Grases F, Costa-Bauza A. Key Aspects of Myo-Inositol Hexaphosphate (Phytate) and Pathological Calcifications. Molecules. 2019 Dec 4;24(24):4434. doi: 10.3390/molecules24244434. PMID: 31817119; PMCID: PMC6943413.
植酸盐（肌醇六磷酸，InsP6）是种子、豆类、坚果和全谷物的重要组成部分。虽然这种分子是在 1855 年被发现的，但它作为抗营养物质的生物学效应是在 1940 年首次被描述的。植酸盐的抗营养作用是因为它在某些情况下会降低重要矿物质的生物利用度。然而，在过去的 30 年里，研究人员已经确定了植酸盐的许多重要健康益处。因此，从发现植酸盐到首次描述其有益作用已经过去了 150 年。这种长时间的延迟可能是由于难以确定生物培养基中的植酸，并且植酸去磷酸化会产生许多具有重要生物学功能的衍生物（InsP）。本文描述了InsP6在阻断病理性钙化发展中的作用。因此，体外研究表明，InsP6及其水解产物（InsPs）以及焦磷酸盐、双膦酸盐和其他多磷酸盐具有很高的抑制钙盐结晶的能力。体内口服或局部施用植酸盐可显着减少病理性钙化的发展，尽管潜在机制的细节尚不确定。此外，口服或局部给药InsP6也会导致不同InsPs混合物的尿排泄增加;在没有 InsP6 给药的情况下，只有 InsP2 在尿液中以可检测的水平出现。
植酸盐（肌醇六磷酸，InsP6）是许多可食用种子、豆类、坚果和全谷物的重要膳食成分，通常以钙/镁盐的形式存在。植酸的主要食物来源通常含有0.5%-3%的干重植酸[1,2,3,4]。其他肌醇磷酸盐，如五磷酸肌醇（InsP5s）和肌醇四磷酸盐（InsP4s），在这些植物性食物中的含量较低（占所有InsP的<15%）[5]。富含豆类、坚果和全谷物的饮食是植酸盐的重要来源。因此，地中海饮食每天提供 1 克至 1.5 克植酸盐作为钙/镁盐（也称为植碱），远高于精制谷物的饮食。欧美饮食可以提供0.2g至1.5g的每日植酸盐，具体取决于豆类、坚果和全谷物的消费量[6]。必须充分控制高植酸盐剂量的施用，并且必须考虑矿物质的含量。当均衡饮食含有足量的豆类、全谷物和坚果时，如地中海饮食，这些食物提供的植酸足以维持生物体中的足够水平，并且不会对矿物质平衡产生负面影响[6]。
植酸盐于1855-1856年被发现[7,8]，其结构于1914年确定[9]。在1940年代，第一次生理实验将植酸描述为一种抗营养物质，因为它减少了微量元素的吸收，如Zn和Fe（III），它可以形成不溶性化合物[10,11,12]。这种效应主要发生在植酸盐大量供应和不均衡饮食时，在这种情况下，不溶性化合物的形成会减少微量元素的吸收。然而，在均衡饮食的情况下适量食用植酸盐不会降低这些必需元素的生物利用度[13,14]。在过去的 30 年中，许多研究都描述了植酸盐对健康的重要积极影响。特别是，植酸盐可以作为抗氧化剂[15]，具有抗癌活性[16,17]，预防肾结石和病理性钙化[18]，降低升糖指数[19]，并使葡萄糖和胆固醇水平正常化[20,21]。
考虑到植酸盐的许多临床益处，从发现该分子到确定这些益处大约需要 150 年，这似乎令人惊讶。这种长时间延迟的部分原因可能是植酸分子量低，在生物培养基中以低浓度存在，难以识别和定量，并且去磷酸化可以产生大量衍生物（InsPs），这些衍生物也具有重要的生物学功能（图1).本文将分析植酸盐和其他InsPs作为钙盐结晶抑制剂的作用，以及植酸盐消耗与InsPs病理性钙化和排泄的关系。
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图1
植酸盐作为生物钙盐的结晶抑制剂。COM：草酸钙一水合物，COD：草酸钙二水合物，HAP：羟基磷灰石，BRU：刷石。
2. 植酸盐 （InsP6） 和肌醇磷酸盐 （InsPs） 作为钙盐的结晶抑制剂：体外研究
部分水解植酸是体外羟基磷灰石形成的有效抑制剂[22]。植酸的部分水解产物含有不同InsP的混合物，是大鼠软骨体外钙化的有效抑制剂，肠外注射可防止大鼠用高剂量维生素D治疗的大鼠主动脉钙化[23]。各种研究表明，植酸盐抑制钙结晶成草酸盐和磷酸盐。其中一些研究是在模拟肾结石形成或病理组织钙化的条件下进行的。例如，一项关于早期肾结石形成的研究检查了猪膀胱在不同条件下的尿路上皮，例如消除糖胺聚糖的保护层和利用自由基产生尿路上皮病变。在所有病例中，植酸盐都抑制了钙化的发展[24,25]）。其他使用流动系统模拟肾结石形成早期阶段的体外研究也表明，植酸可防止草酸钙晶体的形成[26]。一项对不同固体底物（磷酸钙、粘蛋白和磷酸钙混合物、蜡）上一水草酸钙（COM）异质成核抑制剂的研究表明，只有植酸盐完全抑制了COM的形成[27]。一项关于植酸盐与其他知名结石抑制剂（如镁和柠檬酸盐）相互作用的研究报道了镁和植酸盐之间的协同作用[28]。植酸盐在体外存在大分子的情况下也能有效抑制结石生长，这与体内植酸盐尿液排泄一致[29]。最后，植酸盐作为结晶抑制剂的热力学和动力学分析发现，植酸盐改变了结石形成的动力学，但不改变其热力学[30]。
这些研究清楚地表明，InsP6和InsPs，以及焦磷酸盐和其他多磷酸盐作为双膦酸盐，可以有效抑制钙盐结晶。这种抑制作用必须归因于其磷酸基团对结晶生长活性位点中钙的高亲和力。有趣的是，双膦酸盐最早是在19世纪合成的，但直到1960年代才发现其生物学效应，并且与抑制血管钙化有关[31,32]。目前，众所周知，它们主要用于预防骨质疏松症治疗中的骨吸收[33]。
3.1. 动物一项使用雄性Wistar大鼠的研究检查了在饮用水中添加乙二醇引起的状钙化的发展。在这种水中补充植酸钠可显著减少尖端钙化的发展和组织的总钙含量[34]。
AIN-76A是一种纯化的啮齿动物饮食，不含植酸盐，可促进雌性大鼠肾脏钙化的发展。研究人员将喂食这种饮食的一组动物与另一组接受AIN-76A + 1%InsP6（普通啮齿动物饮食中InsP6的百分比相同）的动物进行了比较。他们发现，皮质髓质交界处的矿物质沉积只发生在单独接受AIN-76A的动物身上[35]。
其他研究使用尼古丁和维生素D诱导喂食AIN-76A饮食的雄性Wistar大鼠的肾脏和心血管组织钙化，AIN-76A饮食是一种纯化的饮食，其中植酸盐是检测不到的。未经治疗的大鼠在肾脏、主动脉和心脏中出现显著的钙沉积，但用含有2.0%InsP6钾盐的保湿霜治疗的大鼠没有沉积物或沉积物显著减少[36,37]。通过组织学分析（苏木精和伊红染色后）和通过ICP-AES化学分析进行钙定量检查钙沉积物。局部施用保湿霜。背部的应用皮肤表面每四天剃一次。植酸盐很容易从皮肤中吸收，但吸收的确切机制尚不清楚。在用保湿植酸霜处理的动物中检测到尿液 InsP 显着增加。
为了评估膳食植酸盐对衰老过程中大鼠心血管钙化的影响，研究人员用含有InsP6的均衡饮食（UAR-A04）喂养一组雄性Wistar大鼠，用富含InsP6钙镁盐的AIN-76A喂养第二组，并单独喂食第三组AIN-76A。在1.5岁时处死动物表明，接受InsP6治疗的两组患者主动脉中的钙水平显著降低，从而表明长期饮食摄入InsP6可显著减少与年龄相关的主动脉钙化[38]。
其他实验研究了通过皮下注射强效氧化剂（KMnO）诱导钙质沉着症的大鼠的软组织钙化4).一组动物接受AIN-76A饮食，另一组动物接受相同的InsP6钙镁盐饮食。接受InsP6饮食的大鼠钙化显著减少[39,40]。一项类似的研究报告称，与对照组相比，使用含有2%InsP6的保湿霜作为钠盐（而不是膳食补充剂）的钙化显著减少[41]。
骨质疏松症期间发生的骨脱钙可能被认为是钙化的反面。然而，一些防止临床脱钙的药物，如双膦酸盐，也可以抑制钙化。这在一定程度上是因为钙和磷酸盐的强大相互作用阻碍了结晶和晶体再溶解。因此，一项研究检查了摄入 InsP6 的 Ca-Mg 盐对卵巢切除大鼠骨骼特征的影响（绝经后骨质疏松症的动物模型）。这些研究人员用AIN-76A喂养一组，用富含1%Ca-Mg盐的InsP6的AIN-76喂养另一组。12周后，接受InsP6的大鼠股骨和L4椎骨的钙和磷含量以及骨矿物质密度显着增加。由于Ca-Mg-InsP6的摄入可减少雌激素缺乏导致的骨密度损失，因此InsP6对骨吸收的影响与双膦酸盐相似[42]。事实上，InsP6和双膦酸盐均抑制成骨细胞的破骨细胞生成和矿化[43]。
这些研究的结果表明，在不同条件下对实验动物口服或局部施用InsP6可显着减少病理性钙化的发展。尽管这些研究尚未检查这种作用的机制，但它们仍然表明，施用InsP6可减少体内的病理性钙化。
3.2. 人类一项前瞻性研究检查了 96,245 名女性的饮食因素与发生肾结石风险之间的关联。结果表明，摄入膳食中的InsP6可显著降低钙结石的风险，研究人员得出结论，InsP6应被视为饮食中预防结石形成的重要且安全的补充[44]。
另一项研究检查了三组草酸钙结石形成者：一组未接受治疗，第二组接受Ca-Mg-InsP6治疗，第三组接受柠檬酸钾治疗。研究人员使用专门为此目的设计的测试测量了治疗前后（15天）的尿成石风险。相当多的草酰钙化结石形成者在开始时有尿液，具有很高的成石风险。治疗后，枸橼酸盐组和Ca-Mg-InsP6组各50%的患者风险降低，但未经治疗的患者中只有7%的风险降低[45]。
一项关于慢性肾病患者腹主动脉钙化的前瞻性横断面研究发现，与中度或重度腹主动脉钙化患者相比，无或仅轻度腹主动脉钙化的患者脉压更低，InsP6摄入量更高，尿InsP摄入量更高，既往心血管疾病患病率更低[46]。
一项针对 433 名受试者的研究测量了腰椎柱和股骨颈的骨矿物质密度，并就选定的骨质疏松症危险因素单独采访了受试者。InsP6 摄入量的膳食信息是通过在两种不同场合进行的问卷调查获得的。结果表明，InsP6消耗量越大，骨密度越大。多因素线性回归分析表明，体重和低InsP6消耗是影响骨密度最大的危险因素。因此，这些结果表明，摄入InsP6可以预防骨质疏松症的发展[47]。
这些人体研究的结果与动物研究的结果一致，因为口服摄入InsP6可以防止病理性钙化-脱钙过程。
在生物培养基中鉴定和定量 InsP6 及其去磷酸化产物的困难是需要很长时间才能确定其有益作用的原因之一。InsP6定量最常用的分析方法基于对总无机磷酸盐或磷酸盐基团形成复合物的非特异性测量[48,49,50,51]。在某些情况下，这些程序需要事先分离过程。由于这些方法具有非特异性，因此当样品中存在其他InsP时，它们可能会高估InsP6的量[52]。然而，当 InsPs 的非特异性全局估计就足够了时，这些方法非常有用。
目前，高效液相色谱（HPLC）与质谱（MS）的耦合似乎提供了更好的结果[53,54]。该方法的局限性之一是缺乏许多InsP异构体的可用标准品。
下面，我们将讨论口服或局部 InsP6 给药与 InsP 排泄之间的关系。
4.1. 动物研究人员研究了两组雄性Wistar大鼠口服InsP6和InsPs排泄之间的关系：一组接受自来水和正常大鼠食物颗粒（富含InsP6的饮食）;另一组接受流质饮食，其中InsP6最初不存在，但随着时间的推移，膳食中的InsP6逐渐增加[55]。当饮食中不存在 InsP6 时，InsP 的尿排泄量在 22 天后下降到无法检测到的水平。在流质饮食中添加越来越多的 InsP6 导致 InsP 的尿排泄增加。虽然尿排泄量取决于口服剂量，但每天摄入超过20.9mg/kg导致没有额外的排泄。
另一项研究测量了雌性Wistar大鼠局部施用InsP6后的尿InsP[52]。这些研究人员使用非特异性方法测量所有尿液 InsP，使用特定方法（聚丙烯酰胺凝胶电泳）测量 InsP6 的水平，并使用 MS 鉴定不同的尿液 InsP。在饮食中剥夺 InsP6 后，InsP2 是尿液中唯一可检测到的 InsP。接受局部InsP6治疗的大鼠尿液中含有丰富的InsP6和其他InsP（InsP5，InsP4，InsP3，InsP2）。此外，尿InsP6的量在动物之间差异很大。口服InsP6后结果相似，但不同InsP的尿液水平较低[56]。
4.2. 人类一项研究检查了在初始时期接受 InsP6 耗尽饮食和随后接受 InsP6 正常饮食的健康志愿者。与InsP6正常饮食相比，InsP6耗竭饮食导致InsPs的血浆水平较低。InsP6正常期开始后，16日内血浆和尿液InsPs水平均达到正常[57]。
另一项研究比较了食用富含InsP6食物比例低的地中海饮食的参与者与其他食用富含InsP6食物的地中海饮食的参与者。第一组的InsP6总消耗量为每天422±34毫克，第二组的摄入量为每天672±50毫克，相差59%。不出所料，第二组的尿InsPs排泄量显著升高（54%）[58]。
因此，对动物和人类的研究一致认为，口服或局部给药 InsP6 的增加会导致总 InsP 的尿排泄增加，以及多种不同 InsP 混合物的排泄。
第5章 结论与未来趋势InsP6 及其去磷酸化产物（InsP5、InsP4、InsP3 和 InsP2）的体内功能与焦磷酸盐和双膦酸盐相似，因为它们是草酸钙和磷酸钙晶体形成的有效抑制剂（图1).
对动物和人类施用InsP6对抑制病理性钙化发展的影响与血液和尿液中不同InsPs混合物的出现有关。因此，在没有口服或局部给药 InsP6 的情况下，尿液中只能检测到 InsP2。因此，我们建议将InsP6视为一种「抗钙化」维生素。
尽管 InsP6 及其去磷酸化衍生物的分析测定有所改进，但 InsP 化学分析的许多方面仍需要进一步研究。由于InsP6的去磷酸化会产生大量的异构体，因此显然有必要开发特定的定量分析方法。另一方面，确定肠道和血浆中使 InsP6 去磷酸化的不同酶（植酸酶和碱性磷酸酶）的作用也很重要，因为磷酸盐较少的 InsP 的形成可能有利于胃肠道吸收。能够确定血浆中碱性磷酸酶水平与尿液 InsP 谱之间的可能关系会很有趣。因此，重要的是要知道是否有可能调节InsPs去磷酸化以及可能涉及哪些酶抑制剂。
体内碱性磷酸酶正常水平的巨大差异可以解释属于同一研究的个体之间观察到的InsP分布的差异[56]。
