D105 维生素K

D105  维生素K

一、化学结构与理化性质

维生素K （vitamin K）是一组来源于2-甲基-1，4-萘醌的脂溶性同系化合物。自然界中有叶绿醌系维生素K1（phy Iloquinone），甲基萘醌系维生素K2（menaquinone），其甲基-1，4-萘醌核的第3个位点的侧链含有不同数目的异戊二烯单位，命名为甲基萘醌-n-（MK-n-），后缀（-n-）表示侧链上异戊二烯单位的数目。另外还存在一些含有2-甲基-1，4-萘醒结构的人工合成的水溶性化合物。其中包括甲萘醌（维生素K3）和甲萘氢醌（维生素K4）。

维生素K1的分子式为C31H46O2,分子量为450.7， CAS 号为 84-80-0。

维生素K2的分子式为C3lH40O2,分子量为444.65， CAS 号为 84-81-1。

维生素K3的分子式为C11H8O2,分子量为172.18，CAS 号为 58-27-5。

维生素K4的分子式为C15H14O4,分子量为258.27， CAS 号为 209-352-1。

维生素K1（A）、K2（B）、K3（C）和K4（D）的化学结构

天然存在的维生素K1和维生素K2为黄色油状化合物，能溶解在脂肪和有机溶剂中，不溶于水。而人工合成的维生素K3和维生素K4是黄色结晶粉末，可溶于水。维生素K类化合物对热稳定，加热不易破坏。但对酸、碱和紫外线敏感，在脂肪酸败时易被破坏而失去活性。

二、主要来源与生产制备方法

主要来源  苜蓿类植物和绿叶蔬菜，含有丰富的维生素K1，是最好的食物来源。牛奶、奶制品、肉类、蛋类、谷类、水果和其他蔬菜含较少量的维生素K1。肠道微生物也可合成少量维生素K2。

生产制备方法  维生素K的主要以维生素K3为原料合成，如维生素K3乙酰化后再与叶绿醇缩合即得维生素Kl。维生素K3与乙酸作用可制得维生素维生素K3的工业生产方法主要分为气相氧化法和液相氧化法。目前，世界上维生素K3的生产大多采用液相氧化法，该方法按所用氧化剂的不同又可分为3种：过氧化氢氧化法、铈盐氧化法、铬盐氧化法。另外还有气相氧化法以V2O5为催化剂，β-甲基萘在气态下用热空气进行氧化；以及以2-甲基萘及铬酐（或重铬酸钠）为原料的化学氧化法。

从腐畋的鱼粉中分离出维生素K2，也称法呢甲萘醌（farnoqu inone），为多戊烯甲萘醌，为细菌的代谢产物，存在于发酵食品中，人的肠道细菌也能合成，并可被人体吸收利用。另外，可用甲萘醌-环戊二烯加合合成法合成维生素K2。

三、分析方法

GB  

GB 5413.10-2010高效液相色谱法 婴幼儿食品和乳品中维生素K1的测定。

GB/T  5009.158-2003高效液相色谱法 蔬菜中维生素K1的测定。

GB/T 7294-2009高效液相色谱法 饲料添加剂亚硫酸氢钠甲萘醌（维生素K3）。

GB/T 18872-2002高效液相色谱法 饲料中维生素K3的测定。

AOAC

 AOAC 974.30气相色谱法 饲料中维生素K3的测定。

AOAC 992.27液相色谱法 食婴幼儿配方奶粉中维生素K1的测定。

AOAC 999.15液相色谱法 牛奶和婴幼儿配方食品中维生素K的测定。

其他  薄层色谱法、分光光度法、荧光法、电化学法。

四、生理功能及作用

参与凝血机制  在凝血机制中，维生素K目前已知的生物化学作用是参与蛋白质翻译后修饰的羧化反应，这一维生素K依赖的反应过程存在于许多组织中，如肝、肾、骨骼、软骨、动脉粥样硬化斑块及各种软组织等。维生素K作为维生素K依赖羧化酶（vitamin K-dependent carboxylase）的辅酶，在将蛋白质分子中的谷氨酸羧化成γ-竣基谷氨酸残基（Gla残基）的过程中转移谷氨酸γ位的氢原子，反应产物γ-竣基谷氨酸残基具有高特异的钙结合活性。有7种维生素K依赖蛋白质与血液凝集有关，即凝血酶原（因子Ⅱ）、因子Ⅶ、 因子Ⅸ和因子X以及蛋白质C、S、Z。而蛋白C、S是含有Gla残基的维生素K依赖蛋白，前两者是存在于血液中的具有抗凝血特性的蛋白质，因此维生素K对于凝血功能的作用是双向的。

谷氨酸残基的γ-竣化是由一种微粒体酶催化的，这种酶被称为维生素K依赖的竣化酶。这一反应需要还原形维生素K、氢醌以及二氧化碳和氧的参与。γ-羧基谷氨酸普遍存在于所有维生素K依赖蛋白质中，凝血因子在羧化后才具有钙结合能力，从而启动凝血机制。

调节骨代  谢骨钙蛋白（osteocalcin or bone Gla protein, BGP）是骨骼中存在的最丰富的含Gla的维生素K依赖蛋白，生理功能与骨矿化作用和骨骼更新有密切关系。骨钙蛋白主要在成骨细胞中合成，因此血液中骨钙蛋白的浓度反映了成骨细胞的活性，临床上通过测定血浆中总骨钙蛋白水平来诊断某些代谢性骨病。除了骨钙蛋白外，骨组织还含有2种低浓度的骨钙蛋白：基质 Gla 蛋白质（matrix Gla protein, MGP）和 S 蛋白（protein S）。它们与骨钙蛋白不同的是在体内多种组织表达，基质Gla蛋白MPG主要存在于软组织，是活体组织的一种钙化抑制因子。因此，目前的研究结果推测,膳食维生素K在血管性疾病中可能起到一定的作用。S蛋白：S蛋白在血液凝集过程中发挥作用；同时在骨代谢中也发挥作用，但确切作用尚不清楚。S蛋白是由各种人类骨肉瘤细胞系及人类成骨细胞系所分泌。有报道充分确定，S蛋白缺乏的儿童出现严重的蛋白质减少、骨矿物质密度降低和椎体压缩性骨折。骨钙素：早期的研究中，骨钙素被发现参与成骨细胞的分化和复原过程，这提示骨钙素参与了骨骼重吸收。另有文献报道，骨钙素对骨骼形成具有负调节因子的作用。

参与神经鞘磷脂代谢  维生素K参与神经鞘磷脂的代谢。最近有报告，给小鼠喂饲过量的维生素K，可使半乳糖脑苷脂巯基转移酶活性和脑中硫脂类物质的浓度升高，使用叶绿醌或MK-4均能观察到维生素K的这种应答反应。目前还不知道维生素K在神经鞘磷脂代谢中的作用是否与Gla蛋白有关，体外试验的结果表明，该作用可能涉及一个磷酸化步骤。

其他  近来，主要来自日本的研究报告提到，维生素K家族中的一种，甲基萘醌-4 （MK-4）具有与γ-羧化作用无关的特殊功能，但这一功能仍未明确。研究指出，MK-4可抑制大鼠的骨质丢失，并提示MK-4是通过诱导破骨细胞的凋亡、抑制破骨细胞的形成和抑制前列腺素E2合成而发挥作用的。需要特别提及的是，MK－4的作用于它的香叶酰香叶醇侧链有关，因为在培养基中加入香叶酰香叶醇可以抑制破骨细胞样多核细胞的生成，抑制程度接近MK-4[1]。

并有报道称，维生素K3可通过线粒体凋亡途径使乳腺癌细胞死亡[2]。维生素K还可以抑制氧化损伤[3]，并可通过阻止12-L0X的活性和ROS的产生来预防细胞氧化损伤[4]。

五、安全性研究

人群资料  40%～70%的维生素K经十二指肠和回肠吸收。与其他脂溶性维生素一样，影响膳食脂肪吸收的因素也可影响维生素K的吸收，吸收过程也依赖于胆汁和胰液的正常分泌。每日服用维生素K1 30mg是安全的。对新生儿注射维生素K1 1mg未发现遗传毒性[5]。 婴儿服用维生素K2可能伴有溶血性贫血和肝中毒。高剂量维生素K3可导致氧化损伤、红细胞脆性增加以及高铁血红蛋白的生成。给予早产儿高剂量的维生素K3可引起高胆红素血症，造成核黄疸以及新生儿脑中毒。尚少见日常食品和营养素补充剂中的维生素K引起毒副反应的报告。

过多：尚没有发现长期摄入大剂量叶绿醌会引起任何中毒症状。摄入大量甲萘醌制剂可引起新生儿溶血性贫血等不良反应。

缺乏：原发性维生素K缺乏引起的凝血功能异常和出血型疾患在健康人群中不常见。新生儿体内维生素 K储存量低，同时人奶中维生素K的含量相对低，容易造成缺乏。在成人，慢性胃肠疾患、长期采用完全胃肠外营养和长期服用抗生素等情况也可造成维生素K的缺乏，发生凝血功能障碍。

代谢情况  维生素K从小肠吸收进人淋巴系统（哺乳类）或肝门循环（鸟类、鱼类、爬行类），这一过程首先需要形成混合微团以溶解这些物质，随后这些疏水的物质即被分散于肠道的含水腔中。当给动物或人经口服用生理剂量到药理剂量的同位素标记的叶绿醌，20分钟内即出现在血浆中，2小时到达峰值，随之在48～72小时后呈指数下降。在此期间，维生素K被肝、骨骼和脾细胞所摄取。人体内存在维生素K循环，是维生素K的利用途径，维生素K在维生素K还原酶的作用下转化为维生素K氢醌，与凝血酶原前体（含谷氨酸）在γ-谷氨酸羧化酶的催化下分别转化为维生素K环氧化物和凝血酶原前体（含γ-竣基谷氨酸），维生素K环氧化物在环氧化物还原酶的作用下还原为维生素K，完成一次循环。根据维生素K摄入量，此循环在每人每日循环往复200～2 000次。

急性毒性  高达25 000mg/kg的维生素K1没有引起大小鼠和鸡死亡。

遗传毒性  维生素K1在Ames试验中呈阴性结果，但对于维生素K1是否对人体白细胞中姐妹染色单体的交换产生影响仍有争议[6]，维生素K3在Ames试验中表现出致突变活性，可能是其支链结构在起作用[7]维生素K1、K2, K3可表现出对肿瘤细胞的细胞毒性，其中维生素K2表现出对肿瘤细胞的特异细胞毒性，维生素K3的细胞毒性最强，其机制为自由基介导的氧化作用，这说明维生素K3可能成为抗氧化因子或促氧化因子[8-9]。维生素K2还可以对高肝癌风险的SD大鼠起到保护肝功能的作用[10]。

亚慢性毒性  动物研究发现，给予维生素K3可导致贫血、高铁血红蛋白血症、尿胆素尿和尿胆原尿。也有高剂量导致肝损伤的报道。

慢性毒性与致癌性  维生素K2的LOAEL值为20mg/kg。

生殖与发育毒性  对大鼠胚胎细胞进行体外试验，给予维生素K1达100μg/ml时，也不会引起胚胎细胞的DNA损伤[11]。

其他  经皮注射维生素K （多数是K1的形式），可引起局部过敏反应，目前认为这是一种迟发性过敏反应。

六、常见使用方法与调査/推荐摄入量

1、常见使用方法

（1）食品 维生素K天然存在于食物中，并可以作为食品添加剂或营养强化剂添加于食品中。维生素K可添加于动物饲料中。

（2）保健食品 可应用于膳食补充剂和保健食品。

（3）其他  OTC和药品。可应用于治疗新生儿出血症和药物引起的的维生素K缺乏，还可用于预防骨质疏松症、月经过多和恶心。

2、调查/推荐摄入量

（1）调查摄入量 未査见相关文献资料。

（2）推荐摄入量 中国营养学会推荐的成人摄入量为：男性120μg/d，女性90μg/d。其UL尚未确定。美国确立了维生素K的AI值如下：0～6个月婴儿2μg/d，7-12个月婴儿2.5μg/d，1～3岁儿童30μg/d，19岁以上男性120μg/d，19岁以上女性（包括孕妇和乳母）75μg/d。 FNB未发现维生素K1有不良作用的报道，因此缺少制定LOAEL或NOAEL值的依据，没有制定UL值。

欧盟SCF认为在维生素K1剂量为10mg/d的小规模短期临床试验中，未发生不良反应。鉴于这些结果，欧盟SCF没有制定UL值。

英国EVM引用了相同的研究作为10mg/d剂量的维生素K1没有不良作用的证据。由于该研究的参与人数少，考虑到个体间的差异，英国EVM选择10作为 UF,因此推导得到的GL值为1mg/d。

七、国际组织和各国政府评价、批准、认可情况

中国  我国批准维生素K为营养强化剂，允许的维生素K的化合物来源为植物甲萘醌。允许使用于儿童和孕产妇用调制乳粉，使用量为340～750μg/kg。详见附录1。

美国  维生素K （叶绿醌/植物甲萘醌）是美国国家营养食品协会（NNFA）认可的膳食补充剂原料，允许维生素K作为膳食补充剂。

欧盟  允许维生素K作为膳食补充剂和食品添加剂，允许的维生素K的化合物来源为叶绿醌（维生素K1），甲基萘醌（维生素K2） （2002/46/EC）（EC NO 1170/2009），（EC NO 1925/2006 ）。

允许将维生素K添加于婴幼儿配方奶粉和较大婴儿配方奶粉中，允许的添加量为1～6μg/100kJ或4～25μg/100kcal，允许的维生素K的化合物来源为叶绿醌（植物甲萘醌）（2006/141/EC）。

允许将维生素K添加于婴幼儿谷物加工制品和婴幼儿食品，允许的维生素K的化合物来源为叶绿醌（植物甲萘醌）（2006/125/EC）。

允许维生素K应用于具有特殊营养作用的食品中，允许的维生素K的化合物来源为叶绿醌（植物甲萘醌）（2001/15/EC）。

澳/新  允许将维生素K应用于婴儿配方食品中，允许的添加量为>lμg/100kJ，允许的维生素K的化合物来源是维生素K1（叶绿醌/植物甲萘醌 phytylmenoquinone）（STANDARD 2.9.1） 。

允许将维生素K应用于婴儿食品中RDI值为10μg 叶绿醌（STANDARD 2.9.2）。

允许将维生素K应用于代餐和配方补充食品，每份代餐的最大声称量为40μg（STANDARD 2.9.3）。

将维生素K的膳食补充剂作为补充药品管理。

CODEX 允许的维生素K的化合物来源为植物甲萘酿（CAC/GL 10-1979）。

允许将维生素K添加到婴儿配方食品和特殊医学用途的婴儿配方食品中，允许的添加量为4～27μg/100 kcal 或1～6.5μg/100 kJ （CODEX STAN 72-1981）。

允许将维生素K添加到较大婴儿配方食品中，允许的添加量为>4μg/100kcal或>lμg/100kJ （CODEX STAN 156-1987）。

允许将维生素K添加到谷基类婴幼儿加工食品中（CODEX 74-1981, REV 1-2006）。

允许将维生素K添加到罐装婴儿食品中（CODEX STAN 73-1981）。

允许将维生素K添加到除婴儿配方外的其他特殊医用食品中。

八、注意事项和禁忌

不适宜人群  未查见相关文献资料。

禁忌  未查见相关文献资料。

与药物相互作用

（1）使用抗凝药华法林，除了遵医嘱，不要服用维生素K补充剂或摄入含维生素K量高的食物[17]。

（2）服用头孢菌素类和其他抗菌素，需要补充更多维生素K。

（3）服用抗惊厥药物（双苯丙脲，抗痉挛量的苯巴比妥）和孕妇服用抗惊厥药时需要更多的维生素K以保护胎儿。

（4）降胆固醇的药物（如消胆胺）长期应用可降低体内维生素K的储备，需要额外补充。

与其他物质相互作用  试验结果表明，过量维生素E可导致凝血酶原时间延长，补充维生素K2可使其恢复正常。

其他 未查见相关文献资料。

九、小结

维生素K是一组来源于2-甲基-1,4-萘醌的脂溶性同系化合物。苜蓿类植物和绿叶蔬菜含有丰富的维生素K1。维生素K常用高效液相色谱法和气相色谱法测定。维生素K参与γ-羧基谷氨酸（Gla）合成，并具有参与凝血机制、骨代谢等生理功能。中国营养学会推荐的成人摄入量为男性120μg/d，女性90μg/d。其UL尚未确定。目前，维生素A在CODEX、欧盟、美国、澳大利亚/新西兰等国际组织和国家均允许使用，主要为营养强化剂、膳食补充剂、药品方面的应用。

参考文献

[1] Craciun AM, Wolff J, Knapen MHJ, et al. Improved bone metabolism in female elite athletes after vitamin K supplementation. International Journal of Sports Medicine, 1998， 19:479-484.

[2] Akiyoshi T, Matzno S, Sakai M, et al. The potential of vitamin K3 as an anticancer agent against breast cancer that acts via the mitochondria-related apoptotic pathway. Cancer Chemother Pharmacol, 2009, 65（1）:143-150.

[3] Jianrong Li, Judith C, Lin H, et al. Novel Role of Vitamin K in Preventing Oxidative Injury to Developing Oligodendrocytes and Neurons. The Journal of Neuroscience, 2003， 23（13）:5816-5826.

[4] Li J, Wang H, Rosenberg PA. Vitamin K prevents oxidative cell death by inhibiting activation of 12-lipoxygenase in developing oligodendrocytes. J Neurosci Res, 2009，87（9）:1997-2005.

[5] Cornelissen M, Smeets D, Merkx G, et al. Analysis of chromosome aberrations and sister chromatid exchange in peripheral blood lymphocytes of newborns after vitamin K prophylaxis at birth. Pediatric Research, 1991, 30:550-553.

[6] Israels LG, Friesen E, Jansen AH, et al. Vitamin K1 increases sister chromatid exchange in vitro in human leukocytes and in vivo in fetal sheep cells: A possible role for “vitamin K deficiency” in the fetus. Pediatric Research, 1987，22:405-408.

[7] Edenharder R, Worf-Wandelburg A, Decker M, et al.Antimutagenic effects and possible mechanisms of action of vitamins and regulated compounds against genotoxic heterocyclic amines from cooked food. Mutation Research, 1999,444:235-248.

[8] Okayasu H, Ishihara M, Satoh K, et al. Cytotoxic activity of vitamins K1, K2 and K3 against human oral tumor cell lines. Anticancer Res,2001, 21（4A）:2387-2392.

[9] Hwang JM, Cho JS, Kim TH, et al. Ellagic acid protects hepatocytes from damage by inhibiting mitochondrial production of reactive oxygen species. Biomed Pharmacother, 2010, 64（4）:264-270.

[10] Sakakima Y, Hayakawa A, Nagasaka T, et al. Prevention of hepatocarcinogenesis with phosphatidylcholine and menaquinone-4: in vitro and in vivo experiments. J Hepatol, 2007, 47（1）:83-92.

[11] Webster WS, Vaghef H, Ryan B, et al. Measurement of DNA damage by the comet assay in rat embryos grown in media containing high concentrations of vitamin K（1）. Toxicol In Vitro, 2000, 14（1）:95-99.

[12] McKevoy GK, ed. AHFS Drug Information. Bethesda: American Society of Health-System Pharmacists, 1998.

[13] Shiraki M, Shiraki Y, Aoki C, et al. Vitamin K2 （menatetrenone） effectively prevents fractures and sustains lumbar bone mineral density in osteoporosis. J Bone Miner Res, 2000, 15（3）:515-521.

[14] Olson RE. Osteoporosis and vitamin K intake. Am J Clin Nutr, 2000,71（5）:1031-1032.

[15] Nagasawa Y, Fujii M, Kajimoto Y, et al. Vitamin K2 and serum cholesterol in patients on continuous ambulatory peritoneal dialysis. Lancet, 1998，351（9104）:724.

[16] Cockayne S, Adamson J, Lanham-New S, et al. Vitamin K and the prevention of fractures: systematic review and meta?analysis of randomized controlled trials. Arch Intern Med, 2006, 166（12）:1256-1261.

[17] Poli D, Antonucci E, Lombardi A, et al. Safety and effectiveness of low dose oral vitamin Kl administration in asymptomatic out-patients on warfarin or acenocoumarol with excessive anticoagulation. Haematologica, 2003, 88（2）:237-238.