美国埃默里大学医学院血液学和肿瘤学系，1365 C Clifton Road, NE, Atlanta, GA 30322, USA
DOI: 10.15761 / IMM.1000101
骨稳态主要由成骨细胞、骨细胞和破骨细胞调节。成骨细胞促进骨形成，破骨细胞促进骨吸收。随着年龄的增长，骨丢失是由于成骨细胞骨形成减少和破骨细胞骨吸收增加。各种病理生理状态下的骨丢失导致骨质疏松。营养和功能性食物因素可能在预防骨质流失方面发挥作用。甲萘醌-7 (MK-7)，维生素K的一种2，已经显示出对成骨细胞骨形成的刺激作用和对破骨细胞骨吸收的抑制作用体外。MK-7刺激成骨细胞中的蛋白质合成(包括骨钙素和其他蛋白质分子)。MK-7调控与成骨细胞和破骨细胞功能相关的多种蛋白的基因表达。MK-7抑制成骨细胞和破骨细胞NF-κB信号通路的激活。此外，膳食摄入MK-7已显示出潜在的预防骨质疏松动物模型和绝经后妇女骨丢失的作用。本文将讨论膳食MK-7在预防骨质疏松中的作用。
骨稳态主要由成骨细胞、骨细胞和破骨细胞调节。成骨细胞促进骨形成，破骨细胞刺激骨吸收[1]。许多病理过程已被证明可刺激骨吸收和抑制骨形成，从而导致骨丢失。骨质疏松症伴骨丢失被广泛认为是一种主要的公共健康威胁。该疾病最显著的表现为骨折。绝经后骨质疏松症由卵巢癌引起绝经后妇女的rmone缺乏会随着年龄的增长导致严重的骨质破坏[2]。此外，在老年人中经常观察到营养不良或营养不足，骨折患者的这种营养状况比一般老年人更严重[3]微量营养素和大量营养素的缺乏被认为是影响骨质疏松老年人骨折的重要因素。
越来越多的证据表明，营养和功能性食品因子已被证明可调节骨内稳态，并揭示了在各种病理生理条件下对骨丢失的预防和恢复作用[4,5]。营养因子维生素K是一种脂溶性维生素，被认为可以预防骨质疏松症引起的骨折。维生素K最初被确定为凝血的必要辅助因子。维生素K是骨钙素的某些蛋白质结合谷氨酸残基翻译后羧化的必要成分，这些残基在通过γ-羧化酶[6]合成γ（γ）-羧基谷氨酸（Gla）。骨钙素在骨棒中合成。这些Gla残基形成钙结合位点，对蛋白质的活性至关重要。
Menaquinone-7 (MK-7)是一种维生素K2发酵的大豆(日语叫纳豆)中含有大量的这种物质。MK-7已被证明显示出成骨作用，由于刺激成骨后细胞骨形成和抑制破骨细胞骨吸收。此外，MK-7在骨质疏松动物模型和人[5]实验中被证明具有预防骨丢失的作用。本文将对MK-7在骨稳态中的作用以及膳食MK-7摄入在预防和治疗骨质疏松中的作用进行综述。
维生素K是一种脂溶性维生素。维生素K有三种类型：维生素K1、(叶醌)、维生素K2和维生素K3.(甲萘醌)。维生素K1，是唯一的化合物，但维生素K2，是一组萘醌3位多异戊二烯单元(1 ~ 4)的维生素片，按脂肪侧链长度分类，命名为MK-n,在哪里n表示链上的类异戊二烯残基的数量。维生素K的化学结构如图1所示。
图1所示。维生素K的化学结构。
在食物中，最重要的K维生素是K1它存在于绿色蔬菜和一些植物油中。包括MK-7、MK-8和MK-9在内的长链menaquinones (MK)存在于发酵食品中，尤其是奶酪和纳豆。纳豆,发酵的大豆在日本很受欢迎维生素K1，MK-4和MK-7用于食品补充剂。由于维生素K的分子结构1，和MK-4相当，两者都含有4个类异戊二烯残基，其中3个在维生素K中饱和1，但在MK- 4中有一个双键。它们的物理化学特征非常相似(图1)。包括MK-7在内的甲萘醌类更疏水。MK-7的半衰期比[7]长。MK-7在活体[8]循环中与低密度脂蛋白结合。维生素K1是市面上最常见的维生素K补充剂。MK-7被用作补品。
在健康的日本女性身上，研究了MK-4和MK-7的营养剂量生物利用度[9]。肠道吸收的血清MK-7水平在摄入后6小时达到最大水平，并且在单剂量给药MK-4（420μg；945 nmol）或MK-7（420μg；647 nmol）后48小时内检测其水平[9]。在任何时间点，在所有受试者的血清中均未检测到MK-4，而在所有受试者中，MK-7的血清MK-7水平显著升高[9]。根据这些发现，假设食物中存在的MK-4可能与血清维生素K水平估计的维生素K状态无关[9]。随着年龄的增长，膳食中维生素K的肠道吸收逐渐减少。因此，老年人可能会出现维生素K缺乏症。
维生素K是血液凝固的必要因子，肝脏(凝血因子)和肝外组织(如骨(骨钙素)和动脉壁(基质乳酸蛋白))中乳酸蛋白的羧化需要维生素K。维生素K是骨钙素某些蛋白结合谷氨酸残基翻译后羧化的重要辅助因子，这些蛋白结合谷氨酸残基通过γ-羧化酶转化为γ-羧谷氨酸(Gla)[6,10]。这些玻璃渣形成钙结合位点，对蛋白质的活性至关重要。在γ -谷氨酸羧化过程中，维生素K氧化成环氧化物形式(KO)，并通过维生素K环氧化物还原酶(VKOR)[11]重新转化为维生素K醌(K)。4-羟基香豆素的衍生物(包括华法林和acenocoumarol)专门抑制VKOR，它阻止维生素K[11]的循环。在这个羧化过程中，谷氨酸残基转化为γ-羧谷氨酸(Gla)[10]。玻璃酸残基对钙有较高的亲和力，这是所有玻璃酸蛋白的基本特性。此外，含乳酸的蛋白质被称为凝血因子II、VII、IX、X，均在肝脏[7]中合成。骨钙素(在成骨细胞中合成)和基质Gla蛋白(主要在软骨和血管壁中合成)是与血凝[7]无关的Gla蛋白。
凝血因子在正常条件下必须完全羧基化。[12]已经检测了甲萘醌摄入对肝外谷氨酰胺蛋白羧化的剂量-反应效应。42名健康男性和女性(年龄在18至45岁)接受安慰剂胶囊或MK-7胶囊(日剂量为10、20、45、90、180或360 μg[12])，增加剂量的MK-7补充可增加循环骨钙素和基质甲酰胺蛋白的羧化作用。营养剂量的MK-7摄入可改善肝外维生素k依赖蛋白[12]的羧化。
维生素K已被证明有助于骨骼健康，通过其在成骨细胞产生的骨钙素羧化中的辅助因子的作用。研究了45 μg MK-7膳食摄入量对健康青春期前儿童低羧化骨钙素和羧化骨钙素循环水平的影响。在健康儿童中，补充MK-7 8周可增加MK-7循环浓度并增强骨钙素羧化(n=55)[13]。K的循环浓度1， MK-4和MK-7在健康妇女中的作用(n= 396)也进行了检查，以确定每种维生素K是否与骨代谢[14]显著相关。在所有年龄组中，MK-7的循环浓度最高，而MK-4的浓度最低。K1， MK-7与低羧化骨钙素呈负相关，但没有观察到MK-4营养基础浓度与低羧化骨钙素[14]之间没有关联。血浆K1或MK-7浓度在70岁以上[14]组最高，这是降低低羧基化骨钙素浓度所必需的。老年人的循环维生素K浓度需要维持在高于年轻人的水平，以防止骨丢失和骨折。
建议成人每天摄入约100μg维生素K1以维持止血作用[15]。住院患者出现维生素K缺乏，包括吸收不良综合征（尤其是由于慢性肝病）、抗生素治疗和肾功能不全[15]。由于胎盘转运不良和母乳中维生素K浓度低，孕妇及其新生儿呈现出一种特殊的风险类别[15]。美国食品和药物管理局规定，成人肠外制剂应补充150μg维生素K1每天,[15]。这一每日摄入量可能有助于预防维生素K缺乏。
维生素K的生理作用2发现于骨矿化、动脉钙化、细胞凋亡、吞噬、生长控制、趋化性和信号转导中。尤其是，越来越多的证据表明维生素K在骨和血管健康中的作用2，增加成骨细胞活性，增强体外矿化。临床上，维生素K2，维持腰椎骨密度(BMD)，预防骨质疏松患者的骨质疏松性骨折。
已有多项研究报道维生素K对骨代谢的合成代谢作用[15-20]。MK-4增加了培养的人成骨细胞[17]的骨钙素和矿化量。MK-4对于骨组织[18]的成骨细胞合成的骨钙素γ-羧化是必不可少的。在矿化组织[19]中，非羧化骨钙素不能与羟基磷灰石结合。MK-4还能抑制去卵巢大鼠[20]的骨吸收和防止骨丢失。
MK-7含有丰富的发酵大豆(纳豆)尽管它在其他食物中含量很少。以发酵大豆为主食的东京女性的血清MK-7浓度比欧洲女性高出10倍左右。这些差异可能是由于摄入纳豆。通过饮食摄入MK-7可能对骨代谢有有益作用。作者发现MK-7对大鼠股骨组织的骨钙化具有合成代谢作用在体外[22]. 这是首次发现MK-7对骨组织有直接的合成代谢作用。此外，MK-7被证明能刺激年轻和老年大鼠股骨干骺端组织的钙化在体外[23]。MK-7对骨钙化的作用与MK-4[23]相同。MK-7在体内部分转化为MK-4。维生素K2，对维持骨健康可能很重要[24,25]。
骨钙素是一种骨基质蛋白，由成骨细胞与骨组织中依赖的维生素K合成。由成骨细胞新合成的部分被释放到循环中。因此，骨钙素循环水平被认为是骨形成的敏感标志物[26,27]。在各种类型的骨钙素中，完全羧基化骨钙素与钙和/或羟基磷灰石具有较高的亲和力，可能通过增加骨形成在维持骨密度和减少骨折发生率方面发挥重要作用[26,27]。
对成年人的几项研究表明，维生素K在骨矿物质代谢和骨折预防中起着有益的作用[14]。维生素K状态不佳可能导致产生羧基化不足的骨钙素[28].在健康成人人群中，骨钙素的羧化程度不同，表明膳食维生素K的摄入通常不足以实现骨钙素的羧化。绝经后妇女的骨钙素羧化不足和骨折风险增加[14]。
髋部骨折患者的维生素K水平较低1,水平[25]。维生素K水平较低1，以及维生素K2，在髋部骨折后的老年患者血清中发现[29]。低维生素K1，摄入是髋部骨折的危险因素之一1，骨钙素羧化可能需要比当前推荐的凝血参数更高的水平[30]。与羟基磷灰石具有高亲和力的骨钙素组分在维生素K后增加2，同时降低尿钙排泄[31]。每日维生素K1，补充80μg适合于达到绝经前羧酸盐钙蛋白/总骨钙素比率[32]。维生素K缺乏可能是骨钙羧化减少的原因。这可能是低骨量导致脆性骨折的危险因素之一。摄入维生素K可能改善骨质疏松症老年人骨钙素的羧基化不足，并可能对骨骼产生有益影响。
MK-7，从纳豆,已证明可刺激正常年轻和老年大鼠股骨组织中的骨钙化在体外[22]。MK-7培养－6或10－5M)引起老龄大鼠股皮质和小梁组织中生化成分(碱性磷酸酶活性、DNA和钙含量)显著增加在体外[23]。在染料木素的存在下，MK-7的这种作用也得到了增强[23]。MK-7在骨组织中的合成代谢作用是基于新合成的蛋白质成分在体外[23]。MK-7使成骨细胞MC3T3-E1的碱性磷酸酶活性、蛋白(包括骨钙素)和DNA含量显著升高在体外[33]。在蛋白抑制剂的作用下，MK-7在成骨细胞中的作用完全被抑制。因此，MK-7已经被证明可以通过增加蛋白合成[33]刺激成骨细胞的形成。
MK-7对成骨细胞MC3T3E1中与成骨功能相关的多种基因表达的影响已被证实在体外[34]。MK-7对体外培养4 d的成骨细胞[34]增殖无影响。而MK-7培养10 d后，细胞增殖受到抑制。MK-7刺激成骨细胞[34]中骨钙素、骨保护素、NFκB配体受体激活因子(RANKL)和RANK的基因表达。MK-7可能调节成骨细胞MC3T3-E1[34]的基因表达。
成骨细胞由骨髓间充质干细胞分化而来。MK-7增强维生素D3.-诱导间充质干细胞中骨钙素的基因表达[35]。在与细胞生长和分化相关的基因中，发现MK-7在生长分化因子10和胰岛素样生长因子1中具有特异性作用，后者也参与血管内皮生长因子的诱导[35]。
此外，MK-7已被证明是骨特异性基因的转录调节剂，通过类固醇和外源性受体(SXRs)作用，刺激成骨标记[36]的转录过程。
MK-7已被证明对变形性骨吸收有抑制作用因维特罗，[37]。我们发现，在甲状旁腺素(PTH)、前列腺素E2 (PGE2)等骨吸收因子培养后，k -7对大鼠股骨组织钙含量下降有抑制作用，显示其对骨吸收的抑制作用在体外[37]。MK-7对骨吸收的抑制作用部分与抑制PTH-或pge2刺激的乳酸增加有关，乳酸是由骨组织中葡萄糖消耗产生的离体的[37]。
破骨细胞由骨髓细胞在骨吸收因子(PTH、PGE2等)[37]存在下形成。MK-7 (10－8- 10－5M)被发现能抑制PTH-或pge2诱导的小鼠骨髓细胞培养中破骨细胞样细胞形成的增加在体外[37]。MK-7在骨髓细胞分化后期表现出更强的抑制作用。在蛋白激酶C[37]的激活物佛波尔12-肉豆蔻酸13-乙酸酯(PMA)培养后，MK-7抑制破骨细胞的生成。MK-7可能抑制蛋白激酶C信号[37]的激活。然而，MK-7并没有抑制循环amp依赖的信号刺激骨髓细胞的破骨细胞生成在体外[37]。
我们也检测了MK-7对大鼠股组织中分离的成熟破骨细胞的影响。MK-7可减少成熟破骨细胞的数量在体外,诱导细胞凋亡。这种作用部分是通过抑制MK-7对Ca途径的作用2＋-和环状amp依赖的信号[37]。
MK-7刺激成骨细胞骨形成，抑制破骨细胞骨吸收。MK-7增加了包括骨钙素在内的蛋白质合成，并激活了成骨细胞中的γ-羧化酶。此外，我们发现MK-7在成骨细胞和破骨细胞发生中抑制NF-κB信号通路的激活。NF- κB信号转导通路的激活是破骨细胞形成的关键。此外，NF-κB信号能有效拮抗成骨细胞[38]中的成骨细胞分化。细胞因子诱导的NF-κB活化抑制成骨前细胞的分化，刺激破骨细胞[38]的形成。发现MK-7可通过TGF-β或BMP-2[38]诱导的Smadsignaling TNF-α恢复抑郁。MK-7进一步拮抗NF-κB (RANK)配体(RANKL)诱导的破骨细胞前体[38]中NF-κB的活化。MK-7刺激IκB mRNA表达[38]。因此，MK-7下调基底和细胞因子诱导的NF-κ b活化，而且这种作用是γ-羧化无关的[38]。 These findings provide a novel mechanism of vitamin K2, which stimulates osteblastic bone formation and suppresses osteoclastic bone resorption, as shown in Figure 2.
甲萘醌-7 (MK-7)刺激成骨细胞骨形成和抑制破骨细胞骨吸收的细胞机制。在成骨细胞和破骨细胞中，MK-7抑制NF-κB信号通路，而NF-κB信号通路是由TNF-α或RANKL刺激激活的。此外，MK-7刺激成骨细胞中蛋白质合成(包括骨钙素等蛋白质分子)，并可能调节与成骨细胞和破骨细胞中细胞功能相关的多种蛋白质的基因表达。
MK-7通过刺激成骨细胞的骨形成和抑制破骨细胞的骨吸收而增加骨量，表明维生素K2对骨质疏松症有预防作用。膳食MK-7对骨质流失的预防作用已通过去卵巢(OVX)大鼠(绝经后骨质疏松动物模型[39])得到证实。发现MK-7对ovx诱导的股骨干重下降和钙含量[39]有预防作用。在单独的实验中，给OVX大鼠喂食含有发酵大豆(纳豆;添加或不添加MK-7 (37.6 μg/100 g日粮)共77 d[39]。饲粮MK-7可预防ovx诱导的股干重和股钙含量下降。因此，膳食MK-7在绝经期骨质疏松模型动物中显示了预防骨质流失的作用在活的有机体内．
此外，还发现长期摄入膳食MK-7对OVX大鼠骨质流失的影响[40]。给予OVX大鼠膳食MK-7（9.4μg/100 g膳食）加或不加补充MK-7（含14.1或18.8μg/100 g膳食）150天[40]。喂食使OVX大鼠血清MK-7浓度升高[40]。喂食MK-7（18.8μg/100 g膳食）可防止OVX引起的血清γ-羧酸盐浓度、股骨干重、股骨钙含量和矿物质密度的降低[40]。长期摄入膳食MK-7可防止OVX引起的骨质流失。膳食MK-7可用于预防骨质疏松症。
营养因素的组合在预防随着年龄增长的骨质流失方面可能具有添加剂或协同作用。有趣的是，在大鼠活体[41]中，发现MK-7对骨成分的合成作用与锌联合作用具有协同增强作用。补充摄入MK-7和锌可能在预防和治疗随年龄增长的骨质疏松症方面有潜力。
发酵大豆(纳豆)含有大量mk -7，有助于预防骨质疏松症。流行病学的数据表明纳托可能对骨质疏松症有预防作用。此外，研究还证明了长时间的摄入纳托在正常人血清中，MK-7增加，γ-羧化骨钙素相应升高(48名志愿者;45男3女)[42,43]。无饮食的正常人血清中未发现MK-7纳托的摄入量。开始饮食14天后，观察到血清MK-7和γ-羧化骨钙素浓度升高纳托含MK-7 1295或1730 μg/ 100g膳食[43]。适量膳食MK-7可对人体骨矿化产生有益影响。补充MK-7可能是预防和治疗随年龄增长的骨丢失的有效工具。
习惯性与习惯性之间联系的可能性纳托研究人员对参加一项大型代表性队列研究(日本人口骨质疏松研究:JPOS研究)的健康日本女性进行了摄入量、骨密度(BMD)和BMD变化的研究。944例(20-79岁)女性在基线和3年后[44]随访时测量了脊柱、髋关节和前臂的BMD。在绝经后的妇女[44]中，总髋关节骨密度被发现随着纳豆摄入量的增加而升高。此外，在绝经后女性[44]中，纳豆摄入量与股骨和桡骨远端三分之一骨密度变化率之间存在显著正相关。饮食纳托建议通过摄入更丰富的甲喹酮7来预防绝经后骨质流失在纳豆与其他大豆产品相比。
补充3年高剂量维生素K1(phylloquinone)和K2 (MK-4)已被证明可以改善绝经后的骨骼健康。当244名健康绝经后妇女(n=244)接受安慰剂或MK-7 (180 μg MK-7/天)胶囊[45]3年时，MK-7的摄入可改善维生素K状态，并降低腰椎和股骨颈的年龄相关性骨密度下降。摄入MK-7也被发现可增加骨强度并防止椎体[45]中段下胸椎区椎体高度的损失。MK-7补充剂可防止绝经后妇女骨质流失。
此外，乳制品的效果富含钙、维生素D3.，以及维生素K1经12个月[46]干预后，绝经后妇女的骨代谢参数显示为MK-7。绝经后妇女接受强化乳制品，每天提供800毫克钙和10 μg维生素D3 (CaD)或每天100 μg维生素K1 (CaDK1)或MK-7 (CaDK2)[46]。所有干预组血清25-羟维生素D3水平均升高[46]。与CaD组和对照组[46]相比，CaDK1和CaDK2组血清低羧化骨钙素与骨钙素比值和尿脱氧吡啶啉水平均有所下降。此外，仅在CaDK1和CaDK2[46]组中观察到全身和腰椎骨密度显著增加。本研究显示补充维生素K[46]对骨代谢和骨量有更有利的改变。因此，补充MK-7可能对预防和治疗绝经后妇女骨丢失有有益的作用。
维生素K2，作为凝血因子被发现，可能在活体中发挥多功能作用。维生素K2作为γ-羧化酶的辅因子，将骨钙素的谷氨酸残基转化为γ-羧基谷氨酸，在骨代谢中起着重要作用。在这篇综述中，MK-7在骨内环境稳定中的作用一直受到关注。MK-7刺激成骨细胞骨形成并抑制破骨细胞骨吸收。MK-7的这种作用已被证明通过Ca途径介导2＋-和环amp依赖的信号传导，以及γ-羧基化非依赖性的NF- κB活化拮抗细胞因子。此外，MK-7调节骨特异性基因的转录，这些基因通过类固醇和外源性受体作用，促进成骨细胞标记蛋白的表达，并刺激骨细胞中包括骨钙素在内的各种蛋白质的合成。MK-7的分子和细胞机制有待进一步研究。多项研究表明，MK-7的膳食摄入对预防正常绝经后妇女的骨质流失和骨折具有有益作用。MK-7可能对骨质疏松症的预防和改善有一定的作用。此外，MK-7可抑制炎症、肥胖、糖尿病和癌症骨转移等多种疾病状态下的骨损失。目前临床上用于治疗骨质疏松症的药物主要是基于破骨细胞的骨吸收作用。促进骨形成的临床化合物正在开发中。MK-7有望作为一种潜在的致骨质疏松症治疗因子。
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