비타민 D 대사 및 작용

비타민 D는 비타민 D 활성을 가진 화합물의 총칭으로 식물성 급원의 비타민 D₂(에르고칼시페롤, ergocalciferol)와 동물성 급원의 비타민 D₃(콜레칼시페롤, cholecalciferol)가 대표적입니다.

 

 

비타민 D(칼시페롤, calciferol)는 다른 비타민과는 달리 체내에서 햇빛의 자극을 받아 콜레스테롤로부터 합성됩니다. 비타민 D₂는 버섯과 효모와 같은 식물에 들어 있는 에르고스테롤(ergosterol)로부터 햇빛의 자외선에 의해 생성되고, 비타민 D₃는 동물의 피부에 들어 있는 7-디히드로콜레스테롤(7-dehydro-cholesterol)로부터 자외선에 의해 합성됩니다.

 

햇빛의 자외선에 노출되면 피부에 존재하는 콜레스테롤의 유도체인 7-디히드로콜레스테롤의 고리 구조가 열려 비타민 D₃의 전 단계인 프리비타민 D₃(precholecaciferol)가 합성되고, 이 중간대사물의 구조적 변화가 일어나 2~3일 후 구조적으로 안정된 형태의 콜레칼시페롤 또는 칼시올(calciol)이라 하는 비타민 D₃가 합성됩니다.

 

7-디히드로콜레스테롤은 자외선에 의해 루미스테롤(lumisterol)로 합성되기도 하고, 과다하게 햇빛을 쏘이면 프리비타민 D₃는 타키스테롤(tachysterol)로 전환됩니다. 이러한 이유로 햇빛으로 인한 비타민 D 과잉증이 나타나는 일은 흔치 않습니다. 자외선에 의해 피부에서 합성되는 비타민 D의 양은 햇빛의 강도와 노출시간, 피부색, 나이 등의 요인에 영향을 받으며, 거주지의 위도, 계절, 의복에 따라서도 달라집니다.

 

 

알아두기 피부색이 비타민 D 합성에 끼치는 영향

젊고 피부색이 흰 경우에 비해 피부색이 검고 노령인 경우 피부를 통한 비타민 D₃ 합성을 위하여 오랫동안 햇빛을 받아야 합니다. 예를 들어 흑인의 경우 햇빛에 노출되는 시간이 백인의 10배 정도 되어야 필요한 만큼의 비타민 D₃를 합성할 수 있고, 70대 노인은 피부에서의 합성이 젊은 시절에 비해 약 70% 감소합니다. 그러므로 피부를 통해서 비타민 D₃를 합성하기 위해서 피부가 흰 사람은 하루에 30분 정도, 피부가 검은 사람은 3시간 정도 자외선을 쬐는 것이 적당합니다. 적당량의 비타민 D₃ 합성을 위해 피부가 검은 사람은 더 오랫동안 햇볕에 노출되어야 하는 이유는 피부가 검은 사람의 피부 밑에 다량 존재하는 흑색의 멜라닌 색소 때문입니다. 멜라닌 색소는 자외선이 피부 밑의 프로비타민 D₃에 전달되는 것을 방해하기 때문입니다.

 

 

1. 흡수 및 대사

 

식품에서 섭취한 비타민 D는 지방과 함께 미셀을 형성하여 담즙의 도움을 받아 수동 확산에 의해 소장에서 흡수됩니다. 식이 비타민 D의 약 50% 정도가 흡수되며, 주로 공장과 회장이 흡수 부위입니다. 소장 점막 세포로 흡수된 비타민 D는 중성지방이나 콜레스테롤처럼 킬로미크론의 형태로 림프계를 거쳐 간으로 이동합니다. 피부에서 합성된 비타민 D₃는 피부에서 혈액으로 확산되고 𝛂-₂ 글로불린 비타민 D 결합단백질(𝛂-₂ globulin vitamin D-binding protein, DBP)에 의해 혈액을 통해 간으로 이동해 식사로 섭취한 비타민 D와 합쳐집니다.

 

간에서 비타민 D₃는 25-hydroxylase에 의해 25번 탄소에 수산화반응이 일어나 25-(OH)-비타민 D₃로 전환되어 DBP에 결합한 형태로 순환계로 들어갑니다. 혈장의 25-(OH)-비타민 D₃의 수준은 비타민 D의 간 저장량에 비례합니다. 혈중 25-(OH)-비타민 D는 신장으로 이동되어 혈중 칼슘 농도 저하와 부갑상선 호르몬의 자극으로 다시 효소(1-hydroxylase)에 의해 1번 탄소에 수산화반응이 일어나 1,25-(OH)₂-비타민 D₃가 되어 활성화됩니다.

 

비타민 D 호르몬이라고도 하는 활성화된 1,25-(OH)₂-비타민 D₃(칼시트리올, calcitriol)는 신장에서 방출되고 DBP에 결합되어 혈액을 통해 표적장기로 이동합니다. 체내에서 이용된 후 대부분은 담즙의 형태로 배설되고, 일부는 소변을 통해 배설됩니다.

 

 

2. 체내 작용

 

(1) 혈중 칼슘 농도의 조절

 

비타민 D는 부갑상선 호르몬과 함께 혈장의 칼슘 항상성을 유지하는 작용을 합니다. 칼슘의 항상성 유지는 뼈의 대사와 구조뿐 아니라 칼슘이온의 유출로 조절되는 세포나 신경의 기능을 유지하는 데 중요합니다. 혈액의 칼슘 농도가 감소하면 부갑상선 호르몬이 분비되어 신장에서 활성형 비타민 D인 칼시트리올 [1,25-(OH)₂ D₃]의 형성을 촉진합니다. 활성형 비타민 D는 다음과 같은 중요한 작용을 합니다.

 

① 소장 점막 세포에서 칼슘과 인의 흡수를 촉진시켜 혈액 내 칼슘 농도를 증가시킵니다. 비타민 D는 점막 세포에서 칼슘 결합단백질을 비롯해 칼슘의 흡수에 필요한 단백질을 합성하고 세포막의 유동성을 증가시켜 칼슘과 인이 쉽게 세포막을 통과할 수 있게 합니다.

 

② 부갑상선 호르몬과 함께 뼈에 저장되어 있는 칼슘이 혈액으로 용해되어 나오는 것을 촉진하여 혈액 내 칼슘 농도를 높입니다. 이처럼 비타민 D는 체내 칼슘과 인을 골격으로 이동시켜 뼈의 석회화를 돕기도 하지만 뼈의 탈석회화에도 관여하여 혈장 농도를 유지하는 데 필요한 칼슘과 인을 제공합니다. 뼈에 대한 비타민 D의 두 가지 작용은 서로 역설적으로 보이나, 탈석회화는 새로운 뼈의 증대에 필요한 칼슘과 인을 공급하기 위해서 필요한 과정입니다.

 

③ 비타민 D는 신장에서 칼슘의 배설을 감소시켜 즉각적으로 혈장의 칼슘 농도를 증가시키며 뼈에 칼슘이 축적되는 것을 조절합니다. 칼슘 농도가 일정 수준을 초과하면 갑상선에서 칼시토닌이 분비되어 칼슘을 뼈로 이동시킵니다. 이처럼 혈액 내 칼슘 농도는 칼시트리울, 부갑상선 호르몬, 칼시토닌에 의해 항상성을 유지합니다.

 

(2) 세포의 증식과 분화 조절

 

비타민 D는 또한 면역조절세포, 상피세포, 악성 종양세포 등 여러 세포의 증식과 분화 조절에 관여합니다. 세포의 분화과정에서 특정 유전자가 발현되어 각 조직의 궁극적인 기능을 결정하는 단백질을 형성하는데, 비타민 D를 섭취하면 유방암, 결장암, 전립선암의 발생을 줄일 수 있습니다. 또한 프로락틴, 칼시토닌을 포함한 몇몇 호르몬의 합성은 전사단계에서 조절되는데, 이러한 조절작용 역시 비타민 D에 의한 칼슘이온 유입의 변화로 이루어집니다.