Оценка обеспеченности витамином D

МЕТАБОЛИТЫ ВИТАМИНА D Коррекция

Клинический фармаколог, проф. Громова Ольга Алексеевна

Основные вехи исследований витамина D и соответствующие парадигмы

2

Солнцеулавливающее поведение

Синтез витамина в коже 0,25-0,5 min эритемной дозы 2000-4000 МЕ

Международные рекомендации по питанию DSM (2015): Если длина вашей тени длиннее роста ваше тело не вырабатывает достаточного количества витамина Д

4

0

5

10

15

20

25

30

Зима Лето

1,25-(ОН)-D3, нг/мл

Р=0.0057

Нижняя граница нормы

6

Информационная структура клеток

Основная область действия витамина D и его метаболитов – изменении транскрипции (экспрессии) более 2700 генов

Метаболиты витамина D – также элементы метаболома, взаимодействующие с протеомом человека (т.н. «негеномные» эффекты витамина D)

Витамин D = ГОРМОН – одна из молекул метаболома

молекула действующая на геном (лидер эпигенетического потенцила)

2000 год 46% генома считали мусором … 2016 - 6%,

А может мусор в голове? Или мы что-то ещё не знаем?

Базы данных KEGG, MetaCyc/BioCyc, Reactome; инструменты биоинформатики для сравнительного метаболомного анализа (Torshin, 2007).

Геном Мета-болом Геном (ДНК) Протеом Метаболом 50000 молекул

Транскриптом (РНК)

Витамин D

Геном: всего ~25000 генов

VDR: 2727 генов

Гены, участвующие в развитии скелета

Другие эффекты

витамина D

Эмбриональное развитие и эпигенетика

Ацетилирование гистонов Сперматогенез Развитие сердца, ангиогенез Сигнальный путь апоптоза Сигнальный путь ФРФ Сигнальный путь ТФРβ Сигнальный путь ФРН

Метаболизм Цепь переноса электрона (синтез АТФ) Транспорт глюкозы, рецептор инсулина Свертывание крови Метаболизм витаминов, железа Детоксикация этанола, др. токсикантов Синаптическая передача сигнала Антивирусный иммунитет (в т.ч. синтез интерферона)

Риск и тяжесть течения заболеваний Q87 ВПР, затрагивающие несколько систем G60 Наследственная невропатия G60.0 болезнь Шарко-Мари-Тута G11 Наследственная атаксия G31 Дегенеративные болезни ЦНС Е80 Порфирия E77 Нарушения обмена гликопротеинов G12 Спинальная мышечная атрофия

Специфические симптомы Иммунодефицит Ихтиоз Анемия Воспаление сетчатки глаза Дистрофия сетчатки глаза Мышечная дистония

Дефицит витамина D

Рахит, остеомаляция,

остеопороз

Ожирение • Дети с дефицитом витамина D чаще

страдают ожирением • В развитии ожирения имеют

значение нарушения активности инсулиноподобного фактора роста-1 (IGF-1), который поддерживает баланс между жировой и мышечной тканями

• Активация рецептора VDR регулирует синтез IGF-связывающего белка IGFBP4, который необходим для стабилизации активной формы ростового фактора IGF-1.

Витамин D-зависимый белок IGFBP (слева), связываясь с IGF (справа) продлевает период полураспада IGF и усиливает антиатеросклеротический эффект IGF.

Частотный анализ ключевых слов в описаниях генов витамина D

• белки типа "цинковый палец" (вовлечены в процессы генной экспрессии),

• митохондриальные белки, • НАД дегидрогеназы

(окислительно-восстановительные процессы),

• убиквитин-регулируемые белки (необходимы для контролируемой деградации отработанных белков на специальном клеточном механизме - протеасоме),

• интерлейкины (регулируют иммунитет и процессы воспаления),

• белки гомеостаза кальция.

Рубрицированы биологические роли белков, связанные именно с активацией рецептора VDR

Заболевания и симптомы, ассоциированные с геномными ролями

Эпигенетические эффекты витамина D • Полногеномный анализ показал, что рецептор VDR может

регулировать экспрессию 12 генов, вовлеченных в ацетилирование гистонов (специальных ДНК-стабилизирующих белков)

• Данные 12 генов, в основном, кодируют различные компоненты белкового комплекса гистон ацетилтрансферазы – ДНК-метилтрансфераза-ассоциированный белок 1 (ген DMAP1), – поликомб энхансер 1 (EPC1), – элонгаторы ацетилтрансферазы 3 и 4 (гены ELP3, ELP4), – белок E1A (ген EP400) и др.

7-дегидрохолестерол

холекальциферол (D3) 25-OH-D3

1,25-(OH)2-D3 (кальцитриол)

УФО-В

(кожа)

25-гидроксилаза

(печень)

1α-г

идро

ксил

аза

(поч

ки)

транспорт в плазме крови

VDBP

VDBP белок

VDR

связывание с рецептором

VDR рецептор

регулировка транскрипции генов через взаимодействия VDR

комплекс VDR-ДНК

Нормализация жирового и углеводного обмена

Препараты витамина D3 (2000…4000

МЕ/сут)

Громова ОА, Торшин И.Ю., Витамины и микронутриенты: между Сциллой и Харибдой, 2014

Молекулярные механизмы воздействия витамина D на физиологию человека

Норма (lat. Правило)

Категория статуса витамина D

Уровень 25(HO)D (нг/мл)

Уровень 25(HO)D (нмоль/л)

Гиповитаминоз и авитаминоз < 12 < 30

риск неадекватного потребления 12–29 30–49

достаточное потребление

30 (36…40) –100 (125…150) 50–125

уровень, выше которого осторожно по показаниям, 100 нежелательно

> Обсуждается

Нормы концентраций витамина D: 25(ОН)D3 в крови

ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ: нг/млХ2.496 =нмоль/л

18

БОЛЕЗНЬ ДАУНА (Дети) мало BDNF

Ассоциации между уровнями 25(OH)D и ожирением при СПКЯ

Уровни 25(OH)D и число найденных у пациенток метаболических факторов риска

Joham AE, Vitamin D in polycystic ovary syndrome: Relationship to obesity and insulin resistance. ol Nutr Food Res. 2016 Jan;60(1):110-8.

Норма выше 75 нмоль/л (30 нг/мл)

Связь суицидальных попыток у подростков с уровнем 25(ОН)D в крови

(по данным Grudet et al. 2014)

Безопасность дотации витамина D на примере отсутствия

гиперкальциемии

Базисное понятие клинической фармакологии: безопасный терапевтический диапазон

• В настоящее время, полный диапазон референсных значений для витамина D не может быть представлен, поскольку не определена его верхняя граница, что связано как с отсутствием надежных биомаркеров для определения уровней витамина для неклассических эффектов, которые по данным различных источников должны быть выше костных, так и наличие широкого терапевтического диапазона витамина D без повышения риска токсичности

• В настоящее время физиологически обоснованными представляются сывороточные уровни 25(ОН)D между 30 и 100 нг/мл (75-250 нмоль/л), что подтверждается гарантированным подавлением избыточной секреции ПТГ у большинства индивидуумов при достижении нижней границы референсного интервала, и трудностью превышения уровня 25(ОН)D более 100 нг/мл

• Luxwolda MF1, Kuipers RS, Kema IP, Dijck-Brouwer DA, Muskiet FA. Traditionally living populations in East Africa have a mean serum 25-hydroxyvitamin D concentration of 115 nmol/l. Br J Nutr. 2012 Nov 14;108(9):1557-61.

• Dawson-Hughes B, Heaney RP, Holick MF, Lips P, Meunier PJ, Vieth R. 2005. Estimates of optimal vitamin D status. Osteoporos Int 16:713–716

1. В отличие от нижней границы нормы (30 нг/мл), ее верхняя граница

четко не установлена

например, за верхнюю границу диапазона нормы условно принимают,

концентрацию 80 нг/мл (Тиц Н.У., Клиническая оценка лабораторных тестов, М., 2012, 452 С.

invitro)

Имеющиеся данные клинических исследований показывают, что

гиперкальциемия отмечается у единичных пациентов только при приближении

уровня 25(ОН)D к значениям 180–200 нг/мл

Holick M.F. Vitamin D deficiency. N. Engl. J. Med. 2007; 357: 266–281.

Heaney RP. Assessing vitamin D status. Curr Opin Clin Nutr Metab Care. 2011 Sep;14(5)

Нижняя граница повысилась от 20 до 30 нг/мл (эндокринологи

предлагают для взрослых даже 40 нг/мл считать НГ)

Мета-анализы демонстрируют в целом тот факт, что снижение частоты падений и переломов при помощи витамина D нестабильно воспроизводится при уровне 25(ОН)D менее 30 нг/мл и для некоторых переломов даже менее 40 нг/мл. Также, данные, полученные в немецком исследовании с большой серией аутопсий Priemel M. демонстрируют то, что ширина остеоида, увеличение которой является гистологическим признаком дефицита витамина D, не достигает полностью нормальных величин если уровень 25(ОН)D менее 30 нг/мл.

Bischoff-Ferrari и соавт

Нижняя граница повысилась от 20 до 30 нг/мл (обсуждается

повышение НГ до 36-40 нг/мл) Мета-анализы демонстрируют в целом тот факт, что снижение частоты

падений и переломов при помощи витамина D нестабильно

воспроизводится при уровне 25(ОН)D менее 30 нг/мл и для

некоторых переломов даже менее 40 нг/мл.

Bischoff-Ferrari Prevention of nonvertebral fractures with oral vitamin D and dose dependency: a meta-analysis of randomized controlled trials. Arch Intern Med 2009

По Гистологии кости 675 пациентов: Нижняя граница 30 нг/мл

Данные, полученные в немецком исследовании с большой серией аутопсий демонстрируют то, что ширина остеоида, увеличение которой является гистологическим признаком дефицита витамина D, не достигает полностью нормальных величин если уровень 25(ОН)D менее 30 нг/мл. высокой распространенности остеомаляции и рахита у пациентов с уровнями 25(ОН)D менее 20 нг/мл и обнаружения повышения неминерализованного остеоида по данным Priemel M. и соавт. у 21% (6/28) в целом здоровых мужчин и женщин, уровни 25(OH)D у которых были между 20 и 30 нг/мл

Priemel M, von Domarus C, Klatte TO, Bone mineralization defects and vitamin D deficiency: histomorphometric analysis of iliac crest bone biopsies and circulating 25-hydroxyvitamin D in 675 patients. J Bone Miner Res. 2010 Feb;25(2):305-12.

Подавление избыточной секреции ПТГ происходит при концентрации 25(ОН)D 38,1 нг/мл

• ,

ВЦ РАН им А.А. Дородницына, Институт биохимической физики им. Н.М. Эммануэля, 2014

Максимальное значение 25(OH)D - 143.8 нг/мл

Гиперкальциемия

Диапазон нормы кальция

Гипокальциемия

Диапазон нормы 25(OH)D

Возмож

ны токсические

эфф

екты! Обсуждаемый

диапазон верхней границы нормы

Метаболиты витамина D3

Возможные ошибки в оценке дефицита D

Метаболиты витамина D

• К настоящему времени установлено существование более 50 метаболитов витамина D.

• Только двум метаболитам витамина D3 уделяется наибольшее внимание: – 25-гидроксивитамин D3 («25(OH)D3» или

просто «25(OH)D») – 1,25-дигидроксивитамину D3 («1,25(OH)2D3»

или «1,25(OH)2D»)

Zerwekh JE.Blood biomarkers of vitamin D status. Am J Clin Nutr. 2008 Apr;87(4):1087S-91S.

Основные пути метаболизма витамина D3 с участием ферментов-цитохромов

Slominski et al. J Steroid Biochem Mol Biol. 2014 Oct;144 Pt A:28-39.

О некоторых примерах пород котов

… …

Сервал … тоже кот

Витамин D3 25-гидроксивитамин D3 1,25-гидроксивитамин D3

Печень Почки

Микросомы Митохондрии

CYP2R1 CYP27B1

Центральная последовательность биотрансформаций витамина D

«Активные формы» витамина D

Кальцитроевая кислота

...

CYP24A1

Биодеградация т.н. «активных форм» приводит к образованию ряда метаболитов, также характеризующихся биологической

активностью

Sørnes S et al. Mol Cell Endocrinol. 1994 May;101(1-2):183-8. «Неактивная форма»

Даже т.н. «неактивная» кальцитроевая кислота…

• Дозозависимо активирует рецептор VDR [J Cell Biochem. 2000 Apr;78(1):112-20] и VDR-опосредованную транскрипцию.

• Обеспечивает защитные свойства витамина D против рака толстой кишки [Eur J Med Chem. 2016 Feb 15;109:238-46.].

• Поэтому, в соответствии с современными научными данными, даже кальцитроевую кислоту не следует именовать «неактивным» метаболитом витамина D.

Различные метаболиты витамина D отличаются по фармакологическим эффектам

• холекальциферол или кальцифедиол - применяются у пациентов с нормальной функцией почек для коррекции дефицита витамина D;

• кальцитриол (1,25(OH)2D3) - у пациентов с почечной недостаточностью, и существенно ингибирует активность паращитовидных желез (секреция ПТГ);

• 3-эпи-кальцитриол (3-эпи-1,25(OH2)D3) – сильный ингибитор секреции ПТГ с ослабленным гиперкальциемическим эффектом;

• альфакальцидол (1-(OH)D3) назначают для лечения остеопороза и пациентам с дисфункцией почек для лечения гиперпаратиреоза.

Mazzaferro S et al. Curr Vasc Pharmacol. 2014;12(2):339-49.

Холекальциферол сыворотки, нг/мл

Чис

ло п

ацие

нток

День 0 День180

Концентрации холекальциферола характеризуют всасывание витамина D из препаратов холекальциферола

Binkley N et al. Osteoporos Int. 2015 May;26(5):1655-60.

25(OH)D сыворотки, нг/мл

Чис

ло п

ацие

нток

День 0 День180

Концентрации 25(OH)D характеризуют депо витамина D

Binkley N et al. Osteoporos Int. 2015 May;26(5):1655-60.

24,25(OH)2D сыворотки, нг/мл

Чис

ло п

ацие

нток

День 0 День180

Концентрации 24,25(OH)2D характеризуют деградацию и выведение витамина D

Binkley N et al. Osteoporos Int. 2015 May;26(5):1655-60.

печень

почки

эпимеризация

эпимеризация

1-гидролаза

25(OH)D3 C3-эпи-25(OH)D3

C3-эпи-1,25(OH)2D3 1,25(OH)2D3

Эпимеризация метаболитов витамина D (образование стереоизомеров) Следует учитывать при определении уровней 25(OH)D – измеряемые уровни реального 25(OH)D, а не С3-эпи-25(OH)D могут быть завышены на 8…16%.

Farrell CJ, Herrmann M. Determination of vitamin D and its metabolites. Best Pract Res Clin Endocrinol Metab. 2013 Oct;27(5):675-88.

Клетки зубного фоллиикула

Контроль Дексаметазон, 10 нМ 1,25(OH)D3, 10нМ

1,25(OH)D3, 100 нМ 25(OH)D3, 500 нМ

Биоминерализация клеток зубного фолликула (КЗФ) при воздействии метаболитов витамина D3. Окрашивание клеток, в которых был стимулирован остеогенез, производилось ализариновым красным.

Khanna-Jain R et al. J Steroid Biochem Mol Biol. 2010 Oct;122(4):133-41.

Контроль ФНО ИЛ-1

«Неактивный» холекальциферол стабилизирует межклеточные контакты

Ингибирует дестабилизирующее воздействие провоспалительных цитокинов на межклеточные соединения в эндотелии Эндотелиальные монослои клеток были подвержены действию провоспалительных IL-1бета и ФНО-альфа в присутствии контроля (DMSO, диметилсульфоксид; 7-DHC, 7-дигидрохолестерин), или D3. Клетки фиксировали и VE-кадгерин визуализировали с помощью иммунофлуоресценции

Gibson CC et al. PLoS One. 2015 15;10(10):e0140370.

Уровни различных метаболитов витамина D3 важны для клинической диагностики

• Более правильной процедурой исследования клинических эффектов витамина D было бы одновременное определение уровней всех известных метаболитов витамина D (Müller M, Stokes C, Lammert F, Volmer D. Chemotyping the distribution of vitamin D metabolites in human serum. Sci Rep. 2016 Feb 11;6:21080.).

АНЕМИЯ Достоверные ассоциации различных метаболитов витамина D с

субклинической анемией (гемоглобин<125 г/л)

• 25(OH)D<12 нг/мл - Hb на 6 г/л ниже (О.Р. 1.5, 95% ДИ 1.2-2.0).

• А в подгруппе пациентов с уровнями 1,25(OH)2D<40 пмоль/л гемоглобин был на -13 г/л ниже (ОР 3.6, 95% ДИ 2.3 -5.5).

• Риск анемии был выше у пациентов с сочетанным дефицитом метаболитов 25(OH)D и 1,25(OH)2D (ОР 5.1, 95% ДИ 2.7-9.8).

Ernst JB et al. Eur J Nutr. 2016 Jan 8.

Расп

рост

ране

ннос

ть д

ефиц

ита

25(O

H)D

(%)

Нет анемии

Алиментарная анемия

Анемия при заболеваниях

почек

Анемия при воспалительных

заболеваниях

Анемия неустано-вленного

генеза

Ernst JB et al. Eur J Nutr. 2016 Jan 8.

Если судить только по 25(OH)D

Расп

рост

ране

ннос

ть д

ефиц

ита

1,25

(OH

)2D

(%)

Нет анемии

Алиментарная анемия

Анемия при заболеваниях

почек

Анемия при воспалительных

заболеваниях

Анемия неустано-вленного

генеза Ernst JB et al. Eur J Nutr. 2016 Jan 8.

Если судить только по 1,25(OH)D !!!

ФН

О-α

, пг/

мл

Без стимуляции 0 100 200 1000 10000 пмоль/л антигеном

Норма: 0-8.2 пг/мл

1,25(OH)2D3

Громова, Торшин, Витамин D - cмена парадигмы, ТорусПресс, М., 674с. 2015

ВОСПАЛЕНИЕ!!! Чем более выражен дефицит витамина Д- тем выше воспалительный фон. Оценка по 1,25(ОН)2D3

Почечная патология О соотношении концентраций различных метаболитов

(1) • При умеренной почечной недостаточности

у детей – уровни 1,25(OH)2D и 25(OH)D3 нормальные, – уровни 24,25(OH)2D3 достоверно ниже, – не отмечено сезонных колебаний

• Терапия с помощью 25(OH)D3 приводила к повышению уровней 25(OH)D3 и 24,25 (OH)2D3, но не 1,25(OH)2D.

Taylor A, Norman M. Vitamin D metabolite profiles in moderate renal insufficiency of childhood. Pediatr Nephrol. 1988 Oct;2(4):453-9.

25(O

H)D

, нг/м

л

Число рецидивов

1,25(OH

)2D, пм

оль/л

Уровни метаболитов витамина D у пациентов с рассеянным склерозом

Smolders J et al. Mult Scler. 2008 Nov;14(9):1220-4.

Показаны данные для 25(OH)D3 (серый цвет) и 1,25(OH)2D3 (белый цвет).

Уровни метаболитов витамина D в сыворотке крови ассоциированы с частотой рецидивов и инвалидностью у пациентов с рассеянным склерозом

Гестационный диабет: О соотношении концентраций

различных метаболитов (2) • У пациенток с беременностью на фоне

диабета (n=150) – уровни и 25(OH)D и 1,25(OH)2D достоверно

ниже, чем в контроле (р=0.001) – уровни 24,25(OH)2D не отличаются между

группами.

Kuoppala T. Alterations in vitamin D metabolites and minerals in diabetic pregnancy. Gynecol Obstet Invest. 1988;25(2):99-105.

Национальная программа по применению витамина Д у детей РФ,

2015.

Лечебная доза 5000 МЕ в течение 1 мес.

после применяется профилактическая доза

4 мес.

Препараты активной формы витамина D

Действующее вещество: альфакальцидол

АльфаД3-Тева, капс. 0.25, 0.5, 1 мкг Активная форма витамина для пациентов с нарушениями функции почек. Применять по

назначению врача. С осторожностью: нефролитиаз; атеросклероз; пациентам с повышенным риском развития гиперкальциемии.

Оксидевит, р-р 9 мкг/мл

Оксидевит, капс. 0.25 мкг

Альфадол, капс. 0.25 мкг

Этальфа, р-р 2 мкг/мл

Этальфа, капс. 0.25, 1 мкг

Этальфа, р-р амп. 2 мкг/мл, в/в

Ван-Альфа, табл. 0.25, 0.5, 1 мкг

Действующее вещество: кальцитриол

Остеотриол, капс. 0.25, 0.5 мкг Высокоактивная форма, применять строго по

назначению врача. Индивидуальный подбор дозы препарата для предупреждения гиперкальциемии.

Вита

мин

D с

ыво

ротк

и (н

г/м

л)

Время, ч. Время, ч.

Вита

мин

D с

ыво

ротк

и (н

г/м

л)

Pediatr Res. 1992;31(2):146-150.

Дефицит желчных кислот – нет всасывания витамина D

• у пациентов с холестазом прием витамина D не приводил к достоверному повышению уровней 25-гидроксивитамина в крови (вследствие существенного снижения секреции желчных кислот)

Витамин D + эмульгатор (d-α-токоферол полиэтиленгликоль-1000 сукцинат, ТПГС)

Здоровые Пациенты с холестазом

Нижняя граница нормы

Выбор препарата витамина D.

4000 МЕ/сут + 30…250 мл H2O

Увеличить порцию воды для растворения мицеллированной формы витамина D для

детей и подростков с ожирением и МС

http://www.google.ru/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRw&url=http://universitet-materinstva.ru/&ei=F55kVY7JOoWUsgGv8IO4Cw&bvm=bv.93990622,d.bGQ&psig=AFQjCNGzHoLbVW62CKi0s79yDVWOdx-fYA&ust=1432743812497028

Выводы (1, диагностика) • Уровни 25(OH)D3 - оценка обеспеченности

витамином D, • Уровни 1,25(OH)2D3 – состояние биосинтеза

витамина D (ЖДА, гест. диабет, РС, остеогенез)

• Уровни 24,25(OH)2D3 – биодеградация витамина D (почечная недостаточность)

• Однако, даже эта трехчастная оценка является упрощением, т.к. известно более 50 метаболитов витамина D

Выводы (2), (нормы только по 25(ОН)D занижены)

• Пренебрежение существованием эпимеров витамина D (что характерно для повсеместно используемого иммуноферментного анализа на витамин D) приводит к завышению обеспеченности организма витамином D на 8…16%, в среднем.

• Поэтому, даже уровни метаболита 25(OH)D3 в сыворотке крови, равные 30 нг/мл и считающиеся «нормальными», для ряда пациента могут соответствовать умеренному гиповитаминозу D. (например, 25(ОН)D =20 нг/мл –(16%) = 16-17нг/мл, если у пациента ОП, РС, ЖДА, ПН, СД2, СПКЯ и т.д.)

Выводы (3) • Существенными и специфическими

биологическими активностями обладают и считающиеся ранее неактивными метаболиты 1,24R,25(OH)3D3, 1,23S,25(OH)3D3, 25,26(OH)2D и др.

• Взаимосвязь дефицита витамина D с широчайшим кругом хронических заболеваний указывает на необходимость определения уровней различных метаболитов витамина D для уточнения диагноза и оценки эффективности терапии.

Барханный кот… тоже кот

Благодарю за внимание!