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科學家現在了解到，維生素D除了強健骨骼外還有更多
功用，也注意到大多數人的維生素D攝取不足。
而缺乏維生素D，可能是某些重大疾病的成因之一！？
過去，它曾經被稱為陽光治療法，在抗生素發明以前的20世紀初期，這是唯一有效治療結核病的方法。沒有人知道這個方法為什麼會有效，只知道如果將結核病患者送到充滿陽光的地方休養，通常都能恢復健康。1822年，相同療法就已經用來治療另一個歷史上有名的災難「佝僂病」，這是種因骨骼無法硬化所導致的兒童畸形疾病。在18~19世紀的歐洲，佝僂病的案例不斷增加，同一時期因為工業興起，人們從農村搬遷到空氣污染的城市中。當時華沙有一位醫生觀察到，波蘭農村裡的兒童比較少出現佝僂病例，他開始對城市兒童展開實驗，並發現只要讓病患曝曬於陽光下，便足以治癒他們的佝僂病。
1824年，一群德國科學家發現，鱈魚肝油也有很好的抗佝僂病效果，但是這個療法並未廣為人知，部份原因可能是當時的醫生尚不了解，食品中可能含有看不到但對健康很重要的微量營養素。經過將近一個世紀，科學家才找出佝僂病的飲食治療法與陽光效益之間的關聯。20世紀初期，研究人員在人工誘發佝僂病的大鼠身上發現，以紫外光照射其皮膚與餵食鱈魚肝油，可獲得同樣的療效。皮膚和魚肝油共通的關鍵因子在1922年確認出來，稱為維生素D。那時候，維生素（或稱「維生胺」，vital amine）是個很熱門的新科學題材，然而後續研究在探討維生素D在人體內的功能時，卻受限於「維生素D是必需的微量營養素，而且只能從食品中獲得」的印象。
在接下來50年間，維生素D與佝僂病間的關聯性，是維生素D研究的主流，像是維生素D分子在骨頭生成時所扮演的角色，以及它如何作用在腎臟、小腸和骨骼上，以幫助人體控制鈣在血液與骨頭間流進流出。然而，過去25年來，維生素D功能的研究範圍變得更廣，同時也揭露出，這個所謂「陽光維生素」的功用遠不止於建造骨骼。現在有大量的證據顯示，維生素D有極強的抗癌作用，也是免疫系統反應的重要調節因子。此外，在這些新發現的作用當中，許多項只有在血液中維生素D的量相當高（比起許多族群的血液中含量要高出不少）時，人體才能獲得最大的益處。上述的發現以及流行病學的研究數據顯示，「維生素D過低與疾病有關」，這些都支持普遍缺乏維生素D可能是造成數種嚴重疾病的原因之一。
多功能開關
要真正了解這些有關維生素D的新發現，首先要知道什麼是維生素D，以及它在體內是如何被利用的。人們可以從有限的食物來源獲取這種被稱為維生素D的分子，例如富含脂肪的魚與魚油，如今也可以從營養補充劑中獲得。但當我們的皮膚曝曬在中波紫外光（UVB）時，所產生的化學反應也可以製造出維生素D。嚴格說來，維生素D並不算是維生素，因為只要有適量的UVB照射，我們就不需要自食物中攝取。然而在溫帶地區，有多達半年的時間UVB不足，無法在皮膚引起足夠的維生素D合成，此時維生素D的膳食來源就很重要了。
「維生素D」這個名詞一般泛指兩種來源不同、結構卻非常相似的分子。維生素D3（又稱為膽鈣化醇，cholecalciferol）產生於皮膚的角質細胞，因膽固醇的裂解產物「7-去氫膽固醇」（7-dehydrocholesterol）受到UVB的刺激而生成。維生素D2（或稱為麥角鈣化醇，ergocalciferol）則是源自一個類似的植物性固醇，且分子結構與維生素D3略有差別。兩者在體內都不具有任何生物活性，必須先經過一連串的酵素修飾，這個過程稱為羥化反應（hydroxylation），會在原來的分子上加上2/3個水分子（羥基），而形成25-羥化維生素D（25-hydroxyvitamin D，簡稱25D）這個產物。
這個轉換反應主要發生在肝臟，但是皮膚中許多不同種類的細胞也有能力進行這個反應。儘管如此，肝臟所製造的25D仍是血液循環中最主要的維生素D。當人體需要利用它時，還需要做最後一次轉換，才成為具有生物活性的形式，由25D進一步羥化成為1,25-二羥化維生素D（1,25-dihydroxyvitamin D，簡稱1,25D）。進行這項反應的酵素「1α-羥化」，最早是在腎臟發現的；而腎臟內進行的反應，則生成了大部份在體內循環的1,25D。
然而，科學家現在又發現到，許多其他組織（包括免疫系統和皮膚的細胞）都可以製造「1α-羥化」並自行轉換25D。因此所有器官中只有皮膚，能在紫外光存在時從頭到尾製造出具生物活性的1,25D。而其他組織中利用循環的25D局部產生的1,25D，雖是人體內維生素D生物活性的重要來源，卻直到最近才受到重視。只要想到維生素D作用之廣，就不難想像為什麼對某些類型的細胞而言，能夠產生有活性的維生素D來供應局部使用，可能是很重要的。
1,25D分子的作用像是一個開關，可以控制體內幾乎所有組織中基因的「開啟」或「關閉」。這樣的作用，是由1,25D與一種稱為維生素D受體（VDR，位於細胞核內的轉錄因子）的蛋白質結合後所達成。當VDR與1,25D結合後，VDR會與另一個蛋白質「視網醛X受體」（RXR）形成複合體，然後這個複合體再與目標基因附近的特定DNA結合。複合體與DNA結合後，便引發細胞裝置開始對一旁的基因進行轉錄，接著細胞會再進行轉譯，製造出蛋白質。
1,25D可藉由讓細胞做出特定的蛋白質，來改變細胞的功能。而能夠在不同細胞中引發基因活動，則是維生素D擁有廣泛生理作用的原因。因為維生素D是由一個組織製造，然後在體內循環、影響許多其他組織，在技術上它也算是一種激素。事實上，VDR屬於一個稱為「核受體」的蛋白質家族，這類蛋白質會對強力的類固醇激素（例如雌性素和睪固酮）起反應。
目前認為，至少有1000個不同的基因受到1,25D所調節，其中包括了幾個參與體內鈣處理過程的基因，這也解釋了維生素D為什麼會具有廣為人知的造骨功能。然而在過去的20年間，科學家發現有更多基因受到維生素D的活性所影響，其中包括許多在各種細胞防禦功能中扮演關鍵角色的基因。
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