5.5　维生素K

5.5.1　结构与性质

维生素K（VK）有三种形式。在植物中者为叶绿醌（Phylloquinone,VK₁），在动物中分离出维生素K₂(Menaquinone,VK₂)，其侧链上的异戊二烯链的数目不等，许多细菌产物属于这一类型，又可简称为MK_n，n代表异戊二烯链的数目。M_4，5，7与维生素K₁生物活性相等。MK₁只有维生素K₁的1%活性，MK₁₀也只有30～49%的活性。维生素K₃（Menadione）是人式合成产物，在哺乳类及鸟类体内可变成MK₄。维生素K₁,维生素K₂，维生素K₃的结构如图5-9。维生素K₁可以人工合成，但自然界中者为l型，人工合成者可为消旋者，二者的活性是一样的，。维生素K₃的3位硫醚衍生物也生物活性。维生素K的衍生物如维生素K₃磷酸酯、琥珀维生素或亚硫酸氢盐，均为水溶性的，可作为肠外用的制剂。上述三种类型的维生素K都易为碱及光所破坏。有些衍生物如甲基萘氢醌乙酸酯有较高的维生素K活性，并对光不敏感。维生素K₃或维生素K₁的2，3位环氧化合物，虽不溶于水，但对光不生敏感，在体内可变为相应的维生素K。

图5-9 维生素K₁、K₂、K₃的结构式

5.5.2　代谢

杂食物的维生素K有从食物中来的，也有从肠道细菌合成的。维生素K₁和维生素K₂的吸收与其他脂溶性维生素一样，需要胆汁、胰液，并与乳糜微粒相结合，由淋巴系统运输。吸收量约摄入量的10～70%。人或动物口服生理或药理剂量的维生素K₁，20min后血浆中已出现维生素K₁,2h达到高峰。在48～72h内血浆浓度按指数下降至1～5ng·ml^-1。在这段时间，他从乳糜微粒转移至β脂蛋白中，运输至肝内，与VLDL相结合，并通过LDL至各组织。肝为VK的主要靶组织，注射维生素K1h后，50%剂量在肝内，口服VK2h后，20%剂量在肝内，24h降至最低值，而肾、心脏、皮肤及肌肉之量在24h内增加到最高值而后下降。大鼠肝中维生素K含量约为8～44ng·g^-1，如肝的浓度低于4.5 ng·g^-1,凝血酶原时间延长，维生素K总体库比较小，约50～100μg，转换率快，总体库每2.5h可转换一次。他的代谢物为维生素K短链及氧化代谢物形成γ-内酯，还可与葡糖苷酸结合，在人体维生素K的侧链可以进行β或ω氧化形成6`-羧基酸及其γ-内酯或进一步分解为4`-羧基酸，还有少量的环氧代谢物，这些代谢物与葡糖苷酸相结合，存在于肠肝循环中，或从尿中排出。

维生素K₃在动物肝微粒体内转变为MK₄，但产量很少，仅为摄取量的0.05~1。0%。维生素K₃主要代谢产物为双氢维生素K₃葡糖苷酸的硫酸酯。

5.5.3　生理功用

（1）维生素K为谷氨酸γ-羧基化酶系统中的必需因素。γ-羧基谷氨酸（γ-Carboxyglutamic Acid,Gla）的合成在细胞微粒体内进行，需要含有谷氨酸的肽链作为基质，并需要氧及二氧化碳及维生素K氢醌（维生素KH₂）。在这个作用中维生素的变化可用维生素K-维生素K2，3环氧化合物（维生素K-2，3epoxide,VKO）循环来表示。γ-羧基化作用的底物有人工合成的五肽链及天然内源性蛋白（如凝血酶原），人工合成者以苯丙-亮-谷-谷-亮反应力最强，其他如苯丙-亮-谷-缬及苯丙-亮-谷-谷-异亮也有作用。人工合成者与内源蛋白之间有竞争，当五肽链存在时，内源蛋白的γ-羧基化的开始速度减少，内源蛋白存在时推迟五肽链γ-羧基化的时间。

γ-羧基谷氨酸（γ-CacbocyglutamicAcid,Gala）的蛋白质或肽名字形成后，与Gla相邻的羧基具有与钙及磷脂结合的特性。

Gla蛋白质可以在他生成场所或输出到靶组织中发生作用。Gla蛋白分解的最终产物为游离式的Gla及含Gla的肽链，在尿中排出。正常人尿中排出量为44±11μmol·g^-1肌酐，儿童排出较多，5岁时约为100μmol·g^-1肌酐，以后排出量逐渐下降，至15岁时降到成人水平，使用抗凝剂者，尿中Gla水平仅为24μmol·g^-1肌酐，凝血酶原时间比正常者升高2～3倍，Gla的总排出量25%，不受抗凝剂的影响，可代表骨中骨钙蛋白（osteocalcin）的转换。有些疾病Gla的排出也有变化。例如多数骨质疏松病人，尿中Gla的排出比正常人增加50%，相当于骨的转换率之3倍。皮肤炎与硬皮病患者尿中排出也增加。

（2）VK与血液凝固的关系血液凝固是从组织损伤和血小板破坏后引起的一系列的酶促链式反应。血液凝固过程中一些酶原（proenzyme）的合成与维生素K有关，亦即在他们的合成中需要谷氨酸γ-羧基化。这些酶原除因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ及Ⅹ外，最近还发现了蛋白C、S、M，Z。这四种新发现的蛋白，他们的1～40氨基酸排列顺序与凝血酶原同源。蛋白C干扰血液凝固，并促进血纤维蛋白的溶解，在体外活化的蛋白C可以使因子Ⅴ及Ⅷ灭活，蛋白S可以加强蛋白C的活力，他有10个Gla。蛋白M可以促进凝血酶原转变为凝血酶。蛋白Z有13个Gla。对些蛋白了解得还很少，需要进一步的研究。

凝血酶原的合成，先在肝细胞粗内质网膜上的形成新生成肽链，然后再进行一些谷氨酸的γ-羧基化和糖基化。在凝血酶原的NH₂末端的7，8，15，17，20，21，26，30，332位置的谷氨酸γ-羧基化变成Gla。33位后的谷氨酸不转变为Gla。这种γ-羧基化的特殊选择并不是由氨基酸的排列顺序所致，而是由于蛋白前体在膜上的位置与构形所致。1分子的正常凝血酶原与10～12Ca²⁺相结合，未γ-羧基化者只能与一个分子Ca²⁺结合。

（3）维生素K与骨基质中含Gla蛋白（Bone Gla Protein,BGP）的关系 骨基质有几种含Gla的蛋白，主要为BGP与Ca结合者叫做骨钙蛋白，在骨细胞内合成，分泌到血液或组织，然后到骨基质中，占骨中总蛋白垢1～2%，为非胶原蛋白的10～20%。骨钙蛋白出现在骨矿物化之前，骨密度增加，他也增加。他有2个钙结合点，钙离子为0.8mmol·L^-1可以使其半饱和，其他二价正离子如镁、锶、钡也能与之结合，但钙离子结合能力最强，他的作用在调节钙在骨基质中沉积，与羧磷灰石（hydroxy apatite）的核心起作用。也有迹象说明BGP的合成为1，25（OH）₂D₃所调节。BGP可能调节1，25（OH）₂D的破骨作用，使其作用缓慢。在一些骨的疾病中，血浆中BGP水平上升，这说明他可能促进骨的重建及钙的动员。

怀孕早期如母亲服用维生素K拮抗剂，其胎儿骨骼发生流血现象，这一现象说明，在胎儿生长过程中，需要维生素K的骨骼系统发育比血流凝固系统要早一些，从母体将钙运输至胎儿这一过程对维生素K拮抗剂敏感，可能干扰了胎盘中γ-羧基化蛋白的合成。

（4）其他 肾小管细胞有含Gla的蛋白质，为其总蛋白的0.2～0.7%。他是与膜结合的蛋白，也与钙离结合。钙在肾小管细胞内的再吸收与之有关。其他组织如牙质、胎盘、睾丸、胰、脾、肺、乳腺等都含Gla蛋白质，功用不明。有些组织如肌肉、心脏及淋巴细胞中尚未发现。在有些疾病如肾结石（尤其是草酸钙及磷灰石结石）含有Gla的蛋白质、正常主动脉及脂肪条纹及纤维斑块中没有含Gla的蛋白质，而动脉硬化钙化斑块中含有Gla的蛋白质。

5.5.4　来源

人类维生素K的来源有二方面：一方面从肠道细菌合成，占50～60%。VK在回肠内吸收，细菌必须在回肠内合成，才能为人体所利用，有些抗生素抑制上述消化道的细菌生长，影响维生素K的摄入。另一方面从食物中来，占40～50%，绿叶蔬菜含量高，其次是奶及肉类，水果及谷类含量低。食物中维生素K的含量列于表5-15。

5.5.5　需要量

（1）营养评价指标①凝血酶原时间，用新鲜血加到一定量的促凝血酶原激酶溶液中，观察其凝固时间，约为25～40s；②凝固时间：新鲜血凝固时间及形成凝块的时间。正常人血凝固时间约10min。

表5-15 食物中维生素K的含量（（μg·100g^-1）

（2）需要量约为2μg·kg^-1体重^-1，大鼠为10μg·kg^-1体重或0.1μg·g食物^-1，无菌大鼠需要量为25μg·kg体重^-1。

5.5.6　临床应用

除新生婴儿外，人类原发性VK缺乏较为罕见。新生儿在出生最初几日内无细菌，在胎儿期胎盘不易运输脂类，凝血酶原常有低的现象，数周后方可上升至正常值，如果低至正常值的10%，新生儿将有出血性疾病。水溶性及脂溶性的维生素K制剂，都能有效地恢复凝血酶原至正常水平，控制其出血。有些老年人也有维生素K缺乏，出现凝血酶原时间长的现象。

预防血栓使用双羧香豆素过量时，凝血酶原也减少，可静脉注射药理剂量（以mg计的维生素K，使凝血酶原在数分钟内开始合成，24h达到正常水平。但水溶性维生素K₃的衍生物转变为活化型维生素K的速度太慢，效果不好。在静脉营养中，输注射液加入了抗生素，阻凝维生素K在肠道内合成，病人的需要维生素K的凝血因子在4周内降低至正常值的20%。在输注液中应加入维生素K0.03～1.5μg·kg体重^-1。胆道阻塞时维生素K吸收减少，也可产生维生素K缺乏，口服或经消化道补给时，必须与胆盐同时供给，有些肝病，由于功能不全凝血因子合成减少，补给维生素K对凝血作用无效。