близько 3 тижнів). Рівень 25(OH)D відображає швидкість накопичення як ендогенного, так і екзогенного вітаміну D. Крім того, синтез 25(OH)D у печінці переважно регулюється субстратом, тобто неактивною формою вітаміну D, і меншою мірою схильний до гуморальних впливів. Переважна кількість метаболітів вітаміну D циркулює в крові у зв'язаному з VDBP стані і лише дуже невелика його частина (0,02-0,05% 25(OH)D та 0,2-0,6% 1,25(OH)2D) залишається вільною. Концентрація не пов'язаних з білком метаболітів вітаміну D підтримується на досить стабільному рівні навіть при захворюваннях печінки та зниженні продукції вітамін D-зв'язуючого білка і тому не є достовірним індикатором вмісту вітаміну D в організмі. У зв'язку з цим рівень вітамін-D-зв'язуючого білка у сироватці крові може бути маркером фізіологічних та патологічних змін під час вагітності, при захворюваннях печінки, нефротичному синдромі тощо.
Приблизно 90-95% 25(ОН)D тісно пов'язані зі специфічним α-глобуліном - вітамін-D-зв'язуючим білком (VDBP), який у свою чергу пов'язаний із сироватковим альбуміном. У людини виділено 3 основних циркулюючих варіанти VDBP (Gc1F, С2 і Gc1S), які відрізняються їх спорідненістю до 25(OH)D. Частота їхнього поліморфізму відрізняється в осіб різних народностей і етносів. Так, варіант Gc1F частіше зустрічається в осіб з африканським родоводом. У чорних американців встановлено переважання високоафінного Gc1F фенотипу з високою спорідненістю, причому у гомозигот рівень VDBP становив лише половину концентрації у білих, у яких переважав варіант Gc1S. Чорношкірі мають нижчі рівні 25(ОН)D, їм частіше ставлять діагноз дефіцит вітаміну D, але в порівнянні з білими вони мають більш високу мінеральну щільність кісткової тканини та нижчий ризик переломів.
На другому етапі метаболізму за допомогою транспортних білків (VDBP) 25(OH)D3 переноситься до нирок (рис. 4). Комплекс 25(OH)D3/VDBP взаємодіє з ендоцитозними рецепторами клітин проксимальних канальців — мегаліном та кубиліном, які реабсорбують 25(OH)D3 із клубочкового фільтрату. На цьому етапі метаболізму 25(OH)D3 гідроксилюється в нирках за допомогою мітохондріального ферменту сімейства цитохрому P450 1a-гідроксилази (CYP27B1) і 24-гідроксилази до біологічно високоактивного метаболіту кальцитріолу (1,25(OH)2D і 2D ).
За сучасними уявленнями, 1,25(ОН)2D — це гормон, який за своєю активністю в 10-100 разів (за різними даними) перевищує активність 25(ОН)D. Показано, що основна частка 1,25(OH)2D в людини синтезується в проксимальних канальцях нирок, але деяка частина синтезується в різних типах клітин, які експресують CYP27B1. Є численні докази того, що в імунних, епітеліальних клітинах організму, кістковій тканині, ендотелії судин, паратиреоїдних залозах, слизовій оболонці кишечника 25(ОН)D3 конвертується в 1,25(ОН)2D3 за допомогою ізоферменту цитохрому Р-450 CYP27В1. Передбачається, що ренальна продукція 1,25(ОН)2D3 спрямована на здійснення «класичних» функцій вітаміну D, а екстраренальна на реалізацію інших біологічних ефектів, на сьогоднішній день є предметом численних досліджень. Вважається, що додатковий шлях, але локальної корекції метаболізму цього вітаміну, реалізується через здатність багатьох клітин і тканин здійснювати паракринну секрецію кальцитріолу за рахунок активності 25(ОН)D-1α-гідролази.
Таким чином, 25(ОН)D є транспортною формою вітаміну D, а 1,25(ОН)2D — його гормональною формою, механізм дії якої аналогічний класичній дії стероїдних гормонів. Дані про фізіологічну роль 24,25(ОН)2D суперечливі, відомо, що він має деякі властивості гормону. Вважається, що його освіта - головний спосіб катаболізму та екскреції похідних вітаміну D в організмі, тобто. це шлях детоксикації надлишкової кількості вітаміну.
