人們在20世紀20年代就已知維生素D缺乏可緻軟骨病、低血鈣和多發性骨異常。現已明确，機體能以維生素D為前體合成具有激素活性的鈣三醇，調節骨和鈣、磷代謝。

維生素D3，也稱膽鈣化醇（cholecalciferol），是膽固醇的開環化合物，可由肝、乳、魚肝油等含量豐富的食物中獲取，也可在紫外線照射下，由皮膚中所含的7-脫氫膽固醇迅速轉化成維生素D3。

維生素D3分子需要經過兩次羟化才具有激素的生物活性。首先，維生素D3在肝内25-羟化酶催化下生成25-羟維生素D3；再經近端腎小管上皮細胞内1a-羟化酶的催化，生成生物活性最高的1，25-二羟維生素D3【1，25（OH）2D3】，即鈣三醇。維生素D3、25-羟維生素D3和1，25-二羟維生素D3的結構以及轉化關系如下圖。

因此，即使體脂儲備大量維生素D，可供數年之需，但腎功能衰竭時鈣三醇的合成減少，甚至缺失。鈣三醇的生物活性為25-羟維生素D3的3倍以上，但後者在血中的濃度是前者的1000倍，因而也表現出一定的生物活性。

鈣三醇具有脂溶性，在血液中以乳糜微粒或與特異蛋白結合的形式存在。血液中的鈣三醇濃度約為100 pmol/L，其半衰期為12~15小時，滅活的主要方式是在靶細胞内發生側鍊氧化或羟化，形成鈣化酸等代謝産物。維生素D及其行生物在肝内與葡萄糖醛酸結合後，可随膽汁排入小腸，其中一部分被吸收入血，形成維生素D3的腸-肝循環；另一部分則随糞便排出體外。此外，鈣三醇也可由胎盤和巨噬細胞等組織細胞生成。

鈣三醇與靶細胞内的核受體結合後，通過調節基因表達産生效應。維生素D受體（vitamin D receptor，VDR）主要分布于小腸、骨和腎。鈣三醇可防止血鈣的異常升高與降低。

1.對小腸的作用 鈣三醇可促進小腸黏膜上皮細胞吸收Ca2 。鈣三醇進入小腸黏膜細胞内，通過其特異性受體經基因組效應，促進鈣吸收相關蛋白的生成，如與鈣有很高親和力的鈣結合蛋白（CaBP）、鈣通道、鈣泵等蛋白，直接參與小腸黏膜上皮細胞吸收鈣的轉運過程。同時，鈣三醇也能促進小腸黏膜細胞對磷的吸收。

2.對骨的作用 給予缺乏維生素D的動物以鈣三醇替代治療，結果顯示鈣三醇的淨效應是增加Ca2 沉積于骨。鈣三醇對動員骨鈣入血（直接）和Ca2 沉積于骨（間接）都有作用，但總的效應是升高血鈣。此外，鈣三醇還可協同PTH的作用。鈣三醇還可通過促進成骨細胞合成并分泌骨鈣素直接刺激成骨作用，增強骨形成過程。

維生素D缺乏對骨代謝可産生顯著影響，例如，兒童缺乏維生素D可患佝偻病，而成年人缺乏維生素D則易發生骨軟化症，出現骨痛，甚至骨折。

3.對腎的作用 鈣三醇能與PTH協同促進腎遠曲小管對Ca2 和磷的重吸收。

此外，鈣三醇還能抑制PTH基因轉錄及甲狀旁腺細胞增殖；增強骨骼肌細胞Ca2 和磷的轉運，缺乏維生素D3可緻肌無力；鈣三醇還參與免疫調節等。

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