维生素K与儿童健康关系的研究

刘黎明，帖利军，史晓薇，郭乐倩

(西安交通大学第一附属医院，陕西 西安 710061)

丹麦生物化学家Henrik Dam于1929年偶然发现了一种活性物质。经过分析，这些物质会影响凝血酶原的合成和作用，又因血液凝固的德语单词为Koagulation，所以取其首字母命名该物质为维生素K(Vitamin K，VK)。近年来大量证据表明，除了凝血功能，维生素K在维持人体骨代谢、心血管健康等方面发挥着重要作用[1-5]，同时维生素K缺乏还与炎症、哮喘和肿瘤发生有关[6-8]。有研究表明，新生儿极易缺乏维生素K[9-11]。但目前对维生素K与人群健康的研究多针对于成年人，对儿童群体研究较少，因此本文就维生素K与机体健康的关系，尤其是与儿童健康关系的研究作深入阐述。

1维生素K基本情况

1.1维生素K结构

维生素K家族含有一个共同的化学结构：2-甲基-1,4-萘醌环。维生素K根据萘醌环3′端所连接的化学结构类型可分为两类：一类是天然存在的脂溶性维生素，包括维生素K1，即叶绿醌(Phylloquinone)和维生素K2，即甲基萘醌(Menaquinone)。维生素K1侧链为叶绿基；维生素K2侧链为不饱和的异戊二烯基团。根据异戊二烯基团的数目，维生素K2又被分为几种亚型，缩写为MK-n，n代表基团的数目，其中MK-4和MK-7研究较多[1，6，12]。另一类是人工合成的水溶性维生素，包括维生素K3，即甲萘醌(Menadione)和维生素K4，即乙酰甲萘氢醌。维生素K3没有侧链基团，活性较强，在鸟类、哺乳动物中可被烷化为维生素K4，常应用于动物饲料中[13-14]。

1.2维生素K食物来源及代谢

维生素K1是维生素K在大多数食物中的主要存在形式，在一些绿叶蔬菜如甘蓝、菠菜、生菜、莴苣、西兰花和花椰菜等植物中广泛存在。一些植物油如大豆油、菜籽油、棉籽油等也是膳食维生素K1的主要来源，其生物利用度高于在绿叶蔬菜中的维生素K1[15]。膳食中维生素K2的量很少，只提供人体所需维生素K2的一小部分。维生素K2中的MK-7主要由细菌合成，存在于纳豆、豆腐、奶酪、酸菜等发酵食品中；MK-4相对独特，通常不由细菌合成，可在黄油、肉蛋类、肝脏等动物制品中分离得到[12，16-17]。

维生素K1主要在回肠吸收，其吸收有赖于胆汁酸盐和体内脂肪状况，并通过淋巴系统传递到肝脏中，可催化凝血因子的羧化过程[5，12，18]。维生素K2主要运输到肝外组织，在骨骼和动脉血管发挥作用[19]。与维生素K1和MK-4相比，MK-7具有更高的生物利用度和更长的半衰期[20]。有研究认为MK-4是由膳食摄取的维生素K1或MK-7烷化产生，因此尽管食物来源的生物利用度很低，但MK-4是体内维生素K的主要存在形式，主要储存在大脑、生殖器官、胰腺等腺体中[14，21-22]。

2维生素K与出血

2.1凝血功能

维生素K最经典的作用就是维持机体的正常凝血功能，主要由维生素K1发挥作用。体内凝血因子主要包括凝血酶原(Ⅱ)、前转化素(Ⅶ)、克雷斯马斯因子(Ⅸ)、斯图亚特因子(Ⅹ)、蛋白质C、蛋白质S以及蛋白质Z等。前四种凝血因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ代表经典的维生素K1依赖性血浆凝固因子并参与纤维蛋白凝块的形成。相反，蛋白质C，S和Z是促凝血系统的抑制剂[23-24]。而维生素K1作为谷氨酸羧化酶的辅酶，在肝细胞微粒体中参与凝血酶原及其它凝血因子前体蛋白上特定谷氨酸残基的羧化过程，使其成为γ-羧基谷氨酸盐，进而使这些因子具有与Ca2+结合的能力，并连接磷脂和蛋白，从而具有凝血活性[24-26]。

尤其对于维持婴儿正常的凝血功能，维生素K1具有重要意义。几乎所有新生儿出生时血浆中维生素K的浓度都会出现生理性低下。凝血因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ和Ⅹ前体蛋白若不能被羧化，只能作为非活性蛋白存在，这可能引起维生素K1依赖性凝血因子异常，从而导致凝血功能障碍，增加严重出血甚至颅内出血的发生风险[27-28]。

2.2儿童维生素K缺乏性出血

维生素K缺乏性出血(Vitamin K deficiency bleeding，VKDB)是指因维生素K摄入和吸收不足或肝功能障碍，导致无法用维生素K合成凝血酶原而引起的出血，是新生儿和婴儿的常见病[29-30]。根据出血的时间，可将VKDB分为早发性(出生后24h内出血)、典型性(出生后2～7d出血)以及晚发性(出生7d以后发生的出血)。VKDB是婴儿自发性颅内出血的最重要原因之一，其特点是发病急、进展快、易被忽视。晚发性VKDB颅内出血多表现为呕吐和抽搐，出血部位多在硬膜下和脑实质，容易误诊。其发病率为60%～80%，病死率高达20%～25%，致残率为41.9%～53.3%，预后不良[9，31]。

有研究显示，婴儿VKDB主要原因是体内缺乏维生素K1导致凝血机制出现障碍[9，32]。维生素K1缺乏的原因可能为[9-11]：①摄入不足 维生素K经过胎盘的通透性较差，母乳中维生素K的含量低(大约为1～15μg/L)；②肠道吸收减少 婴儿期肝功能不成熟，腹泻或伴有肝胆疾病等都会影响维生素K的吸收；③肠道菌群合成不足 新生儿肠道菌群尚未充分建立而进一步导致维生素K合成减少；④抗生素的使用 抗生素可抑制肠道细菌，并与维生素K发生竞争性抑制作用。

基于此，对患儿进行维生素K补充是临床研究的问题之一[33]。6个月后的婴儿母乳喂养辅之以合理的辅食添加有利于肠道正常菌群的建立，有利于肠道中维生素K吸收。同时，维生素K缺乏与维生素D缺乏往往同时存在。当小儿血钙低于1.87mmol/L时，很可能发生惊厥，而一旦发生惊厥，婴儿晚发性颅内VKDB将会加重，两者密切相关[34]。当儿童伴有颅内出血等并发症时，应进行止血和营养支持等治疗，进入恢复期后，有必要改善脑细胞营养，加强功能锻炼[33]。另外，加强孕妇和新生儿预防性用药、定期检查维生素K的相关生化指标是降低VKDB发病率的关键。为了防止早发型VKDB，加拿大儿科协会建议对正在使用影响维生素K代谢药物的孕妇补充维生素K[35]，如服用抗癫痫药物的孕妇应在怀孕最后3个月每日口服维生素K15mg，可预防婴儿出生后的出血性疾病[36]。此外，目前提倡3个月以内婴儿坚持预防性用药，可常规肌注或缓慢经脐静注维生素K10.5mg，如新生儿已出现出血症状，则需缓慢静注维生素K11～2mg[37]。通过以上预防措施，可减少本病发生，提高人口素质。

3维生素K与骨代谢

3.1调节骨代谢

近年来有学者研究发现维生素K除了具有凝血作用，也参与人体骨骼代谢。骨中有三种Gla蛋白，即骨钙素(Osteocalcin，OC，又称维生素K依赖性骨γ-羧基谷氨酸蛋白，BGP)、基质Gla蛋白(MGP)和蛋白S。其中维生素K对BGP的影响最常见[38]。BGP是由成骨细胞合成并分泌，是由49个氨基酸组成的特殊骨蛋白，属非胶原蛋白[39]。由于γ-羧基谷氨酸对羟磷灰石分子中的Ca2+有高度亲合力，故大部分BGP存在于骨组织中，小部分(约20%)被释放到血液循环中，因此可以把循环中的BGP含量尤其是未羧化的BGP含量作为骨形成的一个诊断指标，并且可以用来预测骨折的发生风险[40]。BGP下降或循环中的BGP含量上升，提示儿童骨矿化功能障碍[23，41]。

只有当BGP的3个谷氨酸残基转变为γ-羧基谷氨酸时，骨钙蛋白才会被激活以促进骨矿化，而维生素K2是这些维生素K依赖性蛋白激活过程中所必需的。作为这些蛋白质翻译后羧基化所需的γ-谷氨酰羧化酶的辅因子，维生素K2转运γ-羧基谷氨酸上的谷氨酸残基[16，42]。只有发生羧化反应后，羧化骨钙素才能表现出与羟磷灰石高度的亲和性，从而促进钙盐沉积[39，43-44]。除了羧化作用，维生素K2可能作为骨细胞转录调节因子，通过激活类固醇和人类固醇异生物受体，增加一些骨形成标志物(如碱性磷酸酶和胰岛素样生长因子)的表达水平，影响成骨细胞的表达[45-46]。另外，维生素K2还可通过抑制骨吸收激活因子(如环氧化酶2、前列腺素2和骨吸收因子)来抑制破骨细胞活性并诱导破骨细胞凋亡，即维生素K具有增强骨形成和抑制骨吸收的双重作用[1，45，47-48]。体外和动物研究表明，MK-4可能参与炎症、氧化应激和细胞凋亡的调节，反之会减少骨吸收[12]。总之，维生素K对维持骨骼健康、预防骨质疏松是至关重要的。

另有研究显示，BGP的合成可能受到维生素D和维生素K2的共同调节。维生素D直接在基因转录水平上起作用[39]，其中主要是1,25(OH)2D3发挥作用，而研究显示，BGP的合成与细胞中1,25(OH)2D3的水平有关。Fusaro等[38]在人类成骨细胞实验中观察到1,25(OH)2D3存在时维生素K2可促进矿化，因此认为1,25(OH)2D3促进BGP产生主要是通过维生素K2对BGP的羧化作用，促进骨钙沉积。Gigante等[49]的研究显示，补充MK-7、维生素D3及其联合使用两者都能够调节参与矿化和血管生成的基因表达，并且MK-7增强维生素D3对成骨细胞前体间质干细胞的作用。该研究揭示了维生素D3与MK-7在间质干细胞诱导骨转移中的有效作用，应进一步研究其作用机制。

3.2维生素K与儿童骨代谢

3.2.1儿童骨代谢

儿童骨骼是一个新陈代谢非常旺盛的器官，通过合成和吸收两个过程对骨进行不断的塑造和重建。有研究通过测定BGP未羧化率来评价不同年龄组小儿成骨细胞维生素K2的营养状况，发现不同年龄段儿童BGP未羧化率不同，3个月～1岁儿童BGP未羧化率最高，1～3岁儿童次之，之后依次为3～9岁、9～14岁、0～3个月[50]。这意味着不同年龄段小儿成骨细胞的维生素K营养状况不同，3个月～1岁儿童成骨细胞的维生素K2相对较缺乏，而这正是佝偻病的高发年龄段。O’Connor等[51]的研究表明，许多青少年维生素K2水平低于推荐的水平。另有研究也显示维生素K2可以提高佝偻病患儿BGP的羧化率，从而使羧化完全的BGP发挥作用，促进骨骼矿化，可能对佝偻病有一定的治疗作用[39]。

另外，骨质硫松一直被认为是老年性疾病，随着对该病预防研究的深入，人们开始注意到骨质疏松早在儿童及青少年时期已经开始。儿童骨质疏松症的发病通常缓慢且难以察觉，一旦未能及时接受治疗，骨量不能在预定年龄达到其峰值，这不但影响儿童本身的生长发育，同时，成年以后出现骨质疏松的风险也会提高，应当引起医疗工作者及家长的充分重视[40]。

3.2.2维生素K与儿童骨代谢关联研究

动物模型实验证明维生素K2可直接参与骨骼代谢。Ebrahiminezhad等[52]研究发现当维生素K2浓度为10～5mol/L时，正常大鼠干髓端组织中碱性磷酸酶的活力和Ca2+的含量能够显著提高，并且硫酸锌对骨Ca2+的刺激作用在这个剂量下明显提高。Sogabe等[53]以维生素K1和维生素K2长期喂养(3个月)的大鼠为研究对象，结果表明维生素K2组大鼠的股骨骨密度显著高于对照组，但维生素K1组与对照组差别没有统计学意义。另外，维生素K2能促进去卵巢大鼠骨钙素羧基化，增加骨胶原蛋白和骨密度，提示维生素K2治疗对骨健康有显著的积极作用[54]。Poon等[55]证明，联合应用维生素K2和1,25(OH)2D3可增强钙沉积和骨钙素在糖尿病小鼠成骨细胞中的表达。

在细胞培养研究中，Rasouli-Ghahroudi等[56]观察到MK-4可以提高牙髓干细胞向成骨细胞的分化能力，并可增强基于细胞的骨再生能力。Katsuyama等[57]评估了MK-7对成骨细胞的直接作用，研究发现MK-7能显著抑制MC3T3E1细胞(骨形成机制研究中的经典细胞株)的增殖。在RNA水平上，MK-7可以诱导骨保护素、骨钙素以及原癌基因核因子kappaB受体活化因子配体(Receptor Activator for Nuclear factor kappaB Ligand，RANKL)的mRNA产生。另外，免疫学分析还表明MK-7可以提高RANKL和骨钙素的蛋白水平。因此，MK-7不仅可以直接作用于MC3T3E1细胞，刺激成骨细胞的分化，还可以诱导成骨细胞关键基因的表达，包括骨保护素、骨钙素、原癌基因核因子kappaB及其配体的受体激活因子[58]。

大量的流行病学研究同样发现维生素K与儿童骨代谢之间的关联。Kalkwarf等[59]研究了维生素K摄入量对美国健康年轻女孩骨转换和骨量的影响。这是第一项关于维生素K营养状况与健康儿童(3～16岁)骨骼完整性之间关系的4年纵向研究。结果表明在美国人群中更好的维生素K2状态与健康女孩的骨转换减少、骨量增加有关。Van Summeren等[60]以及O’Connor等[61]报道，在健康女孩中(11～12岁)，最佳的维生素K2状态与青春期儿童骨矿物质含量增加有关。国内也有研究结果表明，维生素K2治疗废用性骨质疏松患儿后，其儿童的腰椎骨密度、BGP上升程度比使用钙尔奇D的对照组更明显，BALP下降幅度更大，从而说明维生素K2能够促进骨矿化，对废用性骨质疏松患儿具有一定的治疗作用[40]。同时，维生素K2联合维生素D3较单纯使用维生素D组提高佝偻病患儿骨钙素羧化率更明显，提示羧化完全的骨钙素促进骨骼矿化效果好，对佝偻病有较理想的治疗作用[39]。

结合现有研究结果，可以得出儿童维生素K2状态不佳时可能对儿童骨骼健康产生负面影响。随着生长发育的加速，维生素K2持续缺乏可能会引起骨质量下降或骨矿化不理想，导致骨折风险增加。尤其在青春期的儿童中，由于骨量的增加无法跟上身高的增加，其骨折风险明显增加[62]。Hernandez等[63]提出在青春期实现最佳峰值骨量可能是预防晚年骨质疏松症的良好策略。为了验证这些发现，需要对儿童进行纵向观察研究和随机对照临床试验。另外，不同年龄段的儿童应确立不同的维生素K2参考值，因此对骨骼维生素K更准确、更简便的检测手段以及参考值的建立，还需要在以后的临床工作和实验中做进一步探讨及研究。最后，在未来关于维生素K对骨骼影响的研究中应考虑维生素D的状态，因为两种营养素之间可能存在相互作用[38]。

4维生素K与其他健康状态

4.1维生素K与血管钙化

钙在血管壁的沉积是一个主动的过程，类似于骨形成的调节过程。血管钙化是促钙化因子和抗钙化因子相互作用的结果。血管钙化广泛存在于动脉粥样硬化、高血压、2型糖尿病、慢性肾病等疾病中。血管钙化会使血管壁硬度增加、弹性减小、顺应性下降，进而导致血压升高、血栓形成和动脉粥样斑块破裂。它与心血管疾病的发病率和死亡率有重要关系，是引发心血管事件的重要危险因素[64]。

前面提到的MGP可在正常血管平滑肌细胞中表达，但当钙化发生时，MGP表达显著上调，其在血管钙化的形成中起重要作用[6]。维生素K2可以羧基化修饰MGP谷氨酸残基，使其可结合Ca2+和羟磷灰石结晶，从而抑制钙在血管组织中的沉积[65]。另外，维生素K2能够降低小鼠钙化血管中的钙含量和碱性磷酸酶活性，并降低主动脉血管壁Toll样受体2和Toll样受体4的表达[66]。流行病学研究发现，维生素K2可以提高高密度脂蛋白水平、降低总胆固醇水平，改善血脂状况，并影响动脉粥样硬化斑块的形成和血管钙化的进展[67]。Mccabe等[68]研究表明，膳食中维生素K的低摄入量与严重的主动脉钙化和高死亡率有关。在一项36 629例健康人群的前瞻性队列研究中，探讨摄入维生素K1、维生素K2与外周动脉疾病(PAD)之间的关系。随访12.1年后，发现补充维生素K2可降低PAD的发病风险，而补充维生素K1组未观察到PAD风险的降低，证明了维生素K2在预防PAD中的作用[69]。综合以上研究说明，维生素K在血管钙化中发挥重要作用，维生素K2的摄入可以降低心血管不良事件的发生率[5]。

4.2维生素K与肿瘤

随着研究的不断深入，近年来研究人员发现维生素K可以抑制癌细胞的生长。肝癌是一种常见的恶性肿瘤，发病率高，是慢性乙肝或丙肝较常见的并发症[70]。Kojima等[71]在一项随机对照临床试验中发现，维生素K2对丙肝肝硬化发展为肝癌有一定的抑制作用。这将指导维生素K2在病毒性肝硬化中的临床应用。索拉非尼是首个具有抗肝癌活性的口服多激酶抑制剂。Zhang等[72]在人肝癌细胞裸鼠转移瘤模型实验中评估索拉非尼联合维生素K2对人肝癌细胞生长的影响。将肝癌细胞分别暴露于索拉非尼、维生素K2以及两者组合培养皿中，培养后结果显示索拉非尼和维生素K2的联合应用可引起肝癌细胞周期阻滞和细胞凋亡。

维生素K2抗肿瘤的机制尚不清楚，可能为：靶向调节G1期相关的细胞周期分子的表达，致使细胞周期蛋白依赖激酶4(CdK4)的表达显著下降，细胞周期抑制分子Cdk抑制剂表达显著增加，从而发挥抗肿瘤细胞增殖活性[73-75]。维生素K2还能诱导多种血液肿瘤细胞系(HL-60，NB4，U937)、原代培养的白血病细胞和骨髓增生异常细胞发生凋亡。其中，维生素K2的代谢产物共价结合半胱氨酸残基，是诱导细胞凋亡的关键[76]。此外，维生素K2通过丝/苏氨酸蛋白激酶和核转录因子NF-kappaB途径，靶向作用于肝肿瘤来源的生长因子来抑制肿瘤细胞增殖[75]。另有研究表明维生素K3可选择性的抑制线粒体基因的复制和修复，对癌症细胞表现出独特的细胞毒性[77-78]。未来随着研究的深入，维生素K有望在肿瘤的治疗或预防中发挥作用。

4.3维生素K与神经系统疾病

鞘脂在神经系统中具有重要的细胞信号传导功能以及结构作用，维生素K已被证明对于鞘脂合成至关重要。维生素K还可通过维生素K依赖蛋白Gas6(生长停滞特异性蛋白6)参与神经系统，维生素K依赖蛋白Gas6已被证明可积极参与神经元的细胞存活、有丝分裂和细胞生长。另外，有研究表明维生素K的营养状况与儿童的行为和认知之间存在关联，膳食中的维生素K和华法林治疗可以调节认知[79]。Ferland[80-81]也深入探索并表明了维生素K在神经系统发育中起着重要作用。

4.4维生素K与呼吸系统疾病

喘息性支气管炎是一组以喘息为主要特征的急性支气管炎，主要由细菌、病毒感染以及自身过敏性体质等引起，这是儿科常见的急症[82]。维生素K1注射液可有效解除平滑肌痉挛症状，扩张支气管，对平滑肌有较好的兴奋作用，从而达到平喘止咳、改善通气的效果。同时，维生素K1的凝血功能能够有效减少炎性刺激、咳嗽以及支气管内膜水肿时儿童内黏膜出血症状的发生。国内有临床研究显示，维生素K1治疗的患儿，其临床治愈率(53.7%)和总有效率(90.2%)均显著高于采用常规方法治疗的儿童(31.7%，61.0%)[83]。另有报道应用维生素K1可有效治疗毛细支气管炎，治疗组同样优于对照组(P<0.05)[84]。

5维生素K摄入量

婴儿生后脐血中的维生素K1浓度极低(<0.05μg/L)[85]。为了预防婴儿出现维生素K1缺乏性出血，应在医生的指导下及时补充维生素K1。对于母乳喂养的婴儿，从出生到3个月，可每日口服维生素K1125μg，或出生后口服维生素K12mg，然后到1周和1个月时再分别口服5mg，共3次。对于混合喂养和人工喂养的婴儿，我国规定0～12月龄的婴儿配方奶粉中应添加维生素K1≥22μg/100g。也可在专业人员指导下，出生后连续3天给新生儿每日肌肉注射维生素K11～5mg，可有效防止新生儿出血症的发生[86]。

由于研究资料不足，无法计算维生素K1以及维生素K2的推荐摄入量。因此，中国营养学会已初步制定了不同人群、不同年龄阶段膳食中的维生素K(主要是维生素K1)适宜摄入量(AI)，见表1[87]。另外，尚未发现维生素K1和维生素K2的中毒剂量，WHO也表明维生素K没有最大耐受剂量。儿童的维生素K2适宜摄入量还需要未来在大样本前瞻性研究中进一步探索获取。

表1 中国居民膳食中维生素K1的适宜摄入量(AI)

总之，自从维生素K被发现以来，其功能研究已经从动物实验到临床干预，取得了多方面的进展。随着对维生素K的深入探索，人们认识到维生素K不仅参与凝血，而且促进骨代谢，是维持骨稳态的重要营养素。另外，几种维生素K依赖蛋白在机体心血管健康、肿瘤、神经系统、呼吸系统等多领域都发挥作用。但未来仍需要对有关维生素K的诸多问题进行深入研究。例如，上述与疾病的关联性及关联机制需要进一步探讨，尤其是与其它维生素(如维生素D)、钙等营养素的交互作用；不同来源、不同类型的维生素K摄入量还需在大规模人群中进一步研究；确定满足儿童骨健康的维生素K适宜摄入量以及不同人群、不同年龄段维生素K最佳需要量和膳食推荐摄入量。总之，维生素K对于临床医疗和公共卫生都具有重大意义，维生素K，尤其是儿童阶段的维生素K状态仍将是未来研究的热点问题之一。