血钙浓度能保持稳定，主要依靠三种激素：维生素D、副甲状腺激素（PTH）和降钙素。

我们重点讲维生素D，它和副甲状腺激素一起有助于升高血钙，而降钙素则帮助降低血钙。血液和间质液中的细胞外钙大致可分为两类，几乎各占一半：一种是可以扩散的（diffusible）钙，另一种是不可扩散的钙。

可以扩散的钙离子足够小，可以穿过细胞膜，这类钙又可以进一步分为两种亚型。第一种就是游离的离子化钙（free-ionized calcium），它参与多种细胞过程，例如神经动作电位的产生、骨骼肌和平滑肌以及心肌的收缩、激素分泌和血液凝固等，这些过程都受到酶和激素的严格调控。

第二种可扩散钙被称为“络合钙（complexed calcium）”，也就是钙离子与血液中带负电的小分子（例如草酸盐、磷酸盐等小阴离子）通过离子键结合在一起，形成电中性的复合物。

这种络合钙虽然可以通过扩散存在于血液中，但它不像游离钙那样参与各种细胞过程，因此在生理功能上并不活跃。

最后是不可扩散的钙，它与像白蛋白这样的较大的带负电蛋白结合，形成蛋白-钙复合物，这种结构又大又带电，无法穿过细胞膜，因此这种钙同样不参与细胞功能。

 在副甲状腺激素之后，维生素D的活性代谢形式（也就是钙三醇，calcitriol），是调节血钙浓度的第二重要的激素。

维生素D是一种类固醇激素，这意味着它由胆固醇合成，并且属于脂溶性激素。

活性维生素D最初来源于两种代谢上处于非活性状态的分子之一：一种是维生素D₂（称为麦角钙化醇，ergocalciferol），主要来自植物性饮食来源；

另一种是维生素D₃（称为胆固醇化醇，cholecalciferol），可以来自动物性食物，也可以在皮肤细胞中通过阳光照射自行生成。

 不过，因为无论是维生素D₂还是维生素D₃，在生理上都属于维生素D的非活性形式，所以它们必须经过身体进一步加工，才能真正发挥作用。

我们先从饮食来源的分子说起：当维生素D₂和D₃抵达小肠时，它们会与胆汁盐一起被打包成胶束（micelles），然后被小肠上皮细胞（称为肠细胞，enterocytes）吸收。

维生素D₂和维生素D₃随后被整合进一种称为乳糜微粒的脂蛋白中进入淋巴系统并沿着淋巴系统最终进入血液中。

由于维生素D₂和维生素D₃是脂溶性的它们必须通过维生素D结合蛋白在血液中运输这些蛋白质将它们运送到肝脏。维生素D₂和维生素D₃进入肝脏的肝细胞内质网在那里它们开始经历多次转化。

 下面我们来放大看看内质网的情况。首先一种叫25羟化酶的酶会在这两个分子的第25位碳上加上一个羟基因此维生素D₂就变成了25-羟基麦角钙化醇，而维生素D₃就变成了25-羟基胆钙化醇。骨化二醇和麦角骨化二醇再次与维生素D结合蛋白结合，重新进入血液。

它们的旅程随后从肝脏继续行进至肾脏的近曲小管。这些物质进入肾细胞的线粒体。让我们放大观察线粒体内部：此处，1-α羟化酶会在麦角骨化二醇和骨化二醇的碳1位点上各添加一个羟基，从而生成1,25-二羟麦角钙化醇（即麦角骨化三醇）和1,25-二羟胆钙化醇（即骨化三醇）。麦角骨化三醇与骨化三醇通常被称为活性维生素D，因为两者对人体维生素D受体的作用完全相同。

 现在，让我们追踪皮肤中生成的维生素D3的代谢路径。表皮的两个深层——基底层和棘层中的角质形成细胞会合成7-脱氢胆固醇，这是胆钙化醇（维生素D3）的前体分子。当皮肤暴露在阳光下时，7-脱氢胆固醇吸收紫外线B辐射，通过光解作用转化为前维生素D3。随后细胞代谢活动产生的热量使前维生素D3分子发生异构化（结构转变），形成维生素D3（胆钙化醇）。这些维生素D3分子随后进入血液，与膳食摄入的胆钙化醇遵循相同代谢路径：先到达肝脏，再转运至肾脏。

 正常情况下，人体血钙总浓度维持在8.5-10 mg/dl范围内。当血钙水平下降时，甲状旁腺会分泌更多甲状旁腺激素，该激素将引发一系列生理效应。首先是甲状旁腺激素能增强破骨细胞活性，促进骨钙和磷酸盐离子释放入血。同时，甲状旁腺激素作用于肾脏，能促进髓袢升支、远曲小管和集合管对钙离子的重吸收，同时抑制近端小管对磷酸盐的重吸收。  

此外，甲状旁腺激素还会刺激近端小管中的肾细胞增加1-α羟化酶的合成，该酶能将骨化二醇（calcifediol）转化为活性维生素D。血磷酸盐水平降低同样会触发1-α羟化酶的合成增加。活性维生素D随后通过载体蛋白经血液运输至骨骼、肠道、肾脏等靶组织。

由于维生素D是脂溶性的，它无需转运蛋白即可直接扩散穿过这些组织的细胞膜。  在细胞内，维生素D与细胞质中的维生素D受体（VDR）结合，形成的复合物转运至细胞核内，通过调控特定基因的转录和蛋白质合成发挥作用。  

 在骨骼中，维生素D的作用机制与甲状旁腺激素非常相似。它会与成骨细胞表面的维生素D受体结合，刺激这些负责骨形成的细胞释放特定的细胞因子，包括核因子κB受体活化因子配体（RANKL）和巨噬细胞集落刺激因子（M-CSF）。  这些细胞因子就像生物信号的信使，促使多个巨噬细胞前体相互融合，最终形成一个多核的破骨细胞——也就是负责骨吸收的细胞。一旦破骨细胞被激活，它们就会开始分解骨组织，释放出骨骼中储存的钙和磷酸盐，使这些矿物质重新进入血液循环，从而帮助维持血钙平衡。

 在小肠上皮细胞（即肠吸收细胞）中，活性维生素D通过刺激钙结合蛋白D-28K的合成来促进钙和磷酸盐的吸收。这种特殊的钙结合蛋白能同时携带四个钙离子，显著提升钙的转运效率。当食物中的钙扩散进入肠上皮细胞后，会先与钙结合蛋白D-28K结合，随后被主动泵出细胞基底侧膜进入血液循环。活性维生素D还会促使肠上皮细胞增加钠-磷酸盐协同转运蛋白的合成，从而增强磷酸盐的吸收能力。

 类似的双重调节机制也发生在肾脏：在远曲小管的主细胞中，它通过刺激钙结合蛋白D-28K的合成促进尿钙的重吸收；而在近曲小管的管状细胞中，则通过增加顶膜侧的钠-磷酸盐协同转运蛋白来提升尿磷酸盐的回收率。

原文链接：https://www.osmosis.org/learn/Vitamin_D

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