비타민 D 는 간에서 25(OH)D로 전환되어 혈액에 가장 많은 농도로 존재하며,
생리적 활성이 없는 25(OH)D는 주로 신장에서 활성호르몬인 '칼시트리올'로 전환되는 기전을 가지고 있다.
비타민 D의 대사와 생리
비타민 D는 변형된 스테로이드(secosteroid) 호르몬으로 파장 290-315nm의 자외선 B(UV-B)를 쪼이면 피부에서 생성되거나 음식을 통해서 섭취되는데, 비타민 D가 다량 함유된 식품은 흔하지 않다.
비타민 D는 구조에 따라 비타민 D2 (ergocalciferol)와 비타민 D3 (cholecalciferol)로 나뉜다. 비타민 D2와 비타민 D3는 1930년대에 분리되고 구조가 알려졌다. 비타민 D2는 효모나 식물에 존재하고, 비타민 D3는 연어나 고등어 등 기름진 생선이나 간유·난황 등에 포함되어 있으며, 이중 생체 내에서 합성되는 비타민 D는 비타민 D3이다.
UV-B에 의해 피부의 7-dehydrocholesterol이 프리비타민 D(previtamin D3)으로 전환되고, 프리비타민 D3는 온도에 의해 비타민 D로 이성화(isomerization) 된다. 프리비타민 D3의 약 50%는 2시간 내에 비타민 D로 변한다. 비타민 D는 피부에서 혈액 내로 들어와 비타민 D 결합 단백질과 결합하게 된다. 프리비타민 D3의 일부는 UV-B에 의해 생리적 활성이 없는 루미스테롤(lumisterol)이나 타키스테롤(tachysterol)로 이성화한다. 혈액 내로 들어가지 못한 비타민 D3는 UV-B에 의해 수프라스테롤(suprasterol) I, 수프라스테롤 II로 이성화한다. 이러한 기전에 의해 햇빛을 지나치게 쪼여도 비타민 D 독성이 발생하지 않는다. 비타민 D는 생리적 활성이 없다.
 | ▶ 비타민 D의 합성 경로 |
비타민 D는 간에서 시토크롬 P450 비타민 D-25-수산화효소(25-hydroxylase, CYP2R1)에 의해 수산화되어 25(OH)D로 전환된다. 25(OH)D는 혈액에 가장 많은 농도로 존재하는 비타민 D이며, 비타민 D 영양상태를 반영한다.
간의 25-수산화효소는 엄격하게 조절되는 효소가 아니기 때문에 피부의 비타민 D 생성이 증가하거나 섭취가 많아지면 25(OH)D의 농도가 증가하게 된다. 연령이 증가하면 햇빛을 쪼이는 시간이 감소하고 피부에서 생성되는 효율도 감소하기 때문에 혈청 25(OH)D 농도가 감소한다.
생리적 활성이 없는 25(OH)D는 다시 신장에서 1α-수산화효소(CYP27B1)에 의해 수산화되어 활성 호르몬인 칼시트리올(1,25(OH)2D3, calcitriol)로 전환된다. 칼시트리올은 1968년 처음으로 분리되고 구조가 알려졌다. 신장이 칼시트리올 생성의 주된 장기이지만, 이외에도 활성화된 대식세포·조골세포·각질세포·전립선·대장·유방에서도 1α-수산화효소가 발현되며, 이들 세포나 조직은 칼시트리올 생성 능력이 있다. 또 임신 때 태반에서도 칼시트리올이 생성된다. 조직에서 국소적으로 생성되는 칼시트리올은 칼슘 항상성과는 관련이 없고, 세포 성장·세포자멸사·혈관생성·분화·면역 조절 등에 관여한다. 칼시트리올은 25(OH)D에 비해 비타민 D 수용체(vitamin D receptor, VDR)에 대한 친화력이 약 1,000배 높다.
1α-수산화효소의 활성은 PTH, 저인산염혈증에 의해 증가한다. 이외에도 성장호르몬, 프로락틴, IGF-1 등이 칼시트리올의 생산을 증가시킨다. 칼시트리올은 뼈에서 섬유모세포성장인자(fibroblast growth factor 23, FGF23)의 생성을 증가시킨다. 증가된 FGF23은 1α-수산화효소의 활성을 억제하고 24-수산화효소의 발현을 증가시킨다.
칼시트리올은 24-수산화효소에 의해 1,24,25(OH)3D3를 거쳐 칼시트로익산(calcitroic acid)으로 전환된다. 25(OH)D는 24-수산화효소에 의해 24,25(OH)3D3로 전환되어 1α-수산화될 수 있는 25(OH)D의 농도를 낮춘다.
칼시트리올은 장세포의 칼슘 결합단백질인 칼빈딘(calbindin)의 형성을 촉진시켜 칼슘 흡수를 증가시킨다. 증가된 혈청 칼슘은 PTH 농도를 낮추어 PTH에 의한 골흡수 증가를 간접적으로 억제한다. 칼시트리올은 파골세포의 분화를 촉진시켜 골흡수를 간접적으로 증가시키는 물질로 알려져 있다.
칼시트리올은 장세포에서 인의 흡수도 증가시킨다. 비타민 D는 신장에서 칼슘과 인의 재흡수도 증가시켜 소변으로의 배설을 감소시키는데, 이 효과는 미약해서 미네랄 대사의 항상성에 미치는 효과는 작다.
비타민 D는 골격 성장 및 유지, 무기질의 항상성 유지에 필수적인 호르몬이지만, 골격계 이외의 조직에서도 중요한 역할을 한다. 뼈·신장·소장에 칼시트리올과 결합하는 VDR이 존재한다는 것은 잘 알려져 있으나, 심장·위장·췌장·뇌·피부·성선·면역 세포 등 여러 장기와 조직에 VDR이 존재한다. 이는 비타민 D가 비골격계 건강의 유지와 질병의 예방에 중요한 역할을 한다는 것을 시사한다.
비타민 D 농도가 낮거나 VDR의 유전적 변형이 있는 경우 골연화증·골다공증뿐만 아니라 유방암·대장암·전립선암 등의 악성종양, 고혈압·당뇨병·면역장애와 연관된 질환 등이 증가한다는 보고들이 많다.
한편 칼시트리올은 항증식(antiproliferation), 분화촉진(prodifferentiation), 면역조절(immunomodulation) 효과가 있다고 알려져 있으며, 건선·제1형 당뇨병·류마티스 관절염·다발성 경화증·크론씨병·고혈압·심혈관질환을 비롯한 여러 가지 종양의 치료제로 시험되고 있다.
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