内分泌医学史l维生素D历史

在机体的钙、磷代谢中，维生素D起重要的调节作用。维生素D缺乏病的发生与钙、磷代谢有密切的关系，对机体的影响是全身性的，其突出的表现是佝偻病（rickets）或骨软化症（osteomalacia）的发生。维生素D被称为“抗佝偻病维生素”，正像维生素C被称为“抗坏血病维生素”、尼克酸被称为“抗癞皮病因子”一样，反映了它与这种营养缺乏病的历史渊源。

雾霾似乎是工业革命不能摆脱的“副作用”。每次查房去看病历里的骨代谢指标，不论是否合并骨代谢疾病，十有八九都低于正常范围，这也许是城市化、空气污染、高层建筑、户外光照不足造成的，近期有研究显示，北京居民（市内）维生素D缺乏的患病率高达87.1%，也印证了我们在病历中的观察，而平均仅为12.3ug/L的25OHD水平，远远低于目前欧美20-30ug/L的水平。说起雾霾，历史上工业化进程中的英国和北欧，正是因此使维生素D缺乏正式成为医学要解决的课题。

佝偻病

维生素D是20世纪初在对佝偻病的研究中发现的。但在此之前，维生素D缺乏病的存在却由来已久。据古生物学的考察，公元前八千年（新石器时代）或更早的人类骨骼就有因佝偻病（骨软化症）所造成的变形。16～19世纪，随着工业革命的进程，英国和北欧成为佝偻病发病的重要地区，当时在英国许多工业区到处都可以看到因腿部弯曲、脊柱变性、肋骨变形而致残的儿童。该病尽管多见于婴幼儿、儿童和青少年，但也会累及成人，骨盆变形的女性容易出现分娩困难，骨盆出口狭窄危险性很大，如不剖腹产则很容易造成难产，也容易生出不健康孩子。Riekets是16世纪初英国的一位接骨医生，他以熟悉这种病而闻名于当时，所以人们就称这种病为rickets。现在多数学者认为最早科学描述的佝偻病的是DanilWhistler和FrancisGlissin。年，Whistler在荷兰莱顿(Leidcn)发表了他的医学博士学位论文“关于英国儿童常患的rickers.病”(MordopuerliAnglorum,quempatrioidiomatevicant“therickets”,LugduniBatavorum)。年，Glissin教授在他的专著的“佝偻病”(DeRachitide,London,)中详细地阐述了这种病的临床和病理，及其与坏血病的差别。

光疗法

在漫长的认识过程中，对于佝偻病的病因曾有种种解释，直到19世纪末还是众说纷云：有人认为是由于婴儿在通风不良的室内生活，缺少新鲜空气引起的；有人认为与遗传因素有关，或是由于母体营养不良而先天造成的；有人认为与微生物感染有关；有人根据野生物在动物园内易发生骨质软化推测限制活动可能是发病的原因；有人认为可能与内分泌系统功能紊乱有关。现在看来这些认识虽然没有抓住问题的本质，但在不同程度上也反映了佝偻病或骨软化症病因及发病机理的复杂性，至今许多因素的作用还有待深入探讨。

在对佝偻病病因的各种解释中，食物因素及日光照射与佝偻病的关系是经过长期观察和反复的验证才得到确认的。而关于日光照射与佝偻病关系的认识是与人们对佝偻病的流行病学的了解分不开的。

年，波兰医生JedrzejSniadecki观察到，生活在华沙城里的孩子佝偻病患病率明显高于农村孩子，他认为可能与狭小拥挤的华沙建筑物挡住了阳光有关，把患病孩子带到乡村接受光照后，成功地治疗了患病孩子，但其研究结果并未受到重视，当时科学界普遍认为，阳光照射皮肤治疗骨骼疾病是不可思议的。

在18世纪晚期，NielsRybergFinsen开始使用阳光治疗狼疮和肺结核，还开发出了人工光射线作为治疗手段，结果引起科学界对阳光与健康关系的研究；年，NielsRybergFinsen获得诺贝尔奖。

NielsRybergFinsen（-）

光疗时代的开启者

年英国医生PalmTA首先指出佝偻病主要发生于日光照射不足的地区。英国的流行病学调查的资料表明在人口稠密的城市里，佝偻病的发病率显著地高于农村，寒冷多雾的冬春季发病率多于阳光明媚的夏秋季。人们从不同群的生活习惯中也逐渐觉察到日光的作用，户外活动少的妇女、儿童和老人，佝偻病（或骨软化症）的发病率高，大儿长大开始行走后，由于能得到较多的日光照射，发病率明显下降。一些医学专家这一时期也提出一种观点，认为高纬度地区的许多疾病包括佝偻病，是因为阳光照射不足引起的。同时人们也意识到鱼肝油是一种很好的预防佝偻病的健康食品。另外也有试验表明，照射阳光与食用鱼肝油可以起到相同的治疗效果。AlfredFabianHess进一步提出自己的见解：光同等于维生素。尽管阳光照射和骨骼发育的关系并不明确，但ArnoldRikli的一句名言掀起了一个健康运动，“水具有神奇疗效，空气作用更好，但最有效的是阳光照射”，当时普遍认为，日光浴可以治愈很多种疾病。年,RaczimskiJ.指出：日光能使小狗的骨矿物增加，佝偻病病因中起主要作用是缺少日光照射。

年，Huldschinsky提出，如果阳光可以治疗佝偻病，那么人工的光线在理论上也能治疗这一疾病。在-年冬季Huldschinsky成功地证明用石英-汞灯发出的紫外线照射重症佝偻病患者的暴露部位，可以有效治疗佝偻病，他还聪明地发现，光治疗效果不是对骨骼的直接影响，因为照射佝偻病患者的一只手臂可以戏剧性地治愈双臂佝偻病。

年，HessandUnger这两名纽约医生通过对佝偻病的流行病学观察，发现这一疾病与季节性的阳光变化有关系。他们还将8个患有佝偻病的医院的屋顶接受阳光照射，他们通过X光检查记录到了每个孩子的骨骼改善变化，最后得到科学界普遍接受。此后，美国政府成立了一个机构，建议父母们让孩子接受合理的阳光照射，18世纪30年代到50年代，一些制造商也开始制造紫外线（ultraviolet，UV）灯在药店出售。

今天的人们很难相信，当时医院建立了日光浴室和阳台，以方便病人接受阳光治疗，医院把佝偻病儿童放在船上，因为当时许多人认为，新鲜的空气，尤其是海洋空气对佝偻病治疗有益，使其避开拥挤的市区和污染的空气，直接暴露在阳光下。这也催生了塔夫茨医院（FloatingHospitalforChildren）的诞生，医院仍然存在。

FloatingHospitalforChildren

到20世纪初，科学家已经意识到晒太阳可以改善骨健康，20世纪前几十年是光生物学和日光浴的鼎盛时期，由此诞生了光生物学，研究自然和人工辐射对所有生命形式的影响，光疗研究太阳光治疗疾病的能力，光生物学家和光疗专家用阳光有效治疗佝偻病、肺结核和皮肤银屑病。

鱼肝油、佝偻病动物模型与维生素D的发现

年，DScheutte开始为佝偻病患者开出鱼肝油这一处方，但直到年前后，当营养学发展为实验科学和维生素被发现的时期，人们在这方面的认识才有了迅速的进展。

年CasimirFunk在他的经典著作《维生素》中指出：“很可能佝偻病在膳食中缺少某些为机体正常代谢所必需的物质，或是供给量不足才发生的。这些物质在良好的母乳中存在，鱼肝油中也有，但牛奶和谷物很少”。同年，美国的研究人员ElmerMcCollum和MargueriteDavis在鱼肝油中发现一种物质，后来被称为“维生素A”。

CasimirFunk（-）

至年间，英国医生EdwardMellanby等在五年多的时间内，用多只狗进行实验，在室内用低脂奶和面包喂养小狗，由于接触不到光照，狗身上出现了佝偻病症状。就算给小狗吃含维生素B、C的食品，也不能在短期内改善症状。但他发现患病的狗被喂鱼肝油（codliveroil，鲟鱼或海鱼肝油）后，就会痊愈，并且鱼肝油还能预防佝偻病。于是他认为，维生素A或者是一种相关的物质（存在于鱼肝油中）可以防止佝偻病的发生。年Mellanby指出：“脂肪与佝偻病的关系是因为它含有某种维生素或某些附属成分”。他指出：抑制骨质钙化或使骨生长速度超过钙化速度的原因是：①食物缺少钙、磷；②缺少含有抗佝偻病物质的油脂；③谷类及碳水化合物过多；④没有肉类；⑤限制活动等。Mellanby的实验结果表明食物中有多种成分与骨骼的生长及钙化有关。他们的主要成就是确切地证明了食物因素与佝偻病的发生有关，并科学地建立了维生素D缺乏病的实验动物模型，为研究“抗佝偻病因子”的作用创造了条件。

EdwardMellanby（-）

ElmerMcCollum是维生素D的最终命名者。在此之前，ElmerMcCollum在维生素A研究上的成功，约翰霍普金斯大学在年邀请他加入，主持新成立的化学保健系。有人戏称那时的他又矮又瘦，看起来非常不健康，因而不被面试官们看好。第二年，霍普金斯大学的儿科学教授JohnHolland向他咨询是否有佝偻病的动物模型。McCollum向他展示了几个患病的大鼠，并与他探讨佝偻病的机制。两人通过交流，很快开始协作这方面的研究。而两位骨科研究者EdwardPark和DrPaulShipley也很快加入团队。在开始的几个钙和磷不平衡的膳食实验中，McCollum发现缺乏一定的动物脂肪就会得佝偻病。他和团队成员谨慎地认为佝偻病可能是由于缺乏维生素A或缺钙引起的。

ElmerMcCollum（-）

命名维生素D

年Hopkins报告氧和高温能破坏维生素A的活性。年McCollum等在此基础上做了另一组膳食试验。他利用氧和高温首先把鱼肝油中的维生素A破坏掉，然后喂食佝偻病的狗，结果仍然可以治愈。证明鱼肝油中的“抗佝偻病因子”在有氧的条件下能耐受度的高温14h，而“抗干眼病因子”（维生素A）在这种条件下完全失去活性。McCollum把这种有抗佝偻病效果的、耐热的、脂溶性的、但不同于脂溶性“抗干眼因子”的物质称为维生素D。因为这已经是当时第四个被命名的维生素。

早期工业应用：食品的紫外照射

年左右，伦敦的Hume和Smith团队，及纽约的AlfredFabianHess和Weinstock团队分别发现了被紫外线照射的食物可以治愈佝偻病。并且，由于饲养员不按方案操作，Hume和Smith发现大鼠照射紫外线与食用照射紫外线的食物对于佝偻病的治疗具有同样的效果。同期，Goldblatt和Soames团队发现照射紫外线的大鼠肝脏，可以治愈患佝偻病的大鼠。

年，美国威斯康辛大学生物化学家HarrySteenbock发现，对食品或其它有机材料照射紫外线，会增加其中的维生素D含量。在对鼠、狗类动物的食品照射紫外线后，这类食品可以治疗动物的佝偻病。于是Steenbock自己花了美元把自己的发现申请了专利。紫外照射技术在食品行业，尤其是奶制品行业流行起来，到了年，美国的佝偻病几乎全部被消灭了。

维生素D的结构确证

一些科学家认为是皮肤中的胆固醇被阳光中的紫外线照射而转变成了体内的活性成分，因为活性成份被鉴定为胆固醇。但未被紫外线照射的胆固醇却没有效果，而照射后的胆固醇结构也没有发生改变。

年，Goldblatt和Soames发现经紫外线照射的大鼠肝脏有抗佝偻病作用。年，Steenbock和Black发现经紫外线照射的酵母对佝偻病大鼠有疗效，此后陆续发现紫外线照射其它食物也有类似的效果，特别是牛奶经照射后，抗佝搂病效果显著增加。

曾在洛克菲勒大学工作过的AlfredFabianHess也认为阳光可以起到维生素的作用，他于年邀请德国的胆固醇专家AdolfWindaus一起研究这一问题，后者是德国哥廷根大学一位专业研究甾醇类物质的专家。在伦敦的O.Rosenheim也加入了这一团队。他们认为，以前人们通过以前的皂化、重结晶等方法所得到的“纯化胆固醇”其实并是纯，而是含有一定的“杂质”，正是这种杂质，在被紫外线照射后，转化成了治疗佝偻病的有效成份，即这种杂质是维生素D的前体。Rosenheim等人推测，这种杂质的含量可以只有分之一左右。

经过讨论，他们设计了如下实验：首先把胆固醇二溴化、重结晶，然后再通过处理转化为胆固醇。这个时候，其中已经不再含有原来的“杂质”了，即便通过紫外线照射，也不能产生治疗效果。这就证明了他们的推论。

Heilbron等人发现，普通的纯化胆固醇的紫外吸收峰有三个(,,nm)。这一发现给Windaus以很大启发。他一方面通过真空干燥、炭吸附等方法得到了胆固醇中的“杂质”，另一方面，他与同事筛选了几十种激素，通过紫外吸收、颜色反应、易氧化特性等三个方面的对比，他们认为这种杂质可能就是麦角固醇，而麦角固醇在紫外线的照射下，确实表现出了治疗佝偻病的作用。Rosenheim等与Windaus等人经过交流，也得到了相同的结果。年，他们发表了这一发现，认为这一杂质是麦角固醇。年AdolfWindaus获得了诺贝尔化学奖。而他认为没有AlfredFabianHess，自己不可能获奖，所以他把自己的资金分给了Hess一部分。

AdolfWindaus(-)

年获诺贝尔奖

麦角固醇经紫外线照射后产生的物质很快于年被伦敦及丹麦等地的团队分离纯化，并命名为钙化醇。研究显示，0.01μg/d剂量的钙化醇就可以短期内治愈佝偻病大鼠。

而获得了诺贝尔奖的AdolfWindaus再接再厉，带领55位博士和博士后，组成了一个庞大的团队来研究维生素D的结构的研究。年，AdolfWindaus以胆固醇为原料，合成了7-脱氢胆固醇。年，通过紫外线照射7-脱氢胆固醇，钙化醇（VD3）的结构被这一团队研究得到，它是麦角固醇的同分异构体，有一个羟基，三个共轭键。差不多与此同时，人们从鱼肝油中也分离出结晶的胆钙化醇(Brockman,,)这些实验说明7-脱氢胆固醇是VD3的前体，鱼肝油中的“抗佝偻病因子”就是维生素D。

钙化醇被发现了，但新的问题接着出现。因为钙化醇可以通过麦角固醇照射阳光转化，那么没有阳光时，人体又如何摄取这一物质？年，AdolfWindaus和同事在多种动物和人体的皮肤内，以及一些食品中分离鉴定7-脱氢胆固醇，而它的紫外照射后的产物也具有治疗佝偻病的疗效，于是他分别把钙化醇和后7-脱氢胆固醇的紫外照射物称为维生素D2和维生素D3。

麦角固醇(A),维生素D-2(B),

7-脱氢胆固醇(C),和维生素D-3(D)的结构.

激素维生素D：代谢及生理活性

～年，不同学者对维生素D与钙、磷代谢、骨质生成和骨盐周转（turnover）的关系进行了大量的研究，对维生素D对有机酸（柠檬酸）代谢、肠粘膜上皮细胞膜的通透性及动物生长的作用也进行了许多观察，但还很难把这些多种多样的研究结果综合起来说明维生素D生物化学作用的机理。

放射性同位素在医学研究中的应用，为人们探讨维生素D的生理作用开创了广阔的道路。LindquistB()用45Ca研究维生素D对钙代谢的作用，发现15IU的维生素D2可以使佝偻病大鼠肠钙的吸收在4h内达到最高峰，血清钙的最高值在6h内出现，在36～48h才看到其对骨钙沉积的作用，此后，人们对维生素D作用的“滞后”(thelaginactionofvitaminD)又进行了许多实验观察。虽然由于维生素D的使用剂量及所采用的测定方法不同，直接比较这些测定结果是困难的，但人们注意到机体对维生素D的各种生理反应都存在着“滞后”的现象，这点仍是很重要的。人们还注意到在体内给以一定量的维生素D，其生理作用仍不明显。这提示原型维生素D可能必须在体内经过代谢后，才能形成活性物质而发挥其生理作用，也可能与VD的吸收及运转到靶组织与受体起作用需要一定时间有关。另外，在临床上观察到某些尿毒症患者，常伴有骨骼的病理变化，使用大剂量维生素D也无明显疗效，若是给这种病人先做肾脏移植后再给维生素D，则骨骼的病变可以消失。这说明维生素D的生理活性，对骨骼病变的防治作用及肾功能是否良好有密切的关系。

年，Velluz等人完整地阐述了麦角固醇如何在紫外线作用下转化为钙化醇。从年以来，DeLuca等对维生素D的作用机理进行了大量的研究工作，用3H标记的维生素D3给大鼠注射，然后将各组织的氯仿抽提物进行硅酸柱层析，并在年分离和鉴定出25-(OH)D3的存在，进而证明了这种维生素D代谢物是在肝细胞微料体酶系统的作用下生成的，它的抗佝偻病作用为原型维生素D3的2～5倍。

年Haussler和Norman在研究肠道上皮细胞的核碎片时，发现了与维生素D特异性结合的蛋白质--维生素D受体。目前发现，维生素D受体不仅存在于小肠和骨骼，还广泛分布于大脑、心脏、胃、胰腺、激活T、B淋巴细胞、皮肤、生殖腺等。提示维生素D在机体中发挥着更广泛的作用。

至年左右，MichaelF.Holick的团队发现了维生素D活性结构的代谢机制。在肝脏，维生素D被发现转化成为骨化二醇(calcidiol)，部分骨化二醇又被肾脏转化为骨化三醇，这才是维生素D的活性结构。骨化三醇作为一种激素在血液中循环，发挥调节体内钙、磷平衡的作用，从而促进骨骼正常生长。同一时期，DeLuca.Norman和Kodicek等也进一步证明在体内维生素D经肝脏和肾脏两步代谢生成1,25-(OH)D3和1,25-(OH)2D3后才能充分发挥其作用。以同样剂量(5IU)的维生素D3和25-(OH)2D3灌注小肠，观察肠钙吸收达到高峰的时间分别为16、10和8h,以后者为最快。在活性强度上，1,25-(OH)2D3也比25-(OH)D3大2倍以上。从而人们认为1,25-(OH)2D3与PTH、降钙素都是维持机体钙、磷的内环境稳定（homeostasis）的重要激素。1,25-(OH)2D3的生成、运转及其在细胞内的作用机理与其它类固醇激素相似，所以肾脏也有内分泌功能，肠、肾、肌都是1,25-(OH)2D3这种激素作用的靶组织。这一概念的形成是当代医学科学的一项重大成就。这方面的进展不仅使人们对维生素D的代谢和生理作用有了更深刻的了解，而且也使维生素D缺乏病病因、发病机理及防治措施的研究有了新的突破。

维生素D的整个代谢过程和代谢各中间产物的不同活性，为机体组成了一个以维生素D为核心的调节网络，不同部位的酶和外部因素共同调节这一通路，其与广泛分布的维生素D受体相互作用维持着机体的正常运作。

最后，再次致敬国内的医学前辈在该磷代谢和维生素D研究领域的贡献。前面已经提到年代-年代由于受到技术的限制，很难把这些多种多样的研究结果综合起来说明维生素D生物化学作用的机理。在这一时期，我国的刘世豪教授和朱宪彝教授在骨软化症的钙磷代谢研究中成果卓著。从年至年间，刘、朱等发表了30余篇有关软骨病和佝偻病钙磷代谢的研究文章，而在美国巴尔的摩《医学》杂志的最后一篇论文《钙磷代谢研究对肾性骨营养不良发病机理的意义及AT10和铁剂的治疗作用》被推崇为“代谢性骨病研究的奠基石”。由朱宪彝等首先命名的“肾性骨营养不良”，至今仍为国际学术界所沿用。在朱宪彝教授逝世后，美国著名骨代谢专家帕菲特(Parfitt．A．M)发表长篇纪念文章时说：“三四十年代全世界关于钙磷代谢的研究大部分出之于北平协和医学院。”

关于刘世豪教授和朱宪彝教授可以参见本系列的相关文章：

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参考：

CSOBMR：维生素D的研究历史（宁志伟，王鸥，邢小平）

新药发现史话（三十二）维生素D的发现

彭雷科学网博客

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