第二章 维生素K2的研究历史
维生素（Vitamin），又名维他命，是人体为维持正常的生理功能而必须从食物中获取的一类有机物质。尽管人体对它们的需求量非常小，日需要量常以毫克或微克计算，但它们在人体生长、代谢、发育过程中发挥着重要的作用，一旦缺乏就会引发相应的维生素缺乏症，对人体健康造成损害。
人类很早就意识到维生素的存在，早在古埃及时，人们就发现进食某些食品可以避免患夜盲症，但是那时人们还不知道它的具体机理。中国唐代医学家孙思邈曾经指出，用动物肝脏可防治夜盲症，用谷皮汤熬粥可防治脚气病。1747年英国海军军医詹姆斯·林德总结前人的经验，提出了用柠檬预防坏血病的方法，但是他还不知到究竟是什么物质对坏血病有抵抗作用。1912年，波兰化学家卡西米尔·冯克从米糠中提取出一种能够治疗脚气病的白色物质（硫胺），他称之为Vitamin，这是人类第一次对维生素命名。
随着分析科学和医学技术的进步，越来越多的维生素被发现，人们开始用字母来区别不同的维生素，出现了维生素A、维生素B1等名称（在汉语中，曾经使用维生素甲、维生素乙等说法，但现在已经基本不再被使用）。人们也发现，维生素为人体所必需。在人体这座极为复杂的生化工厂中，每天在进行着大量的生化反应，维生素多以辅酶或辅基的方式存在，作为酶的重要组成部分参与酶促反应，如维生素B2参与氧化还原反应，生物素参与传递CO2等。因此，维生素是维持和调节机体正常代谢的重要物质。尽管维生素非常重要，但除了维生素D3，其他的维生素人体自身尚不能合成，只能从食物中摄取。
随着维生素知识的普及，人们对大多数维生素都已耳熟能详，但维生素K，尤其是维生素K2却仍停留在科学家和医生的世界里，一直没有走入公众的视野。
1929年，丹麦科学家Henrik Dam注意到用无胆固醇食物喂食的小鸡，其皮肤、肌肉和其他器官皆出现出血现象，而在饮食中添加纯化的胆固醇不能逆转出血状况，出血可能是由另一种未知物质引起的。在哥本哈根大学任教授期间，他寻找了影响血液凝结的食物因素，发现绿叶蔬菜和猪肝提供了防止出血的最有效成分，他把这个因子称为凝血维生素，并于1935年将其命名为“维生素K”（来自德语和斯堪的纳维亚语“Koagulation”的第一个字母）。在随后的几年中，Dam教授和他的同事对维生素K的提取、浓缩和纯化进行了广泛的研究，终于在1939年从绿叶蔬菜中提纯了维生素K1。1939年，Edward A. Doisy及其同事从腐烂的鱼粉中制备和纯化了两种维生素K的变异体，并阐明了它们的结构。
Dam和Doisy的发现为维生素K缺乏症引起的许多疾病提供了治疗方法。1943年，Dam和Doisy因其在维生素K（K1和K2）方面的贡献，共同获得诺贝尔生理学或医学奖[1]。然而，由于当时人们对维生素K的认知有限，科学家无法区分维生素K1和维生素K2，因此把两者都归为维生素K。这种认知局限导致维生素K2被遗忘了几十年。
1974年，瑞典化学家Johan Stenflo及其同事发现，正常凝血酶原含有修饰的谷氨酸残基，即γ-羧基谷氨酸（Gla）。该氨基酸赋予正常凝血酶原Ca2+结合能力，这是激活作用所必需的。然而，由维生素K拮抗剂双香豆素诱导的异常凝血酶原缺乏这些修饰的谷氨酸残基，不能结合Ca2+，并且无凝血功能。这些观察表明，维生素K负责肝脏凝血酶原的特异性谷氨酸残基的γ-羧化作用。1975年，Esmon和同事证明了凝血酶原谷氨酸残基的维生素K依赖性及翻译后羧化作用。
到了1975年，维生素K2和维生素K1之间的差异性得到了重视，引发了科学家对维生素K2的深入研究。正是得益于无数研究人员开展的广泛研究，我们今天才认识到维生素K2对健康的重要性。
1983年，Principe在人体组织中发现了基质Gla蛋白（Matrix Gla protein，MGP）。MGP由软骨细胞、动脉中层血管平滑肌细胞、成纤维细胞和内皮细胞分泌，是一种维生素K依赖蛋白，在维生素K参与下引起γ-谷氨酸羧化。只有羧化的MGP才具有生理活性，而非羧化的MGP（ucMGP）则没有活性。MGP是动脉壁主要的钙化抑制剂，维生素K2激活的MGP可以抑制血管钙化。维生素K缺乏导致的羧化不全MGP与心血管疾病相关。这一发现表明，维生素K2不仅参与骨代谢，而且参与血管钙化。因此，维生素K2被认为是组织钙化最强有力的抑制剂。
系列研究发现，维生素K是γ-谷酰基羧化酶的辅助因子，目前已知维生素K依赖蛋白有17种。骨钙素（Osteocalcin）即为一种维生素K2依赖性钙结合蛋白，由成骨细胞产生。在维生素K依赖性羧化酶的作用下，骨钙素蛋白上的3个谷氨酸残基被羧化，进而骨钙素被激活。活化的骨钙素含有的Gla残基与羟基磷灰石中的Ca2+紧密结合，一起沉积在骨组织中。研究还发现，骨钙素的合成受维生素D与维生素K的共同调节，维生素D直接在基因转录水平发挥作用，维生素K参与蛋白质的翻译后羧化修饰过程；骨钙素浓度与骨钙含量呈正相关；维生素K的缺乏引起骨钙素羧化不全，羧化不全骨钙素与临床骨折风险相关，适当补充维生素K2可以使羧化骨钙素增加。1995年日本批准维生素K2用于骨质疏松症的治疗。
在荷兰鹿特丹研究[2]中，Geleijnse及其同事发现，膳食维生素K2对普通人群的冠心病（CHD）发病率、冠心病相关的死亡率和全因死亡率均有保护作用；而维生素K1（叶绿醌）的摄入量与冠心病发病率、死亡率或主动脉钙化无相关性。
在维生素K2（甲基萘醌）中，有14种化合物（MK-1到MK-14），其中最常见的是MK-4和MK-7（图2-1）。随着提纯和生产技术的不断创新，MK-4和MK-7的产量得到提升，应用也日益广泛。维生素K2（MK-7）的安全性和有效性于2006年得到FDA的批准。
图2-1 MK-4和MK-7的结构式
Gast和同事在研究维生素K1和K2及其亚型的膳食摄入量与冠心病发病率之间的关系时发现，维生素K2摄入量与冠心病的风险呈负相关，这种相关性主要是与维生素K2的亚型MK-7、MK-8和MK-9有关，维生素K1摄入量与冠心病无显著相关性。因此，摄入高剂量的甲基萘醌，特别是MK-7、MK-8和MK-9可以预防冠心病。从化学结构上来看，MK-4和MK-7也非常相似，只是它们的异戊二烯侧链的长度不同。MK-4存在于动物产品中，如鸡蛋、肉类和肝脏，而MK-7则存在于发酵食品（如纳豆等）中。Sato和同事报告指出，MK-7在摄入6小时后被充分吸收并达到最大血液浓度，并在摄入后48小时内仍可以被检测出来。MK-4在任何时间点的血清中都检测不到，由此可以得出结论，MK-7比MK-4更容易被吸收，而且具有更长的半衰期，这表明MK-7比MK-4更能有效地保护骨骼和心血管系统。
表2-1 MK-4和MK-7的药理学差异
在关于维生素K2对健康的影响方面，目前已经了解到其在肝硬化、糖尿病并发症、肌肉痉挛和风湿性关节炎中的作用。近年来，有研究表明维生素K2与年龄相关的认知衰退和神经退行性疾病，如阿尔茨海默病（AD）相关，维生素K2（MK-7）能改善大脑神经元线粒体内电子的传递，并对线粒体能量的产生发挥作用，这意味着维生素K2具有影响精神运动行为和认知的潜能。2009年，欧洲食品安全管理局批准维生素K2（MK-7）作为人类健康的新型食品。
每一个健康（营养）元素的发现往往容易被遗忘。维生素K2也是如此，维生素K2比大多数营养成分被忽略和遗忘时间更长。但是，它对人类健康的贡献已经超过了大多数营养成分。维生素K2曾经被称为“被遗忘的维生素”，如今维生素K2因其对人类健康的巨大影响，也被称为“革命性的维生素”。
[1]www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/dam-bio.html
[2]鹿特丹研究是由荷兰鹿特丹伊拉斯姆斯医学中心流行病学和生物统计学系Albert Hofman教授于1990年建立的，是一项前瞻性的慢性病人群研究，其目的是为探寻老年人群发生心血管疾病、神经性疾病、眼科疾病、内分泌系统及精神疾病等的诱因。