D-vitamin: gamle paradokser og nye perspektiver

D-vitamin spiller en central rolle i sikring af normalt niveau af serumcalcium. Den centrale regulering sker ved nyrernes hydroxylering af 25(OH)D 3 til calcitriol (1,25(OH) 2 D 3 ). 1,25(OH) 2 D 3 har i en årrække været anset for at være den eneste betydende mediator af D-vitamins regulering af calciumhomøostasen. Kliniske mål for hypovitaminosis D har dog altid vist sig at korrelere til 25(OH)D 3 og ikke til 1,25(OH) 2 D 3 . Dette paradoks har hidtil været uforklaret. Nye forskningsresultater har vist, at forskellige celletyper har kapacitet for intracellulær 1,25(OH) 2 D 3 -syntese ud fra 25(OH)D 3 . Den lokale intracellulære 1,25(OH) 2 D 3 -syntese er substratafhængig af 25(OH)D 3 , hvilket giver en plausibel forklaring på paradokset. Den lokale 1,25(OH) 2 D 3 -syntese synes at have betydning for risikoen for udvikling af en række cancerformer (f.eks. prostata-, colon- og mammacancer). Ud fra hidtidige forskningsresultater argumenteres der for, at S-25(OH)D 3 i cancerprofylaktisk øjemed bør holdes over 50 nmol/l.

D-vitamin er traditionelt blevet forbundet med calciumabsorption og calciummetabolisme. Den traditionelle opfattelse af D-vitamin-metabolisme er summeret i Figur 1 . Cirka 90% af al D-vitamin dannes i huden. Hvis hudens D-vitamin-produktion er nedsat (f.eks. aldersbetinget hudatrofi, heldækkende klædedragt og overdreven anvendelse af solcreme), er det derfor stort set ikke muligt at vedligeholde D-vitamin-sufficiens ved hjælp af kosten alene, selv indtagelse af store mængder fed fisk er utilstrækkelig. Hvis hudens produktion er hæmmet eller udslettet, er det kun muligt at sikre tilstrækkeligt høje D-vitamin-koncentrationer ved egentlig substitution [1, 2].

Effekten af D-vitamin er baseret på dannelsen af steroidhormonet calcitriol (1,25(OH)2 D3 ) ved hydroxyleringer i lever og nyrer af D-vitamin-forstadier. 1,25(OH)2 D3 binder sig til nukleære D-vitamin-receptorer (VDR). 1,25(OH)2 D3 udviser 500-1.000 gange større affinitet for VDR end 25(OH)D3 . Den renale hydroxylering af 25(OH)D3 har derfor altid været anset for at være af central betydning for hormonets virkning på cellulært niveau. Den renale hydroxylering kontrolleres præcist af bl.a. parathyroideahormon (PTH) og serumcalcium.

I de senere år har vi fået ny viden om D-vitamin-systemet. I en serie meget elegante forsøg viste Nykjær et al [3] i 1999, at D-vitamin bundet til D-vitamin-bindende protein (DBP) udfiltreres i glomeruli og herefter genoptages vha. et megalin/cubilinreceptorsystem. Det viste sig, at denne filtrering og reabsorption af D-vitamin er nødvendig, for at 25(OH)D3 kan gennemgå den renale 1-α-hydroxylering til 1,25(OH)2 D3 . Dette forklarer formentlig, at nedgang i den glomerulære filtrationsrate resulterer i faldende renal 1-α-hydroxylering.

Nyere data har endvidere vist, at hydroxylering af 25(OH)D3 til 1,25(OH)2 D3 kan foregå i andre væv end i nyrerne. Disse nye resultater forklarer et paradoks, som har manglet forklaring indtil nu, nemlig tilstedeværelsen af svær D-vitamin-mangel på cellulært niveau ved osteomalaci og hypovitaminosis D-myopati, selv om de cirkulerende niveauer af det aktive vitamin 1,25(OH)2 D3 er normale eller endda forhøjede. Endelig synes den ekstrarenale hydroxylering at være af stor betydning for nye effekter af D-vitamin i relation til vitaminets hæmning af udvikling af cancer i colon, bryst og prostata.

Calcitriol (1,25(OH)2 D3 )-paradokset

Ved fremkomsten af gode analysemetoder for både 1,25(OH)2 D3 og 25(OH)D3 blev det hurtigt klart, at man stod over for følgende paradokser: 1) serummålinger af 1,25(OH)2 D3 er ikke informative om graden af D-vitamin-mangel på cellulært niveau, selv om 1,25(OH)2 D3 er den mest aktive metabolit, 2) derimod korrelerer det mindre aktive prohormon, S-25(OH)D3 , fint til graden af D-vitamin-mangel på celle- og vævsniveau i knogler og muskler, selv om det har 500-1.000 gange lavere affinitet til VDR.

I klinisk praksis har dette paradoks været kendt og har dannet basis for behandling af patienter med D-vitamin-mangel og osteomalaci gennem mange år, uden at man i væsentlig grad har kunnet forklare det.

Fra talrige histomorfometriske studier [4, 5] af knoglemateriale fra patienter med svær D-vitamin-mangel og nedsat knoglemineralisering (osteomalaci) er der beskrevet subnormale serumniveauer af 25(OH)D3 og normale eller forhøjede niveauer af 1,25(OH)2 D3 .

Renal osteodystrofi (RO) er en alvorlig komplikation til kronisk nyreinsufficiens, hvor man har ophørt eller meget ringe renal 1-α-hydroxylaseaktivitet. RO kan forebygges ved behandling med alfacalcidol eller 1,25(OH)2 D3 og gives derfor profylaktisk til de fleste patienter med terminal nyreinsufficiens i Danmark. Også hos uræmiske patienter ser det ud til at 25(OH)D3 har en vigtig effekt. Ghazali et al [6] studerede D-vitamin-niveauer og knogleforandringer hos 113 dialysepatienter, der ikke var i behandling med 1-α-hydroxylerede D-vitamin-præparater. De fandt en omvendt korrelation mellem S-25(OH)D3 og PTH. Ved 25(OH)D3 på 100 nmol/l fandtes PTH i det optimale niveau (10-25 pmol/l). Loosers zoner i knoglerne forekom ikke ved S-25(OH)D3> 40 nmol/l, og med faldende værdier af S-25(OH)D3 tiltog hyppigheden af knogleforandringer omvendt proportionalt. Subperiosteale resorptioner blev ikke set ved S-25(OH)D3> 100 nmol/l.

Ved D-vitamin-mangel synes muskelsymptomer (træthed, smerter, kramper m.m.) at optræde hyppigere og tidligere end knoglesymptomer (smerter og palpationsømhed). I et materiale af D-vitamin-deficiente kvinder med udtalte symptomer på hypovitaminosis D-myopati (S-25(OH)D3< 20 nmol/l) fandt man kun 17% med forhøjet alkalisk fosfatase som tegn på osteomalaci [7]. Ved muskeltestning fandt man tegn på myopati allerede ved S-25(OH)D3< 60 nmol/l, og i dette materiale korrelerede objektive tegn på myopati ved muskelstyrketestning og symptomscorer kun til S-25(OH)D3 . Ingen af de målte parametre korrelerede til S-1,25(OH)2 D3 . Disse fund kunne tale for, at der i muskelvæv er en effekt af S-25(OH)D3 eventuelt medieret via lokal 1,25(OH)2 D3 -syntese.

Også fra calciumabsorptionsstudier er 1,25(OH)2 D3 -paradokset beskrevet. Barger-Lux [8] har således fundet, at effekten på den intestinale calciumabsorption af 25(OH) D3 kun var 100 gange mindre end effekten af 1,25(OH)2 D3 til trods for at receptoraffiniteten er 500-1.000 gange større for 1,25(OH)2 D3 . Det skal i den sammenhæng erindres, at serumkoncentrationen af 25(OH) D3 sædvanligvis er omkring 1.000 gange højere end serumkoncentrationen af 1,25(OH)2 D3 .

Intracellulær hydroxylering af 25(OH)D3

Inden for calciummetaboliske lidelser har man i lang tid kendt til sygdomme med ekstrarenal hydroxylering af 25(OH)D3 (sarkoidose, TB, lymfomer m.m.). Ved disse granulomatøse sygdomme dannes 1,25(OH)2 D3 af aktiverede makrofager og kan fremkalde hyperkalcæmi pga. øget intestinal calciumabsorption. At ekstrarenal hydroxylering ikke kun forekommer i granulomer blev vist af Dusso et al [9] i et studie af fire nefrektomerede patienter. Ved normale serumniveauer af 25(OH)D3 fandt de meget lave værdier af S-1,25(OH)2 D3 , men med stigende koncentrationer af 25(OH)D3 kunne de vise en koncentrationsafhængig 2-3-fold stigning i S-1,25(OH)2 D3 .

I nyere studier er der påvist 1α-hydroxylase i osteoblaster, prostata, colon og mamma [9, 10]. Forekomst af 1α-hydroxylase i muskelceller synes at være sandsynlig, men er endnu ikke vist.

Den ekstrarenale intracellulære 1α-hydroxylase er cytokrom P 450-afhængig og lokaliseret i mitokondrierne. Den er substratafhængig og ikke reguleret stramt af PTH, som det er tilfældet for det renale enzym. Denne stramme regulering forklarer, at serumkoncentrationerne af 1,25(OH)2 D3 holdes normale selv ved svær mangel på 25(OH)D3 . Derimod synes aktiviteten af intracellulær 1α-hydroxylase at nedreguleres af 1,25(OH)2 D3 [9, 11]. Under normale omstændigheder bidrager den lokale intracellulære 1,25(OH)2 D3 -syntese forment- lig ikke i nævneværdig grad til serumkoncentrationen af 1,25(OH)2 D3 , idet den intracellulære pool nedbrydes lokalt af 24-hydroxylase.

Disse karakteristika for den ekstrarenale intracellulære hydroxylase kan forklare paradokset vedrørende 1,25(OH)2 D3 og 25(OH)D3 . Substratafhængigheden og den manglende regulering af PTH forklarer korrelationen mellem 25(OH)D3 og kliniske symptomer ved hypovitaminosis-D. Dette leder til en alternativ hypotese vedrørende virkningen af 1,25(OH)2 D3 og 25(OH)D3 på cellulært niveau (Figur 2 ). I aktiverede makrofager, osteoblaster, mammakirtelceller, prostataceller, keratinocytter og colonepitel (og formodentlig også muskelceller) udøver renalt syntetiseret 1,25(OH)2 D3 kun meget begrænsede virkninger på cellulært niveau. Hovedvirkningen udøves af 25(OH)D3 , som via intracellulær hydroxylering danner store mængder 1,25(OH)2 D3 , der kan binde sig til VDR. Studier af prostataceller har vist, at 30-40% af ekstracellulær 25(OH)D3 kan omdannes til 1,25(OH)2 D3 . Dette skaber høje intracellulære koncentrationer af 1,25(OH)2 D3 for binding til VDR [12, 13].

Cancer og D-vitamin

In vitro udøver 1,25(OH)2 D3 en klar antiproliferativ og celledifferentierende effekt i flere væv (knogleceller, lymfocytter, keratinocytter, prostatacancerceller m.m). Denne effekt er forsøgt anvendt i behandlingen af prækankrøse tilstande (præleukæmier m.m.) med parenteral tilførsel af 1,25(OH)2 D3 , og ved hyperproliferative tilstande i huden, som psoriasis med topisk behandling. Imidlertid har der i alle studier tegnet sig det generelle billede, at hyperkalcæmi udviklede sig før en effektiv antiproliferativ effekt kunne opnås, og de fleste projekter måtte stoppes med skuffende resultater. Konceptet har dannet baggrund for udviklingen af mindre hyperkalcæmiske D-vitamin-metabolitter til topisk brug, såsom calcipotriol, som har en veldokumenteret effekt på lettere former af psoriasis. Ligesom der er forsøg med mindre hyperkalcæmifremkaldende D-vitamin-analoger til systemisk brug (f.eks. EB 1089).

Cancer i mamma, colon og prostata er de hyppigste cancere i den vestlige verden. De er derfor samlet blevet omtalt som the big three i cancerepidemiologisk litteratur. I de seneste ti år er der fremkommet et stigende antal primært epidemiologiske publikationer, hvor man har understreget sammenhængen mellem bestråling med UVB-stråler og forekomst af the big three [14-17].

I amerikanske studier er der vist en tydelig gradient med stigende forekomst af mamma-, prostata- og coloncancer fra syd til nord [15, 18-20]. Helt for nylig har Grant påpeget, at 14 forskellige cancerformer, (bl.a. c. pancreat is, c. renis og myelomatose) synes at udvise en sammenhæng med UVB-bestråling [21]. Baseret på epidemiologiske og meteorologiske data vedrørende soleksposition har han kalkuleret, at 15.000 amerikanere dør hvert år af cancer, som kunne forebygges med øget eksposition til UVB. En sandsynlig forklaring på denne gradient er, at UVB-bestråling gennem D-vitamin-syntese beskytter mod cancerudvikling.

D-vitamin og coloncancer

Allerede I 1980 blev der hypotetiseret en sammenhæng mellem D-vitamin-status og risiko for coloncancer. Siden er det vist, at indtagelse af mere end 3,75 μg D-vitamin/dag reducerer forekomsten af coloncancer med 50%. I et case-kontrol-studie omfattende 25.600 personer påvistes reduceret forekomst af coloncancer ved S-25(OH)D3> 65 nmol/l [22]. In vitro udøver calcium en hæmmende virkning på colonepitel, så en sådan virkning på grund af D-vitamin-medieret øget calciumabsorption kan ikke udelukkes som medvirkende årsag til den observerede hæmning af celleproliferation [23]. Imidlertid er det vist, at D-vitamin udøver en stærkere effekt på coloncancerceller end calcium [24]. Holick et al har i et helt nyt arbejde påvist 1α-hydroxylase-aktivitet i colonceller og differentierede coloncancerceller. Lavt differentierede coloncancerceller savnede imidlertid væsentlig 1α-hydroxylase-aktivitet.

D-vitamin og mammacancer

Lave calcium- og D-vitamin-niveauer øger celleproliferationen af brystcancerceller [25]. Der er påvist en klar korrelation mellem VDR-polymorfier og risikoen for mammacancer [26]. I en nylig analyse af kvinder fra den store amerikanske NHANES-kohorte har Schwartz et al vist, at kvinder med højt S-25(OH)D3 udviste en 50% reduktion i risikoen for mammacancer.

D-vitamin og prostatacancer

Prostatacancer er mere udbredt blandt sorte amerikanere end blandt hvide, og nordligt beliggende lande som Danmark og Norge er blandt de lande med den højeste forekomst.

I et finsk studie fandt man, at lave D-vitamin-niveauer øgede den relative risiko for prostatacancer med en faktor 2-3 [27], ligesom graden af metastasering øgedes med lave værdier for S-25(OH)D. I et amerikansk studie, der omfattede 45.410 mænd i alderen 40-75 år, fandt man en øgning i relativ risiko for prostatacancer hos mænd med lave S-25(OH)D-niveauer til 1,7 [28]. Der er også rapporteret om sammenhæng mellem VDR-polymorfier og risikoen for c. prostatae [29-31].

I in vitro-studier viste Schwartz et al [12, 13], dels at prostaceller har kapacitet for intracellulær 1,25(OH)2 D3 -syntese, dels at tilførsel af 25(OH)D3 og 1,25(OH)2 D3 i lige store molære koncentrationer resulterede i ens hæmning i celleproliferation af prostataceller. Resultatet peger på, at lokal intracellulær 1,25(OH)2 D3 -syntese er af stor betydning for regulering af celleproliferation og -differentiering og dermed sandsynligvis for cancerudvikling. Yderligere peger studiets resultater på, at en antiproliferativ effekt kan opnås ved at sikre høje serumniveauer af 25(OH)D3 , hvorimod man for at opnå samme effekt med 1,25(OH)2 D3 skulle op på så høje serumniveauer, at komplicerende hyperkalcæmi ville blive resultatet.

Konklusion

Viden akkumuleret gennem de seneste ti år peger på, at man skal revurdere den klassiske opfattelse af D-vitamin-metabolismen. Intracellulær hydroxylering af den mindre aktive metabolit 25(OH)D3 synes at spille en stor rolle for effekten af D-vitamin i mange væv. Dette forklarer paradokset vedrørende en manglende sammenhæng mellem cirkulerende serumniveauer af den mest aktive metabolit 1,25(OH)2 D3 og effekter på cellulært niveau. Yderligere udviser incidensen af de hyppigste cancerformer, colon-, prostata- og mammacancer, en klar korrelation til graden af UVB-bestråling. Tværsnitsstudier har vist, at lave serumniveauer af 25(OH)D3 øger risikoen, mens høje niveauer beskytter mod colon-, prostata- og mammacancer. Den påviste tilstedeværelse af intracellulære hydroxylaser i celler fra alle tre cancerformer understøtter denne hypotese. Kun i store prospektive studier kan man påvise den reelle effekt af D-vitamin-substitution på cancerrisiko, men de hidtil publicerede data understreger kraftigt behovet for substitution i den ældre population, ikke blot for at forebygge hypovitaminosis-D-myopati og hoftefrakturer, men også for at mindske risikoen for udvikling af cancer. Som anført af Holick [32] er S-25(OH)D3> 50 nmol/l nødvendig for adækvat dannelse af 1,25(OH)2 D3 ved renal hydroxylering. Imidlertid kan det meget vel tænkes, at meget højere niveauer er nødvendige for at sikre tilstrækkelige intracellulære koncentrationer af 1,25(OH)2 D3 til at forebygge udvikling af malignitet. Det er i talrige studier vist, at D-vitamin-substitution til ældre er en billig og sikker intervention, og baseret på de hidtil opnåede resultater må man anbefale, at S-25(OH)D3 holdes over 50 nmol/l. Endelig afklaring af, om S-25(OH)D3 eventuelt bør ligge på et endnu højere niveau, må afvente resultatet af kommende store prospektive undersøgelser på området.

Korrespondance: Henning Glerup, Afdeling V, Århus Kommunehospital, DK-8000 Århus C.

Antaget: 28. juli 2003

Interessekonflikt: Ingen angivet

1. Glerup H, Thomsen J, Mikkelsen K et al. Commonly recommended daily intake of vitamin D is not sufficient if sunlight exposure is limited. J Intern Med 2000;247:260-8.
2. Holick MF, McCollum. Award Lecture, 1994: vitamin D - new horizons for the 21st century. Am J Clin Nutr 1994;60:619-30.
3. Nykjaer A, Dragun D, Walther D et al. An endocytic pathway essential for renal uptake and activation of the steroid 25-(OH) vitamin D3. Cell 1999;96: 507-15.
4. Bisballe S, Eriksen EF, Melsen F et al. Osteopenia and osteomalacia after gastrectomy: interrelations between biochemical markers of bone remodelling, vitamin D metabolites, and bone histomorphometry. Gut 1991;32: 1303-7.
5. Parfitt AM. Osteomalacia and related disorders. I: Avioli LV, Krane SM, eds. Metabolic bone diseases and clinically related disorders. Philidelphia: W.B. Saunders, 1990:329-96.
6. Ghazali A, Fardellone P, Pruna A et al. Is low plasma 25-(OH)vitamin D a major risk factor for hyperparathyroidism and Looser's zones independent of calcitriol? Kidney Int 1999;55:2169-77.
7. Glerup H, Mikkelsen K, Poulsen L et al. Hypovitaminosis D myopathy without biochemical signs of osteomalacic bone involvement. Calcif Tissue Int 2000; 66:419-24.
8. Barger-Lux MJ, Heaney RP, Dowell S et al. Relative molar potency of 25- hydroxyvitamin D indicates a major role in calcium absorption. J Bone Miner Res 1996;11:S423.
9. Dusso A, Brown A, Slatopolsky E. Extrarenal production of calcitriol. Semin Nephrol 1994;14:144-55.
10. Holick MF. Sunlight »D«ilemma: risk of skin cancer or bone disease and muscle weakness. Lancet 2001;357:4-6.
11. Kong