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Vitamin D - Funktion
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Funktion

Aktivierung von Vitamin D

Vitamin D ist ein an sich biologisch inaktives Prohormon und muss zunächst vom Körper in eine aktive Form umgewandelt werden. Nach der Aufnahme durch die Nahrung oder der Synthese in der Haut gelangt Vitamin D in den Blutkreislauf und wird zur Leber transportiert. In der Leber wird Vitamin D zur hauptsächlich im Kreislauf zirkulierenden Form, dem 25-Hydroxyvitamin D (auch Calcidiol oder 25-OH-D genannt) hydroxyliert, das heiß, es wird eine OH-Gruppe hinzugefügt. Eine stärkere Exposition gegenüber Sonnenlicht oder eine erhöhte Aufnahme von Vitamin D erhöht den Serumspiegel von 25-Hydroxyvitamin-D, weswegen die Serumkonzentration von 25-Hydroxyvitamin-D ein guter Indikator für den Status der Versorgung mit Vitamin D ist. In der Niere katalysiert ein Enzym eine zweite Hydroxylierung von 25-Hydroxyvitamin-D zu 1alpha,25-Dihydroxyvitamin D (auch Calcitriol oder 1,25-OH-2D genannt), der am stärksten aktiven Form von Vitamin D, mit der die meisten physiologischen Effekte von Vitamin D im Körper in Zusammenhang stehen.

Wirkmechanismen

Viele der biologischen Wirkungen der aktivsten Form von Vitamin D (Calcitriol) werden durch Transkriptionsfaktoren im Zellkern (Proteine, die das Entstehen anderer Proteine aus der DNA regulieren) ausgelöst, die auch als die Vitamin-D-Rezeptoren (VDR) bekannt sind (4). Diese Wirkungsweise ist neben Vitamin D auch für viele körpereigene Hormone typisch. Nachdem es in den Zellkern eindringt, bindet sich das aktivierte Vitamin D an den Vitamin-D-Rezeptor (VDR) und fördert dadurch dessen Zusammenarbeit mit dem sogenannten Retinolsäure-X-Rezeptor (RXR). Retinolsäure ist eine Form von Vitamin A, die an den RXR bindet, insofern gibt es also ein indirektes, aber bedeutsames Zusammenspiel von Vitamin D und Vitamin A. In Anwesenheit des Calcitriol bindet der neu entstandene VDR/RXR-Komplex nun kleine Sequenzen der DNA, die als Vitamin-D-Response-Elemente (VDREs) bekannt sind, und löst eine Kaskade von molekularen Interaktionen aus, die die Transkription bestimmter Gene regulieren. Derzeit sind bereits über 50 Gene in Geweben des gesamten Körpers dafür bekannt, durch die aktivierte Form von Vitamin D reguliert zu werden (5).

Kalzium-Balance

Den Kalziumspiegel in einem engen Bereich zu halten, ist für die normale Funktion des Nervensystems von entscheidender Bedeutung und ebenso für das Knochenwachstum und den Erhalt der Knochendichte. Vitamin D ist für die effiziente Nutzung von Kalzium durch den Körper von wesentlicher Bedeutung (1). Die Ausschüttung von PTH durch die Nebenschilddrüse wird ebenfalls durch den Kalziumspiegel beeinflusst. Bei niedrigem Kalziumspiegel wird PTH ausgeschüttet, die die Aktivität des Enzyms in der Niere erhöht, wodurch sich die Produktion von Calcitriol steigert. Eine gesteigerte Calcitriol-Produktion führt zu Veränderungen bei der Expression von Genen. Diese können den Kalziumspiegel sowohl durch die Erhöhung der Resorption von Kalzium aus der Nahrung im Darm als auch durch gesteigerte Resorption von Kalzium durch die Nieren und zusätzlich durch  die Mobilisierung von Kalzium aus den Knochen bei einem ernährungsbedingten Mangel regulieren. Das PTH (Parathormon) und Calcitriol sind für die letzen beiden Effekte nötig (6).

Zelldifferenzierung

Sich schnell teilende Zellen werden als proliferierende Zellen bezeichnet. Die Differenzierung führt dann zur Spezialisierung der Zellen zur Erfüllung spezifischer Funktionen. In der Regel führt die Differenzierung der Zellen zu einem Rückgang der Proliferationsrate. Während die zelluläre Proliferation eine wesentliche Voraussetzung für Wachstum und Wundheilung ist, kann eine unkontrollierte Proliferation der Zellen bei bestimmten Mutationen dazu führen, dass Krankheiten wie Krebs entstehen. Die aktive Form des Vitamin D (Calcitriol) hemmt die unkontrollierte Proliferation und fördert die Differenzierung der Zellen (1).

Immunität

In Form von Calcitriol ist Vitamin D ein effektiver Modulator des Immunsystems. Der Vitamin-D-Rezeptor (VDR) wird von den meisten Zellen des Immunsystems exprimiert, einschließlich von T-Zellen und Antigen-präsentierenden Zellen wie dendritische Zellen und Makrophagen (7). Unter bestimmten Umständen können auch Makrophagen das Enzym produzieren, das Zwischenstufen von Vitamin D in die aktive Form Calcitriol umwandelt (8). Es gibt deutliche wissenschaftliche Beweise dafür, dass die Zwischenstufe Calcitriol ebenfalls eine Vielzahl von Auswirkungen auf die Funktion des Immunsystems, die Verbesserung der angeborenen Immunität und die Unterdrückung einer Entwicklung von Autoimmunität besitzt (9).

Insulinsekretion

Der Vitamin-D-Rezeptor findet sich auch in den insulinausschüttenden Zellen der Bauchspeicheldrüse. Ergebnisse von tierexperimentellen Studien deuten darauf hin, dass Calcitriol eine wichtige Rolle bei der Insulinausschüttung bei einer erhöhten Nachfrage nach Insulin spielt (10). Erste Ergebnisse deuten darauf hin, dass beim Menschen ein zu niedriger Vitamin D-Spiegel eine nachteilige Wirkung auf die Insulinsekretion und Glukose-Toleranz bei nicht insulinabhängigen Typ-2-Diabetikern haben kann (11-13).

Regulation des Blutdrucks

Das sogenannte Renin-Angiotensin-System spielt eine wichtige Rolle bei der Regulation des Blutdrucks (14). Renin katalysiert als Enzym in der Leber die Abspaltung eines kleinen Peptids (Angiotensin I) von einem größeren Protein (Angiotensinogen). Das Angiotensin-Konvertierende-Enzym (ACE) katalysiert dann die Spaltung des Angiotensin I zum Angiotensin II, das dann die Erhöhung des Blutdrucks auslöst, indem es eine Verengung (Vasokonstriktion) der kleinen Arterien und eine Erhöhung der Natrium- und Wasserretention im Blut bewirkt. Die Geschwindigkeitsrate der Angiotensin-II-Synthese hängt vom Renin ab (15).
Die Forschung an Mäusen, denen das Gen für den Vitamin-D-Rezeptor fehlt, zeigt, dass Calcitriol die Expressionsstärke des Gens für Renin durch seine Interaktion mit dem VDR senkt und somit zur Senkung des Blutdrucks durch ein Ausbremsen des Renin-Angiotensin-Systems führen könnte (16). Da eine zu starke Aktivierung des Renin-Angiotensin-Systems als wichtiger Faktor bei vielen Formen der menschlichen Hypertonie (Bluthochdruck) angesehen wird, kann ein ausreichend hoher Vitamin-D-Spiegel wichtig für die Prävention von Bluthochdruck sein.

 

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