Vitamin D – Funktionen

Mit der Wirkung eines Steroidhormons ist 1,25-Dihydroxycholecalciferol an etlichen Stoffwechselprozessen beteiligt [6, 9]. Calcitriol wird am Zielorgan – Darm, Knochen, Niere und Nebenschilddrüse – an ein intrazelluläres Rezeptorprotein gebunden und in den Zellkern transportiert. In der Folge übt der Vitamin-Rezeptor-Komplex Einfluss auf die DNA aus. Er verändert die Transkription (erster Schritt der Proteinbiosynthese – Bildung der m-RNA) verschiedener hormonempfindlicher Gene. Schließlich führt dieser Prozess zu Änderungen in der Proteinbiosynthese mit entsprechenden biologischen Wirkungen [3]. 
Eine wesentliche Funktion von Vitamin D3 ist die Regulation des Calcium- und Phosphatstoffwechsels zusammen mit Parathormon und Calcitonin [1, 2, 3, 4, 6, 8, 9]. In Beziehung dazu hat Vitamin D3 vier klassische Zielorgane – Knochen, Dünndarm, Niere und Nebenschilddrüse [2, 3].

Knochen

Das Knochengewebe besteht aus Osteoklasten (knochenabbauenden Zellen) und Osteoblasten (Knochen bildenden Zellstrukturen). Osteoklasten kerben über die Bildung eines „extrazellulären Lysosoms“ eine Lakune in die Knochenoberfläche, die wiederum von Osteoblasten aufgefüllt und neu mineralisiert wird. Demnach sind sowohl Osteoklasten als auch Osteoblasten für die Erneuerung, den Umbau und die Reparatur des Knochens unerlässlich [2]. 1,25-Dihydroxycholecalciferol wird durch die Fähigkeit, die Resorption und Mineralisierung beim physiologischen Auf- und Abbauprozess des Knochengewebes beeinflussen zu können, im Knochenstoffwechsel eine wesentliche Bedeutung zugesprochen. Indem 1,25(OH)2D3 zu einer gesteigerten Synthese von Osteoklasten aus hämatopoetischen Zellen (Zellen der Blutbildung) führt und die Osteoblasten zur Ausschüttung eines Resorptionsfaktors, der die Osteoklastenaktivität fördert, anregt, wird die Knochenresorption erhöht [2, 3]. Die Stimulation der Knochenmineralisierung beruht auf der vermehrten Bereitstellung von Calcium und Phosphat durch die calcitriolbedingte gesteigerte intestinale Absorption. Dabei wirkt 1,25(OH)2D3 synergistisch mit Parathormon [2, 9]. Des Weiteren fördert 1,25(OH)2D3 zusammen mit Parathormon die Mobilisierung von Calcium – bei sinkendem Calciumspiegel – und Phosphat aus dem Knochen in den Extrazellulärraum [9].
Durch die erhöhte intestinale Absorption sowie Mobilisierung aus den Knochen hält 1,25-Dihydroxycholecalciferol die Calcium- und Phosphatkonzentration im Blut aufrecht [9]. Da Osteoblasten Rezeptoren für das Vitamin D-Hormon besitzen, kann es darüber die Synthese von alkalischer Phosphatase (AP) und Osteocalcin in Osteoblastenkulturen regulieren [2]. Zudem werden unter dem Einfluss von 1,25(OH)2D3 in den Osteoblasten weitere Bestandteile der Extrazellulärmatrix (ECM) des Knochengewebes sezerniert, wie zum Beispiel Osteopontin, Typ-1-Kollagen und hCYR61 [2]. Diese weisen wiederum für den Knochenaufbau wichtige spezifische Wirkungen auf [2].  Durch die Förderung der Resorption und Mineralisierung beim physiologischen Auf- und Abbauprozess des Knochengewebes bewirkt das Vitamin D-Hormon eine Anhebung des Knochenumsatzes und im Zusammenhang mit den Dünndarmeffekten eine positive Calcium- und Knochenbilanz [2].

Dünndarm

Zu den wesentlichen Aufgaben des Vitamin D-Hormons gehört auch die Regulation der Calcium- und Phosphataufnahme im Dünndarm. 1,25(OH)₂D₃ führt in den Zellen der Dünndarmschleimhaut über eine Transkriptionssteigerung des entsprechenden Gens zu einer vermehrten Synthese des calciumbindenden Proteins Calbindin-D [2, 5, 7]. Weiterhin ist 1,25(OH)₂D₃ in der Lage, unabhängig von einer Genaktivierung innerhalb weniger Minuten den intestinalen Calciumtransport zu aktivieren [3]. Schließlich wird unter dem Einfluss von 1,25-Dihydroxycholecalciferol sowohl die Resorption von Calcium im Darm als auch der Calciumtransport ins Plasma erhöht [1, 4, 8, 9].

Immunsystem

Vitamin D trägt zur normalen Funktion des Immunsystems und einer gesunden Entzündungsreaktion bei.

Vitamin D spielt eine regulatorische Rolle in der Funktionsweise des Immunsystems. Vitamin D-Rezeptoren (VDR) wurden in Monozyten und in sowohl T-Helfer 1 (Th1)- als auch T-Helfer 2 (Th2)-Zellen (Zellen des Immunsystems) nachgewiesen. Die aktive Form des Vitamin D vermindert die Entzündungsreaktion der Th1-Zellen, unterdrückt die Antigen-Präsentation durch dendritische Zellen und die Proliferation und Immunglobulin-Produktion [11, 12].

Niere

Vitamin D-Hormon nimmt bei der Hydroxylierungsreaktion in der Niere eine wichtige Stellung ein. Es hemmt die Hydroxylierung von 25(OH)D₃ in der 1alpha-Position. Parallel dazu stimuliert Calcitriol die Hydroxylierung in der 24-Position [2, 3]. Vermutet wird, dass Vitamin D-Hormon die renale Rückresorption beziehungsweise die Ausschüttung über die Niere von Calcium und Phosphor beeinflusst [3, 9]. 

Nebenschilddrüse

Über einen Calciumsensor des Organismus nimmt die Nebenschilddrüse die aktuelle Calciumkonzentration im Serum wahr. Für die Aufrechterhaltung des Calciumspiegels ist das in der Nebenschilddrüse gebildete Parathormon zuständig. Deren Ausschüttung hängt von der aktuellen Calciumkonzentration ab. Bei geringen Calciumspiegeln kommt es innerhalb von Minuten zur Ausschüttung von Parathormon aus der Nebenschilddrüse. Es stimuliert an der Niere die Expression der 1alpha-Hydroxylase und damit die Bildung des Vitamin D-Hormons [2, 3, 6, 9]. Indem 1,25(OH)₂D₃ zusammen mit Parathormon die intestinale Calcium-Absorption und Mobilisierung von Calcium aus den Knochen in den Extrazellulärraum fördert, steigt die Calcium-Serumkonzentration an.Der erhöhte 1,25(OH)₂D₃-Plasmaspiegel hemmt im Gegenzug die Parathormon-Ausschüttung. Dieser Mechanismus verläuft über die Vitamin D₃-Rezeptoren der Nebenschilddrüse. Besetzt 1,25(OH)₂D₃ diese für sich spezifischen Rezeptoren, kann das Vitamin auf den Stoffwechsel des Zielorgans Einfluss nehmen [2, 3].

Weitere Wirkungen des 1,25-Dihydroxycholecalciferols

Neben den vier klassischen Zielorganen besitzen auch zahlreiche Gewebe und Zellen Rezeptoren für 1,25(OH)₂D₃, worüber das Steroidhormon spezifische Wirkungen entfaltet.Generell ist Vitamin D-Hormon eine antiproliferative und differenzierungsinduzierende Substanz [2]:

• Wachstum und Differenzierung epidermaler und hämatopoetischer (blutbildender) Zellen [1, 4, 5, 6, 7, 8]
• Differenzierung und Reifung von Zellen des Knochenmarks [1, 4, 8]
• Beeinflussung endokriner Drüsen – neben Insulin und Parathormon auch Sekretion von Schilddrüsenhormonen [2, 3, 6]
• Haut – Einfluss auf Zellwachstum und Differenzierung (Anlage und Wachstum der Haarfollikel, Differenzierung der Keratinozyten) [1, 2, 3, 4, 6, 8]
• Endokrines Pankreas (Bauchspeicheldrüse) – Modulation der Insulinausschüttung [2, 3, 6]
• Bestimmte Gehirnabschnitte – Erhöhung der Aktivität der Cholinacetyltransferase [3]
• Muskel – Differenzierung und Reifung von Chondrozyten (Zellen des Knorpelgewebes) bei der Kallusbildung (entstehender Ersatzknochen) nach Frakturen (Knochenbrüchen), direkter Einfluss auf den Calciumtransport und die Proteinbiosynthese im Muskel – führt letztlich zur Verbesserung der Muskelkraft –, Koordination der Muskelkontraktion, Schwankneigung [1, 2, 3, 4, 8]
• Verschiedene Tumorzellen – Hemmung der Zellproliferation [2, 3, 6]

Des Weiteren wurden die folgenden Fachbücher für die Verfassung dieses Artikels herangezogen [13-15].

Literatur 

1. Bässler KH, GollyI, Loew D, Pietrzik K: Vitamin-Lexikon, 3. Auflage; Urban & Fischer, München, Jena 2. 2002
2. Biesalski HK: Vitamine, Spurenelemente und Minerale. Indikationen, Diagnostik, Therapie. 3. Auflage, Georg Thieme Verlag, München 2024
3. Biesalski HK, Bischoff SC, Pirlich M, Weimann A (Hrsg.): Ernährungsmedizin. Nach dem Curriculum Ernährungsmedizin der Bundesärztekammer. 5. Auflage. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 2017
4. Bischoff-Ferrari HA, Conzelmann M, Dick W, Theiler R, Stähelin HB: Wirkung von Vitamin D auf die Muskulatur im Rahmen der Osteoporose.
   Z. Rheumatol 2003. 62: 518-521
5. Hahn A: Nahrungsergänzungsmittel. 132-133; Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH Stuttgart 2001
6. Jones G, Strugnell SA, DeLuca HF: Current understanding of the molecular actions of vitamin D. Physiol Rev. 1998 Oct;78(4):1193-231.
7. Kato S: The function of vitamin D receptor in vitamin D actions. J Biochem. 2000 May;127(5):717-22.
8. Leitzmann C, Müller C, Michel P, Brehme U, Hahn A, Laube H: Ernährung in Prävention und Therapie. 32, 63, 65; Hippokrates Verlag in MVS Medizinverlage Stuttgart GmbH & Co. KG 2005
9. Norman AW: Vitamin D, Chapter 13. In: Present knowledge in nutrition. 8. Edition. Bowman BA, Russell RM (Eds.) ILSI Press, Washington DC, 146-155. 2001
10. Schmidt E, Schmidt N: Leitfaden Mikronährstoffe. 115-121; Urban & Fischer Verlag; München, Februar 2000
11. Bikle D: Nonclassic actions of vitamin D. J. Clin. Endocrinol. Metab. 2009 Jan;94(1):26-34.
12. Cantorna MT, Yu S, Bruce D: The paradoxical effects of vitamin D on type 1 mediated immunity. Mol. Aspects Med. 2008 Dez;29(6):369-375.
13. Hidgon J, Drake VJ: An Evidence-Based Approach to Vitamins and Minerals. Health Benefits and intake recommendations. 2nd Edition, Georg Thieme Verlag, München 2022
14. Hahn A, Ströhle A, Wolters M. Ernährung. Physiologische Grundlagen, Prävention, Therapie. 4. Auflage, Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart 2023
15. Matissek R, Hahn A: Lebensmittelchemie. 10. Auflage, Springer Spektrum Verlag, Heidelberg 2023