维生素（vitamin）是维持人体正常生命活动所必需的一类低分子量有机化合物。在人体内其含量极微，但在机体的代谢、生长发育等过程中起重要作用。维生素共有三个命名系统。一是按发现的历史顺序命名，在维生素后加不同的大写字母，如维生素A、维生素B、维生素C、维生素D、维生素E等。后来发现维生素B其实是多种维生素的复合体，经分离提纯得到多种维生素，而以维生素B 1 、维生素B 2 、维生素B 6 、维生素B 12 等命名。二是按其特有的生理功能或治疗作用命名，如抗干眼病因子（维生素A）、抗癞皮病因子（烟酸）、抗坏血酸（维生素C）等。三是按其化学结构命名，维生素的化学本质逐渐被认识，如视黄醇、硫胺素、核黄素等。
维生素的种类很多，它们的化学结构与性质虽不相近，但有共同特点：①均以维生素本身，或可被机体利用的前体化合物（维生素原）的形式，存在于天然食物中；②非机体结构成分，不提供能量，但担负着特殊的代谢功能；③一般不能在体内合成（维生素D、烟酸等例外），或合成量太少，必须由食物提供；④人体只需少量即可满足，但绝不能缺少，否则缺乏至一定程度，可引起维生素缺乏症。
在营养学上，一般按维生素的溶解性将其分为两大类，即脂溶性维生素与水溶性维生素。脂溶性维生素是指不溶于水而溶于脂肪及有机溶剂（如苯、乙醚、氯仿等）的维生素，包括维生素A、维生素D、维生素E和维生素K等。早在梁代陶宏景时期，就对夜盲症有详细描述，并记载了用牛肝来治疗的方法，这就是早期对脂溶性维生素作用的记录。
脂溶性维生素除具有维生素的共同特点之外，还有其他的共性：①脂溶性维生素的吸收与肠道中的脂类密切相关；②易储存于体内（主要在肝脏），而不易排出体外（维生素K除外），不同种类的脂溶性维生素在体内的代谢形式、储存形式、储存部位以及在食物中存在的重要形式等见表1-9-1；③若摄入过少，可缓慢地出现缺乏症状；④脂溶性维生素摄取过多，易在体内蓄积而导致毒性作用，一般长期摄入5～10倍DRIs（RNI）量以上，即可出现中毒症状。因此，维生素摄入必须遵循合理原则，不宜盲目加大剂量。
此外，体内的脂溶性维生素之间还存在着相互影响，如维生素E能促进维生素A在肝内的储存，这可能是维生素E在肠道内保护维生素A免受氧化破坏之故。不同的脂溶性维生素之间保持平衡非常重要，如果某一种营养素摄入不适当可能会引起或加剧其他营养素的代谢紊乱。如摄入高剂量维生素E（1g/d以上）可干扰维生素K的吸收，拮抗维生素K的功能。
近年来，除了关注脂溶性维生素传统的维生素A对眼睛、维生素D对骨骼、维生素E对延缓衰老等作用外，研究领域更深入到调节免疫功能、影响胚胎发育、参与组织细胞的分化、增殖和活性调节等多个方面，并且已取得了许多有价值的研究结果，为指导人群合理摄入脂溶性维生素促进健康提供了科学指导。本章主要介绍常见的四种脂溶性维生素的发现历史、结构、理化性质、消化吸收和代谢、生理功能、缺乏和过量、营养状况评价、膳食参考摄入量及主要食物来源（食物来源的详细内容请参见第二卷食物营养）等，包括维生素A、维生素D、维生素E、维生素K。
维生素A又称视黄醇，是指一类具有视黄醇生物活性的化合物及维生素A原。早在古埃及时期，人类就懂得动物肝脏可以治愈夜盲症。在我国，唐代的孙思邈在医书《千金方》中就集中记载了动物肝有治眼病和夜盲症的作用。而有关食物中存在维生素A活性成分的学术性报告则在1913年正式发表，当时的学者发现，在奶油、鸡蛋和鳕鱼肝油中存在的某些油脂是小鼠生长发育所必需，并命名为脂溶性物质A，后来才改称为维生素A（vitamin A）。1919年，McCollum团队研究脂溶性维生素A特性时发现，维生素A除了促进大鼠生长发育以外，还能阻止大鼠的眼干燥症和夜盲症的发生。大约同时（1919年），H. Steenbock指出植物中的胡萝卜素可能不是维生素A，但可能经过代谢转化成了真正维生素。1929年这个假说还没有被证实，直到丹麦科学家von Euler团队在缺乏维生素A而只给予富含胡萝卜素植物饲料喂养大鼠研究中证实了胡萝卜素的作用；此后，英国的Moore阐明了膳食中的β-胡萝卜素与肝脏中浓缩的维生素A的量效关系，由此表明了β-胡萝卜素确实是一种维生素原。在20世纪20年代，一些科学家们揭示了维生素A缺乏与干眼病、组织细胞分化、机体生长发育以及抗感染能力之间的因果关系；随后的研究逐渐明确了维生素A的化学结构及理化特性。1940年，人工合成的维生素A问世。此后，对于维生素A研究具有里程碑意义的成果是陆续发现了与维生素A转运或代谢密切相关的血浆结合蛋白和细胞内结合蛋白。1987年，维生素A的细胞核内受体被发现，这是维生素A研究工作中的一个重大突破，维生素A的研究从此进入细胞分子水平。
维生素A属于脂溶性维生素，多存在于动物性食物中；而维生素A原则可来自于植物性食物中的胡萝卜素，主要存在于深绿色或红橙黄色的蔬菜或水果中。目前已知维生素A对于维持正常的视力、基因表达、生殖、胚胎发育、生长和免疫功能都是极为重要的。如今，关于维生素A抑制肿瘤细胞增殖、促进细胞凋亡等新的研究内容仍在进行中。
维生素A是指所有具有视黄醇生物活性的化合物。
（一）视黄醇
视黄醇（retinol）及其代谢产物，以及具有相似结构的合成类似物，也称为类视黄醇物质（retinoids），或预先形成的维生素A（preformed vitamin A）。这是一族由20碳结构构成的、具有一个β-紫罗酮环、一个由4个头尾相连的类异戊二烯单元组成的侧链以及在C-15位结合了一个羟基（视黄醇，retinol），或醛基（视黄醛，retinal），或羧酸基（视黄酸，retinoic acid），或酯基（视黄酯，retinyl ester）的分子集合（图1-9-1）。维生素A起初是在视网膜（retina）中分离得到，所以，与维生素A相关的衍生物多以此为字根命名。
维生素A属脂溶性维生素，在高温和碱性的环境中比较稳定，一般烹调和制罐过程中不易被破坏。但是维生素A极易氧化变构，特别在高温条件下，紫外线照射可以加快这种氧化破坏。因此，维生素A或含有维生素A的待测标本应该避光在低温下保存，如能在保存的容器中充氮以隔绝氧气，则保存效果更好。
视黄醇和其他类视黄醇都具有连续共轭双键，它们都能产生特有的紫外线或可见光吸收光谱。目前最常用的类视黄醇检测方法，就是利用其上述特性，采用反相高效液相色谱，配合紫外线/荧光检测器来完成。
（二）类胡萝卜素
植物中不含已形成的维生素A，但在某些有色（黄、橙和红色）植物中含有类胡萝卜素。类胡萝卜素（carotenoids）是广泛存在于微生物、植物、动物及人体内的一类黄色、橙色或红色的脂溶性色素。目前，已经发现自然界中存在700多种形式的类胡萝卜素，存在于某些动物、植物和微生物中，仅在植物和微生物中可自行合成，动物自身不能合成。膳食类胡萝卜素在食物中主要以两种形式存在：①在植物油中呈真溶液状态，如红色棕榈油；②在蔬菜水果中与纤维、可消化多糖及蛋白质组成结合物。由于这种结合物通常不能在食物加工过程中或在通过肠道时被完全分解，故类胡萝卜素的生物利用率变化范围较大，从小于10%（如未经加工的生胡萝卜）到大于50%（在油溶液中或人工合成的制剂）。
类胡萝卜素中只有一小部分可在小肠和肝细胞内转变成视黄醇和视黄醛的类胡萝卜素称为维生素A原，如β-胡萝卜素、α-胡萝卜素和β-隐黄质。有学者研究发现，类胡萝卜素及其代谢产物有多种生理学功能，并对人类的某些疾病具有一些潜在的正面或负面影响。
维生素A和类胡萝卜素都对酸和碱稳定，一般烹调和罐头加工不易破坏；当食物中含有磷脂、维生素E、维生素C和其他抗氧化剂时，视黄醇和类胡萝卜素较为稳定；脂肪酸败可引起其严重破坏。在维生素A的衍生物中，视黄酸和视黄酰酯的稳定性最好。膳食中的类胡萝卜素在烹调过程中破坏较少，并且食物的加工和热处理有助于提高植物细胞内胡萝卜素的释出，提高其吸收率。但长时间的高温，特别是在有氧和紫外线照射的条件下，损失会明显增加。
（一）吸收
动物中的视黄醇以其与脂肪酸结合成的视黄基酯的形式存在。视黄基酯和植物性食物中的类胡萝卜素又常与蛋白质结合形成复合物，经胃、胰液和肠液中蛋白酶水解从食物中释出，然后在小肠中胆汁、胰脂酶和肠脂酶的共同作用下，释放出脂肪酸、游离的视黄醇及类胡萝卜素。释放出的游离视黄醇以及类胡萝卜素与其他脂溶性食物成分形成胶团（micelles），通过小肠绒毛的糖蛋白层进入肠黏膜细胞（图1-9-3）。膳食中约70%～90%的视黄醇，20%～50%的类胡萝卜素被吸收，类胡萝卜素的吸收率随其摄入量的增加而降低，有时甚至低于5%。
类胡萝卜素和维生素A的吸收部位都在小肠。吸收后的类胡萝卜素随乳糜微粒从肠黏膜经淋巴液转运进入血液循环。在小肠黏膜细胞内β-胡萝卜素-15，15’二加氧酶（β-carotene15，15’-dioxygenase）的作用下β-胡萝卜素转化成视黄醛（图1-9-4），后者与细胞内视黄醇结合蛋白Ⅱ（cellular retinoid binding protein typeⅡ，CRBP-Ⅱ）结合，在视黄醛还原酶的作用下转变成视黄醇。理论上讲，一分子β-胡萝卜素能够生成两分子视黄醇，但在体内并非如此，其原因是β-胡萝卜素-15，15’二加氧酶活性相当低，大部分的β-胡萝卜素没有被氧化。目前，研究提示大约12mg的膳食β-胡萝卜素可产生1mg的活性视黄醇，而24mg的其他膳食维生素A原类胡萝卜素（如α-胡萝卜素、γ-胡萝卜素）才能产生1mg视黄醇的活性。
维生素A在小肠进行主动吸收，需要能量，吸收速率比胡萝卜素快7～30倍。食物中的维生素A在小肠经胰液或小肠细胞刷状缘中的视黄酯水解酶分解为游离状态后进入小肠细胞，再在微粒体中酯酶作用下合成视黄醇棕榈酸酯。无论类胡萝卜素还是维生素A，在小肠细胞中转化成棕榈酸酯后均与乳糜微粒结合通过淋巴系统入血行然后转运到肝脏。在小肠黏膜细胞内视黄醛和视黄醇可以相互转化，但视黄醛转变成视黄酸的反应却不可逆。与视黄醇不同的是，视黄酸经门静脉吸收，并与血浆白蛋白紧密结合在血液中运输。在小肠黏膜细胞中结合的视黄醇重新酯化成视黄基酯，并与少量未酯化的视黄醇、胡萝卜素和叶黄素以及其他的类胡萝卜素一同掺入乳糜微粒进入淋巴，经胸导管进入体循环。
类胡萝卜素的吸收方式为物理扩散，吸收量与摄入量多少有关。除了类胡萝卜素从食物中不完全释放外，其他降低类胡萝卜素生物利用率的因素包括：膳食纤维的存在（尤其是果胶）、膳食中缺乏脂肪、胆汁流量不足、脂质吸收障碍、胃酸度降低等。此外，类胡萝卜素的吸收率随摄入量的增加而下降。大量类胡萝卜素还可相互干扰而影响彼此的吸收，但这种作用并非竞争性的，例如β-胡萝卜素可抑制角黄素和黄体素的吸收，但后者对β-胡萝卜素的吸收几乎无影响。维生素E和类胡萝卜素也能相互作用。尽管少量维生素E可预防胃肠道内类胡萝卜素的氧化，但维生素E补充剂能降低血浆类胡萝卜素浓度。
维生素A在体内主要以棕榈酸酯的形式储存于肝脏中，约占总量的90%～95%，少量存在于脂肪组织。视黄醇主要以棕榈酸视黄酯的形式储存在肝星状细胞（80%～95%）和肝主细胞。肾脏中视黄醇储存量约为肝脏的1%，眼色素上皮细胞也有少量的视黄醇储存。血浆中类胡萝卜素的水平一般反映近期类胡萝卜素摄入的情况，而不反映体内储存水平。
（二）代谢
维生素A的代谢是围绕其转运形式以视黄醇和多种可利用的转化途径为中心来实现的（图1-9-5）。当周围靶组织需要维生素A时，肝脏中的视黄醇棕榈酸酯经酯酶水解为醇式后，以1∶1的比例与视黄醇结合蛋白结合，再与前白蛋白结合，形成复合体后释放入血，经血行转运至靶组织。进入靶组织后，维生素A与视黄醇结合蛋白解离，并以1∶1的比例与细胞内视黄醇结合蛋白结合。
维生素A在人体的代谢功能中有非常重要的作用，参与机体的生理生化过程。
（一）视觉功能
维生素A构成视觉细胞内感光物质的成分。视网膜上对暗光敏感的杆状细胞含有感光物质视紫红质，是11-顺式视黄醛的醛基与视蛋白内赖氨酸的氨基通过形成西弗（schiff）碱键缩合而成，为暗视觉的必需物质。感光后，11-顺式视黄醛转变为全反式视黄醛并与视蛋白分离。此过程产生电能刺激视神经形成视觉。全反式视黄醛经还原为全反式视黄醇，再经酶的作用重新转化为11-顺式视黄醛，可在暗光下与视蛋白结合再次形成视紫红质（图1-9-8）。在此过程中，除了消耗能量和酶外，还有部分视黄醛变成视黄醇被排泄，所以必须不断地补充维生素A，才能维持视紫红质的合成和整个暗视觉过程。
（二）维持皮肤黏膜层的完整性
维生素A是调节糖蛋白合成的一种辅酶，对上皮细胞的细胞膜起稳定作用，维持上皮细胞的形态完整和功能健全。维生素A的这种作用是通过介导邻近细胞间的信息交流而实现的。维生素A缺乏的初期病理改变是上皮组织的干燥，继而使正常的柱状上皮细胞转变为角状的复层鳞状上皮，形成过度角化变性和腺体分泌减少。这种变化累及全身上皮组织，最早受影响的是眼睛的结膜和角膜，表现为结膜或角膜干燥、软化甚至穿孔，以及泪腺分泌减少。皮肤改变则为毛囊角化，皮脂腺、汗腺萎缩。消化道表现为舌味蕾上皮角化，肠道黏膜分泌减少、食欲减退等。呼吸道黏膜上皮萎缩、干燥，纤毛减少，抗病能力减退。消化道和呼吸道感染性疾病的危险性提高，且感染常迁延不愈。泌尿和生殖系统的上皮细胞也同样改变，影响其功能。
（三）维持和促进免疫功能
维生素A缺乏时，免疫细胞内视黄酸受体的表达相应下降，影响机体的免疫功能。目前已经明确，维生素A对许多细胞功能活动的维持和促进作用是通过其在细胞核内的特异性受体-视黄酸受体实现的。视黄酸受体包括RARs（retinoic acid receptors）和RXRs（retinoid X receptors）两种及其三个亚型α、β和γ。类视黄酸通过核受体对靶基因的调控结果可以促进免疫细胞产生抗体的能力，也可以促进细胞免疫的功能，以及促进T淋巴细胞产生某些淋巴因子。已经证明人淋巴细胞中存在RARs，其分布形式以RARα亚型为主，RARγ亚型也有表达。
（四）促进生长发育和维护生殖功能
生殖器官和哺乳动物的胚胎发生依赖RAR受体进行基因调节，通过相关方式，维生素A对这些组织具有极其重要的作用。维生素A参与细胞RNA、DNA的合成，对细胞的分化、组织更新有一定影响。参与软骨内成骨，缺乏时长骨形成和牙齿的发育均受影响。维生素A缺乏时还会导致男性睾丸萎缩，精子数量减少、活力下降，也可影响胎盘发育。
（五）类胡萝卜素的生理功能
1.抗氧化作用
类胡萝卜素与α-生育酚、维生素C、谷胱甘肽和硒一起被称为抗氧化营养素。抗氧化剂一般通过优先被氧化，即向一些活性细胞氧化剂提供1～2个电子，保护细胞内重要结构免遭氧化。类胡萝卜素的重要化学特征之一是猝灭单线态氧特性。单线态氧的反应活性远大于空气中的氧，能与细胞中的许多成分相互作用产生多种氧化产物。类胡萝卜素与单线态氧相互作用，生成类胡萝卜素氧化物，后者随即无害地向周围溶液释放能量。类胡萝卜素可被强氧化剂化学氧化或生物氧化，生成各种氧化产物。在生理状态下，这些反应可能是有利的（清除细胞内的强氧化剂）、中性的（不足以影响细胞代谢）或不利的（破坏维生素A原类胡萝卜素）。
2.细胞间信息传递
维生素A原类胡萝卜素（如β-胡萝卜素）和非维生素A原类胡萝卜素（如角黄素分子）都有增强组织培养液中细胞间信息传递的作用，因此该作用与形成维生素A无关。4-氧视黄醛和4-氧视黄酸也能提高细胞间信息传递，还不清楚此作用是否为角黄素裂解的结果。类胡萝卜素的这一功能对营养良好人群的健康有何益处尚不明了。
3.调节免疫反应
类胡萝卜素与维生素A一样也能调节大、小鼠及培养基中淋巴细胞的免疫反应。虾青素、角黄素、黄体素和β-胡萝卜素能增强体内的免疫反应。虾青素还能促进体外培养的脾细胞生成抗体。研究表明：①叶黄素是活性强于β-胡萝卜素的免疫增强剂。②在不同免疫系统中各种类胡萝卜素活性不同。③类胡萝卜素激活免疫反应的主要活性部位是T细胞。但这些观察结果的生理意义还不清楚。有人曾给一组女性受试对象无类胡萝卜素膳食68天，然后补充β-胡萝卜素，结果有丝分裂原诱导的血液淋巴细胞增殖不受影响。但对另一组类似的女性对象补充混合类胡萝卜素却能引起免疫反应。健康非吸烟男性补充β-胡萝卜素每天15mg，能明显增加血液中单核细胞的百分比、主要组织相容复合体分子Ⅱ、HLA-DR、细胞黏附分子-1、白细胞功能相关抗原-3以及肿瘤坏死因子-α的分泌。这些作用值得进一步关注。
4.影响生殖功能
类胡萝卜素可能影响动物和人类的生育功能，但是尚无明确的结论。1976年报道乳牛口服β-胡萝卜素补充剂可减少排卵延迟、卵巢囊肿发生率增加、孕酮生成量降低、胚胎死亡率增加等各种异常情况的发生。但随后在其他地方进行的研究中，补充β-胡萝卜素后的这些正面作用不能被证实。此外，大量补充β-胡萝卜素（500mg/d）会降低受精率。在连续42～120天摄入基本上无类胡萝卜素膳食（10～66μgRE/d）的妇女中63%出现排卵延迟或周期停止、黄体期长度改变、月经期延长。而在摄入富含类胡萝卜素膳食的妇女中仅5%发生这种异常。但少量补充β-胡萝卜素（83μgRE/d）后不能纠正这些异常。能预防这些异常的可能膳食因素包括其他类胡萝卜素、植物雌激素等食物成分，或者大剂量补充β-胡萝卜素。这些动物和人体研究的结论是类胡萝卜素可能调节生育过程的一些方面。其他一些研究中已发现类胡萝卜素在维生素A供给充足的动物和人体中也有正面作用，但这些问题尚未完全弄清。
（六）其他功能
维生素A除影响人体正常功能外，还具有纠正多种病理状态的调节作用。维生素A及其异构体能够促进终末分化、抑制增殖、促进凋亡，对组织恶变过程中的细胞发挥抗肿瘤作用。
（一）缺乏
目前，维生素A缺乏仍是许多发展中国家的一个主要公共卫生问题。维生素A缺乏的发生率相当高，婴幼儿和儿童维生素A缺乏的发生率远高于成人。根据WHO的报道，全球范围内超过1/3的学龄前儿童缺乏维生素A，其中非洲有40%～60%的儿童出现维生素A缺乏。还有调查显示，不发达国家中每年约有25万～50万儿童因罹患维生素A缺乏而导致失明，这些失明儿童中有2/3在数月后继发感染性疾病而死亡。目前，我国人群中维生素A缺乏病的发生率已明显下降。有调查数据显示，2015年我国12岁及以下的儿童中，维生素A缺乏的患病率约为5.16%，其患病率随着年龄的增长呈下降趋势，农村地区较城镇地区的儿童更易患维生素A缺乏。
维生素A缺乏的发生取决于影响体内维生素A储存的多种因素，如经济水平限制、社会文化因素制约、膳食摄入不足或吸收较差等。一些疾病，如消耗性疾病（麻疹、肺结核、肺炎、猩红热等）、消化道疾病（胆囊炎、胰腺炎、肝硬化、胆管阻塞、慢性腹泻等）以及血吸虫病和饮酒等皆可影响维生素A的吸收和代谢，故这些疾病极易伴发维生素A缺乏。
维生素A缺乏可引起一系列的生理病理学变化（图1-9-9）。
1.眼部症状
维生素A缺乏最主要的症状是损害视觉的夜盲症和干眼症。暗适应能力下降是维生素A缺乏最早出现的症状，进一步发展为夜盲症，严重者可致眼干燥症，甚至失明。夜盲症是视网膜暗适应功能紊乱，在补充维生素A之后可恢复；而干眼症是眼的前端形态学永久性改变，不可纠正，直到瘢痕形成。儿童维生素A缺乏的典型临床诊断体征是毕脱斑（bitot spots），角膜两侧和结膜外侧因干燥而出现皱褶，角膜上皮堆积，形成大小不等的形状似泡沫的白斑。
2.皮肤损害
维生素A缺乏可引起机体不同组织上皮干燥、增生及角化，如皮脂汗腺角化、出现皮肤干燥、毛囊角化过度、毛囊丘疹、毛发脱落等。易并发感染，特别是儿童、老人容易引起呼吸道炎症，严重时可引起死亡。
3.其他
维生素A缺乏时，易出现食欲降低、血红蛋白合成代谢障碍、免疫功能低下、儿童生长发育迟缓。
（二）过量
维生素A摄入过多可以引起维生素A过多症，分为急性和慢性两种。肝脏维生素A浓度超过300mg/g被认为是过量，并可引起相应临床表现。维生素A过量可降低细胞膜和溶酶体膜的稳定性，导致细胞膜受损，组织酶释放，引起皮肤、骨骼、脑、肝等多种脏器组织病变；其中脑受损可使颅压增高，骨组织变性引起骨质吸收、变形、骨膜下新骨形成、血钙和尿钙都上升，肝组织受损则可引起肝大，肝功能改变。
1.急性维生素A过多症
一次或多次连续摄入大量的维生素A（成人大于RNI约100倍，儿童大于RNI约20倍）即可能发生急性中毒。从曾发生的急性维生素A过多症病史看，成人多为食用大量富含维生素A的食物如北极熊、鲨鱼和鳕鱼等的肝而发生中毒，儿童则多因意外服用大量维生素A、维生素D制剂引起。
维生素A急性中毒的临床表现常在摄入大剂量维生素A后6～8小时，也可在1～2天内出现。主要有嗜睡或过度兴奋、头痛、呕吐等高颅压症状，12～20小时后出现皮肤红肿，继而脱皮，以手掌、脚底等厚处最为明显，数周后方恢复正常。婴幼儿以高颅压为主要临床特征，囟门未闭者可出现前囟隆起。脑脊液检查压力增高，细胞数正常，蛋白质量偏低，糖含量正常。一旦停止服用，症状将逐渐消失。然而，超大剂量服用维生素A（一次12g，约为成人RNI的15 000倍）的，可以致命。
2.慢性维生素A过多症
大多数系不遵医嘱长期摄入过量维生素A制剂引起，一般维生素A使用剂量为其RNI 10倍以上时可发生慢性中毒。从已发生的病案看，成人每天摄入24～30mg（8万～10万IU），持续半年；或每天9～12mg（3万～4万IU），超过8年可引起慢性中毒。婴幼儿每天摄入15～30mg（5万～10万IU），超过6个月即可引起慢性中毒；也有报道每天仅服7.5mg（2.5万IU），一个月即出现中毒症状。这些情况常见于采用口服鱼肝油制剂治疗维生素D缺乏性佝偻病时，由于鱼肝油制剂不仅含有维生素D也含有大量维生素A，当口服途径使用较大治疗剂量的维生素D时极易造成维生素A的过量，引起慢性中毒。
与急性维生素A中毒相比，慢性维生素A过多症不会迅速出现高颅压和皮肤损害症状体征。成人慢性维生素A过多症首先出现的常是胃纳减退，体重下降，继而有皮肤干燥、脱屑、皲裂、毛发干枯、脱发、齿龈红肿、唇干裂和鼻出血等皮肤黏膜损伤表现，以及长骨肌肉连接处疼痛伴肿胀，体检可见贫血、肝脾大。X线检查长骨可见骨皮质增生，骨膜增厚。脑脊液检查可有颅内压增高。肝功能检查可出现转氨酶异常升高，严重者可出现肝损伤、肝硬化等。有时可见血钙和尿钙升高。
过量的维生素A可引起细胞膜的不稳定和某些基因表达改变。动物实验证明，维生素A摄入过量，可导致胚胎吸收、流产、出生缺陷。孕妇在妊娠早期每天大剂量摄入维生素A，娩出畸形儿的相对危险度增加。
维生素A过多症一旦确诊，应立即停止服用维生素A制剂和维生素A含量较高的食物。急性维生素A过多症的症状一般在1～2周内消失，骨骼改变也逐渐恢复，但较缓慢，约需2～3个月。一般不需其他治疗。高颅压引起的反复呕吐以及由此发生的水和电解质紊乱应给予对症治疗。本病预后良好，个别病程长病情严重者可留下身材矮小后遗症。
维生素A摄入不足或过量可能引起不同的临床症状，维生素A摄入量与发生的临床症状之间的关系见图1-9-10。
3.胡萝卜素血症
因摄入富含胡萝卜素的食物（如胡萝卜、南瓜、桔子等）过多，大量胡萝卜素不能充分迅速在小肠黏膜细胞中转化为维生素A而引起。一项人群干预性研究显示，每天从食物中摄取30mg的β-胡萝卜素，可在25～42天内出现皮肤发黄（胡萝卜素黄皮病）。虽然摄入的β-胡萝卜素在体内可转化为维生素A，但其吸收率有限，只有8%被吸收并转化为乳糜微粒中的视黄酰酯而发挥维生素A的作用，故大量摄入胡萝卜素一般不会引起维生素A过多症，但可以使血中胡萝卜素水平增高，发生胡萝卜素血症。血清胡萝卜素含量明显升高，可达4.7～9.3μmol/L（正常为1.9～2.7μmol/L），致使黄色素沉着在皮肤内和皮下组织内，表现为皮肤黄染，以鼻尖、鼻唇皱襞、前额、手掌和足底部位明显。停止大量食入富含胡萝卜素的食物后，胡萝卜素血症可在2～6周内逐渐消退，一般没有生命危险。不需特殊治疗。
维生素D是人类必需的一种脂溶性维生素。1645年Daniel Whistler首次描述了佝偻病的重要特征。1921年，Elmer McCollum发现鳕鱼肝油中有一种非常有效的抗佝偻病物质。德国化学家Adolf Windaus因为研究固醇和维生素的关系并发现了维生素D而获得1928年的诺贝尔化学奖，1932年人们终于确定了这个化合物的结构。1965—1970年间，人们发现了1，25-（OH） 2 D 3 的化学性质及其核受体。从维生素D发现至今的近一百年里，科学家对维生素D功能的认识不断完善。维生素D在所有的脊椎动物包括人类中的主要生理功能是维持血清钙和磷的浓度在正常范围内，近年来的大量研究证实维生素D还具有骨骼外健康效应，参与组织细胞的分化、增殖和活性调节，对机体免疫功能具有调节作用。维生素D的缺乏在全球很普遍，补充维生素D可以减少缺乏的风险，但关于维生素D补充对骨骼健康外的其他疾病，如心血管疾病、癌症等的影响目前尚缺乏充足的临床证据。
维生素D（vitamin D）是一类具有环戊氢烯菲环结构的化合物，由类固醇衍生而来。维生素D至少有五种形式，但最具有生物学意义的形式有两种，即胆钙化醇（cholecalciferol，维生素D 3 ）和麦角钙化醇（ergocalciferol，维生素D 2 ）。维生素D 2 是由紫外线照射植物中的麦角固醇产生，但在自然界的存量很少，照射麦角固醇的方法是人工合成维生素D 2 的一种主要方式。维生素D 3 则由大多数高级动物的表皮和真皮内含有的7-脱氢胆固醇经日光中紫外线（波长265～228nm）照射转变而成。维生素D 2 和维生素D 3 虽然在结构、理化性质、生化和生理上有细小的差别（图1-9-11），但对人体的作用和作用机制则完全相同，哺乳动物和人类对两者的利用亦无区别，因此在以下的讨论中统称为维生素D。迄今已分离并已了解化学特性的维生素D代谢产物有40多种，维生素D溶于脂肪溶剂，对热、碱较稳定。光及酸可促进其异构。
维生素D可以从饮食中吸收或阳光照射下在皮肤中合成。在皮肤中，紫外线催化7-脱氢胆固醇转化为维生素D 3 ，维生素D 3 缓慢释放到血液中，与维生素D结合蛋白结合。膳食维生素D的天然来源很少，以维生素D 2 /D 3 的形式存在，能够被人体直接吸收利用，占体内维生素D来源的20%～30%。维生素D吸收后必须进行代谢活化后才能够发挥其生物学功能。在肝脏中，维生素D经25-羟基化形成25-羟基维生素D 3 ［25-（OH）D 3 ］，随后在肾脏中发生1-α羟基化生成1，25-二羟基维生素D 3 ［1，25-（OH） 2 D 3 ］。肾脏是产生活性维生素D［1，25-（OH） 2 D 3 ］的关键脏器，α羟化酶是合成1，25-（OH） 2 D 3 的主要限速环节，也是机体调控1，25-（OH） 2 D 3 含量的关键作用位点。维生素D的来源及在体内代谢过程见图1-9-12。
人体摄入的维生素D在小肠，主要在空肠、回肠与脂肪一起被吸收。由于食物通过小肠远端时间较长，维生素D的最大吸收量在回肠。在哺乳动物中，维生素D像其他的疏水物质一样，通过胶体依赖途径被动吸收。大部分的维生素D（约90%）与乳糜微粒结合进入淋巴系统，其余与α-球蛋白结合，维生素D的这种吸收过程有效性约为50%。乳糜微粒可直接或在乳糜微粒降解的过程中与血浆中的蛋白质结合，没有结合的血浆维生素D随着乳糜微粒进入肝脏，在肝脏中再与蛋白质结合进入血浆。当一次摄入1250μg的维生素D 2 后，维生素D的循环浓度在几小时内开始增加，顶峰出现在12小时，在72小时后逐渐下降，这种吸收的测试已被用于肠道维生素D吸收不良的诊断。如果口服后维生素D循环浓度没有升高即可作出诊断。在慢性肝脏疾病，包括囊性纤维化、Crohn’s病、Whipple’s病和肠炎性腹泻时，由于小肠不能吸收维生素D容易引起缺乏。皮肤中的7-脱氢胆固醇在阳光紫外线作用下形成维生素D 3 前体，后者转化成维生素D 3 ，其产量约在24小时升至92%，并趋于平台期。血浆中的维生素D结合蛋白可将皮肤中形成的维生素D 3 输送至肝脏供机体利用，不进入血液循环的维生素D 3 则可以通过日光照射而代谢失活，故经皮肤产生的维生素D 3 不易产生中毒，并从未有由于增加紫外线照射引起高维生素D血症的相关报道。
维生素D结合蛋白质（vitamin D-binding protein，DBP）是一种α-球蛋白，偶尔有一些β-球蛋白。在人类和大鼠的研究已证实DBP是单聚体糖蛋白，依赖顺-三烯结构和维生素D的C-3羟基组结合，它与25-（OH）D 3 的亲和力比其他形式的大，并且非常稳定，不受性别、年龄或维生素D状况的影响。DBP由肝脏合成，在肝脏疾病患者中合成下降，而在雌激素治疗或妊娠时合成增加。
25-（OH）D 3 是血液中维生素D的主要存在形式。大多数的维生素D由DBP或脂蛋白携带到肝脏，在侧链C-25位上羟化形成25-（OH）D 3 ，它是主要的循环形式，维生素D 25-羟化酶包括两种形式的细胞色素P450混合功能氧化酶，一种是在内质网上的低亲和力高容量酶，另一种则是在线粒体上的高亲和力低容量酶，25-羟化酶主要受维生素D在肝脏的浓度调节，几乎不被25-（OH）D 3 抑制，但可被异烟肼抑制。25-（OH）D 3 不储存在细胞内，它被释放到血浆中和DBP结合，在正常的25-（OH）D 3 血浆浓度时，仅有少量的25-（OH）D 3 从血浆池中释放进入组织。因此，25-（OH）D 3 的循环水平是良好的维生素D营养状况指标。
维生素D经典的功能是维持血浆钙和磷水平的稳定，以满足骨骼矿物化、肌肉收缩、神经传导及细胞的基本功能。VD的活性代谢物［calcitriol，1，25（OH） 2 D 3 ］通过与维生素D受体（vitamin D receptor，VDR）结合发挥作用，作为转录因子调节膜钙离子通道、钙结合蛋白等的表达。近年来，维生素D在骨骼系统之外的功能也受到广泛的关注。研究发现VDR不仅存在于小肠和骨骼中，还在多种器官中表达，包括脑、心脏、乳腺、皮肤等。维生素D参与调节细胞增殖和分化，同时，VDR在多种白细胞如单核细胞、活化的T淋巴细胞、B淋巴细胞上表达，参与调节机体免疫功能。
VDR属于超家族成员，其本质是一种配体依赖的核转录因子。VDR分为细胞核受体（nVDR）和细胞膜受体（mVDR）两大类，其分子量分别为50kDa和60kDa。研究发现，1，25-（OH） 2 D 3 除了可以通过nVDR产生基因效应作用于靶细胞外，还存在由mVDR介导的快速非基因效应，该效应的产生和完成所需要的时间仅为数秒到数分钟，25-（OH） 2 D 3 在小肠对钙快速吸收、胰岛β细胞分泌胰岛素、破骨细胞离子通道的开放等方面均发挥了快速非基因效应。研究发现VDR基因具有明显的多态性，其中Bsm I、Taq I、Fok I等参与骨代谢的位点研究较多。
维生素D的生理功能主要包括：
（一）维持机体钙、磷平衡
维生素D主要以1，25-（OH） 2 D 3 的形式在小肠、骨、肾等靶器官起作用，维持细胞内、外钙浓度，调节钙、磷代谢（图1-9-13）。1，25-（OH） 2 D 3 与甲状旁腺激素（parathormone，PTH）共同作用维持血钙水平稳定。当血钙浓度降低时，PTH分泌增加，刺激肾脏中的25-（OH）D-1α-羟化酶，增加1，25-（OH） 2 D 3 的合成，促进钙在肾小管的重吸收；使未成熟的破骨细胞前体转变为成熟的破骨细胞，促进骨质吸收。而当血钙过高时，促进甲状旁腺产生降钙素，阻止钙从骨骼中动员、增加钙、磷从尿中排出。
此外，维生素D通过促进骨骼及牙齿的矿化、促进小肠钙吸收，以及肾脏对钙、磷的重吸收等调节机体钙、磷代谢。
（二）参加体内免疫调节
随着在体内很多组织、细胞上发现1，25-（OH） 2 D 3 的受体，包括单核细胞、巨噬细胞、活化的T细胞、B细胞等，人们提出了1，25-（OH） 2 D 3 诱导巨噬细胞混合和分化、调节T细胞功能以及细胞因子分泌等观点，其中研究最多的是维生素D对于单核巨噬细胞功能的调节，发现维生素D具有的激素样作用可能在机体免疫调节中起重要作用。目前，维生素D已在治疗银屑病等皮肤疾病中使用。
维生素D缺乏（vitamin D deficiency）是一个世界性的问题。长期维生素D缺乏与儿童佝偻病、成人骨质软化症、骨质疏松有关，近年来研究发现自身免疫性疾病、2型糖尿病等可能也与维生素D缺乏有关。但是，长期过量摄入这种脂溶性维生素又会导致中毒。
（一）缺乏
造成VD缺乏流行的主要原因是阳光直接暴露不足、膳食中缺乏维生素D。孕妇、肤色深的人群（黑人、西班牙人、皮肤黑色素增加者）、肥胖者、儿童和老年人是VD缺乏的高风险人群。据估计全球约30%～60%的儿童和成年人存在VD缺乏和不足。据Holick对普通人群维生素D缺乏率的报道，北欧国家达92%，加拿大为61%，欧洲为57%～64%，亚洲为78%～98%，北非为60%，美国为36%，澳大利亚为31%。维生素D缺乏症表现为骨骼疾病，在儿童称为佝偻病（rickets），成人称为骨质软化症（osteomalacia）和骨质疏松（osteoporosis）。并且，近年来研究发现维生素D缺乏可能与先兆子痫、自身免疫性疾病、传染性疾病、糖尿病等有关。
1.佝偻病（rickets）
佝偻病常发生在日照不足、喂养不当的婴儿以及出生后生长较快的早产儿。佝偻病患儿的主要表现为低钙血症、牙齿萌出延迟、骨骼生长障碍、易弯曲、畸形等。神经、肌肉、造血、免疫等器官功能可能也受到影响。佝偻病典型的骨骼畸形表现为方头、鸡胸、漏斗胸、“念珠肋”“O”型腿和“X”型腿等。佝偻病一般多见于6个月以内婴儿，以骨质软化为主要表现，由于低血钙，患儿可能出现惊厥和抽搐。
2.骨质软化症（osteomalacia）
成年人维生素D缺乏主要表现为骨质软化病，特别是妊娠和哺乳妇女以及老年人容易发生。其特点是骨样组织钙化不良，骨骼生长障碍。早期症状常不明显，随着骨软化加重，主要表现为肌肉无力，脊柱、肋骨、臀部、腿部疼痛。严重者可发展为剧烈的全身骨痛，活动和行走时加重。
3.骨质疏松（osteoporosis）
骨质疏松是慢性退行性疾病。其特征为骨密度降低、骨骼微观结构破坏，以骨骼疼痛、骨折风险增加为特征。维生素D营养状况差和钙摄入量低是骨质疏松和骨折发生风险的重要决定因素。当骨质疏松症患者的血浆25-（OH）D 3 浓度低于10nmol/L（4ng/ml）时，可能同时伴有血浆钙磷水平降低。
（二）过量
天然食物中维生素D含量通常很低，因此，天然食物引起的维生素D中毒极少发生，接受阳光暴露的人亦不可能发生VD中毒，但由于长期摄入大量维生素D补充剂所致过量或中毒时有发生。当维生素D的摄入增加时，循环中25-（OH）D 3 的量增高，它是引起维生素D中毒的主要代谢物。在25-（OH）D 3 高水平时可和细胞内1，25-（OH）D 3 的受体竞争，而减少了后者的正常形成。高维生素D血症的患者血中25-（OH）D 3 浓度比正常个体高15倍，但1，25-（OH） 2 D 3 水平没有显著变化。高浓度25-（OH）D 3 刺激肠道钙吸收和骨钙重吸收引起高钙血症，最终导致钙、磷在软组织的沉积，特别是心脏和肾脏，其次为血管、呼吸系统和其他组织，最终导致软组织钙化和肾结石。
维生素D中毒最早出现的症状是食欲减退、厌食、烦躁、哭闹、多汗、恶心、呕吐、腹泻或便秘，逐渐出现烦渴、尿频、夜尿多，偶有脱水和酸中毒。严重病例可出现精神抑郁、肌张力低下、运动失调，甚至昏迷、惊厥、肾衰竭等。长期慢性中毒可致骨骼、肾、血管、皮肤出现相应的钙化，严重者可因肾衰竭而致死亡。
维生素E是1922年由加利福尼亚大学的H.K. Evans和Kathrine Bishop首次发现的。他们在研究中发现，用酸败的猪油喂养大鼠可造成不育症，而在膳食中加入莴苣和全麦却能够使大鼠恢复生殖能力，这表明植物食物中的某些成分是大鼠正常生育所必需的。1936年埃文斯Evans等从麦胚中分离出维生素E的第一个生物活性成分，称为生育酚（tocopherol），这个词来源于希腊语里的tokos（生孩子）和pherins（出生）。在随后的几年中相继从植物油中发现了维生素E的其他两种活性形式，埃文斯将这三种醇命名为α、β和γ生育酚。1938年，Smith和Bergel团队完成了活性最强的α-生育酚的合成。20世纪60年代维生素E被证实为人类人体必需的营养素。
以往对维生素E的研究大多集中于其抗氧化作用、雌性大鼠生殖所必需、神经系统功能作用等。近些年来，总结维生素E对信号转导以及基因表达影响的基础研究，发现维生素E的效应除其抗氧化作用以外，还有其他生理功能。
（一）结构
维生素E（vitamin E）又名生育酚（tocopherol），是6-羟基苯并二氢吡喃环的异戊二稀衍生物，包括生育酚和三烯生育酚（tocotrienol）两类共8种化合物，即α、β、γ、δ生育酚和α、β、γ、δ三烯生育酚（图1-9-14，图1-9-15）。前四者之间的不同之处是环状结构上的甲基数量和位置不同，三烯生育酚与生育酚之间的区别是前者侧链上有三个双键，而生育酚的侧链上无双键。虽然维生素E的8种化学结构极为相似，但其生物学活性却相差甚远。α-生育酚是自然界中分布最广泛、含量最丰富、活性最高的维生素E，β-生育酚、γ-生育酚和δ-生育酚的活性分别为α-生育酚的50%、10%和2%。α-三烯生育酚的活性大约为α-生育酚的30%。
（二）性质
维生素E室温下为油状液体，橙黄色或淡黄色，溶于脂肪及脂溶剂。各种生育酚都可被氧化成生育酚自由基、生育醌及生育氢醌（图1-9-16）。这种氧化可受光照射、热、碱，以及一些微量元素如铁和铜的存在而加速。各种生育酚在酸性环境比碱性环境下稳定；在无氧的条件下，他们对热与光以及对碱性环境相对较稳定。在有氧条件下，游离酚羟基的酯是稳定的，因此，商业上的生育酚常以其醋酸酯的形式存在。
α-生育酚的天然存在形式是RRR异构体（RRR-α-生育酚，又称d-α-生育酚），对热、酸等环境比较稳定。遇碱不稳定，可发生氧化。在酸败的油脂中易破坏。机体组织和食物中维生素E的含量以RRR-α-生育酚当量（tocopherol equivalents，α-TEs）表示。
维生素E补充剂常含有α-生育酚的各种酯，如α-生育酚乙酸酯、琥珀酸酯或烟酸酯。酯类的结构能防止维生素E的氧化并延长其保质期。口服这些酯后，很容易被水解，并以α-生育酚（非酯形式）的形式被吸收。
（一）吸收
维生素E在有胆酸、胰液和脂肪存在时，在脂酶的作用下以混合微粒（mixed micelles）的形式，在小肠上部经非饱和的被动弥散方式被肠上皮细胞吸收。不同形式的维生素E表观吸收率十分近似，无论是膳食中摄入的维生素E还是维生素E补充剂，吸收率在40%左右。维生素E补充剂在餐后服用，有助于吸收。增加摄入量可使吸收率降低。胰液或胆汁分泌缺乏，胆汁输送障碍或胆道梗阻、脂肪吸收不良、脂肪肝、胰腺炎或囊纤维症患者，可使维生素E的吸收受影响而导致缺乏。
（二）转运
各种形式的维生素E被吸收后大多由乳糜微粒携带经淋巴系统到达肝脏。在肝脏合成脂蛋白的过程中，维生素E被整合组装到极低密度脂蛋白（VLDL）中并分泌进入血液循环。肝脏在组装脂蛋白时优先选择α-生育酚，其他形式的生育酚在肝脏中的储留相对较少。因为肝脏中有α-生育酚转运蛋白（α-tocopherol transfer protein，α-TTP），具有特异性选择α-生育酚并将其整合入VLDL的能力。
维生素E在脂蛋白与红细胞之间进行快速交换，红细胞内的维生素E每小时大约有1/4被转换，因此，红细胞维生素E的浓度与血浆中的浓度高度相关。红细胞膜中α-生育酚含量较高，其浓度与血浆水平处于平衡状态，当血浆维生素E低于正常水平，易发生红细胞膜的破裂而导致溶血。人类红细胞中存在RRR-α-生育酚膜结合蛋白（RRR-α-tocopherol-membrane-binding protein），能特异性将α-生育酚结合到红细胞膜上，在预防溶血方面起重要作用，因此，α-生育酚比其他形式的维生素E在预防溶血方面更有效。
LDL是VLDL在血液中的代谢产物，主要功能是将肝脏合成的胆固醇转运到组织，也是血液中维生素E的主要转运载体。多种组织（肾上腺皮质、睾丸、卵巢及肝脏本身）细胞表面都具有低密度脂蛋白受体（LDL receptor，LDLR），这种受体能够特异性地识别并结合LDL上的apoB100和apoE。当血液中LDL与组织表面的LDL受体结合后，它们形成复合物，通过内吞作用进入细胞内。复合体被质膜包围起来形成内吞泡，内吞泡与细胞中溶酶体融合，溶酶体内的水解酶最终将LDL水解。此水解过程释放脂类物质及维生素E供组织利用。
（三）储存
维生素E在体内的储存有两个库：快速转化的库（rapidly turning over pool）和缓慢转化的库（slowly turning over pool）。血浆、红细胞、肝脏、脾脏中的维生素E属于快速转化的库，这些组织中“旧”的α-生育酚会很快地被“新”的所替代，同时当体内维生素E缺乏时，其维生素E含量迅速下降。与此相反，脂肪组织中的维生素E含量相当稳定，对于维生素E缺乏引起的变化很小。动物研究表明，在体内维生素E缺乏后血浆维生素E降到很低水平，临床上已出现明显的缺乏症表现（如肌病），但是两年内脂肪组织中α-生育酚仍可维持在很高水平。神经组织、大脑、心脏、肌肉中维生素E的转化也很缓慢。
（四）体内分布
维生素E在血液中分布于各种脂蛋白中，成年男性在低密度脂蛋白（LDL）中含量稍多于高密度脂蛋白（HDL），成年女性则相反。孕妇体内的维生素E在极低密度脂蛋白（VLDL）中含量多而在HDL中的分布却低于非孕妇女。维生素E主要储存在于脂肪组织、肝脏及肌肉中。在各种组织器官中，以肾上腺、脑下垂体、睾丸以及血小板中的浓度最高。见表1-9-8。红细胞膜中α-生育酚含量较高，其浓度与血浆水平处于平衡状态，当血浆维生素E低于正常水平，易发生红细胞膜的破裂而导致溶血。
健康成人血浆维生素E平均浓度为10mg/L左右，儿童血浆浓度稍低，平均水平在7mg/L。早产儿血浆水平低于足月婴儿，人工喂养的婴儿低于母乳喂养儿。见表1-9-9。补充维生E可使其水平提高，但是不管维生素E补充的时间和剂量有多大，血浆浓度的增加不会超过平均水平的2～3倍。如果膳食中维生素E缺乏，血浆浓度会迅速下降。但是大多数的成人体内维生素E的储存相对丰富，如果食物中不含维生素E，通常体内的储存量可维持几个月。
（五）排泄
维生素E的代谢受细胞色素P450（CYPs）调节。CYPs启动生育酚和三烯生育酚的ω氧化，然后是β氧化，形成的主要氧化产物是α-生育醌，之后与硫酸盐或葡萄糖醛酸形成共轭物，经尿液或胆汁排出。皮肤和肠道也是维生素E排泄的一条重要途径。Chiratori等用［ 3 H］标记的生育酚喂饲大鼠，发现将近40%标记的维生素E从皮肤和粪便排泄。肠道排泄的维生素E是未被吸收的维生素E以及与胆汁结合代谢后的混合物。过量的α-生育酚以及其他生育酚和三烯生育酚类在排泄前就被大量代谢，以维持体内正常的维生素E水平。
（一）抗氧化作用
维生素E是非酶抗氧化系统中重要的抗氧化剂，能清除体内的自由基并阻断其引发的链反应，防止生物膜（包括细胞膜、细胞器膜）和脂蛋白中多不饱和脂肪酸、细胞骨架及其他蛋白质的巯基免受自由基和氧化剂的攻击。在这个过程中，维生素E先被氧化，因此扮演的是“牺牲者”的角色。维生素E与氧自由基反应后，将自由基捕获，即转变为生育酚自由基（tocopheroxy radical），也就是氧化型维生素E，这种形式的自由基虽然不是完全没有活性，但对脂肪酸侧链的攻击作用比过氧自由基弱得多，因而维生素E总的作用是减慢脂质过氧化作用的链反应。此后，机体可利用体内存在的自由基自体淬灭机制将生育酚自由基恢复为生育酚。维生素C、β-胡萝卜素与维生素E有一定的协同互补作用。在氧分压较高时，生育酚自由基在生物膜表面与维生素C接触进行反应，使维生素C氧化成维生素C自由基，而生育酚自由基可还原为生育酚，因此构成了维生素E与维生素C的抗氧化联合防线，其反应过程见图1-9-18。在氧分压较低时，β-胡萝卜素可以使与自由基结合的维生素E得到恢复。硒是谷胱甘肽过氧化物酶的重要组成成分，该酶主要定位在胞质，可清除胞质内的过氧化氢，减少由自由基引起的细胞膜的破坏。维生素E主要定位在细胞膜，硒与维生素E相互配合进行协同的抗氧化作用。
维生素E能清除体内的自由基并阻断其引发的链反应，保护生物膜（包括细胞膜、细胞器膜）、脂蛋白中多不饱和脂肪酸、细胞骨架及其他蛋白质的巯基免受自由基和氧化剂的攻击。细胞膜内那些具有生物活性的脂质是细胞重要的信号分子，脂质过氧化导致这些信号分子数量的改变或丢失，引起了细胞内的一系列改变。维生素E对不同信号途径的调控作用可能也是源于细胞或组织氧化应激反应（图1-9-18）。人类红细胞中存在RRR-α-生育酚膜结合蛋白（RRR-α-tocopherol-membrane-binding protein），能特异性将α-生育酚结合到红细胞膜上，在预防溶血方面起重要作用，因此，α-生育酚比其他形式的维生素E在预防溶血方面更有效。
（二）抗动脉粥样硬化
LDL-C的氧化修饰是动脉粥样硬化（形成脂肪条纹和斑块）和冠心病的起始步骤。LDL含大量的胆固醇和多不饱和脂肪酸，受到过氧自由基攻击后产生氧化型LDL-C（Ox-LDL），Ox-LDL易被血管内膜的内皮细胞及平滑肌细胞的“清道夫”受体大量吸收，形成泡沫细胞和脂肪条纹，使血管内皮受损，进而引发平滑肌细胞增殖移行以及血小板聚集，动脉壁形成粥样硬化斑块。大量的脂质聚集、逐渐坏死、崩解，并引起结缔组织的增生和炎症，导致各种动脉粥样硬化性疾病的发生。各种脂蛋白中都有维生素E存在，LDL的氧化多发生在维生素E被消耗之后。体外试验表明，LDL中加入维生素E，可提高其抗氧化能力，使LDL氧化的迟后期延长，LDL的氧化反应率降低。这种作用在人体补充维生素E的试验中也得到证实。充足的维生素E可抑制细胞膜脂质的过氧化反应，增加LDL-C的抗氧化能力，减少Ox-LDL的产生，保护LDL-C免受氧化。维生素E还有抑制血小板在血管表面凝集和保护血管内皮的作用，因而被认为有预防动脉粥样硬化和心血管疾病的作用。
（三）对免疫功能的作用
维生素E对维持正常的免疫功能，特别是对T淋巴细胞的功能很重要。这一点已在动物模型和在一些老年人群中得到证实。老年人群补充维生素E，可使迟发型变态反应皮肤试验阳性率提高，淋巴细胞转化试验活性增强。大鼠缺乏维生素E时免疫反应低下，外周血淋巴细胞对ConA刺激的转化作用出现抑制现象。Sakamoto等给大鼠每日腹腔注射维生素E，6天后实验组动物血中维生素E含量增高，淋巴细胞转化率及对羊红细胞的抗体应答反应比对照组增强数倍，同时腹腔巨噬细胞数及血中T细胞分裂素原（T-kininogen）含量均明显增加。并认为这种作用是由于维生素E直接通过刺激巨噬细胞和一些细胞因子如集落刺激因子（G-CSF，GM-CSF）、IL-1及IL-6等的结果。至于维生素E是如何诱导细胞因子的机制尚不清楚。维生素E也可间接使T细胞分裂原（属于热反应蛋白）增加引起T细胞增殖。
（四）对胚胎发育和生殖的作用
维生素E是大鼠正常胚胎发育所必不可少的微量营养素，维生素E吸收障碍可以引起胚胎死亡，维生素E缺乏可引起动物不孕。目前，补充维生素E已经成为促进饲养动物生长的一项常规措施，但是对于其机制的研究相当少。目前尚未找到维生素E对人类生殖作用的直接证据。妇女妊娠期间，血浆α-生育酚的浓度随血脂水平的增加而升高。一般认为维生素E的需要量随妊娠月份增加而增加，因此，孕妇可以补充小剂量（50mg/d）维生素E。已有研究证明，母亲和胎儿血浆维生素E浓度之间没有清晰的关系。补充维生素E只能增加母亲血浆中的含量，维生素E不能有效地通过胎盘进入胎儿的血液循环。妊娠异常时，其相应妊娠月份时的血浆α-生育酚浓度比正常孕妇低。
（五）对神经系统和骨骼肌的保护作用
维生素E有保护神经系统、骨骼肌、视网膜免受氧化损伤的作用。人体神经肌肉系统的正常发育和视网膜的功能需要充足的维生素E。神经系统在产生神经递质的过程中，伴随大量自由基的产生。因此，维生素E在防止线粒体和神经系统的轴突膜受自由基损伤方面是必需的。
（六）其他作用
1.预防衰老
人们随着年龄增长，体内脂褐质不断增加，脂褐质俗称老年斑，是细胞内某些成分被氧化分解后产生的沉积物。补充维生素E可减少细胞中的脂褐质形成；维生素E还可改善皮肤弹性，使性腺萎缩减轻，提高免疫力。
2.调节血小板的黏附力和聚集作用
维生素E缺乏时血小板聚集和凝血作用增强，增加心肌梗死和脑卒中的危险性。这是由于维生素E可抑制磷脂酶A 2 的活性，减少血小板血栓素A 2 的释放，从而抑制血小板的聚集。
3.降低血胆固醇水平
维生素E可抑制体内胆固醇合成限速酶，即3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A（3-hydroxy-3-methyl glutaryl coenzyme A，HMG-CoA）还原酶的活性，从而降低血浆胆固醇水平。
（一）缺乏
维生素E在自然界中分布甚广，一般情况下不会发生缺乏，但可出现在低体重的早产儿、血β-脂蛋白缺乏症、脂肪吸收障碍的患者。Horwitt等曾对志愿者用长达6年的低维生素E的膳食，试图诱导人体维生素E缺乏症。在试验进行到2年左右，受试者血浆维生素E下降到缺乏水平，虽然红细胞对过氧化的敏感性增加并产生溶血现象，但未能发展为贫血。当机体存在脂肪吸收不良或某些疾病时可导致维生素E缺乏。最常见的疾病是囊性纤维变性（婴儿的一种遗传性综合征及吸收不良）、无β-脂蛋白血症、慢性胆汁淤积性肝病、短肠综合征以及其他形式的慢性腹泻，其血浆维生素E明显减少。成年人患维生素E吸收不良时，因为体内有储存，需要数年后血浆维生素E水平才降到缺乏水平。
维生素E缺乏还常伴随细胞膜脂质过氧化作用增高，这将导致线粒体的能量产生下降、DNA氧化与突变以及质膜正常运转功能的改变。尤其是当细胞膜暴露在氧化剂的应激状态下，细胞会很快发生损伤和坏死，并释放脂质过氧化的副产物，吸引炎性细胞和吞噬细胞的聚集和细胞胶原蛋白的合成。
（二）过量
在脂溶性维生素中，维生素E的毒性相对较小。动物实验未见维生素E有致畸、致癌、致突变作用。大多数成人都可以耐受每日口服100～800mg α-TE的维生素E而没有明显的毒性症状和生化指标改变。然而，极高剂量的维生素E可与其他脂溶性维生素（维生素A、D和K）产生拮抗作用。动物实验发现大剂量维生素E可抑制生长、干扰甲状腺功能及血液凝固、使肝中脂类增加。有证据表明人体长期摄入1000mg/d以上的维生素E有可能出现中毒症状，如视觉模糊、头痛和极度疲乏等。维生素E过量最令人担忧的可能副作用是凝血机制损害导致某些个体的出血倾向。因为出血是对生命有潜在威胁的一种情况，有学者建议成人α-TE摄入量不应超过1000mg/d。使用抗凝药物或有维生素K缺乏的人，在没有密切医疗监控情况下不宜使用维生素E补充剂，因为有增加出血致命的危险。早产儿对补充α-生育酚的副作用敏感，因此必须在儿科医生的监控下使用。
维生素K是脂溶性维生素中含有2-甲基-1，4萘醌的一族同系物。1929年Henrik Dam等在哥本哈根用鸡饲以无脂饲料研究固醇代谢发现一种脂溶性的抗出血因子。随后，加拿大的MacFanlane和美国的Holst和Halbrook分别在1931年和1933年也有类似的发现。1934年Dam等进一步研究证明还没有哪一种已知的维生素可以预防他们所描述的出血性疾病，遂将之命名为新的维生素“K”（取凝血Koagulation第一个字母）。他们证明维生素K分布于肝脏、大麻籽和绿叶蔬菜中。大约在同一时间，Almquist和Stokstad发现鱼粉，尤其是在变质以后，是这种维生素的良好来源。
1939年，Doisy和Dam宣称从紫花苜蓿中分离了维生素K 1 ，被确认为2-甲基-3-叶绿基-1，4-萘醌。此外，Doisy报道了一种从变质的鱼粉中分离的与之有关但又不一样的维生素K，他们将之命名为维生素K 2 。Doisy和Dam也因为此工作分享了1943年的诺贝尔生理学或医学奖。
1941年，Campbell和Link发现了维生素K的拮抗剂——双香豆素。通过4-羟基香豆素药物陆续发现了多种维生素K依赖的凝固因子：转变加速因子前体（因子Ⅶ），Stuart因子（因子Ⅹ）、Christmas因子（因子Ⅸ）、蛋白质C、蛋白质S、蛋白质Z和新的生长抑制特异性因子（Gas 6）等。
维生素K的具体作用方式直到1974年才被发现。瑞士Stenflo、美国Nelestuen和丹麦Magnusson均发现正常凝血酶原中存在一种氨基酸——γ-羧基谷氨酸（Gla）。维生素K通过促进维生素K依赖蛋白质结构中选择性谷氨酸残基的羧化，从而改变维生素K依赖蛋白质转译后的结构。这一发现使有关维生素K功能的概念产生了革命性变化，并开启基于维生素K依赖的γ-谷氨酰羧化酶在各组织中功能的研究。随后，研究发现维生素K在组织钙化中发挥重要的引导作用，其能够促进骨组织钙化并抑制其他组织器官的钙化。而且维生素K对神经鞘脂类合成同样发挥作用，并被初步发现其具有潜在抗癌作用。
维生素K是黄色晶体，通常呈油状液体或固体。天然形式的维生素K包括K 1 和K 2 ，其特点是在第3位上被一烷基侧链取代。天然维生素K（K 1 和K 2 ）为脂溶性，对热稳定，但易遭酸、碱、氧化剂和光（特别是紫外线）的破坏。在正常的烹调过程中只损失很少部分。然而，某些人工合成的维生素K（K 3 和K 4 ）为水溶性。在维生素K中，最重要的是维生素K 1 和K 2 。维生素K 1 （phylloquinone叶绿醌）：2-甲基-3-叶绿基-1，4-萘醌，为3号位被一个植烷基取代，在天然绿色植物中广泛存在的维生素K的同系物。维生素K 2 （menaquinone-n甲萘醌）指的是一族2-甲基-1，4萘醌的同系物，其第3位为含有4～13个异戊二烯单元的异烯侧链（MK-n，n=4-13）所取代，后缀（-n）表示侧链上异戊二烯单元的数量（图1-9-19）。维生素K 2 在肠道内由细菌合成，能供应维生素K的部分需要。维生素K是必需的，这是因为1，4萘醌核心在体内不能合成。维生素K 1 的分子量为450.68g/mol，而维生素K 2 的分子量为648.97g/mol。维生素K可用非极性溶剂从植物和动物组织中提取。目前，采用高效液相色谱-荧光检测法和液相色谱-串联质谱法检测维生素K同系物。
（一）吸收
维生素K从小肠吸收进入淋巴系统（哺乳类）或肝门循环（鸟类、鱼类和爬行类），机体吸收的维生素K既有食物中的，也有从肠道细菌合成的。这一过程中维生素K 1 和K 2 的吸收与其他脂溶性维生素一样，需要胆汁、胰液参与，并与乳糜微粒相结合，由淋巴系统运输。其吸收效率变化范围很广（10%～80%），此取决于维生素K的来源及所服用维生素K的赋形剂。当给动物或人经口服用生理剂量或药理剂量的同位素标记的维生素K 1 ，20分钟内血浆中已出现维生素K 1 ，2小时达峰值，随之在48小时到72小时后呈指数下降、最终降至1～2nM（0.5～1.0ng/ml）。在此期间，维生素K从乳糜微粒转运到β脂蛋白中，运输至肝内，与VLDL相结合，并通过LDL转运至骨骼等组织。
（二）转运
维生素K吸收后与乳糜微粒结合，使之转运至肝脏。肝脏迅速摄取维生素K，但在肝内它的半减期比较短，约17小时。在肝脏中，一些维生素K被储存，另一些被氧化为非活性终产物，还有一些随极低密度脂蛋白（VLDL）再释放。随后，维生素K随低密度脂蛋白（LDL）和高密度脂蛋白（HDL）再次转运至血浆中。血浆中维生素K约50%为VLDL所携带，约25%在LDL中，另外25%在HDL中。尚未发现维生素K的特异载体。健康成人的血浆维生素K浓度在0.1～0.7ng/ml范围内。
（三）代谢
由于肝脏对维生素K的储存能力有限，故人体内维生素K的储存较少，更新较快，约每2.5小时可更新一次。维生素K 3 代谢最快，24小时内代谢量约为生理剂量的70%，其可在动物肝微粒体内转变为MK-4，但产量很少，仅为摄取量的0.05%～1.0%。维生素K 3 主要代谢产物为双氢维生素K 3 葡糖苷酸的硫酸酯。维生素K 1 代谢物为其短链及氧化代谢物形成γ-内酯，还可与葡糖苷酸结合。在人体，维生素K的侧链可以进行β或ω氧化形成6-羧基酸及其γ-内酯或进一步分解为4-羧基酸，同时还有少量的环氧代谢物，这些代谢物与葡糖苷酸相结合，存在于肠肝循环中，或从尿中排出。人体摄入维生素K 1 的60%～70%通过分泌物排泄而丢失。另有大约15%的维生素K以水溶性代谢产物的形式经尿排出。
（四）维生素K循环
图1-9-20描述了羧化反应和维生素K循环，这是维生素K的利用途径。维生素K环氧化物是其谷氨酰-羧化的产物，它能通过酶促反应再循环生成维生素K氢醌。香豆素抗凝剂并不能阻断羧化反应，但它们能够阻断从维生素K环氧化物再生为维生素K氢醌的两个还原酶。由于维生素K氢醌是γ-谷氨酸羧化酶的必需底物，故香豆素通过抑制其形成便抑制了羧化。大剂量的维生素K（1～10mg）能克服香豆素的阻断，它是通过在肝内利用其他还原酶再生维生素K氢醌。根据维生素K摄入量，每日维生素K循环往复200～2000次，维持机体维生素K的平衡。
（五）体内分布
人类体内维生素K的储存很少，更新很快，肝脏储存机体10%的维生素K 1 和90%的维生素K 2 。在细胞内，维生素K主要存在于生物膜（尤其是内质网和线粒体膜）上。在维生素K摄入不足时，其从膜上的释放要比从胞质中缓慢得多。
当摄入维生素K 1 或维生素K 2 时，肝脏迅速吸收维生素K。与之相比，2-甲萘醌（K 3 ）很少被肝脏所吸收，而代之以广泛分布到其他器官。维生素K的肝内储存期甚短，其迅速从肝脏去除并被很快排泄。维生素K在许多器官中的含量并不高，其富集部位包括：肾上腺、肺脏、骨髓、肾脏和淋巴结。维生素K基本不经胎盘转运，脐带血检测不到维生素K。
机体自身以及肠道菌群均能够将维生素K 1 转化为维生素K 2 ，同时在肠道菌群的作用下，能延长维生素K 2 异戊型侧链生成各种维生素K 2 形式。因此，即使其唯一的膳食形式是MK-4，组织中呈现的依然是维生素K的混合物。同样，饲以叶绿醌（K 1 ）的动物，在它们的组织中广泛分布的却是MK-4。
（一）调节凝血蛋白质合成
目前，至少在12种蛋白质中，维生素K能够在其特异性谷氨酸残基上添加羧酸官能团（—COOH），使其羧化为Gla，因此称其为维生素K依赖蛋白质。其中有4种凝血因子是维生素K依赖的，分别为：凝血因子Ⅱ（凝血酶原）、因子Ⅶ（转变加速因子前体）、因子Ⅸ（christmas因子，血浆促凝血酶原激酶成分）和因子Ⅹ（stuart因子）。其他依赖维生素K的凝血因子是抗凝蛋白质C和S，以及蛋白Z和M。血浆内上述8种维生素K依赖蛋白质，它们的前40位氨基酸序列相同，均需要钙存在下发挥活性作用。
（二）调节骨组织钙化
在维生素K同系物中，维生素K 2 对骨骼的调节作用最为显著。研究表明来源于发酵豆类的维生素K 2 （MK-7）能够促进成骨细胞，抑制破骨细胞从而促进骨骼钙化。一项系统综述显示，在日本，维生素K 2 能够预防60%椎体骨折、77%髋部骨折和81%非椎体骨折。其效果堪比双膦酸盐治疗。一项关于241例骨质疏松患者的干预研究显示，维生素K 2 （45μg/d）联合钙治疗能够维持其骨密度，然后单纯补钙和安慰剂组其腰椎骨密度下降2.5%。一项三年的随机对照研究显示，维生素K 2 （180μg/d）补充能够减缓年龄导致的腰椎和股骨颈骨量丢失，但不能延缓总股骨密度下降。同时，维生素K 2 （MK-7）能够预防胸椎椎体高度的减少。但是维生素K 1 （500μg/d）补充三年并没有明显观察到骨密度的改善。另一项研究也同样发现两年的维生素K 1 补充与安慰剂相比并没有明显改善骨密度。不过，却发现干预组有较少的骨折发生。
（三）抑制血管及尿路钙化
尿道中Gla蛋白同样能够抑制各种钙盐的沉积。维生素K通过羧化激活Gla蛋白发挥抑制作用。有研究表明，尿路结石患者，其羧化酶活性的降低可能在草酸钙尿石症中发挥重要作用。
（四）维生素K对认知的作用
维生素K在神经鞘脂类生物合成中的作用早在40多年前就被发现。在生物合成中，维生素K维持丝氨酸棕榈酰转移酶，在神经鞘脂途经中该酶是起始酶。最近，维生素K依赖蛋白（如蛋白Gas6）被证实在外周和中枢神经系统中发挥重要作用。由于其对脑内硫转移酶活性和生长因子/酪氨酸激酶受体活性具有调节作用，维生素K可能在阿尔茨海默病发病机制中发挥作用。有研究表明，老年阿尔茨海默病患者维生素K 1 摄入明显低于对照组，维生素K的摄入可能改善健康老年人的认知功能。该研究显示维生素K 1 与老年人更好的口头记忆水平（尤其表现在回忆环节上）相关。而维生素K拮抗剂的使用伴随着更多的认知障碍。
（五）其他作用
目前也有很多关于维生素K潜在抗癌作用的研究。维生素K 2 可通过激活蛋白激酶A，相对安全的抑制人肝癌的生长和侵袭，并对肿瘤复发有一定的抑制作用。体外肺癌细胞实验中也表现出剂量依赖的抑制癌细胞生长，在胰腺癌细胞中也有类似的结果。一项1.1万患者的队列研究显示，维生素K 2 摄入量越高，晚期前列腺癌的发病率就越低；但维生素K 1 的摄入与前列腺癌无关。
也有报道显示维生素K与糖尿病相关。尽管我们知道胰腺中维生素K的含量较高，但缺乏维生素K会导致大鼠体内胰岛素的过度释放，减少血液中葡萄糖的清除。近期，一项对照研究显示30mg维生素K 2 补充能够提高健康年轻男性胰岛素敏感性。维生素K 1 （500μg/d）补充3年能够改善男性胰岛素抵抗，但对女性无效。一项队列研究显示，增加维生素K 1 摄入能够降低51%糖尿病发展。另一项近期综述建议将维生素K补充作为一种新的控制血糖改善生活质量的辅助治疗。
（一）维生素K缺乏
维生素K的每日需要量约为1μg/kg体重。维生素K缺乏引起低凝血酶原血症，且其他维生素K依赖凝血因子浓度下降，表现为凝血缺陷和出血。
健康成人原发性维生素K缺乏并不常见。成人不会缺乏维生素K是因为维生素K广泛分布于植物和动物的组织中；维生素K循环保存了维生素K；正常肠道菌群合成维生素K 2 。然而，维生素K缺乏可见于最低限度膳食摄入量的成人，如他们经受外伤、外科手术，或长期胃肠外营养伴或不伴广谱抗生素治疗。胆道阻塞、吸收不良或实质性肝脏疾病者亦有维生素K缺乏较高的危险性；服用某些药物者，包括抗惊厥剂、抗凝剂、某些抗生素（特别是头孢子菌素）、水杨酸盐和大剂量维生素A或维生素E，对维生素K有关的出血性疾病是非常敏感的。接受丙酮苄羟香豆素者应设法维持维生素K摄入量恒定以避免使凝血酶原水平起伏。
（二）过量
天然形式的维生素K 1 和维生素K 2 不产生毒性，甚至大量服用也无毒。食物来源的维生素K 2 毒性很低，动物摄入相当于每日需要量的1000倍剂量时未见不良反应。维生素K 1 在500倍RDA（0.5mg/（kg·d））时无毒性。然而，维生素K前体维生素K 3 由于与巯基反应而有有限的毒性；它能引起婴儿溶血性贫血、高胆红素血症和核黄疸症。维生素K 3 不应用于治疗维生素K缺乏。有报道维生素K的无毒副反应水平（NOAEL）为30mg，最低毒副反应水平（LOAEL）尚未建立。
水溶性维生素是指可溶于水的一类有机化学物，包括维生素B 1 、维生素B 2 、维生素B 6 、维生素B 12 、维生素PP（烟酸）、维生素C、叶酸等。其发现要追溯至东晋葛洪、Lind（1753）和Eijkmann（1896）等人的发现及其前期工作。维生素（vitamin）一词的来源就与水溶性维生素密切相关。1911年，波兰生物化学家Casimir Funk从米糠中分离出的一种对多发性神经炎有效的结晶性物质，由于当时尚不知其化学本质，只知道是维持生命所必需的一种胺类（amine）。因此，1912年Funk提出了抗脚气病、抗坏血病、抗癞皮病、抗佝偻病的四种物质，称其为“生命胺（vitamine）”。以后陆续发现很多这类维持生命所必需的物质，但它们并不是“胺”类，因而将其最后一个字母“e”取消，于1920年定名为维生素（vitamin）。
同样，水溶性维生素除具有维生素的共同特点之外，也存在其他的共性：①大多数水溶性维生素以辅酶的形式参与机体的物质与能量代谢；②在体内没有非功能性的单纯储存形式，不同种类的水溶性维生素在体内代谢形式、储存形式、储存部位以及在食物中存在的重要形式等见表1-10-1；③当机体需要量饱和后，多摄入的维生素从尿中排出，反之，若组织中水溶性维生素耗竭，则摄入的维生素将大量被组织摄取利用，故从尿中排出量减少，因此，可利用尿负荷试验对水溶性维生素的营养水平进行鉴定；④水溶性维生素一般无毒性，但过量摄入时也可能出现毒性，如维生素C、维生素B 6 或烟酸摄入量达正常人体需要量的15～100倍时，可出现毒性作用；⑤若摄入过少，可较快地出现缺乏症状，水溶性维生素的主要生理功能及缺乏所致的临床症状见表1-10-2。
水溶性维生素之间、与脂溶性维生素或其他营养素之间存在相互影响的关系，如维生素B 1 、维生素B 2 和烟酸与能量代谢密切相关，它们的需要量一般是随着对能量的需要量增加而增加；维生素E的抗氧化作用依赖谷胱甘肽过氧化物酶、维生素C等抗氧化物质的协同作用，而谷胱甘肽过氧化物酶功能又需要微量元素硒的存在。
近年来，水溶性维生素对促进生长发育、免疫调节、抗氧化、预防和控制慢性非传染性疾病等方面的研究越来越受到关注，已获得了丰富的研究成果，为指导不同人群合理摄入维生素促进健康提供了科学指导。本章主要介绍常见的10种维生素的发现历史、结构、理化性质、消化吸收和代谢、生理功能、缺乏和过量、营养状况评价、膳食参考摄入量及主要食物来源（食物来源的详细内容请参见第二卷食物营养）等，包括维生素B 1 、维生素B 2 、维生素B 6 、烟酸、泛酸、叶酸、维生素B 12 、生物素、胆碱和维生素C。
维生素B1 又称硫胺素（thiamin）、抗脚气病因子、抗神经炎因子。早在公元前2697年，我国医书《内经》曾对脚气病进行过详细论述，但直到19世纪末和20世纪初才发现维生素B 1 是一种必需的营养物质。1897年，荷兰内科医生Eijkman发现脚气病是由于食精白米所致，用米糠或糙米可防治此病。1911年Funk在伦敦Lister研究所从米糠中提取到这种治疗脚气病的物质，因为具有胺（amine）的性质，因此称之为“生命胺”（vitamine），实际上他所得到的只不过是一种浓缩物，并非纯品。1926年，荷兰化学家Jansen和Donath从米糠中成功地提取出了维生素B 1 结晶，并把这种纯品称为抗神经炎因子（aneurin）。1936年，美国化学家Williams确定了维生素B 1 的化学结构，并用人工方法合成。从此，维生素B 1 得以大量制造，脚气病得到有效防治。
维生素B 1 是脱羧辅酶的主要成分，参与丙酮酸的氧化脱羧，是碳水化合物代谢所必需的基础物质。维生素B 1 也是维持机体正常神经功能的营养物质，轻微的维生素B 1 缺乏可导致不舒适感、易怒和意识错乱等非特异性症状，严重缺乏则会导致神经和心脏疾病。此外，维生素B 1 还可抑制胆碱酯酶活性，维持肠道的正常蠕动。
维生素B 1 是由一个含氨基的嘧啶环和一个含硫的噻唑环通过亚甲基桥相连而成的化合物，因其分子中含有“硫”和“胺”，故又称硫胺素。人工合成的为硫胺素盐酸盐。
维生素B 1 常以其盐酸盐的形式出现，为白色结晶，极易溶于水。1g盐酸硫胺素可溶于1ml水中，但仅1%溶于乙醇，不溶于其他有机溶剂。维生素B 1 固态形式比较稳定，在100℃时也很少破坏。水溶液呈酸性时稳定，在pH＜5时，加热至120℃仍可保持其生理活性，在pH=3时，即使140℃高压蒸煮1小时破坏也很少。碱性环境中易于被氧化失活，不耐热；在pH＞7的情况下煮沸，可使其大部分或全部破坏，甚至在室温下储存，亦可逐渐破坏。亚硫酸盐在中性及碱性介质中能加速硫胺素的破坏，故在保存含硫胺素较多的谷物、豆类时，不宜用亚硫酸盐作为防腐剂，或以二氧化硫熏蒸谷仓。
维生素B 1 在pH为7的水溶液中，在235nm及267nm处有2个紫外线吸收高峰。在强碱溶液中，如果有氧化剂存在，如高铁氰化钾，可将维生素B 1 氧化为硫色素（thiochrome）。硫色素可产生荧光，据此可用来测定维生素B 1 的含量。
正常成年人体内维生素B 1 的含量约25～30mg，主要分布在肌肉，约占50%，其次为心脏、大脑、肝脏、肾脏。体内的维生素B 1 大约有80%以焦磷酸硫胺素（thiamin pyrophosphate，TPP）的形式贮存，10%为三磷酸盐硫胺素（thiamin triphosphate，TTP），其他为单磷酸硫胺素（thiamin monophosphate，TMP），三种形式的维生素B 1 在体内可以相互转化。用 14 C标记硫胺素测定，体内维生素B 1 的生物半衰期为9～18天，如果膳食中缺乏维生素B 1 ，在1～2周后人体组织中的维生素B 1 含量就会降低，因此，为维持组织中的正常含量，需要定期供给。
维生素B 1 在小肠吸收，浓度高时为被动扩散，浓度低时为主动吸收。主动吸收时需要钠离子及三磷酸腺苷（ATP），缺乏钠离子及ATP酶可抑制其吸收。大量饮茶会降低肠道对维生素B 1 的吸收。酒精中含有抗硫胺素物质，摄入过量，也会降低维生素B 1 的吸收和利用。此外，叶酸缺乏也可导致维生素B 1 吸收障碍。
维生素B 1 进入小肠细胞后，在ATP作用下磷酸成酯，其中约有80%磷酸化为TPP，10%磷酸化为TTP，其余为TMP。维生素B 1 经磷酸化后，通过门静脉被运送到肝脏，然后经血转运到各个组织。
血液中的维生素B 1 约90%存在于血细胞中，其中90%在红细胞内。血清中的维生素B 1 有20%～30%与白蛋白结合在一起。现有研究发现，大鼠血清中有一种特异的维生素B 1 结合蛋白，此种蛋白受激素调节，是转运维生素B 1 到各组织所必需的。
维生素B 1 由尿排出，不能被肾小管再吸收。由尿排出的多为游离型。通常情况下，从汗中排出的量极少，但在热环境中，每1L汗中排出的维生素B 1 可达90～150μg。尿中维生素B 1 的排出量与摄入量有关。如果每天摄入的维生素B 1 超过0.5～0.6mg，尿中排出量随摄入量的增加而升高，并呈直线关系；但当维生素B 1 摄入量高至一定的量时，其排出量即呈较平稳状态，此时可见一折点，可视为营养素充裕的标志，此折点受劳动强度和环境因素影响。
（一）辅酶功能
维生素B 1 在硫胺素焦磷酸激酶作用下，与ATP结合形成TPP。TPP是维生素B 1 的主要活性形式，在体内构成α-酮酸脱氢酶体系和转酮醇酶的辅酶，参与能量代谢。
1.α-酮酸脱氢酶体系
在葡萄糖有氧分解代谢及支链氨基酸碳骨架的氧化途径中，有三种α-酮酸脱氢酶体系需要TPP为辅酶。
（1）丙酮酸脱氢酶体系：
其作用是催化丙酮酸氧化脱羧转变为乙酰CoA，然后进入三羧酸循环氧化分解。如果维生素B 1 缺乏，可引起体内丙酮酸蓄积，能量产生受阻。
（2）α-酮戊二酸脱氢酶体系：
在三羧酸循中催化α-酮戊二酸转变为琥珀酰CoA。
（3）支链α-酮酸脱氢酶体系：
在亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸的碳骨架氧化途径中，从脱氨基形成相应的酮酸后，进一步的代谢需要支链α-酮酸脱氢酶，此酶需要维生素B 1 作辅酶。当维生素B 1 缺乏时，可引起血中支链酮酸增高。
2.转酮醇酶
在碳水化合物代谢的磷酸戊糖途径中，有两处进行转酮反应：①由5-磷酸木酮糖上的二碳单位（羟乙醛基）转移到5-磷酸核糖的第一个碳上，形成7-磷酸景天庚酮糖和3-磷酸甘油醛；②由5-磷酸木酮糖上的二碳单位转移到4-磷酸赤藓糖的第一个碳上形成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛。这两步反应需要转酮酶催化，此酶的辅酶为TPP。如果维生素B 1 缺乏，磷酸戊糖途径障碍，可影响体内一些重要物质（如脂肪酸、非必需氨基酸和类固醇激素等）的合成。
维生素B 1 作为辅酶在体内整个代谢中的作用，见图1-10-1。
（二）非辅酶功能
维生素B 1 在神经组织中可能具有一种特殊的非酶作用，当维生素B 1 缺乏时，乙酰CoA生成减少，影响乙酰胆碱的合成。乙酰胆碱有促进胃肠蠕动和腺体分泌作用，可被胆碱酯酶水解成乙酸和胆碱而失去活性。维生素B 1 是胆碱酯酶的抑制剂，当维生素B 1 缺乏时，胆碱酯酶的活性增强，使乙酰胆碱分解加速，导致胃肠蠕动变慢，消化液分泌减少，出现消化不良，所以，临床上常将维生素B 1 作为辅助消化药使用。
（一）缺乏
如果维生素B 1 摄入不足或机体吸收利用障碍以及其他各种原因引起需要量增加等因素，能引起机体维生素B 1 缺乏。维生素B 1 缺乏症又称脚气病（beriberi），主要损害神经-血管系统。临床上根据年龄差异将脚气病分为成人脚气病和婴儿脚气病。
1.成人脚气病
早期症状较轻，主要表现有疲乏、淡漠、食欲差、恶心、忧郁、急躁、沮丧、腿沉重麻木和心电图异常。症状特点和严重程度与维生素B 1 缺乏程度、发病急缓等有关，一般将其分成三种类型：①干性脚气病（dry beriberi）：以多发性周围神经炎症为主，出现上行性周围神经炎，表现为指（趾）端麻木、肌肉酸痛、压痛，尤其以腓肠肌为甚，跟腱及膝反射异常。②湿性脚气病（wet beriberi）：多以水肿和心脏症状为主。由于心血管系统功能障碍，出现水肿，右心室可扩大，出现心悸、气短、心动过速，如不及时治疗，在短期内水肿迅速增加、气促增剧、发生心力衰竭。③混合型脚气病：特征是既有神经炎又有心力衰竭和水肿。
此外，长期酗酒的人群还极易由于酒精中毒而引起维生素B 1 缺乏导致Wernicke-Korsakoff综合征，发病呈急性或亚急性，临床表现包括神经错乱、共济失调、眼肌麻痹、假记忆和逆行性健忘甚至昏迷，是一种神经脑病综合征，也称为脑型脚气病。
2.婴儿脚气病
常发生在2～5月龄的婴儿，多由于母乳维生素B 1 缺乏所致。发病突然，病情急。初期食欲缺乏、呕吐、兴奋和心跳快，呼吸急促和困难；晚期有发绀、水肿、心脏扩大、心力衰竭和强直性痉挛，常在症状出现1～2天后突然死亡。
婴儿先天性脚气病发病原因通常是母亲孕期缺乏维生素B 1 ，主要症状有青紫、吮吸无力、嗜睡。
（二）过量
由于摄入过量的维生素B 1 很容易从肾脏排出，因此，罕见人体维生素B 1 的中毒报道。只有短时间服用超过RNI 100倍以上的剂量时有可能出现头痛、惊厥和心律失常等症状。
维生素B2 又称核黄素（riboflavin）。早在19世纪后期，人们发现在天然乳清中存在着一种可溶于水的能产生黄色荧光的物质，可预防皮肤炎症。1933年几个科研小组将这种物质分离出来，并命名为核黄素，意指其来源于卵黄素、肝黄素和尿黄素。几乎在差不多的时间，Warbury和Cristian于1932年在法国从酵母粉中分离出了一种黄色的酶，并认为其在呼吸中起重要作用，是氧化还原系统中的一部分，起传递氧分子的作用。后来，他们又把这种黄素酶分解为脱辅基蛋白和黄色辅基两个部分，后者称为黄素。1934年Stern和Holiday发现此辅酶为一种咯嗪衍生物，Theorell证实其为一种磷酸脂类化合物。1935年，在Heidelberg的Kuhn研究组和Znrich的Karrer研究组合成了核黄素。1935年，Theorell确定了简单的黄素辅酶结构为核黄素5-磷酸盐（黄素单核苷酸，FMN）。1938年，Warbury和Christian分离出含量多但更复杂的辅基（黄素腺嘌呤二核苷酸，FAD），并且证实它为D-氨基酸氧化酶的辅酶。随后大量的黄素被发现，它们只是在核黄素基本结构的侧链或环上有所改变。已知在哺乳动物的体内至少有4种8～2位被修饰的FAD，如在线粒体内膜上与组氨酰基连接的琥珀酸脱氢酶和肌氨酸脱氢酶，在线粒体外膜上与半胱氨酸连接的单胺氧化酶和肝微粒体中的与组氨酰基连接的L-古罗糖内酯氧化酶。
维生素B 2 在人体内以FAD和FMN两种形式参与氧化还原反应，是机体中许多重要辅酶的组成成分，在维持蛋白质、脂肪和碳水化合物的正常代谢，促进正常的生长发育，维护皮肤和黏膜的完整性等方面发挥着重要作用。
维生素B 2 由异咯嗪加核糖醇侧链组成，并有许多同系物。维生素B 2 的化学名最初为6、7-二甲基-9-（1′-D-核糖酰）异咯嗪，随着命名系统的发展，又命名为7、8-二甲基-10-（1′-1-核糖酰）异咯嗪。维生素B 2 核糖醇侧链5-羟甲基端磷酸化就形成FMN，FMN能进一步转化为更加复杂的化合物，其中以FAD最为常见。维生素B 2 分子量为376.4，即1mg维生素B 2 相当于2.66μmol。维生素B 2 在水中的溶解度很低，常温下每100ml水可溶解12mg。但其在pH＜1时可形成强酸盐，在pH＞10时可形成强碱盐而易溶于水。维生素B 2 的中性和弱碱性溶液为黄色，吸收波长接近450nm。维生素B 2 在强酸性溶液中稳定，其强酸溶液为白色，主要吸收波长接近385nm。维生素B 2 的中性氧化产物溶液有强的荧光，发射波长为525nm，在光照刺激下维生素B 2 也有可发射三联体状态的发磷光的特征。维生素B 2 在碱性溶液中不稳定，在碱性下维生素B 2 经光化学反应生成无活性的光黄素（7、8、10-三甲基异咯嗪）。在所有pH条件下，尤其是在中性至酸性溶液中形成光色素（7、18-二甲基异咯嗪）。
膳食中大部分维生素B 2 是以黄素单核苷酸和黄素腺嘌呤二核苷酸辅酶形式和蛋白质结合。进入胃后，在胃酸的作用下，黄素单核苷酸和黄素腺嘌呤二核苷酸与蛋白质分离，并通过磷酸化与脱磷酸化的主动过程快速吸收。进入血液后，一部分与白蛋白结合，大部分与其他蛋白质如免疫球蛋白结合运输。维生素B 2 在生理浓度下，通过特殊载体蛋白进入人体内组织器官细胞，高浓度情况下可通过扩散进入人体内器官细胞。
在体内大多数组织器官细胞内，一部分维生素B 2 由黄素激酶催化，与ATP相作用转化为黄素单核苷酸（FMN），大部分维生素B 2 通过黄素腺嘌呤二核苷酸合成酶催化，与ATP相作用转化为黄素腺嘌呤二核苷酸，然后与黄素蛋白结合。前者占维生素B 2 量的60%～95%，后者占维生素B 2 量的5%～22%，其中37%分布在肾脏中。游离维生素B 2 仅占2%以下。肝、肾和心脏中结合型维生素B 2 浓度最高，在视网膜中有较多的游离维生素B 2 。脑组织中维生素B 2 的含量不高，但脑组织中维生素B 2 的转运较高，而且其浓度相当稳定。这表明脑组织中维生素B 2 的调节存在平衡机制，维生素B 2 的代谢产物和同系物可抑制维生素B 2 转运。据估计，成年人体内存在维生素B 2 可维持机体2～6周的代谢需要。维生素B 2 亦可通过胎盘转运，人体血液中维生素B 2 和脐带血中维生素B 2 的比例为1∶4.7。
（一）吸收
吸收过程：食物中维生素B 2 与蛋白质形成的结合物进入消化道后，先在胃酸、蛋白酶的作用下，水解释放出黄素蛋白，然后在小肠上端磷酸酶和焦磷酸化酶的作用下，水解为游离维生素B 2 。维生素B 2 在小肠上端以依赖Na + 的主动转运方式吸收，饱和剂量为66.5μmol（25mg）。吸收后的维生素B 2 ，绝大部分又很快在肠黏膜细胞内被黄素激酶磷酸化为黄素单核苷酸（FMN），这一过程需由ATP供能。但在家兔的实验研究中发现，刷状缘细胞在吸收维生素B 2 时呈现中性电子过程，并不依赖于Na + 或K + 。近年来使用Caco-2人肠上皮细胞进行的研究发现，维生素B 2 的吸收不需要Na + 的参与。大肠也可吸收一小部分核黄素。
影响吸收的因素：胃酸可影响维生素B 2 的吸收，因为食物中的维生素B 2 需要从其与蛋白质的复合体中游离出来才能被吸收。胆汁酸盐也可促进维生素B 2 的吸收。氢氧化铁、氢氧化镁、酒精等可以干扰维生素B 2 在肠道的吸收。其他如咖啡因、糖精、铜、锌、铁离子等也可以影响维生素B 2 吸收。
（二）转运
血液中的维生素B 2 大部分与蛋白质结合，有小部分与免疫球蛋白IgG相结合转运。在生理浓度下，维生素B 2 通过特异载体蛋白进入哺乳动物的细胞内，但在高浓度时，可通过扩散进入细胞内。组织细胞对维生素B 2 的吸收具有相对专一性。肝实质细胞和肾近曲小管上皮细胞吸收维生素B 2 时不依赖Na + 。妊娠时体内维生素B 2 载体蛋白含量增加，有利于胎盘吸收更多的维生素B 2 。
在许多组织细胞中如小肠、肝、心、肾的细胞质中维生素B 2 转变为辅酶。第一步是由依赖ATP的黄素激酶催化，形成FMN，虽然FMN能与专一的脱辅基蛋白结合形成几种功能性黄素蛋白，但大多数FMN经焦磷酸化酶催化形成黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD），此过程也需要消耗ATP。
黄素可从乳腺排泄，并称之为乳黄素。在人和牛的乳汁中FAD的水平最高，占总黄素量的1/3，超过游离维生素B 2 量。在巴氏消毒过程中，大部分FAD可水解为FMN。奶中7-羟甲基核黄素和8-羟甲基核黄素也比10′-（2′-羟乙基）-黄素多，此外，还有少量的其他代谢物，其中主要是10-甲酰甲基黄素和光色素。在人类血液中，7-羟甲基核黄素是维生素B 2 的特征性代谢产物。
一些因素可以影响维生素B 2 的排出。例如，人体长期服用1～10mg的维生素B 2 可增加维生素B 2 在尿中的排出，但未证明能导致维生素B 2 缺乏。增加蛋白质的摄入量可以减少汗液中维生素B 2 的排出。
（三）储存
维生素B 2 在体内的储存量很少。在动物实验中发现，营养充足的大鼠体内维生素B 2 的半衰期为16天，但对维生素B 2 营养缺乏的大鼠，其半衰期可延长。
正常成年人24小时尿维生素B 2 的排出量为200μg，维生素B 2 缺乏的个体，24小时仅排出40～70μg。一般认为，成年人维生素B 2 的排出量＜27μg/g肌酐为维生素B 2 缺乏。但这只能反映维生素B 2 的现有摄入水平而不能反映机体的储存情况。
动物试验中给予低剂量维生素B 2 时，体内储存量相对较高。以55μg的 14 C维生素B 2 注射给予喂饲正常饲料的体重为170g的大鼠后，24小时内体内储存量占81%，10%随尿液排出，3%由粪便排出，呼出气中 14 C维生素B 2 约占注射总量的1%。将相当于每日需要量6倍量的维生素B 2 给予大鼠皮下注射，注射后1小时即可在肝、肠及肾内出现最高的放射性，当改变途径，经由腹腔注射时，在肝中分布最高。
维生素B 2 在氨基酸、脂肪酸和碳水化合物的代谢中均起重要作用，可归纳为以下几个方面：
（一）参与体内生物氧化与能量代谢
维生素B 2 在体内以黄素单核苷酸（FMN）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）的形式与特定蛋白结合，形成黄素蛋白（flavoprotein），黄素蛋白是机体中许多酶系统中重要辅基的组成成分，通过呼吸链参与体内氧化还原反应与能量代谢，重要的含黄素蛋白的酶有氨基酸氧化酶、细胞色素C还原酶、丙酮酸脱氢酶、脂肪酰辅酶A脱氢酶、谷胱甘肽还原酶、黄嘌呤氧化酶和单胺氧化酶等。这些酶在氨基酸的氧化脱氨基作用及嘌呤核苷酸的代谢中起重要作用，从而维持蛋白质、脂肪和碳水化合物的正常代谢，促进正常的生长发育，维护皮肤和黏膜的完整性。若体内维生素B 2 不足，则物质和能量代谢发生紊乱，将出现生长发育障碍和物质代谢障碍。
（二）参与烟酸和维生素B 6 的代谢
成年人组织细胞可利用色氨酸转化为烟酸，FDA作为辅酶参与此转化过程，进而影响烟酸的代谢。维生素B 6 可通过磷酸化/脱磷酸化、氧化/还原以及氨基化/脱氨基化过程相互进行代谢转化，而此代谢过程中的限速步骤是由黄素单核苷酸吡哆醛磷酸氧化酶所催化。因此，维生素B 2 缺乏可能会降低吡哆醇（PN）和吡哆胺（PM）转变成活性辅酶5’-磷酸吡哆醛（PLP）。
（三）其他生理功能
维生素B 2 还参与体内其他一些生化过程，如FAD作为谷胱甘肽还原酶的辅酶，参与体内抗氧化防御系统，维持还原性谷胱甘肽的浓度。FAD与细胞色素P450结合，参与药物代谢；提高机体对环境应激适应能力等。
（一）缺乏
维生素B 2 缺乏最常见的原因为膳食供应不足、限制食物的供应、储存和加工不当导致维生素B 2 的破坏和丢失。
维生素B 2 缺乏主要的临床表现为眼、口腔和皮肤的炎症反应。缺乏早期表现为疲倦、乏力、口腔疼痛，眼睛出现灼热感，继而出现口腔和阴囊病变，称为“口腔生殖系统综合征”，包括唇炎、口角炎、舌炎、皮炎、阴囊皮炎以及角膜血管增生等。
（二）过量
一般维生素B 2 不会引起过量中毒。这可能与人体对维生素B 2 的吸收率低有关。机体对维生素B 2 的吸收有上限，大剂量摄入并不能无限增加机体维生素B 2 的吸收。另外，过量吸收的维生素B 2 也很快随尿液排出体外。
20世纪30年代，学者们对维生素B 6 与其他B族维生素进行鉴别研究，Gyorgy帮助验证了维生素B 6 在治疗大鼠肢痛症方面的作用。1938年确定吡哆醇为维生素B 6 复合物的一部分。1939年，Harris和Folkers阐明了吡哆醇的结构，并进行了人工合成。随后，Snell及其同事发现，至少还有另外一种形式的维生素B 6 与某些细菌的生长活动有关，后来证实了吡哆醛和吡哆胺是游离维生素B 6 的另外两种天然存在形式，并且建立了微生物学方法用于测量生物系统中该种维生素。
维生素B 6 在生长和认知发育、免疫功能、抗疲劳以及调节类固醇激素活性等方面发挥重要作用。酵母菌、肝脏、谷粒、肉及豆类等多种食物中存在较丰富的维生素B 6 。它是维持人体生理功能必需的微量营养素，以辅酶形式参与糖、蛋白质和脂肪酸的正常代谢，并与白细胞、血红蛋白的合成有关。已证明缺乏吡哆醛与脂肪肝、高胆固醇血症、总脂质的蓄积等有密切关系，并且维生素B 6 在降低人群慢性疾病危险性方面的作用已引起人们广泛关注。已有研究证实，在胎儿期以及出生以后都需要足够的维生素B 6 。
维生素B 6 是2-甲基-3-羟基-5-羟甲基吡啶的衍生物，主要以天然形式存在，包括吡哆醛（pyridoxal，PL），吡哆醇（pyridoxine，PN）和吡哆胺（pyridoxamine，PM）。维生素B 6 在植物中的主要存在形式是吡哆醇和吡哆胺及其磷酸化形式，而动物组织中的主要存在形式是吡哆醛及其磷酸化形式。在肝脏、红细胞及其他组织中，PL、PN、PM的第5位都能被磷酸化，其活性的辅基形式是5’-磷酸吡哆醛（PLP）、5’-磷酸吡哆醇（PNP）和5’-磷酸吡哆胺（PMP）。其中PLP是维生素B 6 的主要辅酶形式，PMP也可经转氨基反应由PLP生成。
维生素B 6 的各种磷酸盐和碱的形式均易溶于水，在空气中稳定，在酸性介质中吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺对热都比较稳定，但在碱性介质中对热不稳定，易被碱破坏。在溶液中，各种形式对光均较敏感，但是降解程度不同，主要与pH有关，中性环境中易被光破坏。维生素B 6 的代谢最终产物4-吡哆酸，主要以一种内酯形式存在。最常见的市售维生素B 6 形式是盐酸吡哆醇。
（一）吸收
不同形式的维生素B 6 大部分都能通过被动扩散形式在空肠和回肠被吸收，经磷酸化形成PLP和PMP，被吸收的维生素B 6 代谢物在肠黏膜和血中与蛋白质结合。转运是通过非饱和被动扩散机制。即使给予极高剂量的维生素B 6 吸收也很好。葡萄糖糖苷（PN-G）的吸收效率低于PLP和PMP，因为在人类PN-G需要黏膜葡萄糖糖苷酶裂解，某些PN-G能被完全吸收并在许多组织中被水解。在组织中维生素B 6 以PLP形式与多种蛋白质结合并储存，这有助于保护维生素B 6 ，防止被磷酸酶水解，体内维生素B 6 有75%～80%储存于肌肉组织中。
（二）转运
大部分吸收的非磷酸化维生素B 6 被运送到肝脏。维生素B 6 以PLP形式与多种蛋白结合，蓄积和储留在组织，这将有助于防止其被磷酸酶水解。组织中维生素B 6 主要存在于线粒体和胞质。蛋白质的结合能力限制了摄入极高维生素B 6 时PLP在组织中的蓄积。超过这个能力时，游离的PLP迅速被水解，并且肝脏和其他组织释放非磷酸化吸收的维生素B 6 进入血液循环。给予药理剂量维生素B 6 时，当其他组织被饱和时，由于肌肉、血浆和红细胞与PLP结合蛋白有较高结合能力，这些组织中可能蓄积PLP的水平非常高。
（三）代谢
维生素B 6 通过磷酸化/脱磷酸化、氧化/还原以及氨基化/脱氨基化过程容易相互进行代谢转化。这个代谢过程的限速步骤是由黄素单核苷酸吡哆醛磷酸氧化酶所催化。于是，核黄素缺乏可能降低PN和PM转变成活性辅酶PLP。在肝脏，通过黄素腺嘌呤二核苷酸和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸依赖酶的作用，PLP经过脱磷酸化并被氧化生成4-吡哆酸（4-PA）和其他无活性的代谢物，经尿排出。血浆中主要PLP结合蛋白质是清蛋白。PLP是血浆中该种维生素的主要形式。组织和红细胞能转运由血浆来的非磷酸化形式的维生素B 6 ，其中有些是由血浆PLP经磷酸化酶作用而来。磷酸化作用是维生素B 6 在细胞内的重要储存方式。
（四）排泄
维生素B 6 的代谢产物经尿中排出。正常情况下，人体维生素B 6 的主要排泄形式是4-PA，占尿中维生素B 6 的一半，尿液中仅有少量的吡哆醇和吡哆醛。人体摄入维生素B 6 的40%～60%被氧化成4-PA。尿中4-PA的水平与蛋白质摄入量成负相关，这种影响在女性大于男性。由于维生素B 6 缺乏的受试者尿中不能检测到4-PA，这个指标可用于维生素B 6 营养状况的临床评价。
给予大剂量维生素B 6 时，尿中其他形式所占比例增大。给予极高剂量PN时，大部分以原形经尿中排泄。维生素B 6 也可经粪便排出，但排泄量有限。在下消化道，由于肠道内微生物能合成维生素B 6 ，人们难以评价这种排泄的程度。
（一）参与氨基酸代谢
维生素B 6 参与所有氨基酸代谢，PLP是氨基酸代谢中所需要的100多种酶的辅酶。维生素B 6 对许多种氨基酸的转氨酶、脱羧酶、脱水酶、消旋酶和异构酶是必需的，维生素B 6 是半胱氨酸脱羧酶、胱硫醚酶β-合成酶的辅助因子，这些酶参与同型半胱氨酸到半胱氨酸的转硫化途径。
（二）参与糖原和脂肪酸代谢
维生素B 6 参与葡萄糖代谢，它是糖原磷酸化酶的辅助因子，催化肌肉与肝脏组织中的糖原转化。维生素B 6 还参与亚油酸合成花生四烯酸的过程，并参与胆固醇的合成与转运。
（三）参与造血
PLP参与琥珀酰辅酶A和甘氨酸合成血红素的过程。
（四）参与某些微量营养素的转化与吸收
在色氨酸转化为烟酸的过程中，会受到维生素B 6 营养状况的影响，当肝脏中磷酸吡哆醛水平降低时，会影响烟酸的合成。另外，维生素B 6 还可促进维生素B 12 、铁和锌的吸收等。
（五）维持免疫功能
促进体内抗体的合成，缺乏维生素B 6 时抗体的合成减少，机体抵抗力下降。通过对年轻人和老年人的研究，维生素B 6 的营养状况对免疫反应有不同的影响。给老年人补充充足的维生素B 6 ，有利于淋巴细胞的增殖。研究提示，PLP可能通过参与一碳单位代谢而影响到免疫功能。维生素B 6 缺乏将会损害DNA的合成，这个过程对维持适宜的免疫功能也是非常重要的。
（六）与神经系统功能有关
相关研究表明，维生素B 6 可促进脑内γ-氨基丁酸生成，间接扩张脑血管，促进脑部血液供应；提高葡萄糖磷酸酯酶的活性，增加乙酰胆碱的生成。许多需要PLP参与的酶促反应，均使神经递质水平升高，包括5-羟色胺、牛磺酸、多巴胺、去甲肾上腺素、组胺和γ-氨基丁酸。
（七）防治慢性病的作用
高同型半胱氨酸血症近年来已被认为是心血管疾病的一种危险因素，维生素的干预可降低血浆同型半胱氨酸含量。有前瞻性研究观察了叶酸盐和维生素B 6 摄入量对心肌梗死（MI）和致死性冠心病（CHD）发生率的影响，发现最高叶酸盐和维生素B 6 摄入量与最低摄入量相比MI和CHD约降低一倍。同型半胱氨酸的水平主要受维生素B 6 非常低摄入量的影响。这些数据提示摄入大剂量维生素B 6 可能降低CHD发生风险。
（一）缺乏
维生素B 6 在动植物性食物中分布相当广泛，原发性缺乏并不常见。维生素B 6 缺乏通常与其他B族维生素缺乏同时存在，除了因膳食摄入不足外，某些药物如异烟肼、环丝氨酸等均能与PLP形成复合物而诱发维生素B 6 缺乏。维生素B 6 缺乏可致氨基酸、蛋白质、脂类、核酸及糖原代谢紊乱，体内重要物质的合成和代谢发生障碍，从而导致机体生化及生理反应异常。人体如果长期缺乏维生素B 6 ，会发生中枢神经系统、造血系统、皮肤等一系列损害。在维生素B 6 缺乏的情况下，许多重要的传导神经信号的物质合成都会受到影响，从而会造成一系列的神经系统损害症状。对中枢神经系统抑制作用的失去会导致抽搐及末梢神经疾患。人体缺乏维生素B 6 ，合成血红蛋白的能力会减弱，影响一碳单位的代谢，造成巨幼红细胞贫血。另外，维生素B 6 缺乏时，由于肠黏膜变性，人体对铁的吸收失去控制，使铁的吸收增加，可造成铁中毒。维生素B 6 缺乏对婴幼儿的影响较大，幼儿长期缺乏会出现体重下降、烦躁、抽搐、癫痫样症状等。
维生素B 6 缺乏的经典临床症状是一种脂溢性皮炎，常见于眼、鼻以及口腔周围的皮肤，并可扩张至面部、前额，耳后、阴囊及会阴处，同时会出现小细胞性贫血、癫痫样惊厥以及忧郁和精神错乱。
人体长期维生素B 6 摄入不足会造成人体血浆同型半胱氨酸浓度升高，尤其是老年人。在人体血液中，异常升高的同型半胱氨酸浓度会干扰血小板正常的功能和凝血机制，并通过其他一些复杂的机制造成人体患心脑血管疾病和肾病的风险增大。在对老年冠心病患者的调查结果显示，与对照组相比血浆同型半胱氨酸浓度显著升高，同型半胱氨酸值与血浆维生素B 6 的浓度成负相关。
（二）过量
维生素B 6 的毒性相对较低，经食物来源摄入大量维生素B 6 没有副作用。补充中高剂量的维生素B 6 ，达到500mg/d时可引起严重不良反应，出现神经毒性和光敏感性反应。
1.感觉神经疾患
最初报道的PN诱发人感觉神经疾患是随着每日给予2000～6000mg PN 2～40个月，7例出现严重的感觉神经疾病，4例个体不能行走。感觉神经疾病的体征和症状是通过客观神经病学评价进行诊断的，所有患者停用PN后症状都得到改善。孕妇长期或过量服用维生素B 6 可能产生维生素B 6 依赖症，胎儿出生后会出现易兴奋、哭闹不安、反复惊厥等异常表现，并且胎儿有发生短肢畸形的危险。
2.其他副作用
长期大量服用维生素B 6 容易引起血小板聚集和血栓形成，可出现头痛、恶心、眩晕、疲劳、视力模糊等症状，还可引起低血糖、血栓性静脉炎、血清胆固醇升高以及骨骼肌无力等。
烟酸又称为尼克酸（nicotinic acid）、抗癞皮病因子，在体内以烟酰胺（尼克酰胺）形式存在。烟酸和烟酰胺总称为维生素PP。早在1867年，德国化学家Huber曾由烟草提取的尼古丁制得烟酸，但其作用在以后的70年间一直不清楚。1913年，Funk等在寻找抗脚气病因素的过程中，从酵母和米糠中也提取出了这种维生素，但因为它没有治疗脚气病的作用而被忽视。20世纪初，癞皮病（又称糙皮病）在美国南部流行。1913年前后，每年有20万人患癞皮病，引起成千上万人死亡。死亡者大多是一般贫困人民，其主食以玉米、蜂蜜和腌肉为主，一直被认为是玉米缺乏色氨酸所致。以Goldberger团队经过大量调查研究，发现癞皮病并不是由于感染或毒素中毒，而是由于膳食中缺乏某种营养素所致。1937年Elvehjem发现从肝脏中分离出来的烟酸可治疗狗的黑舌病（癞皮病），不久证明可防治人的癞皮病，从此烟酸的作用才被发现。Krehl在1946年发现色氨酸可在体内转化为烟酸。
烟酸在体内以烟酰胺形式存在，是辅酶Ⅰ（NAD）和辅酶Ⅱ（NADP）的组成部分，辅酶中的烟酰胺在许多生物性氧化还原反应中发挥电子受体或供氢体的作用。NAD也是一些重要的生理活动所必需的，包括基因组稳定性、神经保护作用、新陈代谢等。烟酸和烟酰胺总称为维生素PP，由于烟酸缺乏典型的表现为糙皮病，故又称为抗糙皮病因子。
烟酸和烟酰胺都是氮杂环吡啶的衍生物，烟酸为吡啶-3-羧酸（pyridine-3-carboxylic acid），分子式C 6 H 5 NO 2 ，相对分子质量为123.11；烟酰胺又称吡啶-3-甲酰胺（pyridine-3-carboxamide），分子式为C 6 H 5 N 2 O，相对分子质量为122.11。
烟酸为稳定的白色针状晶体，味苦；烟酰胺呈白色结晶，两者均溶于水及酒精。烟酰胺的溶解度大于烟酸。烟酸和烟酰胺性质比较稳定，不易吸潮，酸、碱、氧、光照或加热条件下均不易被破坏；在高温（120℃）高压下持续20分钟也不被破坏。对食物的一般加工烹调损失很小，但洗涤时会随水流失。
食物中的烟酸主要以辅酶Ⅰ（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD）或辅酶Ⅱ（nicotinamide adenine dinucleotide phosophate，NADP）形式存在，经消化酶水解释放出游离的烟酸和烟酰胺，主要在小肠中被吸收。低浓度时通过Na + 依赖性主动过程吸收，高浓度时通过被动扩散方式吸收。
烟酸的代谢活性形式NAD和NADP的合成可通过三种前体形式：烟酸（NA）、烟酰胺（NAm）和色氨酸（图1-10-5）。NA和NAm是色氨酸生物合成NAD的中间产物，NA可通过磷酸核糖化、腺苷化和酰胺化最终生成NAD。而NAm在脱去酰胺基后经过与NA相同的步骤生成NAD。
对于哺乳动物来说，膳食中的色氨酸可通过丙氨酸途径生成喹啉酸，后者又可转化为烟酸。对于人类来说，以必需氨基酸色氨酸生成烟酸的生物合成过程（图1-10-6），是满足机体烟酸需要的重要途径。色氨酸先在色氨酸吡咯酶的催化下生成N-甲酰犬尿氨酸，再脱去甲酰基，生成犬尿氨酸。后经FAD依赖性犬尿氨酸3-羟化酶、吡哆醛依赖性的转氨酶的催化，生成黄尿酸。黄尿酸可经尿排出，也可进一步被催化，生成喹啉酸，再转化为NAD。平均约60mg色氨酸可转化为1mg烟酸，其转化过程受维生素B 2 和维生素B 6 影响。
口服烟酸或烟酰胺制剂可被吸收，血浆中的烟酰胺能迅速被组织细胞摄取，按需要合成NAD或NADP。肝脏中NAD（P）浓度最高，其次是心脏和肾脏，血中相对较少。体内过多的烟酸主要在肝脏甲基化后形成N-甲基烟酰胺（N-MN）和2-吡啶酮由肾排出，也有少量烟酸和烟酰胺直接由尿排出。
（一）参与物质和能量代谢
烟酸在体内以烟酰胺的形式构成辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ，体内与腺嘌呤、核糖和磷酸结合构成烟酰胺腺嘌呤二核苷酸和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸。烟酰胺的吡啶环具有可逆地加氢和脱氢的特性），参与多种氧化还原反应，特别是葡萄糖酵解、三羧酸循环、脂肪酸β-氧化、酮体生成和氨基酸代谢过程。
（二）参与蛋白质等物质的转化
NAD作为各种ADP-核糖基化反应的底物，参与蛋白质的核糖基化过程，与DNA复制、修复和细胞分化有关。NADP + 在维生素B 6 、泛酸和生物素的存在下，参与脂肪酸、胆固醇以及类固醇激素等的合成。
（三）葡萄糖耐量因子的组成成分
葡萄糖耐量因子（glucose tolerance factor，GTF）是由三价铬、烟酸、谷胱甘肽组成的一种复合体，可能是胰岛素的辅助因子，有增加葡萄糖的利用及促使葡萄糖转化为脂肪的作用。
（四）保护心血管
有人报道，服用烟酸能降低血胆固醇、甘油三酯及β-脂蛋白浓度及扩张血管。大剂量烟酸对复发性非致命的心肌梗死有一定程度的保护作用。但是烟酰胺无此作用，其原因不清。
（一）缺乏
烟酸缺乏引起的全身性疾病称为糙皮病或癞皮病。此病起病缓慢，常有前驱症状，如体重减轻、疲劳乏力、记忆力差、容易兴奋、注意力不集中、失眠等。随着病情进展，可以出现较典型的症状，即皮炎（dermatitis）、腹泻（diarrhea）和痴呆（depression）。即所谓“3D”症状。烟酸缺乏常与维生素B 1 、维生素B 2 缺乏同时存在。
1.皮肤症状
典型症状常见在肢体暴露部位，如手背、腕、前臂、面部、颈部、足背、踝部出现对称性皮炎。其次发生在肢体受摩擦的部位，如肘部、膝盖部、颈部或前胸衣领部等处。皮炎可由红斑开始，很像日晒斑，有烧灼和瘙痒感，随之可有水疱形成、皮肤破裂、出现渗出性创面，容易导致继发感染。病情好转后，大块脱皮而遗留棕色色素沉着。慢性病例呈粗糙、增厚、干燥、脱屑现象，色素沉着很深。皮肤受损部位与周围皮肤界线清楚，边缘略高起。病变有时可侵犯阴囊、阴唇及肛门周围皮肤。
2.消化系统症状
主要有口角炎、舌炎、腹泻等。早期舌炎及舌边缘充血，蕈状乳头增大；其后全舌、口腔黏膜、咽头及食管均可呈红肿，上皮脱落，并有表浅溃疡，引起舌痛及进食下咽困难，唾液分泌增多。随病程进展，舌面灰白、乳头萎缩，表现光滑、干，呈牛肉样外观。口角炎以口角湿白、糜烂为主。
腹泻是本病的典型症状，早期多患便秘，其后由于消化腺体的萎缩及肠炎的发生常有腹泻，次数不等。大便呈水样或糊状，量多而有恶臭，也可带血，如病变接近肛门可出现里急后重。腹泻症状并非每例都有。
3.神经系统症状
初期很少出现，至皮肤和消化系统症状明显时出现。轻症患者可有全身乏力、烦躁、抑郁、健忘及失眠等。重症则有谵妄、狂躁、幻视、幻听、神志不清、木僵，甚至痴呆。慢性病例常有周围神经炎症状，如四肢感觉异常等表现。
（二）过量
目前尚未见到因膳食中烟酸摄入过多而引起中毒的报道。烟酸对人体的毒性报道主要见于服用烟酸补充剂、烟酸强化食物以及临床采用大量烟酸治疗高脂血症时患者所出现的副作用。这些不良反应都与剂量有关，并随剂量减少或停药而缓解。口服30～100mg/d烟酸30分钟内即可产生血管舒张，如颜面潮红、皮肤红肿、头晕眼花、皮肤瘙痒等。烟酰胺不引起潮红反应，可能与吡啶环上为酰基而非羧基有关。大剂量服用烟酰胺（3g/d）以治疗高脂血症常伴随着非特异性胃肠道反应，如消化不良、腹泻、便秘、恶心和呕吐等。长时期（数月～数年）口服大剂量烟酸（3～9g/d）治疗高脂血症，可引起黄疸和血清转氨酶升高，严重者可出现暴发性肝炎、肝性昏迷、脂肪肝等。
泛酸（pantothenic）又名维生素B 5 和遍多酸（本多生酸、鸡抗皮炎因子，属于水溶性B族维生素），因广泛存在于自然界，故被命名为泛酸。1931年，Ringrose发现用限定的食物喂小鸡时，小鸡皮肤出现类似癞皮病的损伤，用猪肝提取物可防治此病。此种化合物在分离提取时不能被漂白土吸附，仍留在滤液中，故称之为“滤过因子”。1933年，Williams在另一项研究中发现有一种成分不详的物质能够刺激酵母生长，因为这种物质分布广泛而称之为泛酸，于1939年，Williams从肝中分离出此种化合物，随后证明滤过因子中含有泛酸。1940年泛酸被人工合成成功。
1950年证明泛酸是辅酶A的一个组成成分，是磺胺类和胆碱乙酰化必需的辅因子。20世纪60年代中期，又发现泛酸也是酰基载体蛋白（acyl carrier protein，ACP）分子的构成部分，在代谢中起转移酰基的作用，对于各种组织的内源代谢、能量交换都很重要。
泛酸是由泛解酸和β-丙氨酸与α，γ-二羟-β-β-二甲基丁酸用肽键连接组成的一种化合物，分子式为C 9 H 17 O 5 N，分子量为219，有旋光性，仅D型有生物活性。消旋泛酸具有吸湿性和静电吸附性。
泛酸为淡黄色黏稠油状物，溶于水和醋酸，在中性溶液中较稳定，但易被酸、碱和长时间（2～6天）的干热所破坏。常用泛酸为其钙盐，呈白色粉状晶体，微苦，可溶于水，对光及空气稳定，但在pH 5～7的水溶液遇热可被破坏。
泛酸几乎存在于所有的活细胞中，在原核生物、真菌、霉菌和植物的细胞内可以通过酶促反应合成。泛酸广泛分布于人体内各组织，以肝、肾上腺、肾、脑、心和睾丸中的浓度最高。血浆浓度为0.15～0.73μmol/L，全血中的总泛酸浓度为0.91～2.74μmol/L。
食物中的泛酸大多以辅酶A（CoA）或酰基载体蛋白（ACP）的形式存在。它们在肠内降解，首先释放出4-磷酸泛酰巯基乙胺，之后再脱磷酸产生泛酰巯基乙胺，在肠内巯基乙胺酶的作用下，迅速转变为泛酸（图1-10-9）。食物中泛酸的生物利用率约40%～60%。泛酸的吸收有两种形式，低浓度时，通过主动转运吸收；高浓度时，通过简单的扩散吸收。血浆中的泛酸主要为游离型，红细胞内的泛酸则以辅酶A的形式存在。泛酸进入细胞时靠一种特异的载体蛋白转运。
泛酸的主要作用是参与CoA和ACP的合成，泛酸激酶是CoA和ACP合成反应的关键酶，4’-磷酸泛酸形成后，在半胱氨酸合成酶的作用下，生成4’-磷酸泛酰半胱氨酸。后经脱羧酶和腺苷酸转移酶的作用，生成脱磷酸CoA，在脱磷酸CoA激酶的作用下生成CoA。
泛酸通过肾排出体外，排出形式有游离型泛酸及4-磷酸泛酸盐，人体每天的泛酸排出量约5mg。过量的泛酸会立即从尿中排出，排出体外的泛酸大部分为游离型，有些也以4-磷酸泛酸盐的形式排泄，还有一部分泛酸被完全氧化，以CO 2 的形式从肺呼出。
泛酸在血浆中以游离酸的形式转运，红细胞以CoA形式携带相当数量的泛酸。泛酸通过Na + 依赖的特异性载体蛋白介质（多维生素转运体或称泛酸透酶，SMVT）的主动转运过程转运进细胞。泛酸被细胞吸收后，大部分转变为CoA；泛酸在体内分布于肝、肾、脑、心脏、肾上腺、睾丸等组织中。
泛酸的主要生理功能是构成辅酶A和酰基载体蛋白，并通过它们在代谢中发挥作用。辅酶A（HSCoA）由泛酸、巯基乙胺、腺嘌呤、核糖和三分子磷酸组成，辅酶A的主要作用是传递酰基，为酰基的受体和供体，参与体内任何一个有乙酰基形成或转移的反应。酰基载体蛋白作为脂肪酸合成酶复合体的组成部分参与脂肪酸的合成。
（一）对神经系统的作用
有研究发现，泛酸参与脑部合成神经肌肉信使及褪黑激素，也是形成神经冲动传导物质-乙酰胆碱所必需的，当机体处于应激或饥饿状态时，泛酸还可以协助脑部酮体的生成与利用，以酰基CoA形式在胞液、网状内皮组织系统、线粒体和细胞核中发挥作用。
（二）对蛋白质、脂肪和碳水化合物代谢的影响
泛酸作为CoA的组成部分参与体内碳水化合物、脂肪和蛋白质的代谢。CoA可在脂肪酸的合成中转移乙酰基（或C2），使得棕榈酸（C16）在CoA参与下转变成硬脂酸（C18）。酰基载体蛋白作为脂肪酸合成酶复合体的组成部分参与脂肪酸的合成。酰基载体蛋白的辅基为4-磷酸泛酰巯基乙胺，其4-磷酸端与ACP蛋白部分中的丝氨酸残基借磷酸酯键相连，另一端含有巯基，可与脂酰基间形成硫酯键，借以携带合成的脂酰基从一个酶到另一个酶参加反应，从而使脂肪酸链不断延长。
（三）参与血红素的形成
血红素由甘氨酸、琥珀酰辅酶A及铁这三种原料合成，因此，泛酸参与血红素的合成。
（四）其他方面的作用
泛酸发现之初，人们就意识到泛酸对于毛发或皮肤具有重要作用，因此，泛酸也被称为“抗皮炎因子”。泛酸还参与类固醇激素、维生素A和维生素D的合成，以及卟啉和卟啉环的生成。
（一）缺乏
由于泛酸在动植物食物中广泛存在，故缺乏病很少发生。除了长期食用缺乏泛酸的半合成膳食或使用泛酸拮抗剂等情况之外，因食物中含量差异较大，且加工、烹调中损失明显，故膳食调配不合理加之烹调加工不当或食物供应缺乏时，可能引起泛酸摄入减少，发生缺乏病。
CoA和ACP广泛参与到各种生理代谢，所以泛酸缺乏会影响到许多系统的生理功能，如可引起机体代谢障碍，常见影响是脂肪合成减少和能量产生不足。啮齿类动物缺乏时可见生长迟缓、不孕、流产，皮肤可见鳞皮症、毛发褪色、脱毛等，可伴随神经肌肉疾病、胃肠功能失调、肾上腺皮质功能不全等。鸡缺乏可见皮炎、眼睑肿胀、长壳、羽毛减少、脂肪肝、胸腺坏死、脊髓索中的轴索和髓磷脂变性等。
人类因膳食因素引起的泛酸缺乏症很罕见。个别病例见于严重营养不良患者及使用代谢拮抗剂ω-甲基泛酸的患者。其主要表现是：烦躁不安、食欲减退、消化不良、腹痛、恶心、头痛、精神抑郁、意志消沉、疲倦无力、手足麻木和刺痛、臂和腿抽筋、麻木、脚有烧灼感等，同时应激反应增强、抗体产生减少、对胰岛素的敏感度增强而导致低血糖等。补充大量泛酸后这些症状和体征好转。
（二）过量
泛酸的毒性很低，给动物100倍需要量的剂量，未见有明显的毒副作用。人体对泛酸有很好的耐受性，偶尔会有轻度的腹泻。青年男性每日摄入10g泛酸钙6周，未见毒副作用。其他研究显示，每日摄入10～20g时，可偶尔引起腹泻和水潴留。近有报道，泛酸摄入过多可影响生物素的转运，因为体外实验发现，泛酸和生物素共用一个细胞转运载体，泛酸过多能使生物素转运受阻。
叶酸（folic acid）曾被称为维生素M、维生素Bc、U因子（factor U）、wills因子（Wills factor）、干酪乳杆菌生长因子（lactobacillus casei factor），属于B族维生素。1930年英国科学家Lucy Wills从酵母中得到一种可以治疗营养性巨细胞贫血的一种新的因子，后来人们发现这种因子与从肝中提取出的抗恶性贫血病因子不同，因此把它命名为“Wills”因子。1941年，Mitchel在研究微生物生长条件时，从菠菜叶中分离出一种可以促进乳酸杆菌生长的因子，并把它称为叶酸。1945年科学家鉴定并合成了蝶酰谷氨酸，证实历史上发现的这些因子活性成分本质上都是蝶酰谷氨酸或其衍生物，因此统称为叶酸。
叶酸在膳食中的重要性逐渐被认识，特别是叶酸与出生缺陷、叶酸与心血管疾病、叶酸与肿瘤、叶酸与老年痴呆等的研究逐步深入。美国自1998年起强制规定在某些谷物食品中强化叶酸（FDA规定谷物食品强化叶酸1.4mg/kg），可见对叶酸的重视。中国从2010年开始在全国范围向育龄妇女推广叶酸补充剂，以预防神经管缺陷。
叶酸的结构是由一个2-氨基-4-羟基蝶啶，通过一个亚甲基桥与对氨基苯甲酸相邻结成为蝶酸（蝶呤酰），再与一个或多个谷氨酸结合而成。化学名称为蝶酰谷氨酸（pteroylglutamic acid，PGA或pteGlu）。分子式为C19H 19N7O6 ，相对分子质量为441.4。
叶酸为黄色或橙黄色的晶体或结晶粉末，无臭无味，不溶于冷水，稍溶于热水，熔点250℃，其钠盐易于溶解。微溶于甲醇，不溶于乙醇、丁醇、醚、丙酮、氯仿和苯等有机溶剂。叶酸对热、光线、酸性溶液均不稳定，在pH＜4的溶液中温度超过100℃即分解。在碱性和中性溶液中对热稳定。因此，叶酸必须密封、避光、低温保存。食物中的叶酸烹调加工后损失率可达50%～90%。
吸收与代谢
膳食中的叶酸大约有3/4与多个谷氨酸相结合。这种与多个谷氨酸结合的叶酸不易被小肠吸收，在吸收之前必须经小肠黏膜细胞分泌的γ-谷氨酸酰基水解酶（结合酶）分解为单谷氨酸叶酸，才能被吸收，单谷氨酸叶酸因分子小，可直接被肠黏膜吸收，也可以通过叶酸转运蛋白吸收，叶酸结构中含谷氨酸分子越多，则吸收率越低，例如，含7个谷氨酸分子的多谷氨酸叶酸吸收率仅55%左右。一般膳食中总叶酸的吸收率约为70%。强化食品或补充剂中的叶酸是单谷氨酸叶酸，强化食品中叶酸生物利用率可达85%，补充剂叶酸生物利用率可高达100%。
叶酸的吸收过程是由载体介导的主动转运过程，受pH、能量等因素影响，最适pH为5.0～6.0。2006年，Andong Qiu等人发现了肠内的质子耦联叶酸转运体（PCFT），并发现编码该蛋白的基因突变而丧失功能是导致遗传性叶酸吸收不良发生的分子机制。以单谷氨酸盐形式大量摄入时则以简单扩散为主。人体储存叶酸的能力有限，大部分叶酸吸收后不能在体内长时间停留。
早期研究认为叶酸在肠道中进一步被叶酸还原酶还原，在维生素C与NADPH参与下，先还原成二氢叶酸，再经二氢叶酸还原酶作用，在NADPH参与下，还原成具有生理作用的四氢叶酸。它是体内生化反应中一碳单位的传递体。四氢叶酸以携带一碳单位形成5-甲基四氢叶酸、亚甲基四氢叶酸等多种活性形式发挥生理作用（图1-10-12）。但最新的研究表明，机体摄入的叶酸在肠道内转化代谢的比例非常低，约80%的叶酸未经代谢以最初的形式到达肝脏门静脉，相反地，绝大部分5-甲酰基四氢叶酸（约96%）可在肠道内代谢为5-甲基四氢叶酸而后进入血液循环（图1-10-13）。这表明，人体摄入的叶酸主要在肝脏而非肠道代谢转化，但由于肝脏中二氢叶酸还原酶的活性较低，当大量摄入叶酸而超过肝脏的代谢能力时可导致血液中未代谢叶酸（unmetabolized folic acid）的富集。5-甲基四氢叶酸是体内叶酸的主要形式，约占80%，通过门静脉循环进入肝脏，在肝脏中通过合成酶作用重新转变成多谷氨酸衍生物后贮存。肝脏是叶酸的主要贮存部位，贮存量约为7.5mg±2.5mg，亦有报道为6～14mg（Whitehead，1973）及11mg（Hoppnber，1980）。肝内叶酸占体内叶酸总量的50%左右。当贮存于肝脏及其他组织中的多谷氨酸叶酸释放入血液后，又被结合酶水解为单谷氨酸叶酸，并与血浆蛋白相结合。肝脏每日释放约0.1mg叶酸至血液，以维持血浆叶酸水平，人类血浆叶酸水平一般在10～30nmol/L左右。
维生素C和葡萄糖可促进叶酸吸收。锌作为叶酸结合的辅助因子，对叶酸的吸收亦起重要作用。动物实验研究表明，缺锌不利于游离叶酸的吸收，低锌低叶酸组的血清叶酸水平低于正常锌低叶酸组，缺锌可降低结合酶的活性，并可能通过减少结合酶的量而降低对叶酸的吸收。最新的研究表明，n-3多不饱和脂肪酸可通过调控叶酸通路中关键酶的表达（如MTHFR、CBS、CSE等）进而促进叶酸的代谢（图1-10-12）。
不利于叶酸吸收及代谢的因素包括经常饮酒、吸烟、饮茶、饮咖啡及服用某些药物等。动物实验发现乙醇可干扰叶酸代谢，并可使二氢叶酸还原酶活性下降及红细胞叶酸含量降低。乙醇还可降低叶酸代谢通路中MTR酶的活性。饮酒及饮咖啡均可降低维生素B 6 的水平进而影响依赖于维生素B 6 的叶酸代谢途径。研究发现，吸烟会导致血浆叶酸水平下降，吸烟者的叶酸需求增加，低叶酸摄入吸烟者患食管癌的风险是高叶酸摄入非吸烟者的8倍。随机对照实验表明，饮茶可使叶酸的生物利用度降低17.9%～39.9%。药物对叶酸代谢和吸收的影响包括多个方面，如口服避孕药因含有雌激素能降低结合酶的活性而阻碍叶酸吸收，使血液叶酸水平下降。抗惊厥药物如苯巴比妥、苯妥英钠等可抑制叶酸的吸收，血清叶酸与血清抗惊厥药物水平间成负相关。阿司匹林可降低叶酸与血浆蛋白质的结合能力，使游离型叶酸增多，贮存型叶酸减少而使叶酸排出量增加。还有一些抗叶酸药物如甲氨蝶呤、乙胺嘧啶、甲氧苄啶等，可抑制二氢叶酸还原酶，使二氢叶酸不能转变为四氢叶酸。抗癫痫药物丙戊酸钠等可抑制叶酸代谢通路中一系列酶的表达。一些抗癌药则可干扰DNA的合成。
叶酸通过尿液、粪便及胆汁排出。叶酸在尿中的主要代谢产物是乙酰氨基苯甲酰谷氨酸，通过肾小球滤过的叶酸多数可在肾小管近端再吸收。从胆汁排出的叶酸也可通过肝肠循环在小肠被重吸收，因此叶酸的排出量很少。而粪便排出的叶酸由于肠道细菌可合成叶酸而难以确定。成人叶酸的丢失量平均为60μg/d或1μg/kg。叶酸营养状况适宜的人，当膳食中无叶酸摄入时，体内贮存量可维持至少3个月不出现缺乏。
叶酸在肠壁、肝脏及骨髓等组织中，经叶酸还原酶作用，还原成具有生理活性的四氢叶酸。四氢叶酸的主要生理作用在于它是体内生化反应中一碳单位转移酶系的辅酶，起着一碳单位传递体的作用。四氢叶酸分子式中第5，10两个氢原子即为一碳单位的传递体。所谓一碳单位，是指在代谢过程中某些化合物分解代谢生成的含一个碳原子的基团，如甲基（CH 3 ）、亚甲基（—CH 2 ）、次甲基或称甲烯基═（CH—）、甲酰基（—CHO）、亚胺甲基（—═CH NH）等，组氨酸、丝氨酸、甘氨酸、蛋氨酸等均可供给一碳单位，这些一碳单位从氨基酸释出后，以四氢叶酸作为载体，参与其他化合物的生成和代谢，主要包括：
1.参与核酸合成 叶酸在磷酸戊糖途径中参与5-磷酸核糖生成次黄嘌呤核苷酸（IMP）的过程并在此过程中参与甘氨酰胺核苷酸（GAR）和5-氨基-4咪唑羧酰胺氨基酸（AICAR）的甲酰化反应；另外，叶酸与脱氧尿嘧啶核苷酸一磷酸（dUMP）到脱氧胸腺嘧啶核苷酸一磷酸（dTMPd）的合成有关。从而参与DNA与RNA的合成。
2.参与氨基酸代谢 参与氨基酸之间的相互转化，充当一碳单位的载体，如丝氨酸与甘氨酸的互换（亦需维生素B 6 ）、组氨酸转化为谷氨酸、同型半胱氨酸与蛋氨酸之间的互换（亦需维生素B 12 ）等。
3.参与血红蛋白及重要的甲基化合物合成，如肾上腺素、胆碱、肌酸等。
4.参与神经递质的合成 叶酸通过参与DNA甲基化，维持脑内维生素B 12 、蛋氨酸、L-酪氨酸和乙酰胆碱的代谢反应，促进脑内重要神经递质的正常合成。
5.预防恶性贫血 叶酸可以和维生素B 12 一起促进骨髓红细胞生成，预防巨幼红细胞性贫血。
6.提高免疫力 动物实验和人淋巴细胞体外实验研究发现，叶酸具有维持免疫系统正常功能的作用，提高动物和人的抗菌能力，促进淋巴细胞正常功能的发挥及抗体的合成。
由此可见，叶酸携带一碳单位的代谢与许多重要的生化过程密切相关。体内叶酸缺乏则一碳单位传递受阻，核酸合成及氨基酸代谢均受影响，而核酸及蛋白质合成正是细胞增殖、组织生长和机体发育的物质基础，因此，叶酸对于细胞分裂和组织生长具有极其重要的作用。
（一）缺乏
1.缺乏原因
（1）摄入不足：偏食使膳食中叶酸不足或烹调加工时间过长或温度过高造成叶酸损失。
（2）吸收利用不良：吸烟、酗酒、腹泻、小肠炎症、肿瘤、手术，以及使用某些二氢叶酸还原酶拮抗剂药物、先天性酶缺乏、维生素B 12 及维生素C缺乏等均影响叶酸的吸收、利用。
（3）需要量增加：婴幼儿、青少年、孕妇、乳母以及代谢率增加等情况下（如甲状腺功能亢进、慢性感染、肿瘤等）叶酸需要量增加，使叶酸摄入相对不足。
（4）排出量增加：酗酒、血液透析等可使叶酸排出增加。
（5）糖尿病妊娠可抑制叶酸结合蛋白的表达，阻碍叶酸由母亲向胚胎的转运，导致胚胎叶酸缺乏。
（6）相关基因的突变可降低叶酸的生物利用度进而导致叶酸缺乏：研究表明，MTHFR 677C＞T多态位点TT基因型可减弱血浆及红细胞中叶酸水平对增补叶酸的应答。
2.缺乏表现
（1）巨幼红细胞贫血：
叶酸缺乏时导致DNA合成受阻，使细胞周期停止，首先影响细胞增殖速度较快的组织。红细胞为体内更新较快的细胞，平均寿命为120天。红细胞的形成需经过有核幼细胞、无核网织红细胞到成熟红细胞的成熟过程。当叶酸缺乏时，骨髓中幼红细胞分裂增殖速度减慢，停留在巨幼红细胞阶段而成熟受阻，细胞体积增大，核内染色质疏松。骨髓中大的、不成熟的红细胞增多。叶酸缺乏同时引起血红蛋白合成减少，形成巨幼红细胞贫血。
患者表现为头晕、乏力、精神萎靡、面色苍白，并可出现“牛肉舌”，可伴舌痛、食欲下降以及腹泻、腹胀、便秘等消化系统症状，易怒、妄想等精神症状和共济失调或步态不稳、对称性远端肢体麻木、深感觉障碍等神经系统表现。血象检查可见患者血中粒细胞减少，中性粒细胞体积增大，核肿胀且分叶增多，可达5个分叶以上。外周血中出现巨幼细胞。骨髓象可见增生活跃或明显活跃。骨髓铁染色常增多。
（2）对孕妇和胎儿的影响：
叶酸缺乏可使孕妇先兆子痫、胎盘早剥的发生率增高；胎盘发育不良导致自发性流产；叶酸缺乏尤其是患有巨幼红细胞贫血的孕妇，易出现胎儿宫内发育迟缓、早产及新生儿低出生体重。
胎儿体内叶酸水平一般比母体高3～4倍，这是由于叶酸的母婴转运是一个主动转运过程，胎盘含有叶酸的高亲和受体。但当母亲体内叶酸水平低时，其胎儿体内叶酸贮备亦少，出生后的迅速生长使叶酸很快消耗尽，不仅可影响婴儿的生长和智力发育，且较一般婴儿易出现巨幼红细胞贫血。
孕早期叶酸缺乏可引起胎儿神经管畸形。神经管畸形（neural tube defect，NTD）是指由于胚胎在母体内发育至第3～4周时，神经管未能闭合所造成的先天缺陷。主要包括脊柱裂（spina bifida）和无脑（anencephaly）等中枢神经系统发育异常。无脑畸型为严重脑发育不全，并有颅骨缺损，一般于出生前或出生后短时间内死亡。脊柱裂患儿虽可存活，但可造成终生残疾。单独NTDS发生率约为1.4‰～2‰，是世界上第二常见的先天畸形（心脏畸形占首位）。目前世界近40个国家每年约发生240 000例叶酸可预防的脊柱裂和无脑儿，通过实施叶酸强化或增补叶酸预防的病例数每年大约22 000例，仅成功预防了其中的10%左右。我国是NTD的高发国家，每年有8万～10万例神经管畸形儿出生，且北方高于南方；发病具有明显地域性，全国平均发病率3‰，北方高发地区为6‰，南方低发地区为1‰。
（3）高同型半胱氨酸血症：
蛋氨酸在ATP的作用下，转变成S-腺苷蛋氨酸（活性蛋氨酸），S-腺苷蛋氨酸供出一个甲基后，形成同型半胱氨酸（homocysteine，Hcy）。同型半胱氨酸可在蛋氨酸合成酶（MS）的作用下，以维生素B 12 为辅助因子，与5-甲基四氢叶酸提供的甲基发生甲基化后，又重新合成蛋氨酸，参与体内蛋白质代谢。而5-甲基四氢叶酸则转变为四氢叶酸，四氢叶酸再与其他代谢过程中生成的甲基结合，先形成5，10-亚甲基四氢叶酸，再转换形成5-甲基四氢叶酸。上述叶酸与蛋氨酸代谢途径一旦发生障碍，可导致高同型半胱氨酸血症的发生。高同型半胱氨酸血症与冠状动脉硬化性心脏病、高血压、2型糖尿病、先天畸形、老年性痴呆、脑血管疾病、抑郁症等疾病的发生发展密切相关，并且可引起体内甲基化反应异常。
（4）肿瘤：
叶酸与DNA甲基化、DNA修复和癌基因表达之间存在相互关联。动物研究发现叶酸可影响DNA甲基转移酶的表达，同时与多种肿瘤相关基因CpG岛甲基化密切相关。最近的人体研究发现，血清叶酸水平低是宫颈癌发生的危险因素，并且低水平叶酸可降低结肠癌的发生。Aune等历时8年病例对照研究发现高膳食叶酸的摄入可降低患大肠癌和食管癌的风险。
（二）过量
叶酸是水溶性维生素，一般超出成人最低需要量（50μg/d）20倍也不会引起中毒。凡超出血清与组织中和多肽结合的量均从尿中排出。但服用大剂量叶酸（＞1mg/d）也可能产生毒性作用，主要包括：
1.干扰抗惊厥药物的作用
诱发癫痫患者惊厥发作，叶酸和抗惊厥药在肠细胞表面，也可能在大脑细胞表面相互拮抗，大剂量叶酸可促使已用抗惊厥药控制了癫痫症状的患者发生惊厥。有报道快速静注14.4mg叶酸，大脑血管内血清叶酸增高数倍，并出现惊厥。
2.影响锌的吸收
口服叶酸350mg（793.3μmol/d）可能影响锌的吸收，而导致锌缺乏，使胎儿发育迟缓，低出生体重儿增加。
3.掩盖维生素B 12 缺乏的早期表现
导致神经系统受损害，由于巨幼红细胞贫血患者大多数合并维生素B 12 缺乏，过量叶酸的摄入干扰维生素B 12 缺乏的早期诊断，有可能导致严重的不可逆转的神经损害。
4.诱发婴儿哮喘
观察性研究表明，孕期叶酸补充过量（总剂量超过72 000μg）可升高婴儿哮喘的发病风险。
5.阻碍子代的精神运动发育
孕期过量补充叶酸可阻碍子代的精神运动发育。
6.未代谢叶酸在血液循环系统富集
叶酸摄入过量可导致未代谢叶酸（unmetabolized folic acid）在血液循环系统富集，但其对机体的影响尚不清楚。
维生素B12 又称氰钴胺素（cyanocobalamin），是唯一含金属元素（钴）的水溶性维生素，自然界中的维生素B 12 由微生物合成，高等动植物不能合成维生素B 12 。维生素B 12 也是唯一需要肠道内因子（IF）帮助才能吸收并预防和治疗吸收障碍而引起恶性贫血的维生素。1920年George Whipple发现，摄入大量肝脏能够快速治愈犬失血的贫血症，并推测食用肝脏可能治疗恶性贫血。1926年George Minot、William Murphy和George Whipple发现肝脏浓缩物可以有效地治疗恶性贫血，这种浓缩物后来被发现含有大量维生素B 12 ，并因此而获得1934年的诺贝尔奖。1948年Mary Shaw Shorb、Karl A. Folkers和Alexander R. Todd建立制备高纯度维生素B 12 的方法。1956年Dorothy Hodgkin利用X射线衍射法鉴定了维生素B 12 的晶体结构，并获得1964年诺贝尔化学奖。1965年，Robert Burns Woodward研究小组和Abert Eschenmoser研究小组开始合作进行维生素B 12 的全合成，并于1976年宣布完成维生素B 12 的人工合成。
维生素B 12 与人体健康息息相关，它参与蛋白质、脂肪和碳水化合物等生物大分子在体内的转化和利用，在造血系统中促进红细胞的发育和成熟，使机体造血功能处于正常状态，且参与脱氧核糖核酸合成；此外，对于中枢神经和外周神经系统健康，以及消除烦躁不安和增强记忆力都是不可缺少的维生素。
维生素B 12 是一组含钴的类咕啉化合物。其结构式系由4个还原性吡咯环相连结成一个大环，中心为一个钴，这个大环称为咕啉（corrin），是维生素B 12 结构的核心。维生素B 12 的化学全名为α-5，6二甲基苯并咪唑-氰钴酰胺，氰钴胺为其简称，其分子式中的氰基（CN）可由其他基团代替，成为不同类型的钴胺素（cobalamin，Cb1）。
维生素B 12 为红色结晶（金属钴的颜色），可溶于水和乙醇，不溶于三氯甲烷和乙醚，结构性质相对稳定。在pH 4.5～5.0的弱酸条件下最稳定，在强酸（pH＜2）或碱性溶液中则分解，遇热可有一定程度的破坏，但快速高温消毒损失较小。遇强光或紫外线易被破坏。
食物中的维生素B 12 与蛋白质相结合，进入人体消化道内，在胃酸、胃蛋白酶及胰蛋白酶的作用下，维生素B 12 被释放，并与胃黏膜细胞分泌的糖蛋白内因子（IF）结合。维生素B 12 -IF复合物对胃蛋白酶较稳定，进入肠道后由于回肠具有维生素B 12 -IF受体而在回肠部被吸收。有游离钙及碳酸氢盐存在时，利于维生素B 12 的吸收。未与IF结合的由粪便排出。每日能与IF结合并被回肠部维生素B 12 -IF受体吸收的最大膳食摄入量约5μg/d维生素B 12 。
维生素B 12 进入血液循环后，与血浆蛋白结合成为维生素B 12 运输蛋白，包括转钴胺素Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ（TcⅠ、Ⅱ、Ⅲ）。TcⅡ与维生素B 12 结合后，主要运输至细胞表面具有TcⅡ-维生素B 12 特异性受体的组织，如肝、肾、骨髓、红细胞、胎盘等。血清中除含有维生素B 12 外，还含有类咕啉及钴胺酰胺等维生素B 12 类似物，可与TcⅠ及TcⅡ结合，运送至肝脏经分解后从胆汁排出。
因此，当各种因素引起胃酸过少、胰蛋白酶分泌不足、回肠疾病及TcⅡ运输蛋白合成减少等，均可影响维生素B 12 的吸收和运输。
体内维生素B 12 的贮存量很少，约2～3mg，主要贮存于肝脏。每日丢失量大约为贮存量的0.1%，不同作者报道的平均丢失量为1.2～2.55μg，主要从尿排出，部分从胆汁排出。
维生素B 12 的肝肠循环对其重复利用和体内稳定十分重要，由肝脏通过胆汁排入小肠的维生素B 12 ，正常情况下约有一半可被重吸收，约0.6～6μg/d，因此，即使膳食不含维生素B 12 ，体内的贮存亦可满足大约6年的需要而不出现维生素B 12 缺乏症状。有吸收障碍者维生素B 12 缺乏症可在2～3年内发生。
研究显示维生素B 12 的吸收与体内维生素B 12 水平不相关，但口服剂量的增加会导致吸收率减少。小肠对维生素B 12 的主动吸收在2μg的时候达到饱和：0.5μg约吸收70%，1μg约吸收50%，5μg约吸收20%，25μg约吸收5%，大于25μg吸收率少于1%。
维生素B 12 在体内以两种辅酶形式发挥生理作用，即甲基B 12 （甲基钴胺素，CbI）和辅酶B 12 （腺苷基钴胺素，ado Cbl）。
（一）甲基转移酶的辅因子参与蛋氨酸合成
维生素B 12 作为蛋氨酸合成酶的辅酶，催化5-甲基四氢叶酸转变为四氢叶酸，并将甲基转移给同型半胱氨酸（homocysteine，Hcy），并在蛋氨酸合成酶的作用下合成蛋氨酸，参与蛋氨酸-同型半胱氨酸代谢，维持细胞和循环水平Hcy平衡起着重要作用。
Hcy经胱硫醚合酶的转硫作用分解为胱硫醚、半胱氨酸、谷胱甘肽。Hcy过高是心血管疾病的独立风险因子。
（二）参与甲基丙二酸-琥珀酸的异构化反应，促进红细胞的发育和成熟
体内代谢过程中，甲基丙二酰辅酶A转变为琥珀酰辅酶A的过程需要甲基丙二酰辅酶A异构酶。维生素B 12 辅助甲基丙二酰辅酶A异构酶将甲基丙二酰辅酶A转化为琥珀酰辅酶A，参与三羧酸循环，其中琥珀酰辅酶A与血红素合成有关。当维生素B 12 缺乏时，甲基丙二酰辅酶A异构酶的功能受损，甲基丙二酸辅酶A通过非维生素B 12 依赖性丙二酰辅酶A水解酶的作用，转变为甲基丙二酸，致使血清中甲基丙二酰辅酶A及其水解产物甲基丙二酸与α-甲基柠檬酸均升高，尿中甲基丙二酸排出量增多。
（三）提高叶酸利用率
维生素B 12 具有保护叶酸在细胞内的转移和贮存，增加其利用效率，促进碳水化合物、脂肪和蛋白质的代谢。它与叶酸一起合成蛋氨酸和胆碱，产生嘌呤和嘧啶的过程中合成氰钴胺甲基前体物质，如甲基钴胺和辅酶B 12 ，参与许多重要化合物的甲基化过程。维生素B 12 缺乏时，影响甲基从同型半胱氨酸向蛋氨酸的转移，降低5-甲基四氢叶酸转移甲基的能力，促使甲基在细胞内聚集，降低叶酸的利用效率。
（四）保护神经系统功能
缺乏维生素B 12 时，可引起神经障碍、脊髓变性，并可引起严重的精神症状。维生素B 12 缺乏可导致周围神经炎。儿童缺乏维生素B 12 的早期表现是情绪异常、表情呆滞、反应迟钝，最后导致贫血。
（五）促进红细胞的发育和成熟，使机体造血功能处于正常转态，预防恶性贫血
维生素B 12 对红细胞的生成和铁的吸收等造血过程，都是不可缺少；在造血系统中主要促进红细胞成熟。维生素B 12 缺乏时，细胞内脱氧尿嘧啶核苷转为脱氧胸腺嘧啶核苷的生化反应受阻，使红细胞生长速度减慢。
（六）其他
维生素B 12 还参与脱氧核酸（DNA）的合成，脂肪、碳水化合物及蛋白质的代谢，增加核酸与蛋白质的合成。
（一）缺乏
1.维生素B 12 缺乏的原因主要有
①摄入不足，如长期素食者，由于不吃肉食而可发生维生素B 12 缺乏；②获得性吸收不良，如胰源性、胃源性、肝源性或肠源性疾病等，老年人和胃切除患者胃酸过少可引起维生素B 12 的吸收不良；③对维生素B 12 需求量增加，如妊娠、产后、绦虫病等；④先天性维生素B 12 代谢步骤的障碍，如先天性缺乏内因子等。此外，还可能出现药源性缺乏，研究发现口服二甲双胍会导致血清维生素B 12 水平降低。
2.维生素B 12 缺乏的表现
（1）巨幼红细胞贫血：
维生素B 12 缺乏引起蛋氨酸合成酶的抑制，使蛋氨酸合成和由5-甲基四氢叶酸转变成四氢叶酸减少，进一步导致合成胸腺嘧啶所需的5，10-亚甲基四氢叶酸形成不足，以致红细胞中DNA合成障碍，诱发巨幼红细胞贫血。
（2）神经系统损害：
维生素B 12 缺乏通过阻抑甲基化反应而引起神经系统损害，表现为斑状、弥散性的神经脱髓鞘，由末梢神经开始，逐渐向中心发展累及脊髓和大脑，形成亚急性复合变性，出现抑郁、记忆力下降、四肢震颤等神经症状。
（3）高同型半胱氨酸血症：
同型半胱氨酸增高是心血管疾病的危险因素，膳食维生素B 6 、叶酸、维生素B 12 缺乏都可引起高同型半胱氨酸血症。维生素B 12 缺乏时抑制蛋氨酸合成酶的作用，使蛋氨酸合成受阻。参与甲基转移的辅助底物，S-腺苷蛋氨酸合成减少，使机体处于低甲基转态，影响神经信号传导和蛋白质的合成；同型半胱氨酸转变成蛋氨酸的过程受阻而堆积在体内形成高同型半胱氨酸血症。
（4）影响叶酸代谢：
作为蛋氨酸合成酶的辅酶，维生素B 12 将甲基从5-甲基四氢叶酸转移至同型半胱氨酸，生成四氢叶酸（叶酸的活性状态）和蛋氨酸；维生素B 12 缺乏将增加同型半胱氨酸的浓度，且抑制四氢叶酸的合成，影响DNA的合成、细胞分裂和贫血。
（5）生育与出生缺陷：
新生儿维生素B 12 缺乏严重损害神经系统的发育，表现为生长迟缓和神经系统缺陷。维生素B 12 缺乏也是神经管缺陷和孕期流产的独立风险因子。
（6）增加罹患肿瘤等慢性疾病的风险：
维生素B 12 作为重要辅酶以直接或间接形式影响嘧啶和嘌呤合成代谢途径，参与一碳循环。维生素B 12 缺乏促使一碳循环紊乱和DNA甲基化的稳定性，影响核酸代谢途径和染色体的稳定性，阻碍DNA合成与修复过程，进而直接或间接促进了恶性肿瘤等慢性疾病的发生和发展。
（二）过量
据报道每日口服达100μg维生素B 12 未见明显反应。无毒副作用反应水平（NOAEL）为3000μg，可观察到最低毒副作用反应水平（LOAEL）尚未确定。
生物素（biotin）也称为维生素B 7 ，以前称为维生素H或辅酶R。1901年，Wildiers发现有一种有机物质是酵母生长所必需的，被称为“生物活素”。1916年和1927年，Bateman和Boas分别发现用生蛋清喂养大鼠能引起皮炎，但鸡蛋加热凝固后，则没有此作用。1933年Allison等研究豆类根瘤菌的生长时，从中分离出一种固氮细菌，被命名为“辅酶R”。1936年，德国Kogl和Tonnis从煮熟的鸭蛋黄中分离出一种结晶物质，是酵母生长所必需的，称之为“生物素”。1937年，匈牙利科学家Gyorgy发现一种物质能防止生蛋清所致的不利影响，将此种物质命名为维生素H。到1940年，Gyorgy及其同事实验证实，辅酶R、生物素、维生素H、生物活素均为同一种物质，之后证明生物素是哺乳动物必需的一种营养素。1942年，du Vigneaud等提出了生物素的化学结构，1943年被人工合成。现在已认识到，生蛋清所造成的大鼠损害，系因生蛋清中所含的抗生物素蛋白所致。此种蛋白是一种糖蛋白，能与生物素高度特异结合，阻止肠道对生物素的吸收，从而引起体内生物素缺乏。生物素是多种羧化酶的辅酶，在羧化酶反应中起CO 2 载体的作用，参与碳水化合物及脂肪的合成代谢，影响细胞生长及蛋白质合成。
生物素是顺-6-脱氢-2-氧代-1-氢-噻吩-［3，4-2］-咪唑-4-戊酸的一系列化合物的总称，分子式为C 10 H 16 O 3 N 2 S，相对分子质量为244。由一个脲基环和一个带有戊酸侧链的噻吩环组成。现已知有8种异构体，天然存在的仅α-生物素，具有生物活性。
生物素为无色、无臭的针状结晶，极易溶于热水，微溶于冷水，能溶于乙醇，但不溶于有机溶剂。对热稳定，一般烹调损失不大，强酸、强碱和氧化剂可使其破坏，紫外线也可使其逐渐破坏。
体内生物素储存主要在肝脏，其浓度为800～3000ng/g。血中含量较低，成人全血浓度约为260ng/L，婴儿约为320ng/L，分娩妇女为420ng/L，而孕妇可达590ng/L。
食物中的生物素主要以游离形式或与蛋白质结合的形式存在。与蛋白质结合的生物素在肠道蛋白酶的作用下，形成生物胞素，再经肠道生物素酶的作用，释放出游离生物素。
生物素吸收的主要部位是小肠的近端。浓度低时（＜5μmol/ml），被转运载体主动吸收，主要由一种定位于肠道刷状缘细胞膜上的钠依赖性维生素转运载体协助转运。食物来源生物素的利用率不足50%；浓度高时（＞25μmol/ml），则以简单扩散形式吸收，吸收的生物素经门脉循环，运送到肝、肾内贮存，其他细胞内也含有生物素，但量较少。生蛋清中含有抗生物素蛋白，可与生物素结合抑制生物素的吸收。胃酸缺乏者，可使生物素吸收减少。
人体的肠道细菌可从二庚二酸取代壬酸合成生物素，但作为人体生物素直接来源是不够的。肠道中生物素的合成受许多因素的影响，如碳水化合物来源、B族维生素的存在、有无抗菌药物或抗生素的存在等，因此，需要从食物中摄取生物素。食物中结合态生物素是以共价键的形式存在，不能被机体直接吸收利用，在胃肠道蛋白酶和肽酶作用下降解成生物胞素和含生物素的小肽，然后在生物素降解酶的作用下释放出游离的生物素。生物素在哺乳动物体内还可以通过复杂的机制实现循环利用，具体见图1-10-15，即通过人类羧化全酶合成酶等将生物素转化为生物素-5’-腺苷酸，最终完成循环。
生物素转运到外周组织，需要生物素结合蛋白为载体。血浆中的生物素结合蛋白以生物素酶的形式存在，此酶有二个高亲和性的生物素结合位点。人乳中有生物素酶。
血清中的生物素有三种形式：游离生物素、可逆结合到血清蛋白上的生物素和以共价键结合到血清蛋白上的生物素，三种形式的生物素含量依次为81%、7%和12%。生物素所结合的血清蛋白可以是α-球蛋白、β-球蛋白或白蛋白。
生物素主要经尿排出。排出前，生物素约一半转变为生物素亚砜、二去甲生物素和四去甲生物素（图1-10-15）。人尿中生物素、二去甲生物素和生物素亚砜的比例约为3∶2∶1。乳中也有生物素排出，但量很少。
生物素的主要功能是在脱羧-羧化反应和脱氨反应中起辅酶作用。
目前已知体内至少有五种羧化酶依赖生物素作辅基，包括乙酰辅酶A羧化酶1、乙酰辅酶A羧化酶2、丙酮酸羧化酶、丙酰辅酶A羧化酶和甲基巴豆酰辅酶A羧化酶。生物素依赖羧化酶在代谢中的作用见图1-10-16。
两种乙酰辅酶A羧化酶涉及脂肪酸的合成，催化碳酸氢盐掺入到乙酰辅酶A，形成丙二酰辅酶A，后者是脂肪酸合成酶的底物。
丙酮酸羧化酶催化碳酸氢盐与丙酮酸结合，形成草酰乙酸，后者是三羧酸循环和糖异生的中间体。在肝肾中，草酰乙酸能转变为葡萄糖。丙酮酸羧化酶的活性降低，可引起乳酸血症。
丙酰辅酶A羧化酶催化碳酸氢盐与丙酰辅酶A结合形成甲基丙二酰辅酶A，后者能异构化为琥珀酰辅酶A进入三羧酸循环，也可进入糖异生途径产生葡萄糖。丙酰辅酶A来源于异亮氨酸、蛋氨酸、苏氨酸和缬氨酸的降解及奇数碳脂肪酸的β-氧化。当丙酰辅酶A羧化酶活性降低时，丙酰辅酶A可经其他途径生成3-羟丙酮和柠檬酸甲酯，使血中水平增加，并从尿中排出。
（一）缺乏
生物素酶缺乏症是一种罕见的常染色体隐性遗传疾病，可阻止机体释放游离生物素，尽管正常摄入，也会导致生物素缺乏。如果不进行治疗，生物素缺乏会产生神经和皮肤症状，深度生物素酶缺乏会导致昏迷或死亡。因为从出生开始（或症状出现之前）口服生物素治疗并延续的人在生活中可以预防这些症状，所以，美国和许多其他国家的所有新生儿都会接受这种疾病筛查。生物素缺乏主要见于下列人群：①长期酗酒人群：长期酗酒会抑制生物素的吸收，15%的慢性酒精中毒患者血浆生物素浓度较低。②孕妇和哺乳期妇女：尽管有正常的生物素摄入，但至少有1/3的孕妇出现边缘生物素缺乏；即使哺乳期妇女的膳食生物素摄入量超过AI，她们的血浆和母乳中生物素浓度也会降低。③长期生食鸡蛋者。④如果膳食缺乏生物素，同时大量给予磺胺类药等抗生素，或长期使用全静脉营养而忽略在输液中加入生物素，也可发生生物素缺乏症。
生物素缺乏症多数以皮肤症状为主，可见毛发变细、失去光泽、皮肤干燥、鳞片状皮炎、红色皮疹，严重者的皮疹可延伸到眼睛、鼻子和嘴周围。此外，伴有食欲减退、恶心、呕吐、舌乳头萎缩、黏膜变灰、麻木、精神沮丧、疲乏、肌痛、有机酸尿症、癫痫发作、结膜炎、皮肤感染、婴儿的张力减退，嗜睡和发育迟缓、高胆固醇血症及脑电图异常等。这些症状多发生在机体生物素缺乏10周后；在6个月以下婴儿，可出现脂溢性皮炎。
（二）过量
生物素的毒性很低，至今尚未见毒性反应的报道。几项研究发现10～50mg/d的生物素没有副作用，临床上口服200mg/d或静脉注射20mg/d生物素治疗先天性生物素代谢异常及获得性生物素缺乏的患者，未见毒性反应。怀孕9个月的妇女给予10mg/d生物素，未见对母亲和婴儿有不利影响。
（三）与药物相互作用
生物素可以与某些药物相互作用，某些药物可能会对生物素水平产生不利影响。比如卡马西平、扑米酮、苯妥英钠和苯巴比妥以及这些药物的组合，原因可能是抗惊厥药物治疗会增加生物素分解代谢，导致生物素状态降低，另外，肠道生物素的吸收也会受到抑制。
胆碱（choline）是一种强有机碱，1849年由Strecker首次从猪胆中分离出来，并于1862年首次定名，1866年被化学合成。此后一直认为胆碱为磷脂的组分，但直到1941年才由Devigneaud首先弄清它的生物合成途径。1940年，Sura和Gyorgy Goldblatt根据他们各自的工作，报道了胆碱为大白鼠生长必不可少的物质，表明了它具有维生素特性。
胆碱是卵磷脂的组成成分，也存在于神经鞘磷脂中，是机体可变甲基的一个来源而参与甲基供体的合成与代谢。此外，胆碱还是神经递质乙酸胆碱的前体。
20世纪30年代已知胆碱为实验大鼠正常生长所必需的营养素。虽然可以从食物中获得人类及动物所需要的胆碱，但很多动物体内不能合成胆碱，其中包括幼年动物。当不给予实验动物含有胆碱的食物或不给予合成胆碱所必需营养物质时，可以造成缺乏病，并引起肝与肾的损害。据此，多数营养学家还是把它列入维生素类。1988年，胆碱首次被美国食品和营养委员会列入人类的必需营养素而修订了其推荐量。
（一）结构与性质
胆碱为（β-羟乙基）三甲基氨的氢氧化物，其结构式为：HOCH2CH2N + (CH3)3 。
胆碱呈无色味苦的水溶性白色浆液，有很强的吸湿性，暴露于空气中能很快吸水。胆碱容易与酸反应生成更稳定的结晶盐（如氯化胆碱），在强碱条件下也不稳定，但对热和储存相当稳定。由于胆碱耐热，因此在加工和烹调过程中的损失很少，干燥环境下即使长时间储存，食物中胆碱含量也几乎没有变化。
（二）体内存在形式及分布
胆碱是卵磷脂和鞘磷脂的重要组成部分，卵磷脂即是磷脂酰胆碱（phosphatidylcholine），广泛存在于动植物体内，在动物的脑、精液、肾上腺及细胞中含量尤多，以禽卵卵黄中的含量最为丰富，达干重的8%～10%。鞘磷脂（sphingomyelin）是神经醇磷脂的典型代表，在高等动物组织中含量最丰富，它由神经氨基醇、脂肪酸、磷酸及胆碱组成。
（一）吸收
膳食胆碱的生物利用程度取决于肠道对其吸收效率。对于成人，摄入的部分胆碱在被肠道吸收以前即被代谢。肠道细菌分解胆碱使之形成甜菜碱（三甲基甘氨酸）并产生甲胺。未被分解的游离胆碱在整段小肠都能被吸收。食物来源的胆碱除了游离胆碱外，还有胆碱酯类，主要有磷酸胆碱、甘磷酸胆碱、鞘磷脂和磷脂酰胆碱。胰腺分泌液和小肠黏膜细胞都含有能水解膳食磷脂酰胆碱的酶（磷脂酶A 1 、磷脂酶A 2 和磷脂酶B）。形成的游离胆碱被吸收后进入肝脏门脉循环。此外，脂溶性的磷脂酰胆碱和鞘磷脂也可以通过淋巴以乳糜颗粒的形式吸收进入体内。因此，不同来源的胆碱生物利用率是不同的。
婴儿对乳液中水溶性胆碱衍生物（胆碱、磷酸胆碱和甘油磷酸胆碱）与脂溶性胆碱衍生物（磷脂酰胆碱和神经鞘磷脂）的生物利用有差别。肝脏对乳汁中摄入的甘油磷酸胆碱的代谢不同于胆碱和磷酸胆碱。此外，磷脂酰胆碱的代谢也与其他胆碱酯类的代谢有很大不同，其大部分以磷脂酰胆碱形式存留肝脏，并可能被掺入肝细胞膜。动物实验证明，幼鼠肝脏对乳中不同来源的胆碱具有不同的利用程度。尽管这些从幼鼠模型获得的资料不能直接推论到婴儿，但是在开发代乳品时，应考虑到生物利用率和代谢上的这些变化。婴儿代乳品中胆碱的安全、有效供给应以人乳为模式。
（二）利用
围生期组织对胆碱的利用率很高。从胚胎时期开始，随着发育，血胆碱浓度出现进行性下降。实际上，胎儿和新生儿血浆或血清胆碱浓度，高出成年时的6～7倍。血清胆碱浓度的下降开始于出生后的第一周。新生儿高水平的胆碱循环浓度可保证组织对胆碱的强烈需求。新生幼鼠的大脑可从血液中高效地摄取胆碱，新生幼鼠脑中胆碱浓度高出其成年时2倍。围生期补充胆碱则可进一步增加血、脑中胆碱代谢物浓度。
胎盘利用其胆碱转运系统的泵逆浓度梯度将大量胆碱传送给胎儿。胎盘是为数不多的能以乙酸胆碱形式储存大量胆碱的非神经组织之一，是一种特殊储备池以确保胆碱向胎儿的传送。
（三）转运
所有组织都通过扩散和介导转运蓄积胆碱，但肝、肾、乳腺、胎盘和脑组织对胆碱的摄取尤为重要。游离胆碱通过一个特殊的转运机制被转运通过血脑屏障，其速率与血清胆碱浓度呈比例，在新生儿，这一转运系统效能极高，以保证大脑快速发育的需要。肝脏不仅是非常重要的胆碱储备池，同时也是胆碱的主要代谢器官。肝切除可以延长胆碱半衰期，增高血胆碱浓度，肝脏摄取胆碱的高速率足以解释体循环注射胆碱后，胆碱快速消散的原因。肾脏不仅是胆碱的储存器官，也是胆碱的代谢器官。部分胆碱以原形出现在尿中，进入肾脏的胆碱一部分被转化成甘油磷酸胆碱，大部分在肾内被氧化成甜菜碱。两者作为肾内细胞重要的渗透压保护剂而发挥作用，有助于肾脏从肾小管重吸收水分。氮质血症患者血浆游离胆碱的平均浓度数倍于正常对照者。血液透析可快速除去血浆中胆碱。肾移植可使氮质血症患者血浆胆碱水平在1天内从30μmol/L降低到15μmol/L。
（四）储存和转化
膳食胆碱中仅有一小部分为乙酰化的，该乙酰化是由胆碱乙酰转移酶活性催化的。该酶主要集中在胆碱神经元末梢，但是在胎盘中也有。胆碱和乙酰辅酶A的浓度影响胆碱乙酰转移酶活性。大脑中的胆碱乙酰转移酶似乎不能被它的两种底物所饱和，因此，胆碱的可利用程度（浓度）决定了乙酰胆碱的合成速度（乙酰辅酶A可能也会决定合成速度）。脑中乙酰胆碱合成的增加与神经突触乙酰胆碱释放加强有密切联系。大脑摄取的胆碱在被转变为乙酰胆碱之前可能会首先进入储备池（可能是膜中磷脂酰胆碱的形式）。胆碱能神经元中的磷脂酰胆碱是供乙酰胆碱合成的可动用胆碱的巨大前体储备。特别是对于乙酰胆碱释放负担比较重而使胆碱原料需求不断增加的神经细胞，这种储备是很重要的。如某些特定神经元频繁释放神经冲动，或者胞质中胆碱供应不足时，培养的人类神经细胞可以利用磷脂酰胆碱作为乙酰胆碱合成中胆碱原料的来源。
胆碱分子中甲基基团在被转变成三甲基甘氨酸后可参与于体内一碳代谢。该过程分两步：第一步，胆碱被胆碱脱氢酶氧化成甜菜醛（betaine aldehyde），该酶存在于线粒体内膜。第二步，在甜菜醛脱氢酶或一种非特异性醛脱氢酶催化下，甜菜醛被进一步氧化为甜菜碱。
在机体内胆碱的生理功能和磷脂的生理功能相互有密切的联系。胆碱主要从以下两方面来发挥其生理功能，一方面，胆碱本身及其作为合成其他物质所需要的胆碱基团而发挥其生理作用；另一方面，是作为甲基供体来发挥生理功能。
（一）促进脑发育和提高记忆能力
人类的大脑在孕晚期开始迅速增长一直持续到5岁左右。在这个时期，神经组织中含有丰富的鞘磷脂和磷脂酰胆碱，供给神经纤维（轴突）髓鞘化所需。髓鞘的形成有利于神经纤维快速并定向传导信号，保护和绝缘神经纤维，对大脑神经系统的正常运作至关重要。自然界已形成若干机制以保证生长发育中的动物获得足够数量的胆碱。胎盘可调节向胎儿的胆碱运输。羊水中胆碱浓度为母血中10倍。新生儿阶段大脑从血液中汲取胆碱的能力是极强的。实验观察，新生鼠大脑中具有一种活性极强的磷脂酰乙醇胺-N-甲基转移酶（该酶不存在于成年鼠大脑）；而且，在新生鼠大脑中S-腺苷甲硫氨酸（SAM）浓度为40～50nmol/g组织，这就使得新生鼠的磷脂酰乙醇胺-N-甲基转移酶维持高活性。此外，人类和大鼠乳汁可为新生儿提供大量胆碱，可以保证胎儿和新生儿获得胆碱的多重机制。
（二）保证信息传递
对胆碱磷脂介导信息传递的研究近年有很大进展。研究认为膜受体接受刺激可激活相应的磷脂酶而导致分解产物的形成。这些产物本身即是信号分子，或者被特异酶作用而再转变成信号分子。膜中的少量磷脂组成，包括磷脂酰肌醇衍生物、胆碱磷脂，特别是磷脂酰胆碱和神经鞘磷脂，均为能够放大外部信号或通过产生抑制性第二信使而中止信号过程的生物活性分子。
在这些信号传递过程中，膜受体激活导致受体结构的改变并进而激活三磷酸鸟苷结合蛋白（GTP-binding protein G-蛋白）。G-蛋白的激活进一步使膜内磷脂酶C的激活。磷脂酶C为系列磷酸二酯酶，该系列酶可水解磷脂的甘油磷酸键，生成1，2-5n二脂酸甘油和一个亲水的可溶性（极性）头（基团）。磷脂酶C的作用触发了信息传导过程的下步活动，使蛋白激活酶（PKC）激活。磷脂水解的产物包括二脂酰甘油，其本身既是一种信使分子，又是脂质代谢的中介物。正常情况下，蛋白激活酶处于折叠状态使得一个内源性的“假性底物”区域被结合在酶的催化部位，从而抑制了其活性。二脂酰甘油使蛋白激活酶构象发生改变，导致其从铰链区发生扭曲，释放“假性底物”，开放催化部位。二脂酰甘油在膜上存在的时间是极为短暂的，因此当受体接受刺激后，蛋白激活酶的激活时间也极短，而在此极短时间内完成了信息传递。
（三）调控细胞凋亡
DNA链的断裂是胆碱缺乏的早期表现，DNA损伤对凋亡细胞形态学变化有重要作用。将大鼠肝细胞置于缺乏胆碱的培养基中可使之凋亡；同时，胆碱缺乏对神经细胞也是一种潜在的凋亡诱导因素，从而引起肝脏和神经系统的损害。
胆碱缺乏减少了甲基的供应，但是以甜菜碱、蛋氨酸、叶酸或维生素B 12 提供甲基并不能避免肝细胞由胆碱缺乏所诱导的凋亡，因此，胆碱对调控细胞凋亡具有其他甲基供体所不能替代的功能。胆碱缺乏诱导的细胞凋亡可能与其诱导DNA链的断裂有关。
（四）构成生物膜的重要组成成分
胆碱在细胞膜结构和脂蛋白构成上是重要的。在生物膜中，磷脂排列成双分子层构成膜的基质。生物膜的磷脂主要是磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸和鞘磷脂等，而磷脂酰胆碱是大多数哺乳动物细胞膜的主要磷脂（＞50%），胆碱是磷脂酰胆碱的主要组成成分。双分子层的每一个磷脂分子都可以自由地横移动，其结果使双分子层具有流动性、柔韧性、高电极性及对高极性分子的不通透性。而脂蛋白则是包埋于磷脂基质中，可以从两侧表面嵌入或穿透整个双分子层。生物膜的这种液态镶嵌结构（fluid-mosaic structure）并不是固定不变的，而是处于动态的平衡之中。
（五）促进脂肪代谢
肝脏能合成甘油三酯（triglyceride TG）但不能储存，TG在肝脏内质网合成以后，与载脂蛋白B100以及磷脂等结合生成极低密度脂蛋白（very low density lipoprotein，VLDL），由肝细胞分泌入血，把合成的TG运输至肝外供其他组织利用。因此，VLDL是肝脏向外周输出脂肪的唯一载体，而胆碱是合成VLDL的重要成分之一。充足的胆碱可以合成充足的VLDL，从而分泌充足的VLDL来转运肝脏中的TG，预防和减少过量的TG在肝脏中沉积。如果没有胆碱，脂肪聚积在肝中出现脂肪肝。临床上应用胆碱治疗肝硬化、肝炎和其他肝疾病，效果良好。
（六）促进体内转甲基代谢
在机体内，能从一种化合物转移到另一种化合物上的甲基称为不稳定甲基，该过程称为酯转化过程。体内酯转化过程有重要的作用，诸如参与肌酸的合成对肌肉代谢很重要，参与肾上腺素类固醇的合成并可甲酯化某些物质使之从尿中排出。胆碱是不稳定甲基的一个主要来源，蛋氨酸、叶酸和维生素B 12 等也能提供不稳定甲基。因此，需在维生素B 12 和叶酸作为辅酶因子帮助下，胆碱在体内才能由丝氨酸和蛋氨酸合成而得。不稳定甲基源之间的某一种可代替或部分补充另一种的不足，蛋氨酸和维生素B 12 在某种情况下能替代机体中部分胆碱。在全肠外营养中，如果没有添加胆碱，即使蛋氨酸和叶酸充足，也会导致脂肪肝等损害。
（七）降低血清胆固醇
随着年龄的增大，胆固醇在血管内沉积引起动脉硬化，最终诱发心血管疾病。胆碱和磷脂具有良好的乳化特性，能阻止胆固醇在血管内壁的沉积并清除部分沉积物，同时改善脂肪的吸收与利用，因此具有预防心血管疾病的作用。
（一）缺乏
1.肝脏变化
大部分动物（除反刍动物外）胆碱缺乏导致肝脏功能异常，肝脏出现大量脂质（主要为甘油三酯）积累，最终充满整个肝细胞。肝脏脂肪浸润从肝小叶中心部位开始，然后向四周扩散。该过程不同于蛋白质缺乏或必需脂肪酸缺乏导致的脂肪浸润，后者的脂肪浸润一般从肝叶的门脉区域开始。大鼠在饲喂缺乏胆碱的饲料后数小时内其肝细胞即出现脂肪积聚，6个月时达到顶峰，以后随着肝脏纤维化而脂质减少。之所以出现脂肪肝是因为甘油三酯必须形成极低密度脂蛋白（VLDL）而被转运出肝脏。磷脂酰胆碱是极低密度脂蛋白的必需组分，而其他磷脂无法替代。只有在磷脂酰乙醇胺-N-甲基转移酶活性足够强时，蛋氨酸才能代替胆碱。高密度脂蛋白（HDL）的分泌不需要合成新的磷脂酰胆碱分子。胆碱缺乏的人血浆低密度脂蛋白（从极低密度脂蛋白衍生而来）浓度降低。该发现与人的极低密度脂蛋白分泌需要胆碱的假说一致，其他物种极低密度脂蛋白分泌也需要胆碱。
2.肾脏变化
胆碱缺乏也危害肾脏浓缩功能。水的重吸收，钠的分泌、肾小球滤过率和肾血流量等出现异常，还会导致肾脏大面积出血。
3.诱发某些癌症
某些动物实验研究表明，胆碱缺乏可引致肝癌，给大鼠饲喂胆碱缺乏饲料可致肝脏大量积聚脂肪，一年后约70%缺乏胆碱动物有异常肝细胞，近1/4动物发生肝癌。亦有资料报道结肠癌与摄入高脂肪膳食有关，此时若胆碱缺乏，则蛋白激活酶活性变化，诱发癌细胞增殖。
4.影响神经发育
缺乏胆碱可能引起胎儿神经管畸形（NTDs）。其原因可能是由于胆碱（包括甜菜碱）在蛋氨酸循环过程中参与了磷脂酰胆碱的合成，磷脂酰胆碱是神经细胞膜的必要成分，因此缺乏时不利于神经系统的发育。叶酸对于预防NTDs广为人知，而叶酸和胆碱代谢彼此交互。叶酸和胆碱均可以作为甲基供体使DNA甲基化。胆碱缺乏膳食（不伴有叶酸缺乏）可降低SAM浓度，提示胆碱和叶酸SAM甲基的重要来源。抑制胆碱吸收与小鼠NTDs相关。同样，在一个病例对照研究中，对424名正常婴儿和神经管畸形婴儿进行回顾性分析后发现孕期增加胆碱摄入可以显著降低神经管畸形的危险性。此外，在另一项前瞻性研究中也发现，孕中期血清胆碱水平较高的孕妇，胎儿出现神经管畸形的危险性比孕中期血清胆碱水平较低的孕妇要低得多。
（二）过量
目前还没有确凿的证据表明，膳食中过量摄入的胆碱会对人类产生明显的有毒有害作用。毒理学资料表明胆碱属于低毒性，大量摄入对动物有生长抑制的作用。通过静脉和腹腔注射等非膳食途径过量摄入胆碱可能与人类出现体臭、出汗、流涎、低血压以及肝脏毒性有关。
维生素C又称抗坏血酸（ascorbic acid）。公元前1550年，古埃及医学书籍记载了其缺乏病——坏血病。公元前450年，希腊医学书籍描述了坏血病的综合症状。在以后的十几个世纪中，对维生素C缺乏引起的危害进行过多次的记载。如1497年，葡萄牙领航员Vascvo da Gama围绕好望角航行时，160名船员中有100人因坏血病而丧生。又如1740年，英国海军上将Anson带领6艘船只和1955名海员作环球航行，4年后返航时，丧失了5艘船只和1051名船员，这些丧失的船员中有一半死于坏血病。15和16世纪，坏血病曾波及整个欧洲，以致于医生们怀疑是否所有的疾病都起源于坏血病。1747年，英国军医林德（J. Lind）在一个偶然的机会发现柑桔和柠檬能防治坏血病并公布了这一发现。据此，英国海军在1795年曾将柠檬汁列入了海军军用口粮。20世纪初叶，人们已发现许多蔬菜和水果有预防和治疗坏血病的作用。很多学者进行大量研究，试图弄清这些食物中哪些是抗坏血病物质和这些物质的性质。1928年，Albert Szent-Györgyi首先从牛肾上腺提取出抗坏血酸，当时并不知这是一种维生素，仅知其分子式为C 6 H 8 O 6 ，是己糖的衍生物，且具有酸性，故称之为己糖醛酸。1932年，King和Waugh从柠檬汁中分离一种晶状物质，在豚鼠体内实验，证明也具有抗坏血病活性。于1933年，由Howorth和Hirst阐明了维生素C的结构式并由瑞士科学家Reichstein合成了维生素C。至此，维生素C缺乏引起的坏血病才得到根本防治。
目前研究认为，抗坏血酸和α-生育酚、还原型谷胱甘肽及其他因子一起，在细胞的抗氧化防护中起重要作用。因此，它是血浆和组织液中主要的水溶性抗氧化物质。维生素C还可参与α-生育酚的氧化还原循环反应，也能提高非血红素铁的生物利用度，并维持酶复合物中金属离子的氧化状态，而使酶能正常发挥催化功能。这些已明确的维生素C的生物活性也是其缺乏的病理生理学基础。其他有利于人体健康的作用也有报道：如降血压，减少动脉粥样硬化的形成，减少糖尿病并发症的发生，减少其他感染的发生率，以及对癌症发生的抑制作用，等等，虽然有些理论已得到部分认同，但是仍需要更多完善的、充实的证据证实。
维生素C是一种含有6个碳原子的酸性多羟基化合物，分子式为C 6 H 8 O 6 ，分子量为176.1，其分子中的C 1 与C 4 位上形成内酯环，C 2 和C 3 位上两个相邻的烯醇式羟基易被氧化，故维生素C虽然不含有羧基，仍具有有机酸的性质。
天然存在的抗坏血酸有L型与D型两种。后者无生物活性。前者氧化时形成脱氢抗坏血酸，但在一定条件下遇到供氢体存在，如还原型谷胱甘肽及半胱氨酸，又可再接受氢原子复变为还原型抗坏血酸，所以，脱氢抗坏血酸仍具有生物活性。
脱氢抗坏血酸进一步氧化或水解，其环状结构断裂为二酮古洛糖酸，此时便丧失了抗坏血酸的活性。铜、铁等金属离子可促进此反应过程。
维生素C呈无色无臭的片状结晶体，易溶于水，不溶于脂溶剂。在酸性环境中稳定，遇空气中氧、热、光、碱性物质，特别是有氧化酶及痕量铜、铁等金属离子存在时，可促进其氧化破坏。氧化酶一般在蔬菜中含量较多，特别是黄瓜和白菜类，但在柑橘类含量较少，所以蔬菜在储存过程中，维生素C都有不同程度损失。枣、刺梨等水果中含有生物类黄酮，能保护食物中抗坏血酸的稳定性。
在血浆中，维生素C主要以还原型形式存在，还原型与脱氢型比约为15∶1，故测定还原型维生素C即可了解血中维生素C的水平。但也有少部分是以脱氢抗坏血酸的形式存在，这是通过细胞内游离氧化剂对抗坏血酸的氧化作用产生的（图1-10-19）。
食物中的维生素C被人体小肠上段吸收，吸收量与其摄入量有关。摄入量为30～200mg时，吸收率可达80%～100%；摄入量达到500mg时，吸收率降为75%左右；摄入量达1250mg时，吸收率下降至50%左右。
维生素C一旦被吸收，可很快分布到体内所有的水溶性组织中。正常成人体内的维生素C代谢活性池中约有1500mg维生素C，最高储存峰值为3000mg。维生素C的总转换率为45～60mg/d，每日可用去总量的3%左右。维生素C可逆浓度梯度被转运至细胞内并储存。不同的细胞，维生素C的浓度相差很大。正常摄入量情况下，体内可贮存维生素C 1.2～2.0g，最大储存量为3g。浓度最高的组织是垂体、肾上腺、眼晶状体、血小板和白细胞（表1-10-13），但是贮存量最多的是骨骼肌、脑和肝脏。
正常情况下，维生素C绝大部分在体内经代谢分解成草酸或与硫酸结合生成抗坏血酸-2-硫酸由尿排出；另一部分维生素C可直接由尿排出体外。尿中维生素C的排出量受摄入量、体内储存量及肾功能影响。人体处于稳态时，维生素C摄入量在60～100mg时，可以在尿中检测出维生素C的排出；摄入量＜60mg/d时，尿中无维生素C排出；静脉注射高剂量维生素C 500mg/d和1250mg/d时，绝大部分维生素C经尿排出。
维生素C是一种生物活性很强的物质，在体内具有多种生理功能。维生素C是一种较强的还原剂，可使细胞色素C、细胞色素A及分子氧还原，与一些金属离子鳌合。虽然它不是辅酶，但可以增加某些金属酶的活性，如脯氨酸羟化酶（Fe 2+ ）、尿黑酸氧化酶（Fe 2+ ）、三甲赖氨酸羟化酶（Fe 2+ ）、对-羟苯丙酮酸羟化酶（Cu + ）、多巴胺-β-羟化酶（Cu + ）等。这些金属离子位于酶的活性中心，维生素C可维持其还原状态，从而借以发挥生理功能。
（一）参与羟化反应
羟化反应是体内许多重要物质合成或分解的必要步骤，如胶原和神经递质等合成，各种有机药物或毒物的转化等，都需要通过羟化作用才能完成。在羟化过程中，必需维生素C参与。
1.促进胶原蛋白合成
胶原蛋白合成时，其多肽链中的脯氨酸及赖氨酸等残基必须先在脯氨酸羟化酶及赖氨酸羟化酶的催化下分别羟化为羟脯氨酸及羟赖氨酸等残基。维生素C是这些羟化酶维持活性所必需的辅助因素之一。当维生素C缺乏时，胶原蛋白合成障碍，导致创伤愈合延缓，毛细血管壁脆性增加，从而导致出血。
2.促进神经递质合成
神经递质5-羟色胺及去甲肾上腺素由氨基酸合成时，都需要通过维生素C参与的羟化作用才能完成。维生素C缺乏时，这些神经递质合成将受到影响。
3.促进类固醇羟化
维生素C参与类固醇的羟基化反应，促进代谢转化，如由胆固醇转变成胆酸、皮质激素及性激素，降低血清胆固醇，预防动脉粥样硬化的发生。维生素C缺乏时，胆固醇转化为胆汁酸减少，以致胆固醇在肝内蓄积，血中胆固醇浓度升高。故高胆固醇患者，应补给足量的维生素C。
4.促进有机物或毒物羟化解毒
药物或毒物在内质网上的羟化过程是生物转化中的重要反应，此种反应由混合功能氧化酶完成。维生素C能使酶的活性升高，增强药物或毒物的解毒过程。
（二）抗氧化作用
维生素C具有较强的还原性，是一种很强的水溶性抗氧化剂，与脂溶性抗氧化剂协同作用，在体内还原超氧化物、羟自由基、次氯酸及其他活性氧化物，清除自由基，防止脂质过氧化反应。
1.促进抗体形成
抗体分子中含有相当数量的二硫键（—S—S—），这些二硫键都是由二个半胱氨酸组成的，所以合成抗体必须有半胱氨酸。但是食入的蛋白质含有大量的胱氨酸，必须将其还原为半胱氨酸才能参与抗体的合成，体内高浓度的维生素C有助于胱氨酸还原为半胱氨酸。
2.改善铁、钙和叶酸的利用
维生素C能使难以吸收的三价铁（Fe 3+ ）还原为易于吸收的二价铁（Fe 2+ ），从而促进了铁的吸收。此外，还能使亚铁络合酶等的巯基处于活性状态，以便有效地发挥作用，故维生素C是治疗贫血的重要辅助药物。维生素C可促进钙的吸收，在胃中形成一种酸性介质，防止不溶性钙络合物的生成及发生沉淀。叶酸还原为四氢叶酸后才能发挥其生理活性，维生素C能促进叶酸的还原，故对巨幼红细胞性贫血也有一定疗效。
3.抵御低密度脂蛋白胆固醇的氧化
维生素C可以防止氧化型低密度脂蛋白胆固醇和泡沫细胞的形成，预防动脉粥样硬化的形成。
4.防止和延缓维生素A和维生素E的氧化
维生素C可使生育酚自由基重新还原为生育酚。反应中生成的维生素C自由基，在一定条件下经NADH酶系还原为维生素C。
5.通过还原作用解毒
通过使体内氧化型谷胱甘肽（GSSG）还原为还原型谷胱甘肽后，与重金属离子结合成复合物排出体外，避免机体中毒。
6.防止微循环系统的氧化损伤
大剂量的维生素C可以通过抑制NADP + 和诱导型一氧化氮合酶的活化，增加四氢生物蝶呤，防止氧化磷酸化的解耦联以及减少超氧化物和过氧亚硝酸盐的形成，或直接清除超氧化物来预防或恢复微循环血管损伤。维生素C还可以还原血管对血管收缩剂的反应性，通过维持环鸟苷酸磷酸酶和occludin磷酸化并防止细胞凋亡来保护血管内皮屏障。
（三）与慢性疾病的关系
研究证实，虽然服用不同剂量的维生素C补充剂不能增加寿命，但由于其抗氧化功能，可对心血管系统具有保护作用，降低患心血管疾病的风险和预防其他相关疾病。
（一）缺乏
膳食摄入减少或机体需要增加又得不到及时补充时，可使体内维生素C储存减少。若体内贮存量低于300mg，将出现缺乏症状。维生素C缺乏时，主要引起坏血病。临床表现如下：
1.病程前驱症状
起病缓慢，自饮食缺乏维生素C至发展成坏血病，一般历时4～7个月。患者多有体重减轻、四肢无力、衰弱、肌肉关节疼痛等。成人患者除上述症状外，早期有牙龈松肿，或有感染发炎。婴儿常有激动、软弱、倦怠、食欲减退、四肢疼痛、肋软骨接头处扩大。四肢长骨端肿胀以及有出血倾向等。毛囊周围充血，以成人较多。婴儿发病多在6个月至1周岁，其他时间也可发生。
2.出血
全身任何部位可出现大小不等和程度不同的出血。起初局限于毛囊周围及牙龈等处，进一步发展可有皮下组织、肌肉、关节、腱鞘等处出血，甚至血肿或瘀斑。小儿皮肤瘀点和瘀斑多见于骨骼病变的附近，膝部和踝部最多见。内脏、黏膜也有出血，如鼻出血、血尿、便血及月经过多等。严重时偶有心包、胸腔、腹腔、腹膜后及颅内出血。小儿常见下肢肿胀和疼痛。患肢保持一定位置，即两腿外展、小腿内弯，呈假性瘫痪状，此因骨膜下出血所致。
3.牙龈炎
牙龈可见出血、松肿，尤以牙龈尖端最为显著，稍加按压即可溢血。如肿胀面积扩大，可遮盖牙齿，并有溃疡及继发感染。婴儿患者，常见牙龈上发生小血袋，且易掩盖初萌的乳牙。此种血袋如稍加压力，即可破裂，有时可引起大量出血。成人患者常伴有慢性牙龈损害，可见牙龈萎缩、牙龈浮露，最后可使牙齿松动、脱落。
4.骨质疏松
维生素C缺乏引起胶原合成障碍，故可致骨有机质形成不良而导致骨质疏松。儿童长骨端呈杆状畸形，关节活动疼痛，患儿常使膝关节保持屈曲位。肋骨及肋软骨交界处明显突出呈串珠状，其角度比佝偻病串珠稍尖，在凸起的内侧可扪及凹陷。
坏血病患者若得不到及时治疗，可发展到晚期，此时可因发热、水肿、麻痹或肠坏疽而死亡。
（二）过量
尽管维生素C的过量毒性很小，但服用量过多仍可产生一些不良反应。主要因为维生素C的分解代谢产物之一是草酸盐，每天从尿液中排出的35～40mg草酸中有35%～50%来自抗坏血酸。过量摄取维生素C时，草酸盐排泄量增加，可能会导致泌尿系统结石。有报道指出，成人维生素C的摄入量超过2g，可引起渗透性腹泻。
当摄入量＜1g时，一般不引起高尿酸尿症，当超过1g时，尿酸排出明显增加。研究发现，每日服用4g维生素C，可使尿液中尿酸的排出增加一倍，并因此而形成尿酸盐结石增多。大剂量维生素C诱发增加的原因可能是，抗坏血酸和尿酸都由肾小管重吸收，通过被动转运，因此高浓度的抗坏血酸可通过竞争抑制尿酸的再吸收。
过量的维生素C还可引起子宫颈黏液中糖蛋白二硫键改变，阻止精子的穿透，造成不育。妊娠期服用过量的维生素C，可能影响胚胎的发育。当每日摄入的维生素C在2～8g以上时，可出现恶心、腹部痉挛、铁吸收过度、红细胞破坏及泌尿道结石等副作用。此外，长期服用大剂量维生素C后一旦突然停用，尽管仍然保持正常合理膳食，仍可出现坏血病的症状。小儿生长时期过量服用，容易患骨骼疾病。
