비타민 D에 대한 이해
비타민 D는 체내에서 합성되어, 비타민이라기보다는 내분비 기능뿐만 아니라 자가분비(autocirine)와 측분비(paracrine) 기능을 가지는 호르몬으로 볼 수 있다.
비타민 D의 종류
- 비타민 D는 D1, D2, D3의 세 종류가 있지만 사람에게는 ergocalciferol(비타민 D2)과 cholecalciferol(비타민 D3)만 존재
- D2는 주로 식물에 의해서 합성되고, D3는 주로 자외선 B에 노출되었을 때 피부에서 만들어짐
일반적으로 비타민 D라고 얘기할때는 주로 비타민 D3인 cholecalciferol이나 D2인 ergocalciferol을 의미한다. 보충제도 이 두 가지가 존재한다.
Vitamin D precursors/metabolites의 Nomenclature
종류 |
| 약어 |
7-Dehydrocholesterol | Pro-vitamin D3 | 7DHC |
Cholecalciferol | Pre-vitamin D3 |
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Ergosterol | Pro-vitamin D2 |
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Ergocalciferol | Pre-vitamin D2 |
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Alfacalcidol | 1α-hydroxycholecalciferol |
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Calcidiol | 25-Hydroxyvitamin D | 25(OH)D |
| 25-hydroxyergocalciferol=25-Hydroxyvitamin D2 | 25(OH) Vit D2 = 25(OH)D2 |
| 25-hydroxycholecalciferol=25-Hydroxyvitamin D3 | 25(OH) Vit D3 = 25(OH)D3 |
Calcitriol | 1,25-Dihydroxvitamin D | 1,25(OH)2D |
| 1,25-Dihydroxvitamin D2 | 1,25(OH)2 Vit D2 = 1,25(OH)2D2 |
| 1,25-Dihydroxvitamin D3 | 1,25(OH)2 Vit D3 = 1,25(OH)2D3 |
(Alshahrani F, Aljohani N. Vitamin D: deficiency, sufficiency and toxicity. Nutrients 2013;5(9):3605–16.)
비타민 D 대사
비타민 D는 어디서 얻게 되는가?
- 비타민 D는 대부분 태양광선에 의해 만들어 지며, 식품으로 섭취되는 비타민 D는 많지 않다.
- 일광 노출에 의한 피부 생합성(D3) + 식이나 보충제로부터의 섭취(D2, D3)
비타민 D3 | vs. | 비타민 D2 |
(예 : 연어, 참치, 송어, 달걀의 노른 자위, unpasteurised milk, 마가린, 일부 요구르트 등) |
| 버섯에서 태양광 노출에 의해 생성(식물성 비타민 D) |
- 비타민 D 강화식품이 많은 미국에서는 비타민 D가 강화된 우유나 시리얼, 오렌지주스로 인한 섭취가 식품으로 인한 비타민 D 섭취의 대부분을 차지하지만, 국내에서는 미국만큼 우유소비량이 많지 않고, 또 비타민 D 강화 우유가 소아용 우유만으로 한정되어 있어 식품으로의 섭취가 제한적이다.
비타민 D는 어떤 대사를 거치는가?
- 비타민 D는 그 자체로는 생물학적 작용이 없지만 간과 신장에서 대사를 거쳐 활성형인 Calcitriol(1,25-dihydroxycholecalciferol)로 변환된다.
- 간: 비타민 D는 간에서 합성된 비타민 D 결합단백질과 결합하여 간으로 이동되고 간에서 1-α hydroxylase에 의해서 25-hydroxylation이 일어나 25-hydroxyvitamin D [25(OH)D]가 된다.
- 신장: 25(OH)D는 비활성형으로 신장에서 25(OH)D-1α-hydroxylase에 의해 수산화되어 활성형인 1,25-dihyroxyvitamin D (1,25(OH) 2D)가 된다.
- 이 과정은 부갑상선호르몬과 저칼슘혈증, 저인산혈증에 의해 촉진되고, 칼슘과 1,25(OH)2D에 의해 억제된다.
(Al Mheid I, Quyyumi AA. Vitamin D and Cardiovascular Disease: Controversy Unresolved. J Am Coll Cardiol 2017;70(1):89–100.)
피부(Skin) |
| 식물(Plants) |
Pro-vitamin D3 (7-dehydrocholesterol) |
| Pro-vitamin D2 (ergosterol) |
▼햇빛 |
| ▼햇빛 |
cholecalciferol(비타민 D3) | 음식물 섭취(비타민 D3) | ergocalciferol(비타민 D2) |
↘ | ▼ | ↙음식물 섭취 |
| ▼ |
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| 간(liver) 대사 25(OH)D (calcidiol)로 변환 (by 25-hydroxylase) |
|
| ▼ |
|
| 신장(kidney) 대사 1,25(OH)2D(calcitriol, ercalcitriol)으로 변환(by 25(OH)D 1-α hydroxylase) |
|
- 비타민 D3든 D2든 이렇게 calcitriol로 변환이 된 후 세포 핵 안에 비타민 D 수용체(VDR)와 결합을 해야만 비타민 D로써 작용을 할 수 있음
(사진출처: https://m.blog.naver.com/muinjidae/130190588088)
비타민 D3: Cholecalciferol
- 태양광에 노출될 때 피부에서 만들어지는 비활성형 비타민 D3
- 동물성 비타민 D: 육류나 생선으로부터 섭취 가능
피부(Skin) |
Pro-vitamin D3 (7-dehydrocholesterol) |
▼햇빛 |
cholecalciferol (비타민 D3) |
▼ |
간(liver) 대사 25(OH)D3(calcidiol)로 변환 (by 25-hydroxylase) |
▼ |
신장(kidney) 대사 1,25(OH)2D3(calcitriol)으로 변환(by 25(OH)D 1-α hydroxylase) |
- Pro-Vitamin D3(=7-dehyrdocholesterol)
- 비타민 D3의 전구체
- 스테로이드 구조이며 Pro-vitamin D3로 부터 생성되는 비타민 D3의 분류 자체도 스테로이드 유도체로 되어 있음
- cholecalciferol(비타민 D3, D3)
- 자외선에 의한 광합성 작용으로 피부 기저층에서 만들어지는데 pro-vitamin D3 (7-dehydrocholesterol)가 pre-vitamin D3 (pre-D3)로 전환
- D3는 음식물의 장 흡수로도 얻어지는데 혈중에서 vit D-binding protein (DBP)과 결합하여 간으로 이동
- 간: 25-hydroxylases (25-OHase) 효소에 의해 25-hydroxycholecalciferol [25(OH)D3 (calcidiol)]로 전환
- 신장: 신장으로 이동하면 25-hydroxyvitamin D3-1-hydroxylase (1-OHase) 효소에 의해 생리적 활성형인 1,25(OH)2D3 (calcitriol)로 전환되어 여러 조직으로 이동하여 다양한 생리적 작용 발휘
- 단계적인 대사과정에서 25(OH)D3와 1,25(OH)2D3는 25-hydroxyvitamin D 24-hydroxylase (24-OHase) 효소에 의한 24-hydroxylation으로 24,25(OH)D3와 1,24,25(OH)2D3로 분해되어 외부로 배출됨
비타민 D2: Ergocalciferol
- 비활성형 비타민 D2
- 전구체: ergosterol
- 주로 진균류의 세포막을 구성하는 중요한 물질
- 버섯에서 태양광 노출에 의해 만들어져서 식물성 비타민 D라고도 한다.
식물(Plants) |
Pro-vitamin D2 (ergosterol) |
▼햇빛 |
ergocalciferol (비타민 D2) |
▼섭취 |
간(liver) 대사 25(OH)D(calcidiol)로 변환 (by 25-hydroxylase) |
▼ |
신장(kidney) 대사 1,25(OH)2D(calcitriol)으로 변환(by 25(OH)D 1-α hydroxylase) |
- 간에서 한번 대사를 거쳐 칼시디올로 전환이 되고 후에 몸 곳곳의 세포에서 한번 더 대사를 거쳐 칼시트리올로 전환되어 비타민 D로써의 역할 수행
비타민 D3와 구조도 비슷하고 몸에서 대사되는 과정도 비슷하다.
활성형 비타민
일반적으로 1,25(OH)2D라고 하면 2가지 활성형 비타민 D (calcitriol, ercalcitriol)를 모두 일컫는다.
calcitriol[1,25(OH)2D3]
- calcitriol = 1,25-dihydroxycholecalciferol [1α,25-(OH)2D3]
- 비활성형인 비타민 D3 (cholecalciferol)로부터 2개의 OH기가 첨부되어 생성됨
- Cholecalciferol은 간에서 25-hydroxylase에 의해 비타민 D 전구호르몬인 25-hydroxycholecalciferol [25(OH)D3]이 되는데, 이를 calcifediol (또는 calcidiol)이라고 한다. 25(OH)D3가 calcifediol로 명명된 데에는 cholecalciferol이 이미 1개의 OH기를 가지고 있기 때문
- Calcifediol은 신장에서 25(OH)D-1α-hydroxlyase 효소에 의해 한번 더 수산화 반응이 일어나면서 1,25-(OH)3D3가 되는데, 3개의 OH기를 갖기 때문에 calcitriol로 명명됨(1,3,25-triol)
- cholecalciferol [vitamin D3] --> (간) calcifediol [25(OH)D3] -→ (신장) calcitriol [1,25-(OH)2D3]
ercalcitriol[1,25-(OH)2D2]
- ercalcitriol= 1α,25-dihydroxyergocalciferol [1α,25-(OH)2D2]
- 비타민 D2(ergocalciferol)이 비타민D3(cholecalciferol)과 마찬가지로 간과 신장을 거치면서 OH기가 2개 첨가된 활성형 비타민 D2가 됨
비타민 D의 기능 및 작용
근골격계 작용: 뼈/칼슘대사
- 비타민 D의 고전적인 내분비 기능은 칼슘의 항상성을 유지하는 것으로 뼈와 칼슘대사에 중요한 역할 수행
- 비타민 D가 없다면 아무리 칼슘을 많이 섭취하더라도 흡수가 잘 되지 않게 된다. * 1,25(OH)2D
- 1,25(OH)2D의 가장 중요한 역할은 체내 칼슘농도를 정상으로 유지하는 것
- 소장에서는 비타민 D 의존 칼슘수송단백질의 생성을 조절하여 칼슘과 인의 흡수를 증가시킨다.
- 25(OH)2D: 조골세포를 자극하여 receptor activator of nuclear factor-κB ligand (RANKL)의 발현을 증가시키고, 이는 파골전구세포의 receptor activator of nuclear factor-κB (RANK) 수용체와 결합하여 파골전구세포의 파골세포로의 분화를 촉진한다. 파골세포는 골흡수를 증가시켜 혈청의 칼슘과 인의 농도를 유지시킨다.
그 외 작용
- 비타민 D는 대사과정 및 작용기전이 스테로이드 호르몬과 매우 유사하여 다음과 같은 면에서도 중요한 역할 수행
- 세포 증식 및 분화의 조절
- 면역기능
- 항암작용 등
- 비타민 D가 표적장기에 미치는 영향은 두 가지 경로를 거치는 것으로 추정됨
비유전체 효과(non-genomic effect) | + | 유전체 효과(genomic action) |
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- 인체 대부분의 세포에서는 비타민 D 수용체와 활성형 비타민 D를 생성하는 1-α hydroxylase, 분해하는 24-hydroxylase를 가지고 있다. 피부, 대장, 전립선, 유방, 췌장, 심장, 면역세포가 대표적이며 여기서 생성된 활성형 비타민 D는 골대사에 관여하지 않고, 비타민 D 수용체와 결합하여 세포성장과 분화, 면역기능에 관여하는 유전자 발현을 조절하는데, 사람에서는 0.8-5% 정도의 유전자가 1,25(OH)2D의 조절을 받고 있다.
비타민 D 검사
혈액 내 비타민 D 농도 검사
25(OH)-Vitamin D [25(OH)D]
1,25(OH)2-Vitamin D [1,25(OH)2D]
이 중 임상적으로 유용한 검사는 25(OH)D
25(OH)-Vitamin D(D2, D3, total D)
- 반감기가 긴 반면 항상성 유지를 위해 혈중 농도가 엄격히 조절되지 않기 때문에 비타민 D의 섭취 수준(피부 합성 및 경구 섭취)을 반영하는 좋은 지표
- 일반적으로 비타민 D 검사란 비타민 D 대사물 중 반감기가 길고 혈액 중에 99.95% 이상 존재하는 중간활성체인 calcifediol[25(OH)D, 25(OH)-Vitamin D]을 측정
- 25(OH)-Vitamin D 검사도 D2, D3, Total 3가지로 검사 가능하는데 주로 total D를 측정
25(OH)-Vitamin D (total D)
- 검사실에서는 보통 검체의 분리과정 없이 total Vit D 측정
- 이 수치는 3주간은 일정하므로 인체의 비타민 D의 기준 수치로 하고 있다.
- 수치해석
골 건강을 위한 비타민 D의 적정 수준은 부갑상선호르몬을 최소한으로, 칼슘 흡수를 최대한으로 하는 범위에서 결정된다. 혈청 25(OH)D 와 부갑상선호르몬은 반비례 관계를 보이다가, 어느 수준 이상에서는 혈청 25(OH)D가 증가하여도 부갑상선호르몬이 더 이상 감소하지는 않게 된다. 이 임계 농도 연구마다 차이가 있는데, 대부분의 연구에서 20 ng/mL에서 30 ng/mL 사이를 제시하고 있다. 칼슘 흡수율을 관찰한 연구들에서 25(OH)D 농도가 20-30 ng/mL 사이에서 최대한이 되는 것으로 보고 있다.
일반적인 기준 < 10 ng/mL : 심한 결핍 (severe deficiency) 10-20 ng/mL : 결핍 (deficiency) 21-29 ng/mL : 상대적인 부족 (relative insufficiency) ≥ 30 ng/mL : 충분한 상태 (sufficiency) |
25(OH)-Vitamin D (D3)
- 일반적으로 비타민 D 부족에서 중요한 부분은 D3이므로 25(OH)D3 검사를 통해서 D3 양을 파악하는 것이 좀 더 정확할 수 있음
25(OH)-Vitamin D (D2)
- 음식물로 섭취되는 D2 혈중 농도는 거의 무시할 정도로 낮다.
- Vit D2 농도가 의미가 있는 경우
- 오랫동안 햇볓을 받지못한 경우
- ergocalciferol로 치료 받는 경우
채식주의자에서 식물성 비타민 D2 (erogocalciferol)만 섭취한 경우는 비타민 D2와 태양광에 의해 피부에서 합성된 D3를 모두 측정해야 비타민 D 결핍 여부를 판정할 수 있으므로, 채식주의자의 경우는 Total D를 측정하거나 비타민 D2와 D3를 모두 파악해야 한다.
1,25(OH)2D (calcitriol)
- 활성형인 1,25(OH)2D는 반감기가 4시간으로 짧고, 비타민 D 부족이 있는 경우라도 부갑상선호르몬의 작용에 의해 정상이거나 오히려 증가할 수 있기 때문에, 체내 비타민 D 상태를 나타내지 못한다.
1,25(OH)2D는 건강한 사람의 혈중 농도에서는 항상 일정하게 유지되고 있다.
- 25(OH)D가 신장에 들어가자마자 변환된 것으로 세포 내에서 사용된 즉시 24,25(OH)2D로 변하여 혈액으로 나오며, 1,25(OH)2D가 혈액속에서 측정되는 양은 극미량이고 일정하지 않아서 연구목적으로만 측정
비타민 D 보충
일일권장섭취량
대한골대사학회(2018)
칼슘 800-1000mg/day, 비타민 D 800IU 이상
한국영양학회
400 IU (65세 이상 600 IU)의 비타민D섭취 권장
한국인의 1일 비타민 D 섭취기준(2020년)
평균 필요량 | 권장 섭취량 | 충분 섭취량 | 상한 섭취량 | |||||
연령(만) | 남 | 여 | 남 | 여 | 남 | 여 | 남 | 여 |
0-5(개월) |
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| 5 µg/일 | 25 µg/일 | ||
6-11 |
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| 5 µg/일 | 25 µg/일 | ||
1-2(세) |
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|
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| 5 µg/일 | 30 µg/일 | ||
3-5 |
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| 5 µg/일 | 35 µg/일 | ||
6-8 |
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| 5 µg/일 | 5 µg/일 | 40 µg/일 | 40 µg/일 |
9-11 |
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| 5 µg/일 | 5 µg/일 | 60 µg/일 | 60 µg/일 |
12-14 |
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| 10 µg/일 | 10 µg/일 | 100 µg/일 | 100 µg/일 |
15-18 |
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| 10 µg/일 | 10 µg/일 | 100 µg/일 | 100 µg/일 |
19-29 |
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| 10 µg/일 | 10 µg/일 | 100 µg/일 | 100 µg/일 |
30-49 |
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| 10 µg/일 | 10 µg/일 | 100 µg/일 | 100 µg/일 |
50-64 |
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| 10 µg/일 | 10 µg/일 | 100 µg/일 | 100 µg/일 |
65-74 |
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| 15 µg/일 | 15 µg/일 | 100 µg/일 | 100 µg/일 |
75 이상 |
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| 15 µg/일 | 15 µg/일 | 100 µg/일 | 100 µg/일 |
1 µg(mcg) = 40 IU
cf. 칼슘
한국인의 1일 칼슘 섭취기준(2020년)
| 평균 필요량 | 권장 섭취량 | 충분 섭취량 | 상한 섭취량 | ||||
연령(만) | 남 | 여 | 남 | 여 | 남 | 여 | 남 | 여 |
0-5(개월) |
|
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| 250 mg/일 | 1,000 mg/일 | ||
6-11 |
|
|
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| 300 mg/일 | 1,500 mg/일 | ||
1-2(세) | 400 mg/일 | 500 mg/일 |
|
| 2,500 mg/일 | |||
3-5 | 500 mg/일 | 600 mg/일 |
|
| 2,500 mg/일 | |||
6-8 | 600 mg/일 | 600 mg/일 | 700 mg/일 | 700 mg/일 |
|
| 2,500 mg/일 | 2,500 mg/일 |
9-11 | 650 mg/일 | 650 mg/일 | 800 mg/일 | 800 mg/일 |
|
| 3,000 mg/일 | 3,000 mg/일 |
12-14 | 800 mg/일 | 750 mg/일 | 1,000 mg/일 | 900 mg/일 |
|
| 3,000 mg/일 | 3,000 mg/일 |
15-18 | 750 mg/일 | 700 mg/일 | 900 mg/일 | 800 mg/일 |
|
| 3,000 mg/일 | 3,000 mg/일 |
19-29 | 650 mg/일 | 550 mg/일 | 800 mg/일 | 700 mg/일 |
|
| 2,500 mg/일 | 2,500 mg/일 |
30-49 | 650 mg/일 | 550 mg/일 | 800 mg/일 | 700 mg/일 |
|
| 2,500 mg/일 | 2,500 mg/일 |
50-64 | 600 mg/일 | 600 mg/일 | 750 mg/일 | 800 mg/일 |
|
| 2,000 mg/일 | 2,000 mg/일 |
65-74 | 600 mg/일 | 600 mg/일 | 700 mg/일 | 800 mg/일 |
|
| 2,000 mg/일 | 2,000 mg/일 |
75 이상 | 600 mg/일 | 600 mg/일 | 700 mg/일 | 800 mg/일 |
|
| 2,000 mg/일 | 2,000 mg/일 |
비타민 D 결핍
- 아직 정확한 치료의 가이드라인은 없지만, 비타민 D의 혈중 농도(25[OH]D)가 20 ng/mL 미만일 경우, 비타민 D 치료의 대상자가 될 수 있으나, 계절에 따라 혹은 그 사람의 개인적인 특성에 따라서 치료를 개별화해야 한다.
- 비타민 D 결핍이 있으면서 건강상 아무런 위험이 없다면 단순히 햇빛 노출을 교육하여 혈중 농도를 높여주도록 한다. 물론 겨울철에는 햇빛에 비타민 D 합성을 위한 UVB가 없기 때문에 비타민 D가 많은 음식이나 일정량의 비타민 D제제를 섭취하는 것이 도움이 된다.
- 비타민D 100 IU/일섭취 -> 대략 혈중 25(OH)D 농도1 ng/mL 상승 (1,000 IU/일 -> 10 ng/mL 상승)
- 골다공증 환자가 25(OH)D=9 ng/mL인경우 30 ng/mL 가까이올리고싶다면? 2,000 IU/일용량의cholecalciferol 처방
(Jarrett, F., et al. "The effect of oral supplementation of vitamin D3 on serum levels of vitamin D: a review."Epidemiology: Open Access4.2 (2014).)
참고자료
- Hong JH. Diabetes and Vitamin D. J Korean Diabetes 2021;22:6-11
- Lee JH. Pharmacologic supplementation of vitamin D. J Korean Med Assoc 2017 April; 60(4):330-335
- Joo NS. Clinical Applications of Vitamin D. Korean J Fam Pract. 2014;4:7-14
- Park HA, Kim SY. Recent advance on vitamin D. J Korean Med Assoc 2013 April; 56(4): 310-318
- Prentice A, Goldberg GR, Scheonmakers I. Vitamin D across the lifecycle: physiology and biomarkers. Am J Clin Nutr 2008;88(suppl):500S-6S
- Al Mheid I, Quyyumi AA. Vitamin D and Cardiovascular Disease: Controversy Unresolved. J Am Coll Cardiol 2017;70(1):89–100.
- Alshahrani F, Aljohani N. Vitamin D: deficiency, sufficiency and toxicity. Nutrients 2013;5(9):3605–16.
- Jarrett, F., et al. "The effect of oral supplementation of vitamin D3 on serum levels of vitamin D: a review."Epidemiology: Open Access4.2 (2014).
- 비타민 D 치료의 최신지견: http://www.monews.co.kr/news/articleView.html?idxno=113198
