微观世界 | 从结构了解维生素D与其受体

佝偻病是人类发育进化过程中出现的代谢综合征，是由于儿童体内维生素D不足使钙、磷代谢紊乱，导致生长期的长骨干骺端和骨组织矿化不全产生的一种以骨骼病变为特征的营养性疾病，对于生长发育期的儿童影响很大——成年期骨量峰值会大打折扣。维D缺乏的成年女性表现为骨软化症，中老年人则发生骨质疏松，易出现骨痛、驼背、病理性骨折。

维生素D简介

维生素是对细胞正常功能至关重要的分子，但在进化过程中，我们的身体失去了制造维生素的能力。因此，我们需要从日常饮食中或服用复合维生素片中获取维生素。这些维生素包括用于构建我们眼睛的光传感器的维生素A，用于构建化学反应专用工具的B族维生素，以及在构建胶原蛋白中发挥重要作用的维生素C。

然而，维生素D是个例外:我们的细胞可以制造它——在有足够的阳光的前提下。阳光中的紫外线分解我们皮肤中的一种胆固醇，从而产生维生素D。因此，当多云天气时，人们晒不到太阳，此时就必须从饮食中获取维生素。

调节作用

维生素D在调节体内钙和磷酸盐水平方面发挥着重要作用。作为脂质类维生素，它由肾脏分泌，并在全身流通。维生素D对肠道细胞和骨骼细胞有重要影响，而肠道细胞有助于控制钙的摄入，骨骼细胞有助于控制骨骼的形成和维持。

激素受体

维生素D激素与靶细胞中的受体结合，控制与钙转运和利用有关的许多不同蛋白质的合成。维生素D受体由两个结构域组成:一个是与激素结合的结构域，一个是与DNA结合的结构域。它与一个相似的蛋白质配对，9-cis视黄酸受体(RXR)，它们结合在一起与DNA结合，在某些情况下激活合成，在其他情况下抑制合成。

图中，维生素D受体与DNA结合，维生素D呈洋红色。

该模型使用了四种原子结构:PDB条目1dkf和1db1中的配体结合结构，以及PDB条目1ynw和2nll中的dna结合结构。

激素运输

维生素D并不是一种活跃的激素，一些化学变化就要通过给维生素d添加羟基的酶来实现。其中一种酶如图上部所示(PDB条目3c6g)，它使用一个血红素基团来进行反应。

此外，当维生素D激素合成时，它就开始被送到靶细胞。因其并不特别容易溶于水，就需要一种特殊的维生素D结合蛋白——如图底部所示(PDB条目1j78)，来伴随单个激素分子到达它们的作用靶点。

图中为细胞色素P450 2R1（上）和维生素D结合蛋白（下）

相关疾病

维生素缺乏通常会导致疾病，比如缺乏维生素A导致夜盲症，缺乏维生素C导致坏血病。而缺乏维生素D则会导致佝偻病，导致骨骼结构脆弱。这可以通过几种方式引起:饮食中缺乏维生素D，处理或者感知维生素D激素的机制出错。

如下图，PDB条目3m7r包括一个突变受体的激素结合区域，该区域与激素的结合很弱，将会导致遗传性佝偻病。

图中为维生素D受体(PDB条目1db1和3m7r)

文章及图片来源：PDB101  

转自：Workingcells 2020-07-23