Влияние витамина К на минеральную плотность костей и остеопороз
Cureus. 2020 окт.; 12(10): e10816.
Опубликовано онлайн 5 октября 2020 г. doi: 10.7759/cureus.10816
Редактор мониторинга: Александр Муачевич и Джон Р. Адлер 0010, 3 , 4 , 5 и 1
Информация об авторе Примечания к статье Информация об авторских правах и лицензии Отказ от ответственности
Витамин K (VK) имеет установленную биологическую функцию в свертывании крови и гемостазе и поддерживает общее состояние здоровья и здоровье костей. Добавки VK рекламируются для лечения и профилактики многих заболеваний, особенно для снижения риска переломов при остеопорозе, хроническом состоянии, характеризующемся слабостью костной ткани, и высоким риском переломов после незначительной травмы. Заболевание поражает пожилых людей разных рас и национальностей, в основном женщин в постменопаузе. Многие виды исследований подчеркивают роль ВК в улучшении здоровья костей и предотвращении остеопоротических переломов костей, но результаты в основном неубедительны.
В этом обзоре литературы базы данных PubMed и Google Scholar использовались в качестве основных источников для выбора соответствующих исследований и обзора связи между ВК и здоровьем костей, а также для изучения влияния добавок ВК на лечение остеопороза. В большинстве исследований сообщается, что ВКонтакте играет важную роль в укреплении здоровья костей. Хотя некоторые исследования показали, что ВК может повышать минеральную плотность костей и снижать риск переломов у людей с остеопорозом, потенциальные преимущества добавок ВК недостаточно подтверждены. Таким образом, необходимы дополнительные клинические исследования, чтобы определить положительное влияние добавок VK на профилактику и лечение остеопороза.
Ключевые слова: витамин к, остеопороз, витамин к-зависимый белок
Витамин К (ВК) – жирорастворимый витамин, способствующий свертыванию крови и поддержанию здоровья костей [1]. Известно три типа ВК: филлохинон (ПК), менахинон (МК) и менадион, которые называются витаминами К1, К2, К3 соответственно [2].
PK – это диетическая форма витамина К, которая вырабатывается растениями и зелеными овощами, такими как шпинат и капуста. МК синтезируются нормальной флорой кишечника, а также могут быть обнаружены в ферментированных продуктах, таких как натто (ферментированные соевые бобы), молочных продуктах, яичном желтке, печени и мясе. При наличии функционирующих поджелудочной железы и желчевыводящей системы витамины К1 и К2 всасываются в тонком и толстом кишечнике [3]. Затем они транспортируются в хиломикронах, богатых триглицеридами, по лимфатической системе. MK классифицируются в зависимости от длины их ненасыщенных боковых цепей. Существует 12 различных типов МК (от МК-4 до МК-15). Наиболее распространенными типами МК у людей являются короткоцепочечные МК-4, которые образуются путем превращения филлохинона в менахиноны, и длинноцепочечные витамеры, от МК-7 до МК-10, которые синтезируются бактериями в организме человека. .
Витамин К по-разному влияет на кости [4]. Это важный кофермент для ферментативной реакции гамма-глутамилкарбоксилазы, которая превращает остатки глутаминовой кислоты (Glu) в VK-зависимых белках (VKDP) в гамма-карбоксиглутаминовую кислоту (GIa).
В кости есть много VKDP , включая остеокальцин (OC), белок матрикса Gla (MGP), газ 6, периостин и белок S [3]. Витамин К также регулирует транскрипцию остеобластных маркеров, образование остеокластов и резорбцию кости. Многие исследования показали, что низкие концентрации витамина К1 в сыворотке связаны с высокими уровнями недокарбоксилированного остеокальцина (ucOC) [3]. Низкое потребление витамина К1 и витамина К2 с пищей увеличивает риск перелома.
Остеопороз — хроническое заболевание, характеризующееся слабостью костной ткани, что приводит к значительному увеличению риска хрупкости костей и переломов [5]. Распространенность переломов, связанных с остеопорозом, быстро увеличивается с возрастом: с 4 % у женщин в возрасте 50–59 лет до 52 % у женщин в возрасте >80 лет [6]. Многие факторы риска связаны с развитием остеопороза, такие как возраст, пол, этническая принадлежность, генетические факторы, репродуктивный статус, низкое потребление кальция, образ жизни и некоторые заболевания [7].
Рекомендуемым руководством Целевой группы по профилактическим услугам США (USPSTF) является скрининг двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии (DXA) у женщин в возрасте 65 лет и старше, женщин моложе 65 лет с одним или несколькими факторами риска и женщины с переломами в анамнезе [6]. В зависимости от результатов теста минеральной плотности кости (МПКТ) и оценки риска переломов для лечения остеопороза используются фармакологические и немедикаментозные вмешательства. Целями лечения являются предотвращение переломов костей, поддержание МПК и улучшение физической функции. Кальций и витамин D рассматривались как основа лечения постменопаузального остеопороза [7]. В настоящее время все больные должны принимать 1000-1200 мг кальция и 800 МЕ витамина D в качестве добавок.
Целью этого обзора литературы является обсуждение влияния витамина К на здоровье костей и исследование связи между добавками витамина К и лечением и профилактикой остеопороза. Базы данных PubMed и Google Scholar использовались в качестве основных источников для этого обзорного исследования для выбора соответствующих статей.
Избранные статьи были опубликованы в течение последних 20 лет и написаны на английском языке. Также были включены обсервационные исследования, рандомизированные клинические испытания, исследования in vitro и исследования на животных.
Витамин К-зависимые белки и статус витамина К
VKDP требуют карбоксилирования специфических остатков глутамата, поскольку реакция повышает их сродство к кальцию [8]. Таким образом, пищевой витамин К преобразуется в его восстановленную форму (гидрохинон) с помощью редуктазы витамина К; после карбоксилирования эпоксидредуктаза витамина К превращает эпоксид витамина К в витамин К (пищевой витамин К) [9]. Реакции проиллюстрированы на рисунке . Витамин К действует как кофермент для фермента глутамат-γ-карбоксилазы (GGCX) и необходим для превращения остатков глутаминовой кислоты VKDP в остатки γ-глутаминовой кислоты [9].]. Семь видов VKDP участвуют в свертывании крови и гемостазе, включая фактор свертывания крови протромбин (фактор II), проконвертин (фактор VII), антигемофильный фактор (фактор IX) и фактор Стюарта-Пруэра (фактор X).
В кости обнаружено четыре VKDP из трансмембранного семейства Gla [10]. Другие VKDP включают MGP, белок 6, специфичный для остановки роста (Gas6), и белок S. OC содержит 49 аминокислотных остатков и синтезируется и секретируется остеобластами, одонтобластами и гипертрофированными хрящевыми клетками [9].]. Ген OC человека расположен на первой хромосоме. MGP синтезируется хондроцитами, остеокластами и клетками гладкой мускулатуры сосудов; белок способствует нормальному костному метаболизму [10]. Богатый Gla белок и периостин регулируют минерализацию внеклеточного матрикса; Белок S в основном синтезируется в печени и играет важную роль в антикоагулянтном пути, но он также секретируется остеобластами и участвует в обмене костной ткани.
Открыть в отдельном окне
Карбоксилирование витамин К-зависимых белков
НАДФ: никотинамидадениндинуклеотидфосфат; НАДФН: никотинамидадениндинуклеотидфосфат водород
Прямые и непрямые методы используются для измерения уровня витамина К в организме и определения дефицита.
Общие прямые методы включают количественную оценку метаболитов витамина К1 (филлохинон) в моче и циркулирующих форм витамина К1 и К2 (менахинон) [9]. В значительном количестве клинических исследований описывается использование непрямых методов, таких как измерение циркулирующих маркеров, которые представляют ucOC, для отражения внепеченочного статуса витамина К или изучение эффектов добавок витамина К и их связи с конкретным состоянием здоровья [9].]. Уровень ucOC зависит от витамина К и считается косвенным биомаркером статуса витамина К. Циркулирующий OC используется в качестве биомаркера формирования кости [10]. Независимо от концентрации витамина К в плазме, OC коррелирует с обменом веществ в костях и метаболизмом. Уровень протромбинового времени (ПВ) измеряется для оценки функции свертывания крови и может отражать дефицит ВК; дефицит встречается редко и в основном из-за приема определенных лекарств, таких как антикоагулянты, антагонисты VK, антибиотики, противосудорожные средства, а также препараты для лечения заболеваний печени и поджелудочной железы [10].
Молекулярное действие витамина К на костную ткань
Витамин К играет важную роль в здоровье костей и функционирует посредством различных механизмов. ОС связывается с ионами кальция и кристаллами гидроксиапатита, регулируя их форму и размер [4]. Транскрипция и трансляция гена ОС контролируются и регулируются витамином D 1,25(OH)2 D3, но его способность связываться с ионами кальция зависит от витамина К [10]. MGP способствует нормальному метаболизму костей, и было обнаружено, что MGP достигает оптимальной биологической активности сразу после посттрансляционного карбоксилирования. Gla-богатый белок и периостин регулируют минерализацию внеклеточного матрикса [4]. Кроме того, ВК может регулировать транскрипцию генов остеобластных маркеров, подавлять резорбцию кости и регулировать образование остеокластов. Исследования на животных и in vitro показали, что менахинон (МК-4) может быть вовлечен в воспаление, апоптоз и окислительный стресс, которые могут ингибировать резорбцию кости [4].
MK-4 действует через рецептор стероидов и ксенобиотиков (SXR), регулируя экспрессию различных генов, которые контролируют образование и дифференцировку остеобластов [11]. Табб и др. обнаружили, что витамин К2 (менахинон) активирует SXR в дозозависимом процессе и регулирует экспрессию маркерных генов остеобластов, которые способствуют отложению кости и уменьшают резорбцию кости [12]. Интересно, что SXR также экспрессируется в клеточных линиях остеосаркомы, которые считаются остеобластическими клетками по происхождению и функционируют как медиатор костного гомеостаза и сенсор ксенобиотиков. Итикава и др. провели исследование по идентификации генов-мишеней SXR и обнаружили, что tsukushi, матрилин-2 и антиген CD14 являются первичными генами-мишенями SXR, и все три гена имеют функции, связанные с костями [13]. Например, накопление коллагена в остеобластных клетках было усилено лечением витамином К2, и цукуши, небольшой богатый лейцином протеогликан, способствует этому процессу, о чем свидетельствуют анализы усиления и потери функции.
Их результаты предполагают новую функцию витамина К2 в формировании костей в качестве регулятора транскрипции генов, связанных с внеклеточным матриксом, участвующих в сборке коллагена. Кошихара и др. продемонстрировали, что введение витамина К1 (филлохинон) и К2 снижало экспрессию активатора рецептора лиганда ядерного фактора каппа-В (RANKL) и повышало экспрессию фактора, ингибирующего остеокластогенез, также известного как остеопротегерин (ОПГ), в стромальных клетках [14]. Они пришли к выводу, что витамин К может стимулировать образование остеобластов в клетках костного мозга.
В нескольких исследованиях изучалось биологическое действие витамина К на костную ткань. Большинство из них заявили, что основная роль витамина К в функции остеобластов опосредована классическим путем γ-карбоксилирования белка, который хорошо известен. Тем не менее, в других исследованиях изучались различные механизмы действия витамина К на кости, и было показано, что остеопротекторное действие витамина К2 опосредовано активацией генов костных маркеров.
Воздействие на эти гены может быть использовано в качестве нового терапевтического средства для лечения нескольких заболеваний костей, включая остеопороз. Действие витамина К на костную ткань представлено в таблице.
Таблица 1
Краткое описание действия витамина К на костную ткань
GGCX: глутамат-γ-карбоксилаза; Gla: гамма-карбоксиглутаминовая кислота; RANKL: активатор рецептора лиганда ядерного фактора каппа В; SXR: рецептор стероидов и ксенобиотиков; Матричный белок Gla
| Действие витамина К | ||
| Коэнзим для GGCX [9] | Подавляет кость резорбция [4] | Увеличение образования остеобластов [11] |
| Образование остеокальцина Gla [9] | Регулирование образования остеокластов [4] | Увеличение накопления коллагена в остеобластах [13] |
| Уменьшить экспрессию RANKL [14] | Повышает экспрессию остеопротегерина (OPG) [14] | |
| MGP поддерживает костный метаболизм [10] | Индуцирует апоптоз остеокластов [4] | Передача сигналов SXR индуцирует дифференцировку остеобластов [11] |
Открыть в отдельном окне
Влияние витамина К на МПК
Для оценки влияния витамина К на МПК было проведено множество исследований.
Большинство из них показали, что адекватное потребление ВК действительно улучшило МПК [15]. У женщин с самым низким уровнем потребления витамина К1 (филлохинона) средняя МПК была значительно ниже после поправки на смешанные факторы, такие как менопаузальный статус и возраст. Некоторые контрастирующие исследования не показывают значимой связи между потреблением винилкиназы и МПК. Хуанг и др. провел метаанализ 19рандомизированные двойные слепые плацебо-контролируемые испытания, в которых приняли участие 6759 человек, для изучения влияния ежедневного приема 1,5 мг короткоцепочечного менахинона-4 (МК-4) на МПК [16]. Они обнаружили значительное улучшение МПК позвоночника у женщин в постменопаузе с остеопорозом, но не сообщалось о значительных изменениях МПК у женщин в постменопаузе без остеопороза. Эти результаты свидетельствуют о том, что прием низких доз МК-4 в течение 6–12 месяцев улучшал качество костей у японских женщин в постменопаузе без каких-либо существенных побочных эффектов за счет снижения концентрации ucOC и пентозидина в сыворотке.
Было проведено несколько исследований для изучения влияния VK на BMD и биомаркеры ремоделирования костей.
Все эти исследования включали перекрестные исследования и РКИ в различных популяциях. В большинстве исследований предполагалось положительное влияние ВК на МПК, более высокий уровень ЦОС и низкий уровень ЦОС [16,19]. С другой стороны, некоторые исследования не показали значимой связи между потреблением ВК и МПК [19-21]. Кажется, что многие факторы и соучредители играют роль в противоречивых результатах, таких как разные выборки населения, возраст, диета и состояние здоровья. Нам нужно больше исследований , чтобы подтвердить связь между ВК и биомаркерами кости, а также МПК.
Влияние витамина К на остеопороз и переломы костей
Было проведено несколько РКИ и перекрестных исследований для изучения влияния ВК на предотвращение переломов костей. Кнапен и др. исследовали влияние добавки витамина К2 (менахинон) в низких дозах МК-7 (длинноцепочечный менахинон-7) 180 мкг/день на здоровье костей [17]. Исследователи выполнили DXA для оценки переломов позвонков у здоровых женщин в постменопаузе в течение трех лет по сравнению с плацебо.
Они сообщили, что через два и три года потеря высоты позвонков была значительно ниже в группе МК-7, чем в группе плацебо. Ченг и др. провели четырехлетнее исследование женщин в постменопаузе с остеопенией и нормальным уровнем витамина D [21]. Они обнаружили, что меньше женщин, принимавших витамин К1 (филлохинон) в дозе 500 мкг/день, имели клинический перелом, чем плацебо. Накано и др. провели исследование случай-контроль у пожилых азиатских пациентов с переломом бедра по сравнению с контрольной группой [22]. Они пришли к выводу, что низкая концентрация витамина К1 связана с повышенным риском переломов. Касукава и др. провели исследование, чтобы изучить влияние витамина К2 в дополнение к ризедроната в РКИ [23]. В исследовании приняли участие 101 пожилая женщина с постменопаузальным остеопорозом, и исследователи не обнаружили существенной разницы в частоте переломов позвонков. Чан и др. провели поперечное исследование пожилых мужчин и женщин азиатского происхождения старше 65 лет [24]. Исследование показало, что потребление ВК не коррелировало с риском переломов у обоих полов после почти семи лет наблюдения, даже после поправки на сопутствующие факторы.
Многие доступные исследования, в том числе несколько РКИ, выполненных для изучения влияния витамина К1 (филлохинон) и витамина К2 (менахинон) на риск переломов, показали потенциальную связь между низкой концентрацией витаминоза и повышенным риском переломов в разных группах населения. [22]. Однако во многих других исследованиях сообщалось об отсутствии влияния добавок витамина К на риск переломов [23-25]. Это противоречит результатам многих обсервационных исследований. Похоже, что положительный эффект чаще встречался у здоровых людей. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы подтвердить влияние добавок витамина К на снижение риска переломов костей. В контексте влияния витамина К на женщин с остеопорозом доступные исследования не сообщают о явных преимуществах, и необходимы дополнительные исследования, чтобы подтвердить положительный эффект добавок витамина К у людей с остеопорозом.
Несколько опубликованных исследований показывают, что витамин К положительно влияет на здоровье костей.
Похоже, что витамин К увеличивает МПК и повышает уровень ЦОС. Последний из двух эффектов обратно пропорционален разрушению костей и переломам. Тем не менее, польза добавок витамина К для профилактики и лечения остеопороза все еще остается спорной. Некоторые исследования показали снижение количества переломов, связанных с остеопорозом, после приема витамина К, в то время как другие не дали таких же результатов. Нам необходимы дополнительные клинические исследования, прежде чем давать рекомендации по добавкам витамина К для лечения и профилактики остеопороза. Эти исследования должны проводиться на большой популяции и содержать больше РКИ, чтобы доказать преимущества добавок витамина К.
Контент, опубликованный в Cureus, является результатом клинического опыта и/или исследований независимых лиц или организаций. Cureus не несет ответственности за научную точность или надежность данных или выводов, опубликованных здесь. Весь контент, опубликованный в Cureus, предназначен только для образовательных, исследовательских и справочных целей.
Авторы заявили об отсутствии конкурирующих интересов.
1. Плохой статус витамина К связан с низкой минеральной плотностью костей и повышенным риском переломов при терминальной стадии почечной недостаточности. Эвенепоэль П., Клас К., Мейерс Б. и др. Джей Боун Шахтер Рез. 2019; 34: 262–269. [PubMed] [Google Scholar]
2. Определение витаминов К1, МК-4 и МК-7 в сыворотке крови женщин в постменопаузе методом ВЭЖХ с флуоресцентным детектированием. Клапкова Е., Цепова Дж., Дуновска К., Пруса Р. Дж. Clin Lab Anal. 2018;32:0. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
3. Определение уровня витамина К в плазме крови человека. Фусаро М., Галлиени М., Риццо М. и др. Clin Chem Lab Med. 2017; 55: 789–799. [PubMed] [Google Scholar]
4.
Витамин К и здоровье костей: обзор влияния дефицита и приема витамина К, а также влияния пероральных антикоагулянтов, не являющихся антагонистами витамина К, на различные параметры костей. Родригес-Оллерос Родригес С., Диас Куриэль М. Дж. Остеопорос. 2019;2019:2069176. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
5. Эпидемиология и лечение постменопаузального остеопороза: точка зрения из Бразилии. Баккаро Л.Ф., Конде Д.М., Коста-Пайва Л., Пинто-Нето А.М. Clin Interv Старение. 2015;10:583–591. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
6. Профилактика и лечение постменопаузального остеопороза. Телла С.Х., Галлахер Дж.К. J Steroid Biochem Mol Biol. 2014; 142:155–170. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
7. Новые разработки в лечении остеопороза. Эриксен Э.Ф., Халс Дж., Моен М.Х. Acta Obstet Gynecol Scand. 2013;92: 620–636. [PubMed] [Google Scholar]
8. Ось костно-сосудистая система: добавки кальция и роль витамина К. Василевски Г.
Б., Вервлоет М.Г., Шургерс Л.Дж. Front Cardiovasc Med. 2019;6:6. [Статья бесплатно PMC] [PubMed] [Google Scholar]
9. Витамин К-зависимые белки, участвующие в здоровье костей и сердечно-сосудистой системы (обзор) Wen L, Chen J, Duan L, Li S. Mol Med Rep. 2018;18: 3–15. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
10. Витамин К и метаболизм костей: обзор последних данных доклинических исследований. Акбари С., Расули-Гахруди А.А. Биомед Рез Инт. 2018;2018:4629383. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
11. Новые аспекты исследований витамина К с синтетическими лигандами: активность транскрипции посредством SXR и активность нейронной дифференцировки. Hirota Y, Suhara Y. Int J Mol Sci. 2019;20:3006. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
12. Регуляция костного гомеостаза витамином К2 опосредована стероидным и ксенобиотическим рецептором SXR. Табб М.М., Сунь А., Чжоу С. и др. Дж. Биол. Хим. 2003; 278:43919–43927. [PubMed] [Академия Google]
13.
Стероидный и ксенобиотический рецептор SXR опосредует активируемую витамином К2 транскрипцию генов, связанных с внеклеточным матриксом, и накопление коллагена в остеобластных клетках. . Итикава Т., Хори-Иноуэ К., Икеда К. и др. Дж. Биол. Хим. 2006; 281:16927–16934. [PubMed] [Google Scholar]
14. Витамин К стимулирует остеобластогенез и ингибирует остеокластогенез в культуре клеток костного мозга человека. Кошихара Ю., Хоши К., Окавара Р. и др. J Эндокринол. 2003; 176: 339–348. [PubMed] [Академия Google]
15. Витамин К и костный метаболизм: обзор последних данных доклинических исследований. Акбари С., Расули-Гахруди А.А. Биомед Рез Инт. 2018;2018:4629383. [Статья бесплатно PMC] [PubMed] [Google Scholar]
16. Играет ли витамин К2 роль в профилактике и лечении остеопороза у женщин в постменопаузе: метаанализ рандомизированных контролируемых исследований. Хуан З.Б., Ван С.Л., Лу Ю.Дж., Нин Л., Лю С., Фан С.В. Остеопорос Инт. 2015;26:1175–1186. [PubMed] [Google Scholar]
17.
Прием низких доз менахинона-7 в течение трех лет помогает уменьшить потерю костной массы у здоровых женщин в постменопаузе. Knapen MHJ, Drummen NE, Smit E, Vermeer C, Theuwissen E. Osteoporos Int. 2013;24:2499–2507. [PubMed] [Google Scholar]
18. Возможный локальный эффект вмешательства, сочетающего консультирование по вопросам питания и образа жизни с потреблением обогащенных молочных продуктов, на костную массу. Мошонис Г., Канеллакис С., Папайоанноу Н., Шаафсма А., Маниос Ю. Дж. Костяной шахтер, метаб. 2011; 29: 501–506. [PubMed] [Google Scholar]
19. Добавка витамина К2 не влияет на потерю костной массы у женщин в ранней менопаузе: рандомизированное двойное слепое плацебо-контролируемое исследование. Эмаус Н., Гьесдал К.Г., Алмос Б. и др. Остеопорос Инт. 2010;21:1731–1740. [PubMed] [Академия Google]
20. Лечение витамином К снижает уровень недостаточного карбоксилирования остеокальцина, но не изменяет метаболизм, плотность или геометрию кости у здоровых женщин Северной Америки в постменопаузе.
Бинкли Н., Харке Дж., Крюгер Д. и др. Джей Боун Шахтер Рез. 2009; 24: 983–991. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
21. Cheung AM, Tile L, Lee Y, et al. ПЛОС Мед. Том. 5. ПлоС Мед; 2008. Прием витамина К у женщин в постменопаузе с остеопенией (исследование ECKO): рандомизированное контролируемое исследование; п. 0. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
22. Высокая распространенность гиповитаминозов D и K у больных с переломом шейки бедра. Накано Т., Цугава Н., Кувабара А., Камао М., Танака К., Окано Т. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21393111/ Asia Pac J Clin Nutr. 2011;20:56–61. [PubMed] [Google Scholar]
23. Влияние ризедроната в отдельности или в сочетании с витамином К2 на недостаточно карбоксилированный остеокальцин в сыворотке крови и уровни остеокальцина при постменопаузальном остеопорозе. Касукава Ю., Миякоши Н., Эбина Т. и др. J Bone Miner Метаб. 2014; 32: 290–297. [PubMed] [Академия Google]
24. Отсутствие связи между потреблением витамина К с пищей и риском переломов у пожилых мужчин и женщин, проживающих в китайских общинах: проспективное исследование.
