毕业设计（论文）-复合氧化剂对维生素D31位α羟基化的工艺研究.doc

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1、 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第I页 西 南 交 通 大 学 本科毕业设计（论文） SeO2/t-BuOOH 复合氧化剂对维生素 D31 位 羟基化的工艺研究 年 级：2004 级 学 号： 姓 名： 专 业：生物工程 指导老师： 2008 年 6 月 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第II页 摘 要 维生素 D 为固醇类衍生物，是一种重要的脂溶性维生素，在体内以其活性代谢 物 1,25-二羟基维生素 D 的形式发挥作用，可以提高人体的对钙磷的吸收，促进骨 生长和骨骼钙化。维生素 D 主要有维生素 D2和 D3，以维生素 D3为主。近年来研究 发现 1,25-二羟基维生素 D3对治疗多

2、种疾病如佝偻病、肾脏骨营养不良、骨质疏松、 非白血性白血病、乳腺癌、前列腺癌、艾滋病等有着很高的潜力 。 1-羟基维生素 D3又称阿法骨化醇，是一种重要的维生素 D3活性代谢物，可不 经肾脏由肠道迅速吸收进入血液，经肝脏微粒体 25-羟基化酶作用使侧链 25 位羟基 化后生成具有活性的 1,25-二羟基维生素 D3分布于肠道及骨等靶组织内与受体结合 而表现出促进肠道吸收钙的作用、骨盐溶解作用以及骨形成作用等一系列生理活性。 国内外报道的阿法骨化醇的合成方法，一般以维生素 D3为原料，经过酯化、环化、 氧化、开环、水解五步最终生成阿法骨化醇。 本次毕业设计实验包括三步反应，第一步由维生素 D3和

3、对甲苯磺酰氯生成维生 素 D3对甲苯磺酸酯；第二步由上步产物与 NaHCO3、无水甲醇生成 3,5-环合维生素 D3;第三步用 SeO2/t-BuOOH 做氧化剂，最终合成 1-羟基 3,5-环合维生素 D3，最主 要的反应就是第三步氧化反应，这步反应的收率很低，所以本次设计的主要目的就 是提高反应的收率。 在生产实践和科学实验中，为了寻求最优化生产和实验条件，都需要做许多实 验。如果影响实验的因素较多，这时就需要通过正交设计的方法，科学的安排实验， 减少实验次数，获得有效的结果。本次设计为了找出氧化反应的最优反应条件，首 先做了几组实验，结果显示影响氧化反应的主要因素是反应时间、SeO2：T

4、BHP 的 摩尔比以及反应温度，并由此确定正交设计的因素水平表为三因素三水平表；接着 根据因素水平表选择出合适的正交表 L9(34)，最后进行了 9 组正交试验实验再经过 正交分析确定了最佳的实验条件。提高了产物的收率。 实验过程中需要用到一些试剂，在进行实验前需要自己制备，如无水甲醇、过 氧化叔丁醇（TBHP） 、无水二氯甲烷等。 关键词： 维生素 D3；SeO2/t-BuOOH；1-羟基维生素 D3；正交设计 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第III页 Abstract Vitamin D for the steroid derivatives, is an important fat-

5、soluble vitamin, to play a role in the form of its active metabolition 1,25-dihydroxy vitamin D in body,can improve the bodys absorption of calcium and phosphorus,and promote bone growth and bone calcification.Vitamin D usually contains vitamin D2 and D3, mainly to vitamin D3.In recent years, the st

6、udy found that 1,25-dihydroxy vitamin D3 has a very high potential in treatment of various diseases such as rickets, malnutrition of kidney, osteoporosis, leukemia, breast cancer, prostate cancer and AIDS. 1-hydroxy vitamin D3 also known as alfacalcidol,is an important active metabolite of vitamin D

7、3, can quickly absorbed by the intestine into the bloodstream not through the kidneys, then hydroxyed 25 side chain of activity by the liver microsomal 25-hydroxy enzyme to formate the 1,25-dihydroxyvitamin D3, which distributed in the intestinal tract, bone and other target tissues, binding with th

8、e target receptor and demonstrated to promote calcium absorption of intestine, bone salt dissolution and bone formation as a series of physical activity. The domestic and foreign reports show that the main synthetic method of alfacalcidol , generally takes vitamin D3 as a raw material, after the est

9、erification, the cyclization, the oxidation, the split-ring and the hydrolisis five steps, finally produces the alfacalcidol. The experiment of this graduation project includes three-step reactions, firstly, produces Vitamin D3 para-toluenesulfonic ester by Vitamin D3 and -toluene sulfonyl chloride;

10、 the second step gains 3,5 cyclovitamin D3 by the product of last step, the absolute methanol and NaHCO3; the third step makes SeO2/t-BuOOH as the oxidant to synthesize 1-hydroxyl-3,5 cyclovitamin D3.The main reaction is the third step of reaction, the yield of this step is very low, so the main pur

11、pose of this design is to raise the yield of reaction. In the production practice and scientific experiments, in order to seek the optimal production and experimental conditions, we need to do many experiments. If the impact of the factors is more, we need to through the orthogonal design methods an

12、d scientific experimental arrangement to reduce the number of experiments, access to effective results. To identify the optimal conditions, first of all, do several group of experiments,the result demonstrates that the major factors influencing oxidizing reaction is the reaction time, the mole ratio

13、 of SeO2 and TBHP,as well as the reaction temperature, and thus determines the level of orthogonal factors to three factors and three levels table, then chooses the appropriate level of the orthogonal L9 (34) according to the factors table,finally carried on 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第IV页 nine group of ortho

14、gonal experiments.In the end, to determine the best experimental conditions after the orthogonal analysis.Improve the yield of the product finally. In the course of experiments, some reagents is needed, we have to preparate them before the experiment , such as anhydrous methanol, tert-Butyl hydroper

15、oxide (TBHP), and anhydrous dichloromethane. Key words :Vitamin D3 ; SeO2/t-BuOOH ;1-hydroxy vitamin D3;The orthogonal design 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第V页 目 录 第 1 章 绪论1 1.1 维生素2 1.1.1 维生素概述.2 1.1.2 维生素的分类.3 1.2 维生素 D4 1.2.1 维生素 D 简介4 1.2.2 维生素 D 的生理作用及毒性4 1.2.3 维生素 D 的代谢5 1.2.4 维生素 D3 的主要活性代谢产物9 1.3 维生素 D3活

16、性代谢物合成的国内外研究现状12 1.3.1 1,25-二羟基维生素 D3合成的研究现状 .12 1.3.2 1-羟基维生素 D3合成的研究现状 25 1.4 烯丙位氧化的几种方法：26 1.4.1 以过渡金属氧化物为氧化剂或催化剂的烯丙位氧化.27 1.4.2 硒化合物在烯丙位氧化中的应用.31 1.4.3 其它的烯丙位氧化方法.34 1.5 本次设计的主要思路36 第二章 实验部分37 2.1 实验材料及仪器37 2.1.1 实验材料.37 2.1.2 实验仪器.38 2.2 实验内容38 2.2.1 部分试剂的制备.39 2.2.2 实验原理与步骤.39 2.2.3 实验结果及分析：.4

17、1 2.3 正交设计分析及实验优化45 2.3.1 确定因素和水平45 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第VI页 2.3.2 选用合适的正交表45 2.3.3 实验结果46 2.3.4 正交试验结果分析.47 2.4 问题与讨论51 2.4.1 反应机理推导与讨论51 2.4.2 实验结果分析与讨论.53 结论55 致谢56 参考文献：57 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第1页 第 1 章 绪论 维生素是一种特殊的营养成分，它们的化学成分和结构不尽相同，但对人体却 有类似的生理功能和营养意义。维生素是人和动物维持正常生命活动与健康所必需 的微量有机化合物，现已证明，大多数维生素是机体内某

18、些酶的辅酶的组成成分， 在物质代谢中起重要作用，没有维生素，人就无法维持生命，同时，每种维生素有 着不同的功能，他们之间不能互相取代。维生素，顾名思义是维持生命的要素。它 存在于各类食物中，跟其他营养成分最大的差别是既不供给热量，也不构成人体组 织，只需少量就能满足生理需要。正因为如此，人们常常忽略了维生素的补充，但 人一旦缺乏维生素，就会发生各种各样的疾病。如维生素 A 用于治疗夜盲症；维生 素 B1用于脚气病；烟酸用于糙皮病；维生素 C 用于坏血病；维生素 D 用于佝偻病1。 维生素 D 是一种脂溶性维生素，主要有维生素 D2和 D3两种，其中应用最广的 是维生素 D3，是人和动物皮下含的

19、 7-脱氢胆固醇（即维生素 D3原）在紫外照射后 转变而成，又名胆钙化醇。维生素 D3有着重要的生理功能，调节体内的钙磷代谢水 平并参与骨的形成，最近研究还发现其在治疗和预防许多疾病（如佝偻病、肾脏骨 营养不良、骨质疏松、非白血性白血病、乳腺癌、前列腺癌、艾滋病等）有着很高 的潜力 。维生素 D3本身没有生理活性，在体内以 1,25-二羟基维生素 D3的形式发 挥作用。2 正常情况下人体可以自身合成或从食物中摄取足够的维生素 D，并将其转化为 活性形式。但一些肾脏功能不全的人和大多数老年人血浆 1,25-二羟基维生素 D3水 平降低，尤其在 65 岁以上老年人中。有研究显示,健康且积极活动老年

20、人的 1,25-二 羟基维生素 D3水平无明显的增龄改变，而对于住院失去活动能力又未补充维生素 D 的老年人，血浆 1,25-二羟基维生素 D3水平则显著降低。1,25-二羟基维生素 D3 增龄性的下降与维生素 D 结合蛋白(DBP)、25-OH 维生素 D3(即维生素 D 营养缺乏) 和雌激素缺乏，肾 1 羟化酶活性降低或 1,25-二羟基维生素 D3的代谢清除有关。 阿法骨化醇（1-羟基维生素 D3）不是维生素 D 在体内的代谢产物，系人工合成制 剂，在体内转化为 1,25-二羟基维生素 D3发挥其生物活性作用。 1-羟基维生素 D3的合成主要有 5 步：酯化、环化、氧化、开环、水解4。其

21、中 最主要的一步是通过 SeO2/BuOOH 复合氧化剂对维生素 D3 1 位进行羟基化，这是一 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第2页 种有效烯丙位氧化方法，在有机合成中经常用到烯丙位氧化，有效且对环境无污染 的氧化剂将是以后研究的主要方向。 1.1 维生素 1.1.1 维生素概述维生素概述 维生素的发现是 20 世纪的伟大发明之一。1897 年，C.艾克曼在爪哇发现只吃 精磨的白米即可患脚气病，未经碾磨的糙米能治疗这种病。并发现可治脚气病的物 质能用水或酒精提取，当时称这种物质为“水溶性 B”。1906 年证明食物中含有除蛋 白质、脂类、碳水化合物、无机盐和水以外的“辅助因素”，其量很小

22、，但为动物生 长所必需。1911 年 C.丰克鉴定出在糙米中能对抗脚气病的物质是胺类（一类含氮的 化合物），它是维持生命所必需的，所以建议命名为“ Vitamine”。即 Vital（生命的） amine（胺）,中文意思为“生命胺”。以后陆续发现许多维生素，它们的化学性质不同， 生理功能不同；也发现许多维生素根本不含胺，不含氮，但丰克的命名延续使用下 来了，只是将最后字母“e”去掉。最初发现的维生素 B 后来证实为维生素 B 复合体， 经提纯分离发现,是几种物质，只是性质和在食品中的分布类似，且多数为辅酶。有 的供给量须彼此平衡，如维生素 B1、B2和 PP，否则可影响生理作用。维生素 B 复

23、 合体包括：泛酸、烟酸、生物素、叶酸、维生素 B1（硫胺素）、维生素 B2（核黄素） 、吡哆醇（维生素 B6）和氰钴胺（维生素 B12）。有人也将胆碱、肌醇、对氨基苯 酸（对氨基苯甲酸）、肉毒碱、硫辛酸包括在 B 复合体内。 维生素是维持人体生命活动必需的一类有机物质，也是保持人体健康的重要活 性物质。维生素在体内的含量很少，但在人体生长、代谢、发育过程中却发挥着重 要的作用。各种维生素的化学结构以及性质虽然不同，但它们却有着以下共同点： 维生素均以维生素原(维生素前体)的形式存在于食物中；维生素不是构成机体 组织和细胞的组成成分，它也不会产生能量，它的作用主要是参与机体代谢的调节； 大多数的

24、维生素，机体不能合成或合成量不足，不能满足机体的需要，必须经常 通过食物中获得；人体对维生素的需要量很小，日需要量常以毫克(mg)或微克(ug) 计算，但一旦缺乏就会引发相应的维生素缺乏症，对人体健康造成损害。维生素与 碳水化合物、脂肪和蛋白质 3 大物质不同，在天然食物中仅占极少比例，但又为人 体所必需。维生素大多不能在体内合成，必须从食物中摄取。维生素本身不提供热 能。有些维生素如 B6、K 等能由动物肠道内的细菌合成，合成量可满足动物的需要。 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第3页 动物细胞可将色氨酸转变成烟酸(一种 B 族维生素)，但生成量不敷需要；维生素 C 除灵长类（包括人类）及

25、豚鼠以外，其他动物都可以自身合成。植物和多数微生物 都能自己合成维生素，不必由体外供给。 维生素是人体代谢中必不可少的有机化合物。人体有如一座极为复杂的化工厂， 不断地进行着各种生化反应。其反应与酶的催化作用有密切关系。酶要产生活性， 必须有辅酶参加。已知许多维生素是酶的辅酶或者是辅酶的组成分子。因此，维生 素是维持和调节机体正常代谢的重要物质。可以认为，维生素是以“生物活性物质” 的形式，存在于人体组织中。 食物中维生素的含量较少，人体的需要量也不多，但却是绝不可少的物质。膳 食中如缺乏维生素，就会引起人体代谢紊乱，以致发生维生素缺乏症。如缺乏维生 素 A 会出现夜盲症、干眼病和皮肤干燥；缺

26、乏维生素 D 可患佝偻病；缺乏维生素 B1可得脚气病；缺乏维生素 B2可患唇炎、口角炎、舌炎和阴囊炎；缺乏 PP 可患癞 皮病；缺乏维生素 B12可患恶性贫血；缺乏维生素 C 可患坏血病。 1.1.2 维生素的分类 维生素是个庞大的家族，就目前所知的维生素就有几十种，按照在油脂中和水 中的溶解性不同可以大致分为两类：脂溶性维生素和水溶性维生素。 脂溶性维生素包括维生素 A、D、E、K 等。脂溶性维生素的功能没有 B 族维 生素那样清楚。维生素 K 参与一些蛋白质中谷氨酸的羧化，维生素 D 促进钙的吸收， 维生素 A 为视紫蛋白的组成部分。脂溶性维生素大部分由胆盐帮助吸收，循淋巴系 统到体内各器

27、官。体内可储存大量脂溶性维生素。维生素 A 和 D 主要储存于肝脏， 维生素 E 主要存于体内脂肪组织，维生素 K 储存较少。脂溶性维生素易溶于非极性 有机溶剂，而不易溶于水，可随脂肪为人体吸收并在体内储积，排泄率不高。 水溶性维生素包括 B 族维生素中的 B1、B2、B6、B12以及维生素 C、维生素 L、维生素 H、维生素 PP、叶酸、泛酸、胆碱等。所有水溶性维生素都参与催化功 能，B 族维生素是许多种辅酶的组成成分，这些辅酶担负着氢、电子或基团的转移。 它们参与由酶催化的糖、脂肪、蛋白质及核苷酸等的代谢，维生素 C 参与许多羟化 反应。水溶性维生素在动植物细胞中广泛存在。水溶性维生素从肠

28、道吸收后，通过 循环到机体需要的组织中，多余的部分大多由尿排出，在体内储存甚少。水溶性维 生素易溶于水而不易溶于非极性有机溶剂，吸收后体内贮存很少，过量的多从尿中 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第4页 排出。 有些物质在化学结构上类似于某种维生素，经过简单的代谢反应即可转变成维 生素，此类物质称为维生素原，例如 -胡萝卜素能转变为维生素 A；7-脱氢胆固醇 可转变为维生素 D3；但要经许多复杂代谢反应才能成为尼克酸的色氨酸则不能称为 维生素原。 1.2 维生素 D 1.2.1 维生素 D 简介 维生素 D 于 1926 年由化学家卡尔首先从鱼肝油中提取。它是淡黄色晶体，熔 点 115118

29、，不溶于水，能溶于醚等有机溶剂。它化学性质稳定，在 200下仍 能保持生物活性，但易被紫外光破坏。维生素 D 是一族 A、B、C 和 D 环结构相同 但侧链不同的分子的总和，是具有胆钙化醇生物活性的一类化合物，基本结构是环 戊氢烯菲环。维生素 D 为固醇类衍生物，具抗佝偻病作用，又称抗佝偻病维生素。 维生素 D 是一种脂溶性维生素，有五种化合物，最重要的成员是 D2和 D3。维生素 D 均为不同的维生素 D 原经紫外照射后的衍生物。植物不含维生素 D，但维生素 D 原在动、植物体内都存在。植物中的麦角醇为维生素 D2原，经紫外照射后可转变 为维生素 D2，又名麦角钙化醇；人和动物皮下含的 7-

30、脱氢胆固醇为维生素 D3原， 在紫外照射后转变成维生素 D3，又名胆钙化醇。 维生素 D2 分子式 C28H44O，维生 素 D3 分子式 C27H44O 。 结构式如下（图 1-1）： HO 主 主 主 D2 HO 主 主 主 D3 图图 1-1 1.2.2 维生素 D 的生理作用及毒性 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第5页 1.2.2.1 维生素 D 的生理作用 维生素 D 主要与钙和磷的代谢有关，它影响这些矿物质的吸收以及它们在骨组 织内的沉积。维生素 D 在体内肝肾处转化为活性形式，并被动送至肠、骨和肾脏， 与甲状旁腺素共同作用，维持血钙水平。当血钙水平较低时，在小肠可促进钙结合

31、蛋白合成，从而增加钙磷吸收，也可促使钙在肾小管的重吸收，并将钙磷从骨中动 员出来；当血钙过高时，促使甲状旁腺产生降钙素，阻止钙从骨中动员，以及增加 钙磷从尿中排出。维生素 D 促使骨与软骨及牙齿的矿物化，并不断更新以维持其正 常生长。此外，维生素 D 对防止氨基酸通过肾脏时的丢失也有重要作用，且还具有 免疫调节功能，可改变机体对感染的反应。总结如下： 1、 提高肌体对钙、磷的吸收，使血浆钙和血浆磷的水平达到饱和程度； 2、 促进生长和骨骼钙化，促进牙齿健全4； 3、 通过肠壁增加磷的吸收，并通过肾小管增加磷的再吸收； 4、 维持血液中柠檬酸盐的正常水平； 5、 防止氨基酸通过肾脏损失。 1.2

32、.2.2 维生素 D 的缺乏症及毒性 缺乏维生素 D 导致肠道对钙和磷的吸收减少，肾小管对钙和磷的重吸收降低， 造成骨髓和牙齿的异常矿化，继而使骨骼畸形。主要缺乏症为： 佝偻病： 维生素 D 缺乏，骨髓不能正常钙化，变软，易弯曲，畸形，同时 影响神经、肌肉、造血、免疫等组织器官的功能。多见于婴幼儿。 骨软化症：易发于成人，特别是妊娠、哺乳的妇女和老年人。主要表现为骨 软化，易折断。初期腰背部、腿部不定位的时好时坏的疼痛，常在活动时加剧；严 重时造成骨骼脱钙，骨质疏松，有自发性、多发性骨折5。 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第6页 维生素 D 的过量及毒性 人体对维生素 D 的耐受性因人而异

33、，一般每日摄取量 不宜超过 400IU（10G）。一些学者认为，长期短日摄入 200IU（50G）的维生素 D 就可导致中毒。维生素 D 中毒的症状包括高血钙症、高尿钙症、厌食、恶心、呕 吐、口渴、多尿、皮肤瘙痒、肌肉乏力、关节疼痛等。由于钙可在软组织内（如心 脏、血管、肾小管等）沉积，往往造成心脏、肾脏及大动脉钙化，引起心血管系统 导常等并导致肾衰竭，这是死亡的主要原因。妊娠期和婴儿初期过多摄取维生素 D，可引起出生体质量偏低，严重者可有智力发育不良及骨硬化。但通常膳食的维 生素 D 来源一般不会造成过量。 1.2.3 维生素 D 的代谢 维生素 D 是一组固醇类脂溶性维生素。其代谢产物 1

34、,25-二羟维生素 D 为维持 人体钙磷代谢所必需的一种激素。 维生素 D2、D3皆可人工合成，维生素 D4为人工合成的维生素 D2类似物。维生 素 D2与维生素 D3的生物化学特性及对人的生理功能相似。维生素 D4对哺乳动物的 作用只有维生素 D3或维生素 D2的 2/3 或 3/4。维生素 D5、维生素 D6结构亦类似， 对人类无重要性。维生素 D 经吸收进入人体血液，与特异的维生素 D 结合 -球蛋 白(DBP)相结合，迅速进入肝脏，经 25-羟化酶的作用形成 25-羟维生素 D (25-OHD)； 再经血到肾脏，由于 1-羟化酶的作用，转化成生物活性很强的 1,25-二羟维生素 D，其

35、化学结构、生物学作用方式均似类固醇激素。它促进肠道对钙、磷的吸收； 增进肾曲管对钙、磷的回吸收；促使钙、磷自骨中溶于血；同时促进钙、磷沉着于 骨基质，故维生素 D 能预防及治疗佝偻病和骨软化症。6 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第7页 H HO HO H H HO HO HO OH HO OH HOOH hv 主 主 主 主 主 主 主 主 主 主 7-主 主 主 主 主主 主 主 D3主 主 6-cis-D3 主 主 主 D325-主 主 主 主 主 D3 24主 25-主 主 主 主 主 D3 1a主 25-主 主 主 主 主 D3 图图 1-2 维生素 D3在人体内的主要代谢过程见（

36、图 1-2）。自皮肤形成的 D3与 DBP 结 合经血入肝。口服的 D3至小肠，在胆盐的作用下，与脂质一同自粘膜吸收成乳糜微 粒经淋巴系统入肝；注射的 D3吸收后也经血入肝。在肝细胞微粒体经 25-羟化酶的 作用形成 25-羟基维生素 D3入血，25-羟基维生素 D3为血清中多种维生素 D 代谢产 物中含量多且最稳定的一种，其血清浓度可代表机体维生素 D 营养状态，正常值约 1168ng/ml。25-OHD 经血入肾,在近端曲管细胞的线粒体内经 1-羟化酶的作用生 成 1,25-二羟维生素 D3，其产生受内分泌系统的严格控制，其血清含量随人体对钙、 磷的需要而增多或减少。血 PTH（甲状旁腺素

37、）的升高及钙、磷降低，使 1- 羟化 酶活性增强，致 1,25-二羟维生素 D3增多，血钙、磷增高时，24-R 羟化酶活性增强， 使 24,25-二羟维生素 D3增多。许多组织的细胞有 1,25-二羟维生素 D3的受体，如 小肠粘膜细胞、骨细胞、肾远端曲管细胞、皮肤生发层细胞、胰岛细胞及乳腺细胞 等。肾、肠、软骨等细胞的线粒体并有 24-R 羟化酶，在血钙、磷正常或升高时， 25-羟基维生素 D3在肾、肠经 24-羟化酶羟化成 24,25-二羟维生素 D3，其生物活性远 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第8页 低 1,25-二羟维生素 D3。 正常人摄入 D2或 D3后，80以上可自小肠吸收

38、,其代谢物与部分 D2或 D3自胆 汁及粪便排泄。4以下自尿排出。摄入或充分晒太阳后合成较多量维生素 D 时， 可储于脂肪及肝达数月。 1,25-二羟维生素 D 通过细胞的特异受体作用于靶器官。促进钙、磷自小肠 吸收。1,25-二羟维生素 D 与肠粘膜细胞的胞浆受体结合后，运入胞核，促进基因 表达合成钙结合蛋白(CaBP)，使钙离子(Ca2+)自小肠粘膜乳头上皮细胞的刷毛缘吸收； 动员骨钙、磷到血，使骨钙与 CaBP 结合入血；使骨无机盐化，刺激成骨细胞， 促使钙、磷沉着于骨；通过远端肾小管细胞受体，与 PTH 共同增进钙的回吸收， 血钙升高后抑制 PTH(PTH 增多尿磷)，而增加磷的回吸收

39、；通过特异受体，增加 皮肤生发层的 7-脱氢胆固醇含量，使胰岛细胞增多胰岛素的产量，增加乳腺对钙的 运转等。 血清钙降低时，PTH 迅速升高，刺激肾 1-羟化酶活性增强，产生 1,25-二羟维 生素 D 增多。血清磷降低则可直接增强肾 1-羟化酶活性，增加 1,25-二羟维生素 D 的形成。1,25-二羟维生素 D 可抑制 1-羟化酶活性，但引发 24-R 羟化酶活性。 降钙素(CT) 与 1,25-二羟维生素 D 提高血清钙、磷的作用相反，使钙、磷沉着于骨 以保持骨的硬度，并避免血钙过高。血清钙升高可抑制肾 1-羟化酶，但刺激 24-羟 化作用。1,25-二羟维生素 D、PTH 与 CT 互

40、相反馈调节，以维持人体正常钙磷代谢。 在妊娠和哺乳时，催乳素和雌激素可增加 1,25-二羟维生素 D 的生成，以提高对钙 的吸收。 维生素 D3在体内的代谢过程：维生素 D3在皮肤内的合成如（图 1-3）：皮肤生 发层的 7-脱氢胆固醇（即维生素 D3原）经紫外线照射，首先形成前维生素 D3，在 皮肤温度作用下，再转化成维生素 D3(在体温下，约需 36 小时)。持续紫外线照射使 部分前维生素 D3转化成光固醇或速固醇贮于皮肤内。前维生素 D3用尽时，紫外线 照射可使二者又转化为前维生素 D3，再形成维生素 D3，维生素 D3与维生素 D 结合 -球蛋白结合入血。 西南交通大学本科毕业设计(论

41、文) 第9页 H HO H HO HOOH hv 7-主 主 主 主 主 主 主 主 D3主 主 主 主 主 D3 主 主 主 H HO 主 主 主 主 主 hv hv HO 图图 1-3 维生素 D3的形成为光化学作用，不需酶类。紫外线不能穿透普通窗玻璃，但在 户外荫凉处可受到紫外线照射，大气飘尘和衣着皆影响紫外线穿透。自皮肤形成的 D3与 DBP 结合经血入肝；口服 D3至小肠，在胆盐的作用下，与脂质一同自粘膜吸 收成乳糜微粒经淋巴系统入肝；注射的 D3吸收后也经血入肝。在肝细胞微粒体经 25-羟化酶的作用形成 25-羟基维生素 D3入血，25-羟基维生素 D3为血清中多种维生 素 D3代

42、谢产物中含量最多且最稳定的一种，其血清浓度可代表机体维生素 D 营养 状态,正常值约 1168ng/ml。25-羟基维生素 D3经血入肾,在近端曲管细胞的线粒体 内经 1- 羟化酶的作用生成 1,25-二羟维生素 D3，其产生受内分泌系统的严格控制， 其血清含量随人体对钙、磷的需要而增多或减少。 1.2.4 维生素 D3 的主要活性代谢产物 维生素 D3的活性代谢产物才是在体内发挥生物活性作用的主要物质。在骨质 疏松症治疗领域中，应用最广泛的维生素 D 活性代谢物制剂包括骨化三醇(1,25- 二羟维生素 D3，罗盖全)和阿法骨化醇即 l-羟基维生素 D3，其他还有骨化二醇(25- 西南交通大学

43、本科毕业设计(论文) 第10页 羟基维生素 D3)、双氢速甾醇(DHT)也用于治疗骨质疏松症。严格地说，阿法骨化 醇不是体内维生素 D 的活性代谢产物，而是一种前体药物，在肝脏内代谢为具有 生物活性的 1,25-二羟维生素 D3。下面主要介绍 1,25-二羟维生素 D3（骨化三醇） 和 1-羟基维生素 D3（阿法骨化醇）。 1.2.4.1 1,25-二羟维生素 D3 1,25-二羟基维生素 D3是固醇类激素的家族成员，已被确认为肾脏分泌的一种 激素或称 D-激素，具有构成内分泌系统激素的 4 个关键成分。维生素 D 的生物活性 作用主要是通过 1,25-二羟维生素 D3与靶器官组织细胞核上的

44、VDR（维生素 D 结 合蛋白）相互作用而产生功效，同时也通过膜 VDR 的非基因途径来发挥其快速的生 物活性作用。7 VDR 主要存在于肠、甲状旁腺和骨这些经典靶器官细胞中，也广泛存在于其他 器官。因此，VDR 的功能本质上亦反映了 1,25-二羟维生素 D3的功能。细胞 VDR 水平受 1,25-二羟维生素 D3和其他类固醇激素包括雌激素、糖皮质激素和 PTH 的 影响。VDR 的不同基因型可能与骨量的峰值有关，VDR BB 基因型可降低 VDR 的 RNA 水平，而低水平的 VDR 会降低钙吸收的能力。VDR 基因型和骨量、骨质疏松 有一定关系。 在不同靶组织上 1,25-二羟维生素 D

45、3有不同的功能。肠道 1,25-二羟基维生素 D3通过 VDR 核受体合成钙结合蛋白(Calbindin)-9K 和 28K 来增加主动转运和促进钙 吸收；骨组织 1,25-二羟基维生素 D3通过刺激骨细胞分化和碱性磷酸酶、骨钙素、 骨桥蛋白和胶原的合成(体外实验中胶原合成随成骨细胞密度、时间、分化阶段不同 而有差异)，抑制骨吸收细胞因子的产生，如白细胞介素(IL)-l、肿瘤坏死因子(TNF) 等。体外实验表明，1,25-二羟基维生素 D3增加转化生长因子(TGF) 水平，而 TGF- 是刺激成骨细胞增殖和分化的重要因子，因此 1,25-二羟基维生素 D3有促骨 形成作用。在体外实验中，大剂量

46、 1,25-二羟基维生素 D3可促进破骨细胞分化，而 在体内生理剂量时可通过增加钙的吸收和抑制 PTH 的分泌而抑制骨吸收。甲状旁腺 1,25-二羟基维生素 D3直接作用于甲状旁腺细胞，抑制 PTH 的分泌。 1,25-二羟基维生素 D3对骨代谢的作用主要有： 对骨形成的作用 a. 间接作用 活性维生素 D 可促进肠钙吸收，提高血钙浓度，使钙在骨中沉积，给骨矿化提 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第11页 供原料是其对骨形成的间接作用； b. 直接作用 成骨细胞是活性维生素 D 作用的重要靶器官，1,25-二羟基维生素 D3不论在体 内和体外都具有调节成骨细胞的分化和活性作用，且来源不同的成

47、骨细胞也有不同 反应。体外培养显示，1,25-二羟基维生素 D3可修饰成骨细胞的分化通路，对分化 状态不同期的成骨细胞具有选择性作用。8 在培养人成骨细胞时，1,25-二羟基维生素 D3对相对处于成熟阶段的细胞更具 正性作用，并增加骨钙素和碱性磷酸酶的表达，但却抑制骨涎蛋白的表达，亦可促 进处于成熟后期成骨细胞 I 型胶原的表达，对基质细胞也具有促增殖作用。1,25-二 羟基维生素 D3可激活多种信息途径，上调或下调与成骨细胞增殖和分化相关的基因 表达，同时也可增加 TGF- 的合成及胰岛素样生长因子(IGF)-1 受体的数量，通过相 应基因的启动、转录而对碱性磷酸酶、骨钙素、骨桥蛋白等起上调

48、作用。对于 I 型 胶原，1,25-二羟基维生素 D3则因细胞密度、使用时间和浓度的不同而起抑制和刺 激合成的作用。1,25-二羟基维生素 D3可促进相对不成熟成骨细胞的合成，但可抑 制较成熟成骨细胞和骨涎蛋白的合成，并下调 PTH、PTH 相关肽(PTHrP)、降钙素、 IL-2、1 羟化酶。这些成骨细胞合成的基质和蛋白不仅保证了骨组织胶原纤维的矿 化，还可增加骨质量所必需的成分。成骨细胞数量不足和功能缺陷在骨质疏松症中 所起作用较过去设想的重要得多。1,25-二羟基维生素 D3是青春期骨加速生长的一 个重要刺激因子，也是骨量峰值形成的关键因子和佝偻病患儿生长落后的原因。对 于老年人，骨重建

49、特别是成骨细胞活力的维持是骨质量和骨机械稳定性能的保障。 对骨吸收(破骨)的作用 a. 间接作用 破骨细胞功能的激发主要来自对成骨细胞产生的某些破骨细胞活化因子作出的 应答，维生素 D 活性产物在刺激成骨细胞时还能促进破骨细胞分化，使前成骨细胞 发育成具有促进骨吸收作用的成熟破骨细胞，体现了其促进骨吸收的间接作用。目 前已知 1,25-二羟基维生素 D3作用于成骨细胞，促使产生破骨细胞分化因子即 ODF,又 称核因子一 B 活化受体(RANK)配体(RANKL)、肿瘤坏死因子相关活化诱导细胞因 子(TRANC)和骨保护素配体(0PCL)，从而促进了破骨细胞的发育。 b 直接作用 在成熟的破骨细胞上无 1,25-二羟基维生素 D3受体，而其前体细胞上则有此受 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第12页 体。1,25-二羟基维生素 D3促进前体破骨细胞向