1. Der Zweck dieses Übersichtsartikels besteht darin, viele der Beobachtungen im Zusammenhang mit den physiologischen Wirkungen von Vitamin D neu zu bewerten und zu integrieren, wobei als Arbeitshypothese das Konzept verwendet wird, dass das Vitamin in Bezug auf seine Fähigkeit, mit genetischer Information zu interagieren und schließlich eine physiologische Reaktion hervorzurufen, analog zu einem Steroidhormon wirken könnte. Bis zu diesem Zeitpunkt wurde das Problem des Wirkmechanismus von Vitamin D in erster Linie unter dem Gesichtspunkt betrachtet, dass das Vitamin als Kofaktor für eine bestimmte enzymatische Reaktion fungiert.
2. Die physiologischen Aktivitäten von Vitamin D sind mit denen des Parathormons integriert, um eine homöostatische Kontrolle für die Regulierung des Kalzium- und in zweiter Linie des Phosphatstoffwechsels zu gewährleisten. Es wird angenommen, dass die Rolle von Vitamin D in diesem homöostatischen Kontrollmechanismus älter und grundlegender ist als die des Parathormons. Die Wechselwirkung von Vitamin D auf den Kalziumstoffwechsel des Skeletts könnte sich vor den Auswirkungen des Vitamins auf die Kalziumaufnahme im Darm entwickelt haben.
3. Es gibt mehrere physiologische Defekte des Kalziumstoffwechsels – Rachitis, Osteo-Malazie, Vitamin-D-resistente Rachitis und idiopathische Hyperkalzämie -, die alle auf eine Störung der einen oder anderen ineinandergreifenden Stufe des Vitamin-D- und Kalzium-abhängigen homöostatischen Kontrollmechanismus zurückzuführen sein können.
4. Die am gründlichsten nachgewiesene Wirkung von Vitamin D in vivo ist die Förderung oder Erleichterung der intestinalen Kalziumabsorption. Obwohl die genauen biochemischen Einzelheiten dieses Prozesses nicht bekannt sind, könnte es sich dabei um eine Vitamin-D-vermittelte Synthese der entsprechenden Enzymsysteme oder um eine Veränderung der für die Kalziumabsorption erforderlichen Membranstruktur handeln. Es ist noch nicht eindeutig geklärt, ob es sich bei der Kalziumabsorption um einen energieabhängigen aktiven Transportprozess oder um einen durch passive Carrier vermittelten oder einfachen Diffusionsprozess handelt.
5. Die genaue Wirkung von Vitamin D auf den Knochenstoffwechsel ist nicht so gut geklärt, aber die primäre Wirkung des Vitamins ist wahrscheinlich die Vermittlung der Knochenresorption. Die von Vitamin D abhängigen Aktivitäten der Zellen sowohl im Darm als auch in den Knochen bestehen darin, Kalzium zu absorbieren und in das Blut zu übertragen.
6. Es wurden keine direkten Auswirkungen von Vitamin D auf die intestinale Absorption von Phosphat festgestellt. Außerdem wird die Gültigkeit einer Vitamin-D-vermittelten renalen Rückresorption von Phosphat in Frage gestellt, da die Hauptwirkungen von Vitamin D kationenorientiert sind. Wenn die renalen Wirkungen von Vitamin D zutreffen, wird postuliert, dass der Wirkungsmechanismus des Vitamins hier auf das Anion Phosphat grundsätzlich anders ist als sein kationenorientierter Mechanismus.
7. Es gibt eine Verzögerung in der Wirkung von Vitamin D auf den vitaminvermittelten: (a) den Kalziumtransport sowohl in vivo bei Ratten und Küken als auch in vitro mit umgedrehten Darmscheiben;
(b) die scheinbar erhöhte Durchlässigkeit der Darmschleimhaut; (c) erhöhte Zitronensäurewerte im Serum oder in den Knochen; (d) den erhöhten Einbau von radioaktivem anorganischem Phosphor in die Phospholipide der Darmschleimhaut. Wie die Verwendung von radioaktivem Vitamin D zeigt, ist diese Verzögerung nicht auf einen Mangel des Vitamins in den Zielorganen zurückzuführen.
8. Während große, unphysiologische Dosen von radioaktivem Vitamin D in allen Geweben und allen subzellulären Fraktionen lokalisiert werden, lokalisieren kleine physiologische Dosen von radioaktivem Vitamin D vorwiegend im Kern der Darmschleimhaut. Die Menge an Vitamin D, die im Zellkern lokalisiert ist, scheint zu gering zu sein, als dass das Vitamin als Cofaktor fungieren könnte, und deutet eher auf eine Wechselwirkung auf oder mit Desoxy-Ribonukleinsäure hin.
9. Actinomycin D, ein Inhibitor der DNA-gesteuerten RNA-Synthese, hemmt die Wirkung von Vitamin D bei der Vermittlung der intestinalen Kalziumabsorption und der Knochenresorption. Vitamin D stimuliert auch die Boten-RNA-Synthese in der Darmschleimhaut innerhalb von 1/2 Stunde nach der Vitaminbehandlung. Vitamin D spielt möglicherweise zusammen mit Parathormon und Kalzium eine entscheidende Rolle in einem DNA-abhängigen, homöostatischen Kontrollmechanismus für den Kalziumstoffwechsel. In diesem System hat das Vitamin-D-Molekül bestimmte sehr spezifische strukturelle Anforderungen, die wahrscheinlich eher die Spezifität seines Rezeptormoleküls widerspiegeln als strukturelle Anforderungen für eine Kofaktor-Enzym-Beziehung.