Calciferol (Vitamin D)

Transkript

1 Calciferol (Vitamin D) Suad Warsame Biologiskt aktiva naturprodukter i läkemedelsutveckling. HT2010 Handledare: Christina Wedén Institutionen för läkemedelskemi, Avdelningen för farmakognosi Uppsala Universitet 1

2 Innehållsförteckning Introduktion Optiford Metod (Extraktion & Isolering) Biologisk aktivitet Läkemedelsutveckling Klinisk effekt och användning Referenser 2

3 Introduktion Vitamin D är ett fettlösligt steroidhormon som ofta är associerat med benskörhet eller rakit (engelska sjukan) men som numera får en allt mer större betydelse inom den kliniska användningen i takt med att forskningen går framåt och nya tänkbara indikationer studeras. Vitamin D aktiveras efter att levern hydrolyserar 25-hydroxy-vitamin D till 1,25-hydroxyvitamin D (Canell och Hollis, 2008). Vitamin D tillhör gruppen fettlösliga steroidhormoner. Vitamin D 3, cholecalciferol, är den kroppsegna formen av vitamin d. Cholecalciferol bildas när pro-vitaminet 7-dehydrokolesterol det vill säga vitamin D 2, i huden, exponeras av ultraviolett ljus från solljus (Dufek et al., 2010). Vitamin D reglerar även paratyroidhormonet. En brist på vitamin D har visat sig leda till förhöjda nivåer av paratyreoideahormonet. Detta som ett sätt för kroppen att kompensera för vitamin D bristen (Andersen et al., 2008). Optiford Optiford projektet är en sammankoppling av olika forskare i olika Europeiska länder med ett gemensamt mål. Projektet startades och finansieras av den Europeiska kommissionen (EK) år De ingående länderna i projektet var Danmark, Finland, Irland och Polen. Projektet fick ett bidrag av den Europeiska kommissionen i 4 fyra år och målet var att försöka utreda om ett näringstillskott av vitamin D i maten var genomförbart och i vilken utsträckning detta kunde göras för att uppnå resultat på lämpliga riktlinjer för ett vitamin D tillskott i Europa. Under studiens gång så noterades det att individerna hade vitamin D brist under vinterhalvåret i de Europeiska länderna och fokus lades på att uppnå bra metoder på hur bristen skulle motverkas i alla de studerade grupperna (Tylavsky et al., 2006). Syfte: Gruppen i Optiford projektet hade 5 specifika mål i fokus innan studierna startade. Delmålen var: o Bestämma vitamin D:s påverkan på ben anhopning hos tonårs flickor. o Bestämma den förmånliga dosen hos äldre kvinnor utan att utsatta yngre kvinnor för en risk för toxicitet. o Bestämma den dos som skulle ge en tillräcklig mängd vitamin D för muslimska kvinnor boende i Europa. Eftersom de skyler i en större utsträckning skyler merparten av sin kropp och får på så sätt en minskad exponering av UV strålning o Bestämma biotillgängligheten av vitamin D från bröd näringsbelagt med vitamin D vid nivån 5 till 10 µg vitamin D i tre skivor bröd, konsumerad per dag. o Bestämma vilket bidrag solexponering och diet har på serum 25-hydroxid-vitamin D under en period. 3

4 Metoder Serumhalterna i 25-hydroxi-vitamin D uppmättes hos de olika grupperna efter ett tillskott av vitamin D. Statistiska analyser, exempelvis SAS, gjordes för att lättare tolka och jämföra resultaten. Reultat: Studierna visar en vitamin D brist och sänkta halter av serum 25-hydroxi-vitamin D under vinterhalvåret hos individer lokaliserade på en bredgrad över latituden 51,9 N. Det var även märkbart att bristen nästan helt raderades ut hos samma individer under sommarhalvåret då dagarna var längre och durationen av solexponering längre. Ett näringstillskott av vitamin d i maten hade en positiv effekt vid brist under vinterhalvåret men det är inte klargjort om ett näringstillskott i maten räckte mot bristen under vintern och många andra frågor så som vilken dos och vilken form (D 2 eller D 3 ), hålls fortfarande obesvarade (Tylavsky et al., 2006). I en studie gjord på pakistanska immigranter i Danmark framkom det att denna grupp hade en lägre vitamin D halt än i den övriga befolkningen. Eftersom denna grupp kommer från ett solrikt område, har en mörkare hud och då behöver exponeras för mer sol samt i en högre grad täcker sin hud med kläder (på grund av religionsskäl) så beslutade forskarna i Danmark för att undersöka om dessa faktorer missgynnade gruppen. Man kom fram till att gruppen, och andra muslimska grupper, hade en större vitamin D brist än befolkningen i landet. Kosttillskott av vitamin D gav goda effekter och det rekommenderades ett dagligt intag av cirka 10 µg vitamin D till riskgrupper (Andersen et al., 2008). Metod (extraktion & isolering) I ett experiment (utfört 2003) så lyckades man isolera vitamin D från den naturliga komponenten Mumiyo. Det framstod att vitamin D, som är en fettlöslig steroid, var hårt bunden till lipoproteiner, proteiner och bildade ett stadigt komplex. För att separera dessa från varandra så behövde man använda en bas i separationsprocessen, se nedan (Khalikov och Alieva, 2003). 1. Den naturliga komponenten löstes upp med NaHCO 3 i en lösning och behandlades med C 6 H 5 CH 2 OCOCl under omrörning. 2. Omrörningen fortsatte under 8-10 timmar. 3. En extraktion med eter gjordes för att avlägsna överflödigt C 6 H 5 CH 2 OCOCl. 4. Lösningen surliggjordes med HCl tills ph blev 3-3,5. 5. Den oljiga produkten som erhölls extraherades med CHCl CHCl 3 avlägsnades. 7. Provet vakuum destillerades så att man fick tunna, vita, kristaller. 8. En sprayning av kromatogramet med SbCL 5 gav en brun-blå färg hos provet, vilket var karakteristiskt för vitamin D. 4

5 Biologisk aktivitet Det naturligaste sättet för den aktiva formen av vitamin D att bildas i kroppen är i huden efter att UV ljus har träffat i huden. Dess uppgift är att upprätthålla kalcium och fosforbalansen i kroppen. 7-dehydrokolesterol i huden omvandlas till den aktiva formen 1,25-hydroxi-vitamin D (Dufek et al., 2010). Cholecalciferol hydrolyseras först i levern för att sedan ge 25-hydroxivitamin D hydroxivitamin D 3 förs sedan vidare till njurarna och hydrolyseras en andra gång till 1,25- dihydroxy vitamin D 3 (calcitriol). Vitamin D 2 tros genomgå samma typ av hydroxyleringar som vitamin D 3 vid bildningen (Dufek et al., 2010). Den främsta negativa biologiska aktiviteten, som också ofta är problemet under läkemedelsutvecklingen hos vitamin D, är dess förmåga att höja kalcium halten i blodet då en av dess uppgifter just är att reglera halten kalcium i blodet. Således fanns det intoxikationsrisker av kalcium (Canell och Hollis, 2008). Läkemedelsutveckling Vitamin D receptorer (VDR) spelar en stor roll i balansen av benbildningen. VDR är medlem i den nukleära receptorn familjen. Dessa kan reglera många fysiologiska processer (Makishima och Yamada, 2005). Den aktiva formen av vitamin D, 1,25-hydroxi-vitaim d (1,25(OH) 2 D 3 ), är essentiell i regleringen av kalciumbalansen och benbildningen i kroppen. VDR reglerar både benbildningen och resorptionen genom genuttrycket för benceller (osteoblast). Dessa uttalanden indikerar på att läkemedel som har VDR som en målmolekyl kan vara av betydelse vid utvecklingen av läkemedel för behandling mot benförlust. Kliniska studier visar att en behandling av osteoporos med 1,25(OH) 2 D 3 ledde till att de drabbade fick en ökad benbildning och mindre benfrakturer. Behandlingen begränsades dock av biverkningen, hyperkalcemi (hög kalciumhalt i blodet). Det är därefter eftertraktat att kunna utveckla vitamin D analoger utan biverkningen, hyperkalcemi. Det finns studier med data som visar att VDR antagonister skulla kunna användas vid behandlingen av Paget s sjukdom (Makishima och Yamada, 2005). Calcipotriol, en syntetisk analog till 1,25(OH) 2 D 3, används som en topikal beredning för att behandla psoriasis. Calcipotriol ger, till skillnad från 1,25(OH) 2 D 3, inte lika förhöjda värden av kalcium i blodet ( gånger mindre kalcium i blodet). Medlet visade sig ha en god effekt hos ca 70 % av patienterna (Makishima och Yamada, 2005). Gallsyror har visat sig kunna binda in till VDR och en intoxikation av gallsyror kan på detta sätt förhindras. Kliniska effekter av VDR ligander inom behandlingen av sjukdomar kopplade med en felreglering av gallsyremetabolismen väntas bli vidare undersökt (Makishima och Yamada, 2005). 5

6 VDR ligander har även setts ha en anticancer effekt men utvecklingen har gått sakta framåt då en risk för förhöjda kalciumhalter har förelegat. Ett sätt att komma över biverkningsrisken har varit genom att man kombinerat 1,25(OH) 2 D 3 med andra läkemedel exempelvis retinoder, anticancer medel och antioxidanter har visats ge en förstärkt effekt av 1,25(OH) 2 D 3 vid differentieringen och hämningen av tillväxt hos myeloid leukaemia celler. Ett antal vitamin D analoger har testats mot olika cancertyper och haft en dokumenterad god effekt samtidigt som de har påvisat en bra biverkningsprofil vad gäller kalciumhalter. Trots denna framgång behöver vitamin D analoger utvecklas mer (Makishima och Yamada, 2005). Terapeutiska effekter hos 1,25(OH) 2 D 3 mot flera immuna sjukdomar så som multipel skleros, rheumatoid artrit, bortstöttning vid transplantationer, har påvisats. Uppkomsten av diabetes typ 1 har även visats ha en viss korrelation med tillgängligheten av vitamin D. VDR ligander utan en kalciumförhöjande effekt kan vara mycket användbara vid behandlingen av autoimmuna sjukdomar (Makishima och Yamada, 2005). Hypertension kunde behandlas med ett vitamin D tillskott. Resultat visar även att vitamin D analoger kan förebygga eller förbättra en hypertension samt hjärt kärlsjukdomar (Makishima och Yamada, 2005). Vitamin D analoger har testats och haft en god dokumenterad effekt mot diverse sjukdomar. I en del av dessa analoger har utvecklaren även fått patent på dem och detta indikerar på en god läkemedelsutveckling inom området vitamin D. Den molekylära mekanismen hos VDR och dess inblandning i patofysiologin hos berörda sjukdomar är dock ännu inte helt kartlagd. Och en sådan kartläggning bedöms vara av intresse för en fortsatt god utveckling av effektiva och specifika VDR riktade läkemedel (Makishima och Yamada, 2005). Klinisk effekt och användning Studier visar att cholecalciferol (vitamin D) signifikant minskade dödligheten och att statiner ökade 25-hydroxy-vitamin D, (25(OH)D). Vitamin D brist har även kopplats till en rad sjukdomar så som hjärt - kärl sjukdomar, hypertension, stroke, diabetes, multipel skleros, rheumatoid artrit, inflammatoriska tarmsjukdomar, benskörhet (osteoporos), tandlossning (parodontit), synnedsättning, mentala åkommor, ökad fallrisk och kronisk smärta. Meta analyser av 18 randomiserade kontrollerade försök visade att en ökning av autism, astma och diabetes typ1 kunde ses hos barn som inte hade exponerats för solljus (Canell och Hollis, 2008). 1,25-hydroxi-vitamin d, 1,25(OH) 2 D, kan aktivera i upp till 200 olika målgener och på så sätt påverka genuttrycket. Det är därför 1,25(OH) 2 D kan ses i många vävnader och kan ha en avgörande betydelse i många sjukdomar (Canell och Hollis, 2008). Denna kunskap om 1,25(OH) 2 D har därför lett till många obesvarade frågor för läkarna. När ges vitamin D? Hur mycket vitamin D ges? Vilken form av vitamin D ges? 6

7 Låga halter av aktivt vitamin D uppmättes hos individer i norra bredgrader och slutsatsen att dessa lider av en brist av vitamin D under vinterhalvåret drogs. I samband med denna slutsats så uppmärksammades riskerna med bristen på vitamin D, särskilt för riskgrupperna. Mörkhyade individer, äldre individer och överviktiga individer är tre grupper i riskzonen för ett vitamin D brist och därmed också de associerade följdsjukdomarna till en eventuell brist. Mörkhyade har mer melanin i kroppen än ljushyade och melaninet kan blockera solljus, mörkhyade behöver därför exponeras för mer solljus för att uppnå en tillfredställande nivå av 25(OH)D. Äldre individer producerar mindre mängder 25(OH)D än vad yngre gör. Då kroppsfett absorberar mycket vitamin D är även överviktiga en utsatt grupp för vitamin D brist. Dessa grupper behöver därför större doser, än övriga, för att uppnå en tillfredställande nivå (Canell och Hollis, 2008). Vilken roll vitamin D har i behandlingen av sjukdomar är ännu inte känd. Eftersom dess genetiska aktionsmekanism är kartlagd så spås det ha en roll i preventionen av sjukdomar. Vitamin D minskar celldelning, stimulerar till differentiering av celler och till en programmerad celldöd samt förebygger nybildning av blodkärl från befintliga blodkärl (Canell och Hollis, 2008). Vitamin D intas inte med måltiderna i tillräckliga nivåer utan det mesta kommer efter en exponering av solljus. Hur det än når blodcirkulationen så omvandlas det senare av levern till dess aktiva form och många vävnader utnyttjar den för att styra genuttrycket i kampen mot sjukdomarna (Canell och Hollis, 2008). Det är lätt för läkarna att missa en diagnos av vitamin D brist när metaboliska ben sjukdomar inte existerar hos patienten. Muskelsvaghet, en känsla av tunga ben, kronisk smärta i muskler och trötthet är alla symptom som har visat sig ha kopplingar till vitamin D brist. En fysisk examination kan ofta inte avslöja en vitamin D brist men om bristen är svår kan en smärta i bröstbenet eller ett tryck i tibialnerven ses. De flesta tester vid en undersökning ter sig normala men en rad sjukdomar så som infektioner, diabetes, cancer, hjärtsjukdomar och kraftig depression kan vara varningssignaler för att en brist av vitamin D har varat länge (Canell och Hollis, 2008). Det finns tre sätt att behandla en vitamin d brist. Med solljus, artificiellt UVB ljus eller med ett kosttillskott. Exponering av solljus i minuter, en eller två gånger i veckan, tros vara tillräcklig för att nå en nyttig nivå av 25(OH)D. En behandling med ett oralt intag av tillskot brukar föredras och är enkel men behandlingen har toxicitetsrisker. Dosen räknas i IU (international Units) och kan köpas receptfritt (Canell och Hollis, 2008). Då vitamin d metaboliseras och kataboliseras av cytokrom P-450 enzymer så föreligger en interaktionsrisk med andra läkemedel och försiktigheten av användning av vitamin d förespråkas (Canell och Hollis, 2008). Den vanligaste sjukdomen som behandlas med vitamin d idag är osteoporos (benskörhet) men tecken på att vitamin d skulle kunna användas mot andra indikationer finns t.ex. tidig cancer och multipel skleros (Canell och Hollis, 2008). 7

8 En vitamin d intoxikation, en allergisk utveckling mot vitamin d, vissa hudsjukdomar är faktorer som skulle kunna vara kontraindicerat en behandling med ett vitamin d tillskott (Canell och Hollis, 2008). Slutsats Det är viktigt med en tillfredställande mängd av vitamin D för att hålla borta diverse sjukdomar. Solen är den största källan för bildningen av vitamin D men den är också den största orsaken till många hudsjukdomar det är därför mycket viktigt att hitta en balans för att uppnå en nyttig exponering av ultraviolett bestrålning. Det framkommer också att många invandrade grupper och överviktiga grupper boende i nordliga bredgrader lider av en vitamin D brist och upplysning och kosttillägg är därför av en ytterst betydelse för dessa grupper. Läkemedelsutvecklingen går sakta men framåt och vikten av vitamin D analoger och deras effekter börjar uppmärkas inte minst kliniskt. Jag tycker att det har varit intressant att skriva detta arbete och jag tror att användningen av vitamin D som ett läkemedel kommer att öka och utvecklas bättre. 8

9 Referenser Andersen, R., Molgaard, C., Skovgaard, L.T., Brot, C., Cashman, K.D., Jakobsen, J., Lamberg- Allardt, C. and Ovesen, L. (2008). Pakistani immigrant children and adults in Denmark have severely low vitamin D status, 62, Dufek, E.J., Ehlert, B., Granger, M.C., Sandrock, T.M., Legge, S.L., Herrman, M.G., Meikle, A.W. and Porter, M.D. (2010). Competitive surface-enhanced Raman scattering assay for the 1,25-dihydroxy metabolite of vitamin D 3. Analyst, DOI: /c0an00354a Cannell, J.J. and Hollis, W.(2008). Use of vitamin d in clinical practice. Alternative Medicine Review, 13, Khalikov, S.K. and Alieva, S.V. (2003). Isolataion of vitamin D 3 from natural Mumiyo. Chemistry of Natural Compounds, 39, 410. Makishima, M. and Yamada, S. (2005). Targeting the vitamin D receptor: advances in drug discovery. Expert Opinion on Therapeutic Patents, 15, Tylavsky, F.A., Cheng, S., Lyytikäinen, A., Viljakainen, H. and Lamberg-Allardt, C. (2006). Strategies to improve vitamin d status in northern European children: exploring the merits of vitamin d fortification and supplementation.the Journal of Nutrition, 136, Figuren: Figuren på titelsidan är fotograferad av författaren. 9