Zwischen 1975 und heute wurde die Geschichte von Vitamin D durch entscheidende Entdeckungen erweitert. Dazu zählen die aktiven Formen von Vitamin D, die Signaltransduktionsmechanismen, die Synthese- und Abbauprozesse und das Verständnis des endokrinen Systems von Vitamin D: 

Der Vitamin-D-Rezeptor (VDR)

Die Entdeckung, dass Vitamin-D-Metaboliten direkt mit Chromatin interagieren, führte zu einem grundlegenden Fortschritt in der Vitamin-D-Forschung: der Identifikation des Vitamin-D-Rezeptors (VDR). Der VDR ist ein nukleärer Rezeptor, der wie ein Transkriptionsfaktor wirkt und für die Regulation einer Vielzahl von Genen verantwortlich ist. Besonders betroffen sind Gene, die eine zentrale Rolle bei der Calcium und Phosphathomöostase spielen, die für die Aufrechterhaltung stabiler Mineralspiegel im Blut und die Sicherstellung einer normalen Knochenentwicklung eine wichtige Rolle spielen. 

VDR agiert dabei nicht isoliert: Er arbeitet eng mit Co-Aktivatoren und Repressoren zusammen, die die Genexpression gezielt modulieren. Durch dieses Zusammenspiel kann der VDR sowohl die Aktivierung als auch die Hemmung bestimmter Gene steuern, wodurch komplexe physiologische Prozesse fein reguliert werden. Interessanterweise gibt es Hinweise darauf, dass Vitamin D zusätzlich nicht-genomische Effekte entfaltet, die über einen membranständigen VDR vermittelt werden. Dieser Aspekt ist noch nicht vollständig charakterisiert, deutet aber darauf hin, dass Vitamin D schneller als über die klassische Genregulation wirken.

Vitamin D-bindendes Globulin und Enzyme

Ein weiteres zentrales Element im Vitamin-D-Stoffwechsel ist das Vitamin D-bindende Globulin (DBP). Dieses Transportprotein bindet Vitamin D und seine Metaboliten im Blut und sorgt für deren stabile Zirkulation. DBP spielt somit eine entscheidende Rolle bei der Verfügbarkeit von Vitamin D für Gewebe und Organe.

Die Umwandlung von Vitamin D in seine biologisch aktiven Formen wird durch eine Gruppe von Cytochrom-P450-Enzymen (CYPs) gesteuert. Die wichtigsten Vertreter sind:

• CYP2R1: 25-Hydroxylase, die Vitamin D in 25-Hydroxyvitamin D₃ (25-OH-D₃) umwandelt, die Hauptform im Blut.

• CYP27B1: 1-Hydroxylase, die 25-OH-D₃ in die hormonell aktive Form 1,25-Dihydroxyvitamin D₃ (1,25-(OH)₂D₃) überführt.

• CYP24A1: 24-Hydroxylase, die den Abbau von Vitamin-D-Metaboliten reguliert und somit die Homöostase sicherstellt.

Diese Enzyme wurden isoliert, geklont und in ihrer Funktion sowie Regulation intensiv untersucht. Sie sind entscheidend für das Gleichgewicht zwischen aktiven und inaktiven Vitamin-D-Formen und damit für die physiologische Wirksamkeit des Vitamins im gesamten Organismus.

Klinische Relevanz

Defekte im Vitamin-D-Stoffwechsel können schwerwiegende gesundheitliche Konsequenzen haben. Ein Mangel an Vitamin D oder genetische Defekte in den Enzymen oder im VDR führen zu Erkrankungen wie:

• Rachitis: Eine Erkrankung, die vor allem bei Kindern zu Knochendeformationen führt.

• Vitamin-D abhängige Rachitis:  Genetisch bedingte Störungen, bei denen Vitamin D nicht korrekt aktiviert werden kann.

• Hyperkalzämie: Ein überhöhter Calciumspiegel im Blut, der durch Dysregulation des Vitamin-D-Stoffwechsels ausgelöst wird.

Dank der Entdeckung der aktiven Metaboliten und des VDR konnten gezielte Therapien entwickelt werden. Vitamin-D-Analoga werden heute eingesetzt, um Mangelzustände oder Stoffwechseldefekte zu behandeln, insbesondere bei Patienten mit chronischen Nierenerkrankungen, bei denen die Synthese der hormonell aktiven Form beeinträchtigt ist.

Die Bedeutung für die moderne Medizin

Die Erforschung von Vitamin D illustriert eindrucksvoll, wie wissenschaftliche Neugier, experimentelle Innovation und technologische Fortschritte unser Verständnis biochemischer Prozesse revolutionieren können. Heute ist Vitamin D weit mehr als ein „Knochenvitamin“: Es ist ein essenzieller Bestandteil des endokrinen Systems und beeinflusst zahlreiche physiologische Prozesse, von der Mineralstoffregulation bis hin zur Genexpression.

Die Erkenntnisse über den VDR, die Vitamin-D-Metaboliten und die enzymatischen Umwandlungswege haben die Entwicklung neuartiger Therapien ermöglicht. Diese Fortschritte tragen dazu bei, Erkrankungen zu behandeln, die mit einem gestörten Vitamin-D-Stoffwechsel einhergehen und verbessern die Gesundheit sowie die Lebensqualität weltweit. Die Forschung an Vitamin D bleibt ein dynamisches Feld, das weiterhin neue Einblicke in molekulare Mechanismen und therapeutische Möglichkeiten liefert.

Mit diesen Erkenntnissen lässt sich sagen, dass die zentrale Geschichte der Entdeckung und Erforschung von Vitamin D abgeschlossen ist: Sie ist ein herausragendes Beispiel dafür, wie systematische wissenschaftliche Arbeit, Neugier und technologische Innovation zusammenwirken, um ein tiefgreifendes Verständnis eines lebenswichtigen Vitamins zu ermöglichen. 

Quellen: 

DeLuca, H. F. (2014). History of the discovery of vitamin D and its active metabolites. BoneKEy Reports, 3, 479. Quelle

Jones, G. (2022). 100 YEARS OF VITAMIN D: Historical aspects of vitamin D. Endocrine Connections, 11(4), e210594. Quelle