文献分享丨水溶性维生素综述
美国加州大学的Hamid M. Said于2015年在World Review of Nutrition and Dietetics期刊上发表题为“Water-Soluble Vitamins”的小型综述文章，系统性介绍水溶性维生素的相关知识。我们非常有幸邀请到深耕代谢组学的青年学者刘平辉，为我们带来这篇综述的全方位解读。原文链接：https://doi.org/10.1159/000362294。
水溶性维生素是一组结构和功能无关的化合物，包括维生素B1、B2、B3、B5、B6、B9、C和H，对正常细胞功能、生长和发育必不可少。缺乏这些微量营养素会导致各种临床异常，从贫血到生长迟缓和神经紊乱；优化其体内水平会带来积极的健康结果。饮食一直被认为是人类这些微量营养素的主要来源，但近年来越来越多的人认识到，肠道微生物对这些微量营养素总体动态平衡的贡献，尤其是对局部结肠细胞。本综述概述了水溶性维生素的主要生理功能，缺乏相应维生素的一些临床症状，人体对其吸收和转运，主要来源和推荐每日膳食摄取量（RDA），以及由于过量可能产生的任何不良反应。
维生素B1（硫胺素）
生理功能
硫胺素参与与能量代谢有关的各种关键代谢反应，在正常细胞功能中发挥重要作用，还在减少细胞氧化应激方面发挥作用。硫胺素对神经细胞膜氯通道功能的影响也有被报道。
缺乏症状
细胞缺乏硫胺素会导致能量代谢障碍、氧化应激倾向和细胞凋亡。临床上，全身性硫胺素缺乏会导致多种异常，包括神经系统和心血管；组织特异性硫胺素缺乏如硫胺素反应性巨幼细胞性贫血综合征。慢性硫胺素缺乏会导致脚气病和韦尼克脑病，脚气病有三种不同的形式：干性脚气病、湿性（水肿性）脚气病、急性爆发性脚气病。人类中枢神经系统中的硫胺素缺乏可能导致科萨科夫和韦尼克脑病精神病。硫胺素缺乏症在发展中国家和发达国家都是一个严重的营养问题，缺乏原因不尽相同，分别是维生素的膳食摄入量不足和慢性酒精中毒。
吸收与转运
人类有两种硫胺素来源，一种是饮食，另一种是大肠的肠道微生物，分别在小肠和结肠中吸收。虽然微生物来源的硫胺素对总营养的相对贡献尚不清楚，但存在一种有效的载体介导人结肠细胞摄取硫胺素，且在结肠中转运时间相当长；微生物来源的硫胺素对宿主营养特别是对局部结肠细胞有贡献。肠道对硫胺素的吸收及其转运是通过一种特殊的载体介导的过程进行的，该过程涉及hTHTR-1和hTHTR-2。
来源与RDA
硫胺素的饮食来源包括米糠、干面包酵母、全麦谷类食品、坚果和干豆类。应注意含有硫胺素拮抗剂的饮食，亚硫酸盐和含有硫胺酶I和硫胺酶II耐热多羟基酚类化合物（如蕨类植物、茶叶等），能降解硫胺素产生硫胺素拮抗剂。成年男性、成年女性以及孕期和哺乳期硫胺素的RDA分别为1.4、1.1、1.5和1.6mg/天。尚未有人体因摄入高剂量硫胺素（≥500mg）或注射硫胺素而产生毒性反应的报道，尽管在极少数情况下，通过肠外途径给予硫胺素时会出现类似过敏性休克和轻微过敏的症状。
维生素B2（核黄素）
生理功能
核黄素是核黄素-5-磷酸和黄素腺嘌呤二核苷酸是的辅酶形式，在涉及碳水化合物、氨基酸和脂肪代谢的各种反应中起关键作用，并在叶酸和维生素B6转化为其活性辅酶形式中起关键作用。
缺乏症状
炎症性肠病患者和长期饮酒患者会缺乏核黄素，Brown-Vialetto-Van Laere综合征（BVVL）也是缺乏核黄素的表现。全身性核黄素缺乏导致多种临床异常，包括神经系统退行性改变、内分泌功能障碍、皮肤疾病和贫血。优化核黄素状态可降低食道鳞状细胞癌的风险。
吸收与转运
人体可从饮食和肠道微生物中获取核黄素，核黄素进入人体细胞的转运是通过载体介导的过程进行的，涉及核黄素转运体-1、-2、-3（RFT-1、-2、-3）。肠道利用RFT-1和-2吸收核黄素。
来源与RDA
蔬菜、肉类和奶制品都富含核黄素。成年男性、成年女性、妊娠期和哺乳期的RDA分别为1.3、1.1、1.4和1.6 mg/天。高剂量的核黄素也没有不良影响
维生素B3（烟酸）
生理功能
烟酸是辅酶烟酰胺腺嘌呤二核苷酸和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸的前体，这两种辅酶都参与维持细胞氧化还原状态的代谢反应（包括糖酵解和磷酸戊糖分流）。高剂量的烟酸还具有降脂作用，已被用于治疗高胆固醇血症和预防动脉粥样硬化。
缺乏症状
烟酸缺乏会导致青光眼，在酗酒者和Hartnup’s病患者中会出现缺乏和次优水平。
吸收与转运
烟酸进入人体细胞的转运（包括其在肠道中的吸收）是通过载体介导的特定过程进行的。
来源与RDA
人类对烟酸的需求来自内源性和外源性，内源是通过色氨酸代谢转化为烟酸，外源是饮食。烟酸饮食来源包括肉类产品、谷类食品和酿酒酵母。成年男性、成年女性、妊娠期和哺乳期的RDA分别为16、14、18和17mg/天。长期使用大剂量的烟酸（3-9g/天）会导致皮肤潮红、瘙痒以及胃肠道和肝脏疾病。
维生素B5（泛酸）
生理功能
泛酸是合成辅酶A和酰基载体蛋白所必需的，它们与碳水化合物、脂肪和蛋白质的代谢有关。
缺乏症状
由于泛酸在食物中的普遍分布，目前尚无人类自发性缺乏泛酸的报道。泛酸激酶相关的神经退行性疾病并被认为是由于编码泛酸激酶2（PANK2）的基因突变所致。
吸收与转运
人类从饮食和结肠微生物中获得泛酸。泛酸的吸收是通过载体介导的过程进行的，该过程与生物素和脂酸盐共享，并涉及钠依赖的多种维生素转运体
来源与RDA
泛酸来源包括肉类（特别是肝脏和心脏）、蔬菜和酵母。泛酸的RDA没有很好的定义，成年男性、成年女性、妊娠期和哺乳期的推荐摄入量估计在5-7mg/天。尚未有报道称大剂量的泛酸（10g/天）会产生不良反应。
维生素B6（吡哆醇及其衍生物）
生理功能
维生素B6指的是三种天然化合物：吡哆醛、吡哆醇和吡哆胺。维生素B6在涉及碳水化合物、蛋白质和脂肪代谢的一系列代谢反应中扮演辅因子的角色。5’-磷酸吡哆醛是维生素中生物活性最强的形式。
缺乏症状
缺乏维生素B6导致各种临床异常，包括神经紊乱和贫血；可见于慢性酒精中毒、糖尿病患者和乳糜泻患者中，长期接受异烟肼和青霉胺治疗的患者也会发生这种情况。维生素B6依赖性癫痫患者的维生素B6水平也低于最佳水平，是由于吡哆醇转运到细胞内的障碍所致
吸收与转运
人类从饮食和结肠微生物中获取维生素B6。维生素B6的吸收是通过载体介导的吸收过程进行的。目前还没有关于所涉及的运输系统分子信息的报道。
来源与RDA
维生素B6的饮食来源包括肉类、全谷物产品、蔬菜和坚果。成年男性、成年女性以及妊娠期期和哺乳期的RDA分别为2.0、1.6、2.1和2.1mg/天。过量服用维生素B6的不良反应发生率相对较低，尽管已有少数病例报告了与步态和周围感觉有关的感觉神经病。
维生素B9（叶酸）
生理功能
叶酸是叶酸及其衍生物的总称，叶酸化合物作为细胞一碳代谢的辅酶，合成胸腺嘧啶核苷和嘌呤，以及氨基酸的相互转化。
缺乏症状
叶酸缺乏与巨幼细胞性贫血、神经管缺陷、生长迟缓、心血管疾病和某些类型癌症的风险增加有关。优化叶酸体内动态平衡可以显著降低神经管缺陷的发生率。叶酸转运质子偶联叶酸转运体（PCFT）系统的突变干扰叶酸的正常生理和代谢，发生在遗传性叶酸吸收不良综合征（HFMS）患者、肠道疾病、长期使用甲氧嘧啶、乙胺嘧啶等药物的患者以及慢性酒精中毒患者中。
吸收与转运
人类所需叶酸来源于饮食和大肠细菌，在人类中纤维摄入量与血清叶酸水平呈正相关。叶酸进入人体细胞是通过一个特定的、可饱和的过程，涉及三个系统：还原的叶酸载体、PCFT和叶酸受体系统。
来源与RDA
叶酸的饮食来源包括水果、强化谷物、蔬菜、乳制品和肝脏。成年男性、成年女性的RDA为400μg/天，妊娠期和哺乳期分别为600、500μg/天。虽然有少数病例观察到过敏反应，但尚未有大剂量口服叶酸不良反应的报道。
维生素B12（钴胺）
生理功能
钴胺以甲基钴胺和腺苷钴胺为辅酶，在丙酸、氨基酸的代谢和单碳交换反应中起着关键作用。
缺乏症状
固有因子缺乏的受试者（由于胃萎缩、先天性缺乏因子、全胃切除）、炎症性肠病的受试者、纯素食者、接受二甲双胍治疗的糖尿病患者、以及负责肠道和细胞摄取钴胺的受体和蛋白质遗传缺陷的受试者均缺乏钴胺。这种缺陷会导致巨幼细胞性贫血、神经紊乱和生长迟缓。可通过非肠道注射或口服高药理剂量的维生素来纠正。钴胺的吸收受损常见于老年人，钴胺吸收状态较差的老年人患病率约为20%。
吸收与转运
钴胺是从动物性食品中获得的，首先从饮食结合蛋白中释放出来，然后与触角蛋白结合，以保护其免受低胃酸的影响。在空肠中，触角蛋白被胰腺酶降解，然后释放的钴胺与内在因子结合。与固有因子结合的钴胺随后被特定的受体复合体CUBAM识别。
来源与RDA
肉类和微生物是钴胺的主要来源，成年男性、成年女性、妊娠期和哺乳期的RDA分别为2.0、2.0、2.6和2.8μg/天。目前尚未有高剂量的钴胺对人体产生重大毒性的报道。
维生素C（抗坏血酸、脱氢抗坏血酸）
生理功能
膳食中的维生素C以还原态的抗坏血酸（AA）和氧化态的脱氢-L-抗坏血酸（DHAA）存在。维生素C在各种关键的代谢反应中起辅助作用，包括胶原、肉碱和儿茶酚胺的合成，以及多肽酰胺化和酪氨酸代谢，还参与维持铁和铜等金属离子的还原形式，并作为自由基的清除剂。AA在调节上皮细胞氯的分泌中起到了作用。将DHAA转化为AA有助于保持低水平（无毒）的化合物。
缺乏症状
缺乏维生素C会导致多种临床异常，包括坏疽、伤口愈合不良、血管运动不稳定和结缔组织疾病。
吸收与转运
人类因缺乏L-古洛内酯氧化酶不能合成维生素C，仅通过肠道吸收饮食来源的维生素C。细胞对AA的摄取和在肠道的吸收，涉及钠依赖维生素C转运体1和2（VCT-1和SVCT-2）。DHAA在细胞内的转运和肠道吸收，涉及葡萄糖转运体GLUT1、GLUT3和GLUT4。
来源与RDA
维生素C广泛分布于水果（橙子、草莓、哈密瓜、葡萄柚、芒果）和蔬菜（西兰花、卷心菜、辣椒、花椰菜）中，主要以AA形式存在（高达90%），其余部分以DHAA形式存在。随着储存时间的延长、暴露在空气中和在水溶液中，这一比例可能会改变。成年男性、成年女性以及妊娠期和哺乳期的RDA分别为90、75、85和120mg/天。维生素C的毒性作用很小主要取决于摄入量。口服大剂量维生素C（3-5g）会引起腹泻和腹胀，可能导致一过性高尿酸尿和草酸生成和排泄增加。
维生素H（生物素）
生理功能
在哺乳动物中，生物素是许多羧基酶的辅因子，参与了脂肪酸的生物合成、糖异生以及某些氨基酸和脂肪酸的分解代谢。生物素还在调节癌基因的表达方面发挥作用。
缺乏症状
生物素缺乏会导致体孔周围皮炎、脱发、结膜炎和神经系统疾病。动物研究表明，在怀孕期间，生物素缺乏可能导致先天性畸形和死亡。生物素缺乏和次优水平发生在生物素酶缺乏的受试者、长期服用抗惊厥药物的患者、长期肠外营养的患者、长期食用生鸡蛋的患者、慢性酗酒者、妊娠期患者以及炎症性肠病患者中。
吸收与转运
人类从饮食和结肠细菌获得生物素。在小肠和大肠中，生物素的吸收和转运是通过载体介导的摄取过程进行的，该过程与泛酸和脂酸盐共享，并涉及钠依赖的多种维生素转运体。
来源与RDA
生物素广泛分布在食品中，乳制品、肉（肝）、蛋黄和蔬菜是生物素的良好来源。生物素的相对摄入量没有很好的定义，成年男性、成年女性以及妊娠期推荐的适当摄入量估计为30μg/天，哺乳期的摄入量为35μg/天。每天大剂量口服200mg或静脉注射20mg的生物素没有不良反应。
总结
水溶性维生素在众多细胞和生理过程中都扮演着关键角色，缺陷可导致各种临床异常，其两个主要来源是饮食和肠道菌群。认识水溶性维生素的生理学和病理学功能，能够及时针对临床症状进行诊断和适当的治疗。
