维生素

定义

维生素是维持机体正常代谢和生理功能所必需的一类低分子有机化合物的总称^[1]。把这些物质归为一类，依据的是它们各自特异的生理作用，它们之间在化学结构上并无共同点^[1]。它们在天然食物中含量很少，人体每日需要量通常以毫克或微克计，却不可或缺^[1]。

维生素在体内既不参与构成组织和细胞，也不为机体提供能量，主要作用是调节物质代谢^[2]。膳食中长期缺乏某种维生素，会出现与该种维生素对应的缺乏病，这是判定其必需性的主要依据^[1]。多数维生素不能被人体合成或合成量不能满足需要，必须由食物供给，少数可由肠道细菌合成或经皮肤合成^[2]。作为人体六大营养素之一，维生素与糖、脂肪、蛋白质、无机盐和水并列^[4]。

按照溶解性质，维生素分为脂溶性维生素与水溶性维生素两大类，这种分类方式与它们的吸收、运输和排泄途径相关^[1]。脂溶性维生素包括维生素A、维生素D、维生素E和维生素K，能溶于脂肪及有机溶剂，在肠道中随脂类一同吸收。水溶性维生素包括B族维生素和维生素C，溶于水，过量部分多随尿排出，在体内很少蓄积。

原理

维生素的作用主要通过酶系统实现。酶要产生活性需要辅酶参加，已知许多维生素就是酶的辅酶或辅酶的组成分子，因此维生素被视为维持和调节机体正常代谢的物质^[2]。不同维生素对应的辅酶和转移基团各不相同，例如硫胺素构成焦磷酸硫胺素，核黄素构成黄素单核苷酸与黄素腺嘌呤二核苷酸，烟酸构成辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ，叶酸还原后形成四氢叶酸^[5]。

各维生素参与的具体环节差异很大：维生素A参与视觉和上皮组织维持，维生素D调节钙磷代谢与骨骼矿化，维生素E主要起抗氧化作用，维生素K与凝血因子的合成相关^[6][7]。这种分工对应着缺乏时表现出的不同症状。

维生素D的活化过程较为特殊，可作为说明维生素作用方式的例子。皮肤中的7-脱氢胆固醇经紫外线照射生成维生素D3，随后在肝脏羟化为25-羟维生素D，再在肾脏转化为1,25-二羟维生素D，后者与广泛分布的维生素D受体结合而发挥作用^[8]。其反应链条可概括为：

该活性形式促进小肠吸收钙磷、促进肾小管重吸收钙，并在需要时动员骨钙，从而维持血钙与血磷水平^[9]。除骨骼作用外，维生素D受体也存在于多种骨外组织，其功能涉及细胞生长、分化与免疫调节^[8]。

发展历程

在维生素概念出现之前，人们已凭经验用天然食物对付某些疾病，例如用动物肝脏缓解夜盲、用柑橘类水果对付坏血病、用鱼肝油应对佝偻病^[1]。1747年，英国海军军医詹姆斯·林德通过对照观察发现柑橘类水果可改善坏血病，这被视为把膳食缺乏与特定疾病相联系的早期工作^[10]。

19世纪80年代起，动物营养实验推动了维生素学说的建立^[1]。荷兰医生克里斯蒂安·艾克曼在爪哇研究脚气病，1897年前后用白米与糙米分别喂养鸡只，证明糙米含有白米所缺的成分，但当时并未提出维生素概念^[10]。英国生物化学家弗雷德里克·霍普金斯在20世纪初用由蛋白质、脂肪、糖类、矿物质和水配成的合成饲料喂养动物，动物不能正常生长，据此于1912年发表论文，主张还存在未知的必需营养素^[10]。两人共同获得1929年诺贝尔生理学或医学奖^[11]。

1912年，波兰生物化学家卡西米尔·丰克从米糠中提取出可防治脚气病的物质，因当时认为这类物质属于胺类，将其命名为vitamine，由拉丁语“生命”与“胺”组合而成^[12]。此后发现多数此类物质并非胺类，1920年英国生物化学家德拉蒙德提议去掉词尾的字母e，改称vitamin，并为脂溶性的A、水溶性的B以及抗坏血病的C、抗佝偻病的D分别命名^[12]。

20世纪20年代至40年代，维生素A、C、D、E以及维生素K和B族维生素陆续被发现和命名，其化学结构逐步确定，并大多实现了人工合成^[10][13]。目前被广泛承认的维生素主要有13种，即4种脂溶性维生素与9种水溶性维生素^[14]。

应用

在营养实践中，维生素摄入量通过膳食营养素参考摄入量加以指导，其中包括推荐摄入量、适宜摄入量和可耐受最高摄入量等指标^[15]。以中国营养学会发布的2023年版参考摄入量为例，成年男性和女性维生素A的推荐摄入量分别为770微克视黄醇当量/天和660微克视黄醇当量/天，维生素A的可耐受最高摄入量为3000微克视黄醇当量/天^[16]。这类数值用于评价个体或群体的膳食、制定营养规划以及指导营养食品的研发^[15]。

临床与公共卫生领域是维生素知识的主要应用方向。明确的维生素缺乏症需要针对性地补充相应维生素，如维生素A缺乏导致的夜盲、维生素C缺乏导致的坏血病^[16]。食品营养强化是另一条途径，例如在面粉中强化叶酸，而备孕和孕期女性每日补充400至600微克叶酸有助于降低胎儿神经管畸形的发生风险^[16]。对于母乳喂养的婴儿，通常建议自出生后数日起每日补充维生素D 400国际单位^[17]。

在食品加工与膳食安排上，维生素的稳定性也影响实际摄入量。精细加工会使谷物中的维生素B1明显损失，蔬菜先洗后切、急火快炒、减少长时间炖煮和存放，有助于保留其中的维生素^[18]。维生素D的合成依赖皮肤接受紫外线照射，户外活动因此与维生素D营养状况相关^[18]。

局限

维生素研究仍存在明确的知识边界。尽管已有13种维生素被确认，但对其中若干种生物学功能的了解仍不充分，早期还曾把腺嘌呤、必需脂肪酸、辅酶Q10等误称为维生素，这些物质并不符合维生素的定义^[13][2]。

维生素不能替代其他营养素，也不能替代能量的供给。它既不构成组织，也不提供能量，缺乏其他营养素时单靠补充维生素无法纠正^[2]。就膳食均衡、无明显病症的人群而言，一般无须额外补充维生素制剂^[3]。

过量摄入同样是限制条件。脂溶性维生素储存在肝脏和脂肪组织中、排泄缓慢，长期过量摄入有蓄积中毒的风险；维生素A过量可产生急性、慢性及致畸毒性，维生素D过量可引起血钙升高甚至组织钙化^[3][16]。水溶性维生素中毒极少发生，但大剂量摄入也可能引起不适，例如一次口服2至3克维生素C可能出现腹泻腹胀，长期大剂量叶酸可掩盖维生素B12缺乏的症状^[16]。

脂溶性维生素的吸收依赖脂类，脂类吸收不良时其吸收显著减少，可能出现缺乏。此外，仅凭症状难以判定缺乏哪一种维生素，缺乏的判定通常需要结合膳食调查与血液等指标，而不能依赖单一的自我判断^[15]。

参见

• 维生素A —— 脂溶性维生素的一种，与视觉和上皮组织功能相关。

• 维生素C —— 水溶性维生素，缺乏时引起坏血病。

• 维生素D —— 可由皮肤经紫外线照射合成，调节钙磷代谢。

• 辅酶 —— 许多维生素以其组成成分的形式参与酶促反应。

• 膳食营养素参考摄入量 —— 用于评价维生素等营养素摄入水平的指标体系。

• 坏血病 —— 因长期缺乏维生素C而发生的营养缺乏病。