由于儿童维生素 D 缺乏和(或)钙摄入量过低导致生长板软骨细胞分化异常、生长板和类骨质矿化障碍的一种疾病。维生素 D 和钙相辅相成,当维生素 D 不足或缺乏时,同时伴有钙缺乏或不足,则导致佝偻病发生1。营养性佝偻病是维生素 D 和(或)钙缺乏在儿童的这一特定阶段发生的一种骨病。营养性佝偻病是临床诊断,维生素 D 缺乏是生化诊断。
2、先天性佝偻病
先天性佝偻病指出生 4 周以内婴儿表现出佝偻病生化或放射学表现。先天性佝偻病患儿的母亲在怀孕期间患有骨软化症、严重维生素 D 缺乏、钙摄入量低和分娩期低钙血症,且妊娠期未补充维生素 D。
发病机制
钙、磷和维生素 D 的代谢
1、骨骼的主要矿物质成分是钙和磷酸盐。因此,血液循环中的钙-磷产物的任何改变都可能导致骨骼的矿化缺陷。维生素 D 在维持血清钙和磷酸盐浓度方面起着至关重要的作用2。维生素 D(D 代表 D2 或 D3)主要是通过皮肤暴露在阳光下或饮食来源获得的3(图 1)。
图 1 用于调节钙、磷和骨骼代谢的维生素 D 的合成和代谢
在阳光照射下,皮肤中的 7-脱氢胆固醇(7-dehydrocholesterol,7-DHC)被转化为维生素 D3 前体(pre-vitamin D3,pre-D3)。Pre-D 3 会立即通过一个热依赖过程转化为维生素 D3。过度暴露在阳光下会使 pre-D 3 和维生素 D 3 降解为无活性的光产物。膳食来源的维生素 D2 和维生素 D3 将被纳入乳糜微粒,由淋巴系统输送到静脉循环中。由皮肤产生或从饮食中获取的维生素 D(D 代表 D2 或 D3)可以储存在脂肪细胞中,然后再从脂肪细胞中释放出来。循环中的维生素 D 与维生素 D 结合蛋白结合,后者将其输送至肝脏,在那里维生素 D 被维生素 D-25-羟化酶(vitamin D-25-hydroxylase,25-OHase)转化为 25-羟维生素 D(25-hydroxyvitamin D,25[OH]D)。这是临床医生用来测量维生素 D 状态的主要循环形式(尽管大多数参考实验室报告的正常范围为 20-100 ng/mL,但首选的健康范围是 30-60 ng/mL)。25(OH)D 在生物学上没有活性,必须在肾脏中通过 25-羟维生素 D-1α-羟化酶(25-hydroxyvitamin D-1α-hydroxylase,1-OHase)转化为其生物活性形式 1,25-二羟维生素 D(1,25-dihydroxyvitamin D,1,25[OH]2 D)。血清磷、钙、成纤维细胞生长因子 23(fibroblast growth factor 23,FGF-23)和其他因素都可以增加(+)或减少(-)肾脏产生 1,25(OH)2 D。1,25(OH)2 D 可反馈调节自身的合成,并减少甲状旁腺中甲状旁腺激素(parathyroid hormone,PTH)的合成和分泌。1,25(OH)2 D 会增加 25-羟维生素 D-24-羟化酶(25-hydroxyvitamin D-24-hydroxylase,24-OHase)的表达,并将 1,25(OH)2 D 和 25(OH)D 分解为水溶性的无生物活性的维生素 D 3-23 羧酸,并通过胆汁排出。1,25(OH)2 D 通过刺激上皮细胞钙离子通道(epithelial calcium channel,ECaC,也称为瞬时受体电位阳离子通道亚家族 V 成员 6[transient receptor potential cation channel subfamily V member 6,TRPV 6])和钙结合蛋白 9 K(钙结合蛋白[calcium-binding protein,CaBP])的表达,增强小肠对钙的吸收。1,25(OH)2 D 在成骨细胞中被其受体识别,从而导致核因子-κB 受体激活蛋白配体(receptor activator of nuclear factor κB ligand,RANKL)的表达增加。其在破骨细胞前体上的受体 RANK 与 RANKL 结合,诱导破骨细胞前体成为成熟的破骨细胞。成熟的破骨细胞从骨骼中清除钙和磷,以维持血钙和血磷水平。充足的钙磷水平可促进骨骼矿化,并维持神经肌肉功能。
2、维生素 D 在肝脏中通过维生素 D-25 羟化酶(vitamin D-25-hydroxylase,25-OHase)进行转化,形成维生素 D 的主要循环形式,即 25-羟维生素 D(25-hydroxyvitamin D,25[OH]D)2-3。
(2) 1,25(OH)2 D 与其在小肠的维生素 D 核受体(vitamin D nuclear receptor,VDR)相互作用,导致肠道的钙吸收效率提高2-4。1,25(OH)2 D 还能促进磷酸盐的吸收。正是循环系统和血管外间隙中的钙-磷产物在成骨细胞所产生的类骨质的正常矿化中发挥了主要作用。
维生素 D 对骨代谢的影响
1、维生素 D 对于类骨质基质的矿化并不是必需的5-6。抗维生素 D 佝偻病患者的 VDR 有发生突变,且患有严重的佝偻病和骨软化症。当这些患者被注入钙和磷以维持正常的钙-磷产物时,未矿化的类骨质就会发生矿化。
2、1,25(OH)2 D 与其在成骨细胞中的 VDR 的相互作用会增加碱性磷酸酶、骨钙素和核因子-κB 受体激活蛋白配体(receptor activator of nuclear factor κB ligand,RANKL)的表达7。由成骨细胞产生的碱性磷酸酶在骨矿化中很重要,因为骨特异性碱性磷酸酶减少(即所谓的低磷酸酯酶症)的患者会发生类骨质矿化缺陷8-9。
(1) 根据血清 25(OH)D 水平把维生素 D 状况分为 4 个等级:缺乏、充足、不足和中毒。维生素 D 缺乏[25(OH)D<30 nmol/L]、维生素 D 不足[25(OH)D 30~50 nmol/L]、维生素 D 充足[25(OH)D>50~250 nmol/L]和维生素 D 中毒[25(OH)D>250 nmol/L]4 个等级。
2、成人分级严重维生素 D 缺乏:<12.5 nmol/L,中度维生素缺乏:12.5-25.0 nmol/L,轻度维生素 D 缺乏:25~50 nmol/L,维生素 D 不足:50-75 nmol/L,维生素 D 适宜:75-250 nmol/L,维生素 D 过量:250-375 nmol/L,维生素 D 中毒:>375 nmol/L。相对于成人的界值,儿童界值更低一些。
1. Högler W. Complications of vitamin D deficiency from the foetus to the infant: One cause, one prevention, but who's responsibility? Best Pract Res Clin Endocrinol Metab. 2015 Jun;29(3):385-98. doi: 10.1016/j.beem.2015.03.003. Epub 2015 Mar 24. PMID: 26051298.
2. Holick MF. Vitamin D deficiency. N Engl J Med. 2007 Jul 19;357(3):266-81.
3. Holick MF, Garabedian M. Vitamin D: photobiology, metabolism, mechanism of action, and clinical applications. In: Favus MJ, editor. Primer on the metabolic bone diseases and disorders of mineral metabolism. 6th ed. Washington, DC: American Society of Bone and Mineral Research; 2006. p. 129-37.