文獻分享丨水溶性維生素綜述
美國加州大學的Hamid M. Said于2015年在World Review of Nutrition and Dietetics期刊上發(fā)表題為“Water-Soluble Vitamins”的小型綜述文章，系統性介紹水溶性維生素的相關知識。我們非常有幸邀請到深耕代謝組學的青年學者劉平輝，為我們帶來這篇綜述的全方位解讀。原文鏈接：https://doi.org/10.1159/000362294。
水溶性維生素是一組結構和功能無關的化合物，包括維生素B1、B2、B3、B5、B6、B9、C和H，對正常細胞功能、生長和發(fā)育必不可少。缺乏這些微量營養(yǎng)素會導致各種臨床異常，從貧血到生長遲緩和神經紊亂；優(yōu)化其體內水平會帶來積極的健康結果。飲食一直被認為是人類這些微量營養(yǎng)素的主要來源，但近年來越來越多的人認識到，腸道微生物對這些微量營養(yǎng)素總體動態(tài)平衡的貢獻，尤其是對局部結腸細胞。本綜述概述了水溶性維生素的主要生理功能，缺乏相應維生素的一些臨床癥狀，人體對其吸收和轉運，主要來源和推薦每日膳食攝取量（RDA），以及由于過量可能產生的任何不良反應。
維生素B1（硫胺素）
生理功能
硫胺素參與與能量代謝有關的各種關鍵代謝反應，在正常細胞功能中發(fā)揮重要作用，還在減少細胞氧化應激方面發(fā)揮作用。硫胺素對神經細胞膜氯通道功能的影響也有被報道。
缺乏癥狀
細胞缺乏硫胺素會導致能量代謝障礙、氧化應激傾向和細胞凋亡。臨床上，全身性硫胺素缺乏會導致多種異常，包括神經系統和心血管；組織特異性硫胺素缺乏如硫胺素反應性巨幼細胞性貧血綜合征。慢性硫胺素缺乏會導致腳氣病和韋尼克腦病，腳氣病有三種不同的形式：干性腳氣病、濕性（水腫性）腳氣病、急性爆發(fā)性腳氣病。人類中樞神經系統中的硫胺素缺乏可能導致科薩科夫和韋尼克腦病精神病。硫胺素缺乏癥在發(fā)展中國家和發(fā)達國家都是一個嚴重的營養(yǎng)問題，缺乏原因不盡相同，分別是維生素的膳食攝入量不足和慢性酒精中毒。
吸收與轉運
人類有兩種硫胺素來源，一種是飲食，另一種是大腸的腸道微生物，分別在小腸和結腸中吸收。雖然微生物來源的硫胺素對總營養(yǎng)的相對貢獻尚不清楚，但存在一種有效的載體介導人結腸細胞攝取硫胺素，且在結腸中轉運時間相當長；微生物來源的硫胺素對宿主營養(yǎng)特別是對局部結腸細胞有貢獻。腸道對硫胺素的吸收及其轉運是通過一種特殊的載體介導的過程進行的，該過程涉及hTHTR-1和hTHTR-2。
來源與RDA
硫胺素的飲食來源包括米糠、干面包酵母、全麥谷類食品、堅果和干豆類。應注意含有硫胺素拮抗劑的飲食，亞硫酸鹽和含有硫胺酶I和硫胺酶II耐熱多羥基酚類化合物（如蕨類植物、茶葉等），能降解硫胺素產生硫胺素拮抗劑。成年男性、成年女性以及孕期和哺乳期硫胺素的RDA分別為1.4、1.1、1.5和1.6mg/天。尚未有人體因攝入高劑量硫胺素（≥500mg）或注射硫胺素而產生毒性反應的報道，盡管在極少數情況下，通過腸外途徑給予硫胺素時會出現類似過敏性休克和輕微過敏的癥狀。
維生素B2（核黃素）
生理功能
核黃素是核黃素-5-磷酸和黃素腺嘌呤二核苷酸是的輔酶形式，在涉及碳水化合物、氨基酸和脂肪代謝的各種反應中起關鍵作用，并在葉酸和維生素B6轉化為其活性輔酶形式中起關鍵作用。
缺乏癥狀
炎癥性腸病患者和長期飲酒患者會缺乏核黃素，Brown-Vialetto-Van Laere綜合征（BVVL）也是缺乏核黃素的表現。全身性核黃素缺乏導致多種臨床異常，包括神經系統退行性改變、內分泌功能障礙、皮膚疾病和貧血。優(yōu)化核黃素狀態(tài)可降低食道鱗狀細胞癌的風險。
吸收與轉運
人體可從飲食和腸道微生物中獲取核黃素，核黃素進入人體細胞的轉運是通過載體介導的過程進行的，涉及核黃素轉運體-1、-2、-3（RFT-1、-2、-3）。腸道利用RFT-1和-2吸收核黃素。
來源與RDA
蔬菜、肉類和奶制品都富含核黃素。成年男性、成年女性、妊娠期和哺乳期的RDA分別為1.3、1.1、1.4和1.6 mg/天。高劑量的核黃素也沒有不良影響
維生素B3（煙酸）
生理功能
煙酸是輔酶煙酰胺腺嘌呤二核苷酸和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸的前體，這兩種輔酶都參與維持細胞氧化還原狀態(tài)的代謝反應（包括糖酵解和磷酸戊糖分流）。高劑量的煙酸還具有降脂作用，已被用于治療高膽固醇血癥和預防動脈粥樣硬化。
缺乏癥狀
煙酸缺乏會導致青光眼，在酗酒者和Hartnup’s病患者中會出現缺乏和次優(yōu)水平。
吸收與轉運
煙酸進入人體細胞的轉運（包括其在腸道中的吸收）是通過載體介導的特定過程進行的。
來源與RDA
人類對煙酸的需求來自內源性和外源性，內源是通過色氨酸代謝轉化為煙酸，外源是飲食。煙酸飲食來源包括肉類產品、谷類食品和釀酒酵母。成年男性、成年女性、妊娠期和哺乳期的RDA分別為16、14、18和17mg/天。長期使用大劑量的煙酸（3-9g/天）會導致皮膚潮紅、瘙癢以及胃腸道和肝臟疾病。
維生素B5（泛酸）
生理功能
泛酸是合成輔酶A和酰基載體蛋白所必需的，它們與碳水化合物、脂肪和蛋白質的代謝有關。
缺乏癥狀
由于泛酸在食物中的普遍分布，目前尚無人類自發(fā)性缺乏泛酸的報道。泛酸激酶相關的神經退行性疾病并被認為是由于編碼泛酸激酶2（PANK2）的基因突變所致。
吸收與轉運
人類從飲食和結腸微生物中獲得泛酸。泛酸的吸收是通過載體介導的過程進行的，該過程與生物素和脂酸鹽共享，并涉及鈉依賴的多種維生素轉運體
來源與RDA
泛酸來源包括肉類（特別是肝臟和心臟）、蔬菜和酵母。泛酸的RDA沒有很好的定義，成年男性、成年女性、妊娠期和哺乳期的推薦攝入量估計在5-7mg/天。尚未有報道稱大劑量的泛酸（10g/天）會產生不良反應。
維生素B6（吡哆醇及其衍生物）
生理功能
維生素B6指的是三種天然化合物：吡哆醛、吡哆醇和吡哆胺。維生素B6在涉及碳水化合物、蛋白質和脂肪代謝的一系列代謝反應中扮演輔因子的角色。5’-磷酸吡哆醛是維生素中生物活性最強的形式。
缺乏癥狀
缺乏維生素B6導致各種臨床異常，包括神經紊亂和貧血；可見于慢性酒精中毒、糖尿病患者和乳糜瀉患者中，長期接受異煙肼和青霉胺治療的患者也會發(fā)生這種情況。維生素B6依賴性癲癇患者的維生素B6水平也低于最佳水平，是由于吡哆醇轉運到細胞內的障礙所致
吸收與轉運
人類從飲食和結腸微生物中獲取維生素B6。維生素B6的吸收是通過載體介導的吸收過程進行的。目前還沒有關于所涉及的運輸系統分子信息的報道。
來源與RDA
維生素B6的飲食來源包括肉類、全谷物產品、蔬菜和堅果。成年男性、成年女性以及妊娠期期和哺乳期的RDA分別為2.0、1.6、2.1和2.1mg/天。過量服用維生素B6的不良反應發(fā)生率相對較低，盡管已有少數病例報告了與步態(tài)和周圍感覺有關的感覺神經病。
維生素B9（葉酸）
生理功能
葉酸是葉酸及其衍生物的總稱，葉酸化合物作為細胞一碳代謝的輔酶，合成胸腺嘧啶核苷和嘌呤，以及氨基酸的相互轉化。
缺乏癥狀
葉酸缺乏與巨幼細胞性貧血、神經管缺陷、生長遲緩、心血管疾病和某些類型癌癥的風險增加有關。優(yōu)化葉酸體內動態(tài)平衡可以顯著降低神經管缺陷的發(fā)生率。葉酸轉運質子偶聯葉酸轉運體（PCFT）系統的突變干擾葉酸的正常生理和代謝，發(fā)生在遺傳性葉酸吸收不良綜合征（HFMS）患者、腸道疾病、長期使用甲氧嘧啶、乙胺嘧啶等藥物的患者以及慢性酒精中毒患者中。
吸收與轉運
人類所需葉酸來源于飲食和大腸細菌，在人類中纖維攝入量與血清葉酸水平呈正相關。葉酸進入人體細胞是通過一個特定的、可飽和的過程，涉及三個系統：還原的葉酸載體、PCFT和葉酸受體系統。
來源與RDA
葉酸的飲食來源包括水果、強化谷物、蔬菜、乳制品和肝臟。成年男性、成年女性的RDA為400μg/天，妊娠期和哺乳期分別為600、500μg/天。雖然有少數病例觀察到過敏反應，但尚未有大劑量口服葉酸不良反應的報道。
維生素B12（鈷胺）
生理功能
鈷胺以甲基鈷胺和腺苷鈷胺為輔酶，在丙酸、氨基酸的代謝和單碳交換反應中起著關鍵作用。
缺乏癥狀
固有因子缺乏的受試者（由于胃萎縮、先天性缺乏因子、全胃切除）、炎癥性腸病的受試者、純素食者、接受二甲雙胍治療的糖尿病患者、以及負責腸道和細胞攝取鈷胺的受體和蛋白質遺傳缺陷的受試者均缺乏鈷胺。這種缺陷會導致巨幼細胞性貧血、神經紊亂和生長遲緩�？赏ㄟ^非腸道注射或口服高藥理劑量的維生素來糾正。鈷胺的吸收受損常見于老年人，鈷胺吸收狀態(tài)較差的老年人患病率約為20%。
吸收與轉運
鈷胺是從動物性食品中獲得的，首先從飲食結合蛋白中釋放出來，然后與觸角蛋白結合，以保護其免受低胃酸的影響。在空腸中，觸角蛋白被胰腺酶降解，然后釋放的鈷胺與內在因子結合。與固有因子結合的鈷胺隨后被特定的受體復合體CUBAM識別。
來源與RDA
肉類和微生物是鈷胺的主要來源，成年男性、成年女性、妊娠期和哺乳期的RDA分別為2.0、2.0、2.6和2.8μg/天。目前尚未有高劑量的鈷胺對人體產生重大毒性的報道。
維生素C（抗壞血酸、脫氫抗壞血酸）
生理功能
膳食中的維生素C以還原態(tài)的抗壞血酸（AA）和氧化態(tài)的脫氫-L-抗壞血酸（DHAA）存在。維生素C在各種關鍵的代謝反應中起輔助作用，包括膠原、肉堿和兒茶酚胺的合成，以及多肽酰胺化和酪氨酸代謝，還參與維持鐵和銅等金屬離子的還原形式，并作為自由基的清除劑。AA在調節(jié)上皮細胞氯的分泌中起到了作用。將DHAA轉化為AA有助于保持低水平（無毒）的化合物。
缺乏癥狀
缺乏維生素C會導致多種臨床異常，包括壞疽、傷口愈合不良、血管運動不穩(wěn)定和結締組織疾病。
吸收與轉運
人類因缺乏L-古洛內酯氧化酶不能合成維生素C，僅通過腸道吸收飲食來源的維生素C。細胞對AA的攝取和在腸道的吸收，涉及鈉依賴維生素C轉運體1和2（VCT-1和SVCT-2）。DHAA在細胞內的轉運和腸道吸收，涉及葡萄糖轉運體GLUT1、GLUT3和GLUT4。
來源與RDA
維生素C廣泛分布于水果（橙子、草莓、哈密瓜、葡萄柚、芒果）和蔬菜（西蘭花、卷心菜、辣椒、花椰菜）中，主要以AA形式存在（高達90%），其余部分以DHAA形式存在。隨著儲存時間的延長、暴露在空氣中和在水溶液中，這一比例可能會改變。成年男性、成年女性以及妊娠期和哺乳期的RDA分別為90、75、85和120mg/天。維生素C的毒性作用很小主要取決于攝入量。口服大劑量維生素C（3-5g）會引起腹瀉和腹脹，可能導致一過性高尿酸尿和草酸生成和排泄增加。
維生素H（生物素）
生理功能
在哺乳動物中，生物素是許多羧基酶的輔因子，參與了脂肪酸的生物合成、糖異生以及某些氨基酸和脂肪酸的分解代謝。生物素還在調節(jié)癌基因的表達方面發(fā)揮作用。
缺乏癥狀
生物素缺乏會導致體孔周圍皮炎、脫發(fā)、結膜炎和神經系統疾病。動物研究表明，在懷孕期間，生物素缺乏可能導致先天性畸形和死亡。生物素缺乏和次優(yōu)水平發(fā)生在生物素酶缺乏的受試者、長期服用抗驚厥藥物的患者、長期腸外營養(yǎng)的患者、長期食用生雞蛋的患者、慢性酗酒者、妊娠期患者以及炎癥性腸病患者中。
吸收與轉運
人類從飲食和結腸細菌獲得生物素。在小腸和大腸中，生物素的吸收和轉運是通過載體介導的攝取過程進行的，該過程與泛酸和脂酸鹽共享，并涉及鈉依賴的多種維生素轉運體。
來源與RDA
生物素廣泛分布在食品中，乳制品、肉（肝）、蛋黃和蔬菜是生物素的良好來源。生物素的相對攝入量沒有很好的定義，成年男性、成年女性以及妊娠期推薦的適當攝入量估計為30μg/天，哺乳期的攝入量為35μg/天。每天大劑量口服200mg或靜脈注射20mg的生物素沒有不良反應。
總結
水溶性維生素在眾多細胞和生理過程中都扮演著關鍵角色，缺陷可導致各種臨床異常，其兩個主要來源是飲食和腸道菌群。認識水溶性維生素的生理學和病理學功能，能夠及時針對臨床癥狀進行診斷和適當的治療。
