维生素K₂-7与相关疾病
维生素 K₂-7 可与维生素 K 依赖性蛋白（VKDPs）协同作用，在多项生理功能中发挥关键作用。K₂-7 是γ- 羧化酶的辅因子，该酶能够催化无活性的维生素 K 依赖性蛋白（如骨钙素、基质 Gla 蛋白）转化为活性形式。维生素 K₂可促使维生素 K 依赖性蛋白上的谷氨酸（Glu）残基发生羧化反应，生成 γ- 羧基谷氨酸（Gla），进而激活这类蛋白。若缺乏维生素 K₂，这些蛋白的正常功能会受到抑制，进而引发各类病理并发症，包括糖尿病等代谢性疾病，以及心血管疾病、骨质疏松症等慢性退行性病变（Vaidya 等，2022b）。
维生素K₂-7 与骨质疏松症
骨质疏松症是老年人群中最常见的骨骼疾病（Mandatori 等，2021）。骨形成与骨吸收过程的失衡，是引发该代谢性疾病的核心原因，会导致骨量流失、骨骼结构破坏，并显著增加骨折风险（Hendrickx 等，2015）。骨组织稳态由骨细胞、成骨细胞和破骨细胞共同维持：成骨细胞负责促进骨形成，破骨细胞则主导骨吸收过程。随着年龄增长，骨形成能力下降、骨吸收作用增强，最终造成骨量丢失；而骨量流失叠加多种病理状态，便会诱发骨质疏松症。维生素 K₂-7 可通过促进成骨细胞的成骨活性、抑制破骨细胞的骨吸收功能，发挥改善骨质疏松的作用。在成骨细胞内，K₂-7 能够促进骨钙素及多种相关蛋白的合成。
一项研究数据显示，日本东部女性与英国女性的血清维生素 K₂-7 浓度比值为 15:1，而两地女性的骨折发生率比值则呈反向对应关系（日本女性骨折发生率：英国女性骨折发生率 = 1:15）（Kaneki 等，2001）。这一数据表明，血清中维生素 K₂-7 的浓度水平，与全球人群骨折风险的降低存在显著的正相关关系。
成骨细胞与破骨细胞的各项细胞功能，均由多种蛋白介导，而这些蛋白的表达均受维生素 K₂-7 的调控（Yamaguchi，2014）。成骨细胞分泌的骨钙素可与血液循环中的钙离子相结合，并将钙离子转运至骨基质中。骨钙素对骨组织的主要矿物质成分 ——羟基磷灰石具有高亲和力，这一特性能够显著影响骨矿化进程，最终助力构建更坚固的骨骼结构，降低骨折易感性（Hoang 等，2003）。新合成的骨钙素不具备生物活性，必须在维生素 K₂-7 的参与下发生羧化反应，才能转化为活性形式，进而实现与钙离子的高效结合（Hauschka 等，1989）。而维生素 K₂-7 作为 γ- 羧化酶的辅因子，可催化骨钙素分子中的谷氨酸残基转化为 γ- 羧基谷氨酸，因此是骨钙素完成 γ- 羧化激活过程的必需物质。
因此，维生素 K₂-7 作为骨钙素 γ- 羧化反应的关键物质，被认为参与调控骨矿化进程（Iwamoto 等，2006）。维生素 K₂-7 可通过上调骨保护素（一种核因子κB 受体活化因子配体（RANKL）的诱骗受体）的表达，抑制骨吸收过程。正常情况下，RANKL 会与核因子 κB 受体活化因子（RANK）相结合，进而激活核因子 κB（NF-κB）。而 NF-κB 的激活是破骨细胞增殖的必要条件，破骨细胞过度增殖会通过加速骨吸收引发骨质疏松。由此可见，维生素 K₂-7 可通过竞争性结合 RANK 受体，阻断上述诱发骨质疏松的病理进程（见图）（Badmaev 等，2011）。
吴等人开展了一项对比研究，探究从清曲酱中提取的维生素 K₂-7，与维生素 K₂-4、维生素 K₁的生物学活性差异。研究选用新生小鼠颅骨来源的前成骨细胞系 MC3T3-E1，检测三种维生素对该细胞系矿化能力及分化进程的影响。结果显示，维生素 K₂-7、K₂-4 与 K₁均能显著提高碱性磷酸酶（ALP）的活性，进而促进骨形成；同时，三种维生素均可促进成骨细胞系 MC3T3-E1 的增殖。进一步分析发现，维生素 K₂-4 与 K₂-7 的作用效果显著优于维生素 K₁，这表明维生素 K₂（K₂-4、K₂-7）与维生素 K₁可能通过不同机制促进成骨细胞矿化。此外，采用 10 μmol/L 的维生素 K₂（K₂-4、K₂-7）处理细胞 24 小时后，骨保护素与 RANKL 的 mRNA 表达比值显著上调。这一结果提示，维生素 K 可能通过调控骨保护素与 RANKL 的 mRNA 表达比例，发挥抑制破骨细胞形成的作用（Wu 等，2019）。
胜山等人（Katsuyama 等，2007）以新生小鼠颅骨来源的成骨细胞系 MC3T3-E1 为研究对象，探究了维生素 K₂-7 处理后细胞内基因的差异表达情况。研究对比分析了对照组与维生素 K₂-7 处理组细胞，发现经 K₂-7 处理 24 小时后，双糖链蛋白聚糖基因与嗜乳脂蛋白基因表达下调，而腱生蛋白 C 基因与骨形态发生蛋白 2（BMP2）基因表达上调。腱生蛋白 C 是参与骨重塑的重要蛋白，可促进成骨细胞分化；骨形态发生蛋白 2（BMP2）信号通路则负责调控骨钙素等成骨细胞特异性蛋白的合成。事实上，MK-7 可诱导成骨细胞系 MC3T3-E1 合成骨保护素、核因子 κB 受体活化因子（RANK）及其配体（RANKL），这表明维生素 K₂可能在维持骨稳态中发挥核心作用。
双糖链蛋白聚糖属于富含亮氨酸的小分子蛋白聚糖（SLRPs）家族 Ⅰ 类成员。已有研究证实，该蛋白可通过骨形态发生蛋白 4（BMP4）信号通路，调控成骨细胞分化与基质矿化过程（Nastase 等，2012）。体外实验表明，双糖链蛋白聚糖可与骨形态发生蛋白 2、6 等多种 BMP 家族蛋白相互作用，能够直接结合骨形态发生蛋白 2 及其受体 ALK6（亦称骨形态发生蛋白受体 IB），从而激活骨形态发生蛋白 2 依赖性的成骨细胞分化通路（Moreno 等，2005）。
嗜乳脂蛋白则参与调控 B7 蛋白的表达（Malinowska 等，2017），而 B7 蛋白对成骨细胞分化具有重要作用（Suh 等，2004）。研究观察到，维生素 K₂-7 可通过骨形态发生蛋白 2 信号通路提高腱生蛋白 C 的表达水平，该通路介导的是自分泌信号传导过程。当采用 10⁻⁵ mol/L 的维生素 K₂-7 处理细胞时，腱生蛋白 C 的表达量提升约 1.5 倍；而采用 10⁻⁶ mol/L 的维生素 K₂-7 处理时，其表达量提升约 3 倍。此外，10⁻⁶ mol/L 的维生素 K₂-7 处理组细胞中，磷酸化 Smad1 蛋白的水平显著升高。鉴于成骨细胞系 MC3T3-E1 表面存在维生素 K₂-7 的核结合受体，推测维生素 K₂-7 可能通过诱导骨形态发生蛋白 2 的合成，间接调控骨形态发生蛋白 2-Smad1 信号通路。
吉甘特等人（Gigante 等，2015）研究了维生素 K₂-7 单独使用及与维生素 D₃联合使用时，对人骨髓间充质干细胞（hMSCs）分化的影响。研究发现，维生素 K₂-7 可增强骨钙素的基因诱导效应，而骨钙素的基因表达最初由维生素 D₃启动。同时，维生素 K₂-7 还会影响与细胞生长、分化相关的基因表达，包括生长分化因子 10（GDF10）与胰岛素样生长因子 1（IGF1）。此外，维生素 K₂-7 与其他营养素联合补充时，还能诱导血管内皮生长因子 A（VEGFA）及其受体 ——fms 样酪氨酸激酶 1（FLT1）的表达；FLT1 在血管生成与骨生成过程中均发挥作用。这种联合补充策略通过调控矿化与血管生成相关基因的表达，可促进骨愈合进程。从骨形成与矿化相关基因的角度分析，维生素 K₂-7 能够增强维生素 D₃对骨钙素的基因诱导作用。因此，联合补充方案有望更有效地促进骨骼发育，降低骨相关疾病的发生风险。
维生素 K₂-7 在骨质疏松与血管钙化中的作用机制示意图
维生素 K₂-7 可促进基质 Gla 蛋白（MGP）上谷氨酸（Glu）残基的羧化反应，生成羧化基质 Gla 蛋白（cMGP）；同时助力基质 Gla 蛋白的磷酸化修饰，进而实现其活化。活化后的基质 Gla 蛋白可抑制骨形态发生蛋白 2（BMP2）的活性，从而阻止血管钙化的发生。
维生素 K₂-7 还可作为辅因子，参与未羧化骨钙素（ucOC）向羧化骨钙素（cOC）的转化过程。羧化骨钙素对钙离子具有高亲和力，能够促进钙离子向骨骼组织转运，为骨形成过程提供原料。
核因子κB 受体活化因子配体（RANKL）可与核因子 κB 受体活化因子（RANK）结合，激活破骨细胞并启动骨吸收过程。维生素 K₂-7 能够上调骨保护素（OPG）的表达 —— 骨保护素是 RANKL 的诱骗受体，可通过阻断 RANK 与 RANKL 的结合，抑制破骨细胞介导的骨吸收。
维生素K₂-7 与血管钙化
血管钙化的特征是血管壁上出现矿物质沉积，其主要成分是羟基磷灰石形式的磷酸钙复合物（El Asmar 等，2014）。基于近期的临床与临床前研究，阿卜杜拉等人指出，维生素 K 在心血管疾病（CVD）中具有潜在的细胞与生理学作用，并强调了补充维生素 K 与预防心血管疾病的关联性（Al-Suhaimi 与 Al-Jafary，2020）。
基质 Gla 蛋白（MGP） 在抑制血管钙化过程中发挥关键作用，该蛋白不仅能抑制钙化进程，还具有逆转钙化的潜力。基质 Gla 蛋白需要经过磷酸化与羧化等翻译后修饰，才能从无活性状态转化为活性形式。基质 Gla 蛋白上的丝氨酸残基可被酪蛋白激酶磷酸化，进而促使其分泌至细胞外基质中（Roumeliotis 等，2019）。此外，基质 Gla 蛋白的谷氨酸残基经 γ- 羧化酶催化发生羧化反应后，该蛋白会被激活。维生素 K₂-7 作为 γ- 羧化酶的辅因子，在基质 Gla 蛋白的激活过程中起到重要作用。带负电荷的基质 Gla 蛋白对血管内的游离钙离子具有高亲和力，可直接结合血液循环中的钙离子，以及沉积在血管壁上的羟基磷灰石晶体，形成无活性的复合物（Roumeliotis 等，2020）。
基质 Gla 蛋白（MGP）可通过招募巨噬细胞与吞噬细胞，启动自噬清除机制（Shanahan, 2005）。此外，基质 Gla 蛋白还能清除血液循环中的游离钙离子，并将其转运至骨骼组织。不仅如此，基质 Gla 蛋白可通过下调骨形态发生蛋白 2（BMP-2）的表达来抑制血管钙化 —— 骨形态发生蛋白 2 是一种能够促进血管钙化的因子。血管平滑肌细胞（VSMCs）向成骨细胞样表型的转化正是由骨形态发生蛋白 2 所诱导，且这种表型转化的细胞广泛存在于钙化的动脉血管壁中（Boström et al., 1993）。
未经活化的基质 Gla 蛋白处于无活性状态，它需要在维生素 K₂-7 的参与下，使其谷氨酸（Glu）残基发生 γ- 羧化反应，生成 γ- 羧基谷氨酸（Gla）。当谷氨酸残基转化为 γ- 羧基谷氨酸后，基质 Gla 蛋白的分子结构会发生改变，进而被激活。此外，基质 Gla 蛋白还需经历丝氨酸残基的磷酸化修饰，才能具备完全的生物学活性。磷酸化修饰依赖维生素 K 的参与，且是基质 Gla 蛋白激活过程中最关键的步骤。因此，只有同时完成羧化与磷酸化修饰的基质 Gla 蛋白，才具备结合羟基磷灰石、钙离子及骨形态发生蛋白 2 的能力（见上图）（Wallin et al., 2000）。
进一步研究发现，血管钙化还与维生素 K₂激活的生长停滞特异性基因 6（Gas6）密切相关。生长停滞特异性基因 6 经维生素 K₂介导的 γ- 羧化反应后，可激活 B 细胞淋巴瘤 - 2（Bcl-2）的抗凋亡活性。同时，生长停滞特异性基因 6 能够抑制促凋亡蛋白半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶 3（caspase 3）的表达，从而阻止由钙化及成纤维细胞营养缺乏所诱导的细胞凋亡（Villa et al., 2017）。生长停滞特异性基因 6 与其他生长因子共同充当血管平滑肌细胞的促生长因子。
血管钙化是心血管疾病发生的重要预警指标。如前所述，基质 Gla 蛋白在抑制血管钙化中起到关键作用。维生素 K₂可通过 γ- 羧化反应激活基质 Gla 蛋白，进而帮助减轻血管钙化程度，降低心血管疾病的发病风险（Beulens et al., 2013）。慢性肾脏病患者常因矿物质代谢紊乱，并发血管钙化与骨骼病变等并发症（Schlieper et al., 2016）。肾功能下降会导致磷酸盐潴留，而磷酸盐是诱导血管平滑肌细胞向成骨细胞样细胞转化的关键信号介质。动脉血管壁的矿化过程，正是由这些成骨细胞样细胞分泌的骨基质蛋白所介导（Leopold, 2015）。维生素 K₂通过羧化激活基质 Gla 蛋白以抑制血管钙化，最终可缓解慢性肾脏病患者的相关并发症。
维生素K₂-7 与癌症
目前针对癌症患者的治疗手段多样，但多种癌症的长期预后效果仍不理想。研究证实，维生素 K₂对白血病、肝细胞癌（HCC）、肺癌、卵巢癌、胰腺癌及结直肠癌等多种癌细胞系均具有抗肿瘤作用（Xv et al., 2018）。维生素 K₂主要通过诱导细胞凋亡、自噬及细胞周期停滞三种途径，抑制癌细胞的增殖。
维生素 K₂可通过诱导细胞周期停滞来抑制癌细胞增殖，这一过程中核因子κB（NF-κB）的活性受到抑制是关键机制。核因子κB 是一种核转录因子，它通过调控细胞周期蛋白 D1（cyclin D1）基因的表达，参与细胞生长调控（Xia et al., 2012）。在细胞周期进程中，细胞周期蛋白 D1 通过与细胞周期依赖性激酶 4（CDK4）或激酶 6（CDK6）结合，推动细胞从 G1 期向 S 期转化（Masaki et al., 2003）。维生素 K₂能够阻止核因子 κB 与细胞周期蛋白 D1 启动子区域的结合，从而下调细胞周期蛋白 D1 的表达（Xia et al., 2012）。
维生素 K₂发挥抗肿瘤作用的另一机制是诱导癌细胞凋亡。它可通过丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路，介导线粒体途径的细胞凋亡（Tsujioka et al., 2006; Kanamori et al., 2007; Sibayama-Imazu et al., 2008; Showalter et al., 2010）。细胞外信号调节激酶（ERKs）在促有丝分裂信号或生长因子的刺激下，会促进细胞增殖并抑制细胞凋亡信号；而 c-Jun 氨基末端激酶（JNK）通路与 p38 丝裂原活化蛋白激酶通路，则与细胞凋亡及炎症反应密切相关。维生素 K₂可通过磷酸化 p38 蛋白，实现对 p38 通路的激活（Olson and Hallahan, 2004; Tsujioka et al., 2006）。
此外，维生素 K₂还能通过诱导自噬抑制癌细胞生长。研究发现，它可同时在白血病细胞中诱导自噬与凋亡两种反应；当细胞中 B 细胞淋巴瘤 - 2（Bcl-2）高表达时，自噬反应会占据主导地位，进而抑制凋亡进程。因此，自噬既可以作为诱导细胞凋亡的替代途径，也可以作为一种独立的细胞死亡方式发挥作用（Yokoyama et al., 2008）。
在细胞周期中，原癌蛋白细胞周期蛋白 D1 通过磷酸化视网膜母细胞瘤蛋白（pRb），并与细胞周期依赖性激酶 4 或激酶 6 结合，调控细胞从 G1 期到 S 期的转化（Hall and Peters, 1996）。在包括肝细胞癌在内的多种人类癌症中，细胞周期蛋白 D1 的过表达会促进 DNA 合成及非贴壁依赖性生长（Zhang et al., 1993; Hall and Peters, 1996; Masaki et al., 2003）。细胞周期蛋白 D1 基因的表达受核因子 κB 及其他多种因子的共同调控（Guttridge et al., 1999; Joyce et al., 2001）。
尾崎等人（Ozaki et al., 2007）探究了维生素 K₂对三种肝细胞癌细胞系（Huh7、HepG2、Hep3B）的生长抑制作用。研究人员采用 10⁻⁴~10⁻⁷ mol/L 浓度的维生素 K₂处理肝细胞癌细胞 48 小时后，从蛋白与 mRNA 水平检测了细胞周期蛋白 D1、细胞周期依赖性激酶抑制剂等生长相关基因的表达情况。结果显示，维生素 K₂处理可使肝细胞癌细胞发生G1 期阻滞；同时，细胞周期蛋白 D1 的蛋白与 mRNA 表达水平均显著下调。此外，HepG2 细胞中细胞周期依赖性激酶抑制剂（p21 与 p27）的表达水平明显升高。这表明，维生素 K₂诱导肝细胞癌细胞生长抑制的过程，与细胞周期蛋白 D1 及激酶抑制剂的表达调控密切相关。
为进一步探究维生素 K₂的作用机制，研究人员检测了细胞周期蛋白 D1 启动子的活性，发现维生素 K₂可在三种细胞系中以剂量依赖的方式显著抑制该启动子的活性，且这种抑制作用依赖于核因子κB 通路。维生素 K₂通过抑制抑制性 κB 激酶 α（IKKα）的活性，可同时抑制核因子 κB 的基础结合活性与诱导结合活性。由此可见，维生素 K₂通过 IKK / 核因子 κB 通路下调细胞周期蛋白 D1 的表达，进而抑制肝细胞癌细胞的生长，这表明它有望成为肝细胞癌治疗的潜在药物。
凝血酶原前体的翻译后羧化修饰依赖于维生素 K 依赖性 γ- 谷氨酰羧化酶的催化。而肝细胞癌细胞因羧化酶表达缺陷，无法完成所有谷氨酸残基的羧化反应（Uehara et al., 1999）。
维生素 K 缺乏诱导蛋白 II（PIVKA-II），又称脱γ- 羧基凝血酶原（DCP），是肝细胞癌（HCC）中产生的一种异常凝血酶原前体。该蛋白具有潜在的自体促生长作用，可促进肝细胞癌细胞增殖，但其凝血活性低下。将 PIVKA-II 与血清甲胎蛋白（AFP）联合检测，可提高高危人群肝细胞癌筛查的准确性。此外，PIVKA-II 还可作为评估肝细胞癌治疗应答效果的标志物（Yang et al., 2021）。
Hitomi 等人探究了维生素 K₂对无胸腺 BALB/c-nu/nu 裸鼠的抗肿瘤作用。研究人员在接种人肝细胞癌细胞系 PLC/PRF/5 的次日起，连续 53 天为裸鼠经口给予 400 μmol/L 的维生素 K₂。结果发现，裸鼠体内肿瘤体积显著缩小（降幅达 5 倍）；同时，肝细胞癌组织中细胞周期蛋白 D1（cyclin D1）与细胞周期依赖性激酶 4（Cdk4）的蛋白表达水平明显降低，提示细胞周期发生 G1 期阻滞。不过，细胞周期依赖性激酶抑制剂 p16INK4a的表达未受维生素 K₂的影响（Hitomi et al., 2005; Al-Suhaimi, 2014）。
另有研究中，Lu 等人以 HepG2 肝细胞癌细胞为模型，探究了维生素 K₂对细胞增殖的抑制作用。17β- 羟基类固醇脱氢酶 4（HSD17β4）是一种促增殖蛋白，其过表达会显著促进肝细胞癌细胞增殖。维生素 K₂可直接与该蛋白结合（且不影响其基因表达），进而抑制 MEK/ERK 与 Akt 信号通路，最终实现对肝细胞癌细胞增殖的抑制（Lu et al., 2021）。
维生素K₂-7 与糖尿病
2 型糖尿病（T2DM）常伴随大血管与微血管并发症，是全球范围内的重大公共卫生问题。我们团队近期阐明了非编码 RNA 互作组（包括微小 RNA（miRNAs）与长链非编码 RNA（lncRNAs））在糖尿病发病机制中的作用（Pandey et al., 2022）。研究证实，维生素 K₂可通过调控维生素 K 依赖性蛋白骨钙素、发挥抗炎活性及降脂作用，改善 2 型糖尿病患者的胰岛素敏感性（Zhang et al., 2017; Li et al., 2018）。
具体而言，维生素 K₂通过调控骨钙素代谢来提升糖尿病患者的胰岛素敏感性 —— 骨钙素可促进脂联素的表达。此外，补充维生素 K₂还会改变核因子 κB（NF-κB）与糖原合成酶激酶 3β（GSK-3β）的表达水平，二者分别参与慢性炎症反应与脂联素调控（Otani et al., 2015; Zhang et al., 2017）。
未羧化骨钙素（ucOC）是一种具有生物活性的激素，可参与葡萄糖代谢调控，同时也是评估机体维生素 K 营养状态的重要标志物，其水平与糖尿病发病密切相关（Lin et al., 2018）。补充维生素 K₂能够促进骨钙素的羧化活化（Berkner, 2005），且有研究推测，骨钙素正是通过调控脂联素表达来影响胰岛素敏感性。骨钙素信号通路可调控葡萄糖代谢，进而上调胰岛素 1（Ins1）与胰岛素 2（Ins2）基因的表达（Hussein et al., 2018; Al-Suhaimi and Al-Jafary, 2020）。
在肝脏中，脂联素受体 2 介导脂联素的作用，可增加过氧化物酶体增殖物激活受体 α（PPAR-α）、p38 丝裂原活化蛋白激酶（p38 MAPK）及 5' 腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）的磷酸化水平。此外，脂联素受体 1 可调控球形脂联素的作用，同样能促进上述三种蛋白的磷酸化。研究发现，这些蛋白磷酸化水平的提升，会促进脂肪酸氧化与葡萄糖摄取，进而增强胰岛素敏感性（Weyer et al., 2001; Yamauchi et al., 2003; Lihn et al., 2005）。
炎症反应在 2 型糖尿病的发生与发展中起到关键作用。促炎介质白细胞介素 6（IL-6）可激活细胞因子信号抑制蛋白（SOCS），进而阻断胰岛素转录因子的活化。信号转导与转录激活因子 5B（STAT5B）可与胰岛素受体结合并激活胰岛素转录因子，而 SOCS 蛋白会与 STAT5B 竞争性结合受体，从而抑制胰岛素转录因子的激活（Emanuelli et al., 2000）。维生素 K₂可通过抑制核因子 κB 信号通路的活化来减轻炎症反应，该通路是调控白细胞介素 6、白细胞介素 1β 及肿瘤坏死因子 α 表达的核心通路。因此，维生素 K₂可通过抑制炎症反应改善胰岛素抵抗（Li et al., 2018）。
维生素K₂-7 与周围神经病变
周围神经病变是一种以肢体麻木、神经传导速度减慢、疼痛及刺痛感为主要特征的疾病（Head, 2006）。外周神经纤维脱髓鞘是引发周围神经病变的原因之一，脱髓鞘会破坏神经纤维的结构与分子特性，最终导致病变发生（Wei et al., 2019）。我们团队近期综述了补充维生素 K₂-7 在改善周围神经病变中的内在必要性（Vaidya et al., 2022a），同时阐明了微小 RNA 调控网络在神经病理性疼痛中的作用（Gada et al., 2022）。
维生素 K₂可促进外周神经系统髓鞘的合成与修复。此外，它还能通过羧化生长停滞特异性基因 6（Gas6）的 γ- 羧基谷氨酸（Gla）残基来激活该蛋白 ——Gas6 的结构与抗凝因子蛋白 S 具有同源性。Gas6 与蛋白 S 结合形成复合物后，可激活 TAM 受体酪氨酸激酶家族（包括 Tyro3、Axl 与 Mer），进而促进髓鞘生成，并在髓鞘损伤后启动修复进程（Mehta, 2017）。
肿瘤坏死因子α、白细胞介素 1β 等促炎细胞因子可通过神经炎症机制参与周围神经病变的发生（Li QY. et al., 2017）。研究证实，维生素 K₂能够以剂量依赖的方式，抑制人单核细胞来源巨噬细胞中肿瘤坏死因子 α 与白细胞介素 1β 的基因表达（Pan et al., 2016）。
在骨骼系统中，核因子κB 受体活化因子配体 / 核因子 κB 受体活化因子（RANKL/RANK）系统的激活是破骨细胞活化的始动因素，破骨细胞过度活化会导致骨组织损伤，进而引发骨折，并累及骨骼周围的外周感觉神经。外周神经损伤则会诱发神经病理性疼痛（Zajączkowska et al., 2019）。RANKL/RANK 系统可激活炎症调控因子核因子 κB，从而促进破骨细胞活化。而维生素 K₂-7 可通过上调骨保护素（RANKL 的诱骗受体）的表达，抑制 RANKL/RANK 系统的激活，进而阻止核因子 κB 与破骨细胞的活化（Badmaev et al., 2011）。
基于维生素 K₂-7 的上述特性，它有望成为治疗神经病理性疼痛的有效干预手段。
维生素K₂-7 与阿尔茨海默病
美国阿尔茨海默病基金会指出：“阿尔茨海默病（AD）是一种进行性脑部疾病，会损害患者的记忆力、思维能力、语言能力，以及完成简单任务的能力。”
研究发现，阿尔茨海默病患者的血清维生素 K₂水平显著降低（Huy et al., 2013）。维生素 K₂具有延缓阿尔茨海默病进展、助力疾病预防的潜在价值。
哈迪普尔等人（Hadipour et al., 2020）以大鼠嗜铬细胞瘤 PC-12 细胞为研究模型，探究了浓度为 5~200 μmol/L 的维生素 K₂对过氧化氢与β- 淀粉样蛋白诱导的细胞毒性的保护作用。结果显示，维生素 K₂可显著降低过氧化氢与 β- 淀粉样蛋白引发的细胞毒性。在阿尔茨海默病的病理进程中，β- 淀粉样蛋白可通过直接的细胞毒性作用与诱导细胞凋亡两种途径导致神经元死亡；而维生素 K₂能够有效阻止 PC-12 细胞因暴露于 β- 淀粉样蛋白而发生的凋亡。
经维生素 K₂预处理的细胞，在接触过氧化氢或 β- 淀粉样蛋白后，凋亡水平显著降低。此外，维生素 K₂还能降低上述两种毒性物质处理后 PC-12 细胞内的活性氧（ROS）水平。当采用 20 μmol/L 与 50 μmol/L 的维生素 K₂预处理细胞时，细胞内的抗氧化物质 —— 谷胱甘肽的含量明显升高。由此可见，维生素 K₂预处理可下调凋亡信号蛋白（如 β- 淀粉样蛋白、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶 3 等）的表达、降低活性氧水平，并提升谷胱甘肽含量。
进一步研究发现，过氧化氢与β- 淀粉样蛋白处理会使 PC-12 细胞内磷酸化 p38 丝裂原活化蛋白激酶（phospho-p38 MAPK）水平升高、多聚 ADP 核糖聚合酶（PARP）发生剪切，同时促凋亡蛋白 Bax 与抗凋亡蛋白 Bcl-2 的比值（Bax/Bcl-2）上升；而维生素 K₂预处理可显著降低 p38 MAPK 的磷酸化水平、抑制 PARP 剪切，并下调 Bax/Bcl-2 的 mRNA 表达量。研究证实，p38 MAPK 通路的失活是维生素 K₂发挥阿尔茨海默病神经保护作用的关键机制。综上，该研究明确了维生素 K₂可通过抗氧化与抗凋亡特性，对神经元发挥保护作用（Hadipour et al., 2020）。
黄等人采用转染了β- 淀粉样前体蛋白 C 端片段的大鼠星形胶质瘤 C6 细胞（β-CTF/C6 细胞模型），探究了维生素 K₂的神经保护作用机制。研究人员用浓度为 0~10 μmol/L 的维生素 K₂与 250 μg 的诱导剂枯茗酸处理 β-CTF/C6 细胞 72 小时后发现，细胞内 Bcl-2 相关死亡促进因子（Bad）的磷酸化水平显著升高，同时半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶 3 介导的细胞凋亡受到抑制。这一结果表明，维生素 K₂可通过激活凋亡通路中的关键调控因子 Bad 蛋白，抑制半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶 3 介导的细胞凋亡。
此外，研究还发现，维生素 K₂处理后细胞内磷酸化磷脂酰肌醇 3 - 激酶（PI3K）与蛋白激酶 B（Akt）的水平显著升高，证实PI3K/Akt 信号通路的激活可抑制β- 淀粉样蛋白介导的细胞凋亡。因此，维生素 K₂的神经保护作用机制为：激活 PI3K/Akt/Bad 信号通路、抑制半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶介导的细胞凋亡（见下图）（Huang et al., 2021）。
阿尔茨海默病发病的另一重要诱因是小胶质细胞过度活化。小胶质细胞过度激活会触发中枢神经系统的炎症级联反应，其稳态失衡会进一步诱导星形胶质细胞的神经毒性转化、突触丢失及神经元死亡，最终引发神经炎症与神经退行性病变（Spangenberg et al., 2016; Liddelow et al., 2017）。
萨普特拉等人探究了维生素 K₂（MK-4）对小胶质细胞活化的抑制作用及潜在机制。研究人员用脂多糖处理小鼠小胶质细胞系 MG6，并给予不同浓度（0~10 μmol/L）的维生素 K₂干预，结果显示：10 μmol/L 的维生素 K₂可在 mRNA 水平显著抑制白细胞介素 1β、白细胞介素 6 及肿瘤坏死因子 α 等促炎细胞因子的上调。维生素 K₂可抑制脂多糖诱导的 MG6 细胞内核因子 κB（NF-κB）的核转位，进而阻断核因子 κB 信号通路的活化。进一步检测发现，维生素 K₂可显著抑制 p65 蛋白的磷酸化，但对转化生长因子 β 激活激酶 1（TAK1）与抑制性 κB 激酶 α/β（IKKα/β）的表达水平无明显影响（Saputra et al., 2019）。
维生素 K₂-7 在阿尔茨海默病中的作用机制示意图
维生素 K₂-7 可促进生长停滞特异性蛋白 6（Gas6）上谷氨酸（Glu）残基的羧化反应，使其转化为 γ- 羧基谷氨酸（Gla），进而实现 Gas6 的活化。活化的 Gas6 可与 AXL 受体酪氨酸激酶（AXL RTK）结合，启动磷脂酰肌醇 3 - 激酶 / 蛋白激酶 B/Bcl-2 相关死亡促进因子（PI3K/AKT/BAD）信号通路。BAD 蛋白对胱天蛋白酶 3（Caspase 3）具有抑制作用，由此可阻断细胞凋亡进程，最终发挥维生素 K₂-7 对抗 β- 淀粉样蛋白（Aβ）诱导的细胞毒性的保护作用。
在细胞质中，活性氧（ROS）可激活Janus 激酶 - 信号转导与转录激活因子（JAK-STAT）通路，进而促进 Bcl-2 相关 X 蛋白（BAX）的转录表达。BAX 蛋白会促使线粒体释放细胞色素 c，而细胞色素 c 可激活胱天蛋白酶 3，最终诱导细胞凋亡。维生素 K₂-7 能够通过抑制胱天蛋白酶 3 的活性，阻断这一凋亡途径。
参考文献：
Jadhav et al.
June 2022 | Volume 13 | Article 896920
