摘要
钙、维生素D、维生素K对骨骼健康有着独立而共同的贡献。维生素K，尤其是以MK-7为代表的维生素K2在骨骼和心血管健康中的有益作用在科学上得到了充分的支持，在过去的二十年中已发表多项临床前、流行病学和临床研究。本文就维生素K2在儿童及青少年骨骼健康中的作用进行综述。骨钙素（OC）和基质Gla-蛋白（MGP）是维生素K依赖性蛋白的典型代表，它们分别参与骨基质的构建和防止钙在动脉壁的沉积。维生素K最重要的作用机制之一是维生素K依赖性蛋白的羧化和翻译后激活，从而抑制促炎因子的表达，改善骨矿浓度、骨矿密度和骨基质。鉴于有报道称，儿童及青少年时期的骨量累积可能直接影响成年后发生骨质疏松和骨折的风险，了解影响儿童及青少年骨骼健康的因素尤为重要。
关键词：维生素K2；MK-7；儿童；骨骼健康；骨量
01
前言
维生素K属于脂溶性维生素，是含有2-甲基-1，4萘醌基团的一组化合物。维生素K1（叶绿醌）和维生素K2（甲基萘醌）是天然维生素K的两种存在形式，其中叶绿醌主要存在于深绿色蔬菜中；而甲基萘醌主要由细菌产生，通常在细菌发酵食品（如奶酪、酸奶以及纳豆）中含量丰富。维生素K1的侧链为叶绿基，维生素K2的侧链为不饱和的类异戊二烯单元。根据异戊二烯单元的数目，甲基萘醌被命名为MK-n，其中n指异戊二烯单元的数目。目前研究较多的是MK-4、MK-7。
虽然维生素K1和维生素K2对维生素K依赖性蛋白中的谷氨酸残基均有羧基化作用，但越来越多的研究表明，维生素K2的生物学效应与维生素K1是不同的。它们在生物学作用及临床结果上的不同可能是由于异戊二烯侧链结构的差异，这也决定着维生素K代谢在运输、和靶组织的结合、组织分布以及随后的排泄等多方面的不同。维生素K1主要储存在肝脏中，因此在凝血蛋白的合成中起着关键作用；而维生素K2遍布全身。维生素K1主要通过富含甘油三酯的脂蛋白运输，而像MK-7这样的长链维生素K2则主要通过低密度脂蛋白运输。
这种结构上的差异导致MK-7与维生素K1相比，半衰期更长，血清水平更稳定；长期摄入期间，MK-7的稳定血清水平可以积累到更高（7-8倍），有更高的生物利用度。特别是在成骨细胞在维生素D的作用下内源性激活产生骨钙素方面，MK-7已被证明比维生素K1更有效。与维生素K1相比，MK-7可以使肝外组织的骨钙素更完全羧化。
骨骼中的骨量，以骨密度（每表面单位的钙含量）和骨矿浓度（骨中矿物质的总量）表示，决定着骨骼对骨折的抗力。骨量一般在20多岁时达到峰值，此时骨骼达到最大密度和强度。高达90%的骨量峰值是在女孩18岁和男孩20岁时获得的，这使得青少年期成为孩子们投资其最佳骨骼健康的黄金时期。峰值骨量受多种因素影响，包括性别、种族、营养和体力活动等。有研究表明，骨量峰值每增加10%，成年后发生骨折的风险会降低50%。童年时期摄入合理的营养、保持健康的生活方式不仅对于发育中的机体非常重要，而且有助于打造健康的骨骼，预防成年后发生骨质疏松和骨折。
02
影响儿童骨骼健康的主要营养因素
儿童时期健康骨骼的构建受到多种因素影响，包括遗传、营养、生活方式、激素分泌等。本文将重点讨论影响骨骼健康的主要营养因素。骨骼主要由蛋白质和矿物质组成，大约有60%的骨骼重量是矿物质，主要成分是钙和磷酸盐，其余是水和蛋白质基质。它们像钢梁一样增加骨骼的强度和弹性以应对物理应力。
NO.1钙
钙是骨骼健康必需的营养素，也是人体中含量最多的一种矿物元素。成人体内约含有g钙，占人体体重的2%左右。其中有99.3%的钙存在于骨骼和牙齿中，使骨骼具有一定的硬度。骨骼的正常生长和发育需要钙，在骨骼的生长和成熟过程中，即人类在20多岁之前，钙在骨骼中以平均每天mg的速度累积；而在成熟期，钙在身体和骨骼间区域平衡状态。儿童及青少年日常膳食中钙摄入量低，会导致骨骼矿物质密度低，增加骨折的风险。牛乳中钙含量丰富，经常食用乳及乳制品已经被证明可以增加儿童的骨量。早期有许多关于儿童和青少年摄入钙补充剂的研究（通常持续1-2年）也表明，钙摄入量增加与骨量累积增加有关。但近些年大量的调查研究认为过量补钙可能会增加心血管疾病的风险。
NO.2维生素D
维生素D是钙磷代谢的重要调节因子之一，是骨骼矿化过程所必需的营养素。1，25-（OH）2D是维生素D的活性形式，可增强肠道钙和磷酸盐的吸收，从而有助于维持矿物质平衡，它与甲状旁腺激素共同发挥维持血钙和磷水平稳定的作用，包括促进钙吸收和骨吸收。维生素D促进钙在胃肠道的吸收，提高组织的生物利用度并促进成骨细胞产生骨钙素。有研究表明，当维生素D缺乏时，只有10%-15%的肠钙被吸收，而在活性维生素D存在的情况下，吸收比例可以增加到30%-40%。儿童维生素D缺乏最典型的的骨骼疾病就是佝偻病，补充维生素D可能改善维生素D缺乏儿童及青少年的营养状况，增加腰椎骨密度和全身骨矿物质含量。我国对1-17岁儿童及青少年每日膳食钙、维生素D参考摄入量见表1。
表1中国儿童及青少年膳食钙、维生素D参考摄入量
来源：《中国居民膳食营养素参考摄入量》（版）
NO.3维生素K
在基质蛋白中约有90%是胶原蛋白，胶原蛋白是人体最丰富的蛋白，是由成骨细胞和体内其它细胞合成的，不仅为骨骼提供支持，还为软骨、肌腱和皮肤提供保护。高含量的骨矿物质和骨胶原会增加骨密度，骨骼会更能够对抗物理损伤。骨中占比第二的蛋白质是骨钙素蛋白，它也是由成骨细胞产生的。骨钙素（OC）在体内承担有多项任务，包括：将钙运送到骨骼、调节骨骼中的钙稳态、刺激成骨细胞合成胶原蛋白以及促进骨基质的形成。在人类骨骼中发现的非胶原蛋白中，约有20%是由骨钙素构成的。骨钙素是维生素K依赖性蛋白，其分子中含有3个谷氨酸残基，在维生素K2的作用下发生羧化反应后与羟磷灰石有特殊的亲和性，使钙和蛋白质结合，沉积到骨骼中促进骨基质的形成。因此，体内未羧化骨钙素（ucOC）及其与羧化骨钙素（cOC）的比值UCR通常被作为评价骨骼维生素K营养状况的标志，未羧化骨钙素浓度越高或UCR值越大，表明维生素K营养状况不良。
03
维生素K2与儿童骨骼健康
儿童的维生素K营养状况
目前，关于补充维生素K的研究主要是针对成年人和老年人，因为维生素K可以预防随年龄增长的骨质疏松症。然而，流行病学研究表明，与成年人相比，青春期前和青春期的大多数儿童循环中未激活的非羧化骨钙素水平较高，这表明维生素K不足。该项研究在荷兰马斯特里赫特大学进行，对86名6-18岁的健康儿童和30名25-35岁的健康青年志愿者进行血液中未羧化骨钙素与羧化骨钙素水平及其比值（ucOC：cOC）UCR的评估。研究发现，各年龄组儿童无论是ucOC的浓度还是UCR指数均明显高于对照组的健康成年人。当研究者比较青春期前和青春期的孩子时，次优维生素K状态和最高UCR指数在骨代谢活性更高的青春期最明显。
另一个研究团队对名健康志愿者维生素K水平的评估结果显示，20岁以下人群血清中未羧化骨钙素水平最高，其中10岁以下儿童血清未羧化骨钙素水平是20岁以上人群的6倍以上，这说明青春期前及青春期儿童是维生素K严重缺乏人群。我国类似的研究也得到了基本一致的结果，对年上半医院常规体检的0-14岁健康儿童，随机抽取62名检测血清未羧化骨钙素与骨钙素水平，结果发现，不同年龄段儿童存在不同程度的维生素K缺乏。这些数据很好地印证了儿童及青少年人群骨骼生长旺盛、骨代谢活跃、对维生素K2的需求增加的特点。一项流行病学研究对尼泊尔6-8岁儿童的血浆微量营养素状况评估结果显示，大约20%生活在尼泊尔农村的营养不良但其他方面健康的儿童存在亚临床维生素K缺乏，为儿童维生素K缺乏普遍性提供了进一步的证据。此外，维生素K缺乏在患有某些疾病的儿童人群中也非常普遍，包括患有轻度至中度慢性肝病的儿童、患有胆汁淤积性肝病的儿童、患有囊性纤维化的儿童以及患有炎性肠病的儿童。已有研究证明，补充维生素K对这些患儿的骨骼健康具有有益作用。
维生素K2与儿童骨骼健康
儿童和青少年时期的骨代谢非常活跃，骨钙素水平是成人的8-10倍，也因此对维生素K有更多的需求。最早关于维生素K营养状况与健康儿童（3-16岁女孩）骨骼完整性之间关系的研究认为，维生素K摄入量对青春期前及青春期女孩的骨转换和骨量有影响。良好的维生素K状态与骨转换率相对较低、骨量增加有关。另有研究证明，体内维生素K2水平不足的儿童骨折的风险更高。该研究对比了临床确认的低能量骨折（即从不高于自身高度跌落的或在团体活动中摔倒发生的骨折）儿童和未骨折儿童的营养状况。为了测量维生素K2的状态，研究人员计算了受试者体内未羧化骨钙素和羧化骨钙素的比值UCR。这一比值的增加，表示骨折的风险增加。结果发现，这两组受试者之间的血清钙、维生素D水平等没有显著的差异，但未羧化骨钙素与羧化骨钙素的比值UCR有明显不同，骨折组的儿童比健康对照组儿童的UCR低两倍，这意味着前者比后者的维生素K水平低两倍。这项研究显示，孩子们最容易出现维生素K缺乏症，骨骼快速生长发育的他们需要补充维生素K2。
对名11-12岁的丹麦青春期前女孩进行的队列流行病学研究，将血清总骨钙素、未羧化骨钙素（ucOC）作为维生素K状态指标，评估其与骨矿含量（BMC）和骨转换生化指标以及血清25-羟基维生素D水平之间的关系。结果表明，血清ucOC与骨吸收标志物或总骨钙素无关，但与全身和腰椎骨矿含量呈显著负相关。因此研究得出结论，维生素K状况较好与健康的青春期前丹麦女孩的BMC增加相关，但与骨转换无关。该研究还表明，血清ucOC水平与血清25（OH）2D状态呈负相关。在后续研究中，进一步评估了维生素D和维生素K状况之间的营养相互作用。发现健康青春期前丹麦女孩补充维生素D3可显著提高血清25-羟基D，但对维生素K状态的标志物，血清ucOC水平无影响。
在一项随机双盲对照干预研究中，55名健康的青春期前儿童（6-10岁）接受了为期8周的MK-7和安慰剂试验。其中试验组28名儿童每天补充45微克MK-7，对照组的27名儿童接受安慰剂。该研究评估了循环中非活性未羧化骨钙素和活性羧化骨钙素水平及二者的比值UCR指数，以及与骨重建和吸收相关的代谢标志物，并根据活化凝血酶和内源性凝血酶潜在参数的变化监测安全性。8周后，试验组与基线和对照组相比，循环中ucOC浓度和UCR指数均有统计学意义上的降低，且试验组MK-7血药浓度明显升高；试验期间两组骨代谢活动和凝血参数的标记物保持不变。这些发现说明，健康的青春期前儿童适度补充MK-7可安全有效地改善体内维生素K状态。
根据流行病学研究，大多数健康人的循环维生素K足以满足肝脏合成凝血因子的需要，但相同水平的维生素K会导致高浓度的未羧化肝外Gla蛋白，例如，在健康儿童和成人中发现未羧化的骨钙素和基质Gla-蛋白。这些发现表明，维生素K摄入量高于推荐的每日摄入量，是支持肝外维生素K依赖蛋白羧化和活化所必需的。TheuwissenE等研究评估了健康儿童和成人对补充维生素K2（MK-7）的反应。通过给42名儿童和68名成年人分别每天补充MK-微克和90微克以及安慰剂对照，并分别在补充8周和7周后测定循环ucOC和ucMGP水平来评估维生素K在不同人群维生素K缺乏状态下的反应。结果发现，儿童的ucOC水平较高，40岁及以上的成年人ucMGP水平逐渐升高。维生素K缺乏严重的儿童和成人对补充MK-7的反应最明显。儿童和40岁以上成人组织特异性维生素K缺乏最为严重，因此可以通过补充MK-7来改善他们的肝外维生素K状况。
除了对健康儿童的干预研究外，有几项研究针对儿童和青少年患者开展。囊性纤维化是一种常染色体隐性遗传疾病，涉及许多相关因素，包括对消化道的影响，导致维生素D、维生素K和钙的吸收不良，从而导致骨质疏松症。在一项研究中，20名6-17岁的囊性纤维化患者每天服用10mg维生素K1持续一年，随后血清ucOC浓度显著降低。另一种遗传疾病，半乳糖血症是一种代谢紊乱疾病，影响半乳糖的代谢能力，会导致一系列的疾病包括骨矿浓度低。在一项随机对照试验中，40名3-18岁出现半乳糖血症的儿童每天补充1mg维生素K1以及钙和维生素D，一年后cOC升高而ucOC水平下降。此外，一项针对地中海贫血性骨病（一种导致贫血和骨质疏松症的遗传疾病）儿童患者的干预试验，每天补充50微克MK-7和维生素D（5微克骨化三醇）持续一年，评估其维生素K状态和骨矿浓度。20名3-18岁的儿童（12名女孩和8名男孩）在治疗的第6个月和第12个月时，腰椎区域的骨密度和Z值评分均有所改善，尤其是青春期前的孩子。UCR指数降低，评价认为维生素K状况得以改善。因此该研究结论认为维生素K2与骨化三醇联合使用对地中海贫血骨病患儿的骨密度提高具有积极的影响。医院对营养性维生素D缺乏性佝偻病患儿给予维生素K（醋酸甲萘氢醌片）治疗的研究也证明维生素K可以提高佝偻病患儿骨钙素的羧化率。
现有研究基本一致地证明，儿童的维生素K营养状态直接影响其骨骼健康。充足的维生素K2可以使骨钙素完全羧化，更好地促进钙在骨骼的矿化沉积、增加骨密度、预防骨质疏松和骨折。长期维生素K2不足是一种独立但可以改变的风险因素，可导致年龄相关的退行性疾病的发展，包括动脉中层钙质沉积、骨质疏松症和动脉粥样硬化等。与只补充钙和维生素D相比，同时补充维生素K可以改善骨密度和未羧化骨钙素水平。由于维生素K2在钙的运输和沉积上起着重要的作用，因此对于儿童和青少年应考虑维生素K2和钙及维生素D一起补充，以支持这个阶段骨骼的健康发育并保障成年后的骨健康。
04
结论
尽管维生素K被发现于年，但早期的研究大多集中于其在凝血方面的功能，而在骨代谢方面的作用则是在最近的几十年才得到更多的