D-vitamiinin metabolia elimistössä

D-vitamiinin lähteitä ovat endogeeninen synteesi ja ravinto. Ihmisen ihon epidermiksessä syntyy ultraviolettivalon (UVB) vaikutuksesta 7-dehydrokolesterolista kolekalsiferolia eli D3-vitamiinia. Kolekalsiferolin lähteitä ravinnossa ovat esimerkiksi rasvainen kala, maksa, munankeltuainen sekä vitmainoidut maitovalmisteet. Lisäksi kasvi- ja sieniravinto sisältää pieniä määriä ergokalsiferolia eli D2-vitamiinia, jota muodostuu niissä vastaavasti UVB:n vaikutuksesta ergoferolista. Ergokalsiferoli on myös tavallinen muoto D-vitamiinilisissä.

D3- ja D2-vitamiini eroavat kemiallisesti sivuketjun rakenteelta (7). Ihossa syntetisoitu kole-kalsiferoli kulkeutuu plasmassa maksaan D-vitamiinia sitovaan globuliiniin (DBP) sitoutu-neena. Ravinnosta tai vitamiinilisästä saatu kole- tai ergokalsiferoli absorboituu muiden ras-vojen mukana ja kulkeutuu kylomikroneissa verenkierron mukana maksaan, missä DBP va-pauttaa sen. Biologisesti aktiivisen eli hormonina toimivan D-vitamiinin muodostuminen edellyttää kaksivaiheista aktivaatiota. Maksan CYP2R1- eli 25-hydroksylaasientsyymi ka-talysoi hydroksylaatiota 25(OH)D3-vitamiiniksi eli kalsidioliksi suurimmalla affiniteetilla.

Vähäisempi rooli 25-hydroksylaatiossa on esimerkiksi CYP27A1- ja CYP3A4-entsyymeillä (7).

25(OH)D3 on määrällisesti tärkein D-vitamiinimetaboliitti, ja sen pitoisuutta verenkierrossa käytetään kuvaamaan elimistön D-vitamiinivarastoja. 25(OH)D3 kulkeutuu verenkierron mukana munuaisiin, missä CYP27B1- eli 1α-hydroksylaasientsyymi katalysoi hydroksylaa-tiota 1,25(OH)2D3-vitamiiniksi eli kalsitrioliksi. 1α-hydroksylaatiota tapahtuu myös muun muassa istukassa ja luukudoksessa, mutta terveellä ei-raskaana olevalla ihmisellä munuaiset

ovat ylivoimaisesti tärkein aktivaatiopaikka. 1α-hydroksylaasin aktiivisuutta säätelee kal-sium- ja fosfaattihomeostaasin osana palautejärjestelmä, jossa lisäkilpirauhashormoni (PTH), D-vitamiinin puute, seerumin matala kalium- tai fosfaattipitoisuus, kalsitoniini, kas-vuhormoni, prolaktiini ja estrogeeni stimuloivat entsyymin aktiivisuutta. Vastaavasti lisäkil-pirauhasen vajaatoiminta, korkea 1,25(OH)2D3 -pitoisuus tai korkea kalsium- tai fosfaattipi-toisuus sekä fibroblastikasvutekijä 23 (FGF-23) inhiboivat entsyymin aktiivisuutta. Lisäksi munuaisten ulkopuolisen 1α-hydroksylaasin aktiivisuuden säätelyyn osallistuvat eri sytokii-nit ja kasvutekijät osana tulehdusvastetta. Munuaisissa, rustossa, suolistossa ja istukassa myös esiintyvä CYP24A1- eli 24-hydroksylaasientsyymi katalysoi kalsidiolin ja -triolin hydroksylaatiota 24,25(OH)2D3- ja 1α,24,25(OH)3D3-muotoihin, joilla ei ole tunnettua bio-logista aktiivisuutta. 24-hydroksylaatio on ensimmäinen vaihe hydroksyloitujen D-vitamii-nimetaboliittien muuntamisessa vesiliukoiseen ja sappeen erittyvään muotoon (7).

D2-vitamiinista muodostuu sivuketjun rakenne-erosta huolimatta samojen entsyymien kata-lysoimana vastaavat metaboliitit kuin D3-vitamiinista (25(OH)D2, 1α,25(OH)2D2 ja 24,25-(OH)2D2) ja niiden tuottamia biologisia vasteita on pidetty D3-vitamiinin kanssa identtisinä (7). Kolekalsiferolilisän on epäilty kykenevän nostamaan seerumin 25(OH)D-pitoisuutta vastaavaa ergokalsiferoliannosta tehokkaammin, mutta ero ei todennäköisesti ole käytän-nössä merkityksellinen (8). D2-vitamiinilisän aikaansaama D3-lisää pienempi seerumipitoi-suuden nousu voi johtua D2-muodon suuremmasta herkkyydestä suoliston ja maksan inakti-voiville entsyymeille (7). Nimeä D-vitamiini käytetään tarkoittamaan sekä kolekalsiferolia että laajemmassa merkityksessä myös kaikkia 1α,25(OH)2D3-vitamiinin tavoin biologisesti aktiivisia yhdisteitä tai D2- ja D3-vitamiinin summaa erityisesti kliinisten pitoisuusmääritys-ten yhteydessä. Tässä opinnäytetyössä jatkossa käytettävällä seerumin D-vitamiini- tai 25(OH)D -ilmauksella tarkoitetaan lähtökohtaisesti 25(OH)D2- ja 25(OH)D3-pitoisuuksien summaa.

Hyvin aurinkoisen elinympäristön ihmisiltä, jotka eivät ole käyttäneet D-vitamiinilisää, on mitattu enimmillään noin 150-200 nmol/l seerumin D-vitamiinipitoisuuksia (9). Ihon tum-muudella on selvä merkitys kolekalsiferolin muodostumisnopeudelle epidermiksessä. Ly-hytkestoisessa UVB-altistuksessa vaaleassa ihossa 7-dehydrokolesterolia on todettu muut-tuvan kolekalsiferoliksi lähes kymmenkertainen määrä samoissa olosuhteissa mustaan ihoon verrattuna. Lisäksi kokeellinen kuukausien ajan jatkuva suhteellisesti yhtä voimakas sätei-lyannos (0,75-kertaisesti pienin ihon punoitukseen vaadittava annos, MED) aiheuttaa

vaa-leaihoisilla selvästi suuremman 25(OH)D-pitoisuuden nousun kuin mustaihoisilla (10). Tie-detään kuitenkin, ettei ihon kokonaiskapasiteetti tuottaa kolekalsiferolia riipu ihon tummuu-desta, vaan tummaihoinen tarvitsee vain enemmän säteilyenergiaa ihonpinta-alaa kohti kuin vaaleaihoinen vastaavaa 25(OH)D-pitoisuuden nousua varten (11).

MED merkitsee ihon kolekalsiferolituotannon kapasiteetin ylärajaa, sillä tuotantoa tasapai-nottaa kolekalsiferolin hajoaminen UVB-säteilyn vaikutuksesta (12). Ihon enimmäiskyvyksi tuottaa D-vitamiinia vuorokaudessa on arvioitu noin 250 µg:n (10 000 IU) suun kautta otet-tavaa D-vitamiiniannosta vastaava määrä (9). D-vitamiinilisän toksisen annoksen rajaa kos-keva tutkimusnäyttö kertoo, että toksisiin vaikutuksiin on tyypillisesti vaadittu kymmeniä viikkoja jatkunut D-vitamiinin käyttö kymmenien tai satojen tuhansien kansainvälisten yk-siköiden päiväannoksella. Harvinaisen myrkytyksen oireita, jotka johtuvat pitkälti hyperkal-semiasta, aiheuttavan seerumin korkean 25(OH)D-pitoisuuden on todettu olevan melko yk-silöllinen, mutta oireiden ilmaantumiseen on aina vaadittu pitkäkestoinen vähintään luokkaa 200 nmol/l oleva tai selvästi korkeampi pitoisuus (9).

1,25(OH)2D3 on biologisesti aktiivisin ja tärkein D-vitamiinimetaboliitti. Se kulkeutuu ve-renkierrossa DBP:hen sitoutuneena ja aikaansaa kohdesoluissa vaikutuksensa muiden ste-roidihormonien tavoin spesifisen sytoplasmareseptorin (VDR) välityksellä. Kalsitriolin si-tonut VDR yhdistyy retinoidi-X-reseptorin (RXR) kanssa heterodimeeriksi ja kompleksi vaikuttaa tumassa transkriptiotekijänä geenien ekspressioon eli ilmentymiseen (13,14).

VDR-RXR-kompleksi sitoutuu tuman DNA:ssa spesifisiin tunnistamiinsa hormonivaste-elementteihin (vitamin D response element, VDRE). VDRE on löydetty ainakin yli 900:n ihmisen eri geenistä, joista valtaosaan 1,25(OH)2D3 vaikuttaa lisäämällä transkriptiota (15).

VDR:llä on DNA:ssa eri geeneissä myös muita mahdollisia sitoutumiskohtia, joita on löy-detty kalsitriolilla stimuloiduista soluista yhteenlaskettuna yli 2000 (16). Useiden geenien osalta VDR:n sitoutuminen ja D-vitamiinin vaikutuksen välittyminen edellyttää todennäköi-sesti monimutkaista vuorovaikutusta muiden steroidihormonien (glukokortikoidit, kilpirau-hashormonit, A-vitamiini ja sukupuolihormonit) ja transkriptiotekijäluokkien kanssa, sillä 1,25(OH)2D3 yksinään muuttaa transkriptota yleensä vain lievästi (15). Ihmisen VDR:n gee-nistä on useita polymorfismeja, joista osa on yhdistetty esimerkiksi tiettyjen rappeumasai-rauksien kohonneeseen riskiin (17).

Tärkein kalsitriolin vaikutus on kalsiumin ja fosfaatin imeytymisen lisääminen suolistosta ja niiden seerumipitoisuuden nostaminen. Luustossa kalsitrioli vähentää tyypin 1 kollageenin

tuotantoa ja yhdessä PTH:n kanssa säätelee osteoklastien toimintaa ja luun resorptiota. Li-säkilpirauhasissa 1,25(OH)2D3 vähentää PTH:n tuotantoa (13,14). Lisäksi D-vitamiini te-hostaa kalsiumin tubulaarista reabsorptiota munuaisissa yhdessä PTH:n kanssa (18). Tun-nettu D-vitamiinin puutteen seuraus on luun mineraalistumisen häiriö, joka ilmenee lapsilla riisitautina ja aikuisilla osteomalasiana. Auringonvalon vähäisyyden, puutteellisen ravinnon tai sen synteesin häiriön lisäksi D-vitamiinin puutteen syynä voi olla myös esimerkiksi sen kiihtynyt poistuminen elimistöstä enterohepaattisen kierron katkeamisen vuoksi (19). D-vi-tamiinin puutteen määritelmästä ei olla täysin yksimielisiä, mutta sitä on määritelty puutteen vaikutuksesta lisääntyvien tautien kautta ja on hyväksytty, että veren kalsidiolipitoisuuden ollessa alle 50 nmol/l riisitaudin, osteomalasian sekä ikääntyneiden osteoporoosin vaara li-sääntyy. Suomessa kalsidiolipitoisuuden yleisiksi viitearvoiksi on määritelty 40-80 nmol/l, ja suomalaisten D-vitamiinin saantia seuranneessa tutkimuksessa riittämättömänä pidettyä D-vitamiinipitoisuutta havaittiin noin viidesosalla osallistujista (20,21).