人類營養學基礎/葉酸
葉酸是一種水溶性B族維生素。最初稱為葉酸1，術語葉酸用於其天然存在的形式，也稱為蝶醯穀氨酸。[1] 葉酸的天然形式包含一個對氨基苯甲酸頭部、一個蝶啶環和一個多穀氨酸尾部，這是人體接收它的方式，這也稱為其“結合”形式。位於腸細胞內的酶穀氨酸羧肽酶 (GCPII) 切割末端穀氨酸，並留下可吸收的單穀氨酸葉酸。然後，維生素透過二氫葉酸還原酶 (DFR) 從二氫葉酸還原為四氫葉酸，並輸送到肝臟和體內的其他細胞。葉酸可以在其從腸道釋放之前或在肝臟內甲基化為 5-甲基四氫葉酸。葉酸的甲基化形式是無活性的，只有透過使用酶和維生素 B12去除甲基才能啟用。
在美國，葉酸是穀物中五種強化維生素和礦物質之一。這一事實本身就證明了葉酸在人體中發揮的關鍵作用。美國食品藥品監督管理局 (FDA) 從 1998 年開始強制要求製造商在麵粉、義大利麵、麵包和大米中強化葉酸（美國國立衛生研究院，2012 年）。其他四種維生素和礦物質是硫胺素、煙酸、核黃素和鐵，它們也是人體機能和結構必不可少的營養素。
需要注意的是，我們膳食補充劑中的葉酸與我們在自然界中發現的葉酸不同。在自然界中，葉酸結合成多穀氨酸。類似於構成多糖的單糖，多穀氨酸只是許多穀氨酸連線在一起。葉酸是一種單一的穀氨酸。FDA 要求富含葉酸而不是葉酸的原因是，多穀氨酸已經分解成單一的穀氨酸，因此消化系統不必做太多工作。葉酸存在於補充劑和強化產品中。葉酸存在於深綠色蔬菜、豆類和一些柑橘類產品中（Medline Plus，2015 年）。具體來說，一些食物中膳食葉酸的百分比非常高，例如牛肉肝、菠菜和黑眼豆（美國國立衛生研究院，2012 年）。
葉酸的合成形式稱為葉酸，一種單穀氨酸，存在於補充劑和強化食品中。葉酸主要用於輔酶四氫葉酸 (THF)，該輔酶在代謝中轉移一碳化合物。[2]
葉酸不能由人體合成，因此我們必須攝取它才能獲得足夠的攝入量。從飲食中，葉酸大量存在於豆類、水果和蔬菜中。其中，扁豆和蘆筍的葉酸含量極高。[1] 食物葉酸的生物利用度和消化率各不相同。雖然人體能夠吸收至少 85% 的合成葉酸補充劑（葉酸）或強化食品中的葉酸，但與葉酸的吸收相比，食物中天然存在的葉酸的吸收量不超過 50%。McNulty 和 Pentieva 的分析列出了影響葉酸生物利用度的因素，包括多穀氨酸葉酸、食物基質、消化過程中不穩定葉酸的分解以及飲食中存在的葉酸結合蛋白。同一組研究人員還報告了對葉酸有效性和葉酸吸收機制的瞭解不足，並得出結論，需要更多關於該主題的資訊。
葉酸對孕婦至關重要，因為它會影響嬰兒的生長並能夠預防主要的出生缺陷。因此，政府已規定食品必須新增葉酸。這些強化食品中的大多數是穀物，例如麵包、義大利麵、大米和穀物。[3]
作為單穀氨酸形式，葉酸比葉酸更容易被人體吸收。這就是為什麼特別鼓勵孕婦補充葉酸的原因。
葉酸是氨基酸合成、嘌呤和嘧啶合成以及 S-腺苷甲硫氨酸4形成所必需的。因此，葉酸會影響 DNA 合成和甲基化，葉酸會降低同型半胱氨酸水平並提高甲硫氨酸和谷胱甘肽水平。以 5-甲基四氫葉酸的形式，葉酸充當可以接受和捐贈一碳單位的輔酶。
作為四氫葉酸的一部分，葉酸接受和捐贈一碳基團以合成胸腺嘧啶和嘌呤，並參與在維生素 B12 的幫助下將同型半胱氨酸再生為甲硫氨酸。[4] 因此，它對細胞維持、DNA 和 RNA 合成以及紅細胞成熟至關重要。這就是為什麼它對孕婦和嬰兒如此重要的原因。
該圖描繪了葉酸迴圈。葉酸作為多谷氨醯四氫葉酸進入迴圈，並使用絲氨酸作為主要碳源轉化為 5,10-亞甲基四氫葉酸。該反應需要絲氨酸羥甲基轉移酶 (SHMT) 和 PLP（源自維生素 B62 的輔酶）。5,10-亞甲基可以參與核苷酸生物合成和甲基化反應。5,10-亞甲基四氫葉酸可以與脫氧尿嘧啶酸 (dUMP) 反應形成胸腺嘧啶酸 (dTMP)，它是嘧啶核鹼基胸腺嘧啶1的前體。這是 DNA 複製過程中一個限速步驟。在葉酸缺乏症中，胸腺嘧啶無法形成，DNA 合成和細胞分裂受到嚴重損害。一旦甲基從 5,10-亞甲基四氫葉酸轉移到 dUMP，葉酸就會以其氧化狀態二氫葉酸 (DHF) 存在。這可以還原並迴圈到葉酸迴圈中作為四氫葉酸。5,10-亞甲基四氫葉酸可以透過（未知機制）轉化為 10-甲醯四氫葉酸。10-甲醯四氫葉酸用於合成嘌呤核鹼基腺嘌呤和鳥嘌呤。四氫葉酸作為反應的產物釋放出來，並被回收利用。5,10-亞甲基四氫葉酸也可以透過 5,10-亞甲基四氫葉酸還原酶 (MTHFR)6 還原為 5-甲基四氫葉酸。這是一個不可逆反應，因此葉酸不能直接恢復到其 5,10mTHF 狀態。在源自維生素 B12 的鈷胺素的幫助下，5-甲基四氫葉酸可用於 DNA 甲基化。
甲硫氨酸合酶 (MS) 是負責將同型半胱氨酸轉化為甲硫氨酸的酶。5-甲基四氫葉酸作為 MS 甲基轉移的底物。MS 從 5-甲基四氫葉酸中獲取甲基並將其轉移到鈷胺素，形成甲基鈷胺素。這繼續將相同的甲基轉移到同型半胱氨酸，釋放甲硫氨酸。此過程再生四氫葉酸，使葉酸能夠繼續在體內發揮作用。甲硫氨酸對 S-腺苷甲硫氨酸 (SAM)1 的形成至關重要，S-腺苷甲硫氨酸是其他甲基轉移酶反應中的重要試劑。SAM 是 DNA 甲基化、神經遞質合成和磷脂合成所必需的。一旦 SAM 中的甲基被轉移，就會留下 S-腺苷同型半胱氨酸，它會失去其腺苷以重新形成同型半胱氨酸，需要更多葉酸（以 5-甲基四氫葉酸的形式）才能繼續在體內發揮作用。
從食物中吸收的葉酸約為 50%，從補充劑中吸收的葉酸為 100%。[1] 葉酸的 RDA 為 14 歲及以上人群每天 400 μg DFE。[5] 兒童每天大約需要 200 μg DFE（膳食葉酸當量）。但是，由於它對孕婦和哺乳期婦女如此重要，因此他們的 RDA 為每天 600 μg DFE。葉酸的上限為成人每天 1000 μg。
葉酸與維生素 B12 密切相關。兩者都由對方啟用，並且都參與將同型半胱氨酸轉化為甲硫氨酸。這就是為什麼如果沒有充足的 B12供應，葉酸的健康功能就無法實現的原因。
女性在嬰兒出生前可以採取的最重要措施之一是每天攝入大量葉酸。葉酸是 B 族維生素，對健康至關重要。其天然形式稱為葉酸，天然存在於某些食物中。這種維生素的合成形式稱為葉酸，它被新增到強化食品和維生素藥丸中。在美國，所有由穀物製成的食品都添加了葉酸。[6]
膳食參考攝入量（Dietary Reference Intakes）提供了葉酸攝入量的建議。[7] 對於成年人，建議每天攝入400微克的葉酸，但在不同情況下，攝入建議會有所不同。例如，能夠懷孕的女性需要攝入更高量的葉酸，因為葉酸在預防出生缺陷方面發揮著巨大作用。[8] 即使在產後，如果母乳餵養，葉酸也能確保嬰兒獲得健康所需的營養。
雖然大多數人可以透過均衡飲食獲得建議量的葉酸，但這可能不足以預防孕婦的出生缺陷。[6] 這是因為天然存在的葉酸不像葉酸那樣容易被吸收。葉酸的生物利用度較高，為85%，而天然存在的葉酸的生物利用度僅為50%。[7] 為了彌補生物利用度的差異以及男性、女性和不同年齡段人群的攝入需求，以下兩張圖表分別說明了不同年齡段的平均推薦葉酸攝入量（表1）以及孕婦、哺乳期婦女或育齡婦女應增加的葉酸攝入量（表2）。[6]
| 類別 | 年齡 | 每日葉酸攝入量 |
| 嬰兒 | 0–6個月 | 65微克（微克） |
| 兒童 | 4–8歲 | 200微克 |
| 青少年和成年人 | 13歲以上 | 400微克 |
表1
| 女性葉酸補充劑建議 | |
|---|---|
| 類別 | 每日葉酸攝入量 |
| 孕婦 | 600微克 |
| 哺乳期婦女 | 500微克 |
| 育齡婦女 | 400微克至800微克 |
表2
葉酸對於育齡婦女，尤其是孕婦來說非常重要。如果孕婦無法滿足其葉酸需求，她的孩子很有可能出生時患有神經管缺陷，即大腦和脊髓發育不完善——導致嬰兒殘疾甚至死亡。
過去，葉酸通常只被視為預防巨幼紅細胞性貧血的必需營養素。葉酸的重要性被低估了，以至於1989年，食品和營養委員會僅僅因為貧血發病率低而降低了推薦膳食攝入量（美國心臟協會，2002年）。然而，隨著營養科學領域的不斷發展，很明顯葉酸對於預防妊娠期神經管缺陷和降低心血管疾病的可能性至關重要。
在DNA合成過程中，維生素B12和葉酸協同作用。當葉酸儲存時，會新增一個甲基（CH4）。葉酸以這種非活性形式保留在細胞中，直到被啟用。葉酸由維生素B12啟用。連線到B12上的氨基酸同型半胱氨酸從葉酸中去除甲基。這種甲基轉移到同型半胱氨酸上會生成蛋氨酸，然後引發一系列反應。如果沒有葉酸，同型半胱氨酸將不會在體內被利用，並可能積累。積累的同型半胱氨酸非常危險。高水平的同型半胱氨酸會導致動脈粥樣硬化。動脈粥樣硬化是由脂質儲存和肌細胞增殖引起的動脈壁增厚（美國臨床營養學雜誌，2000年）。氨基酸同型半胱氨酸導致血液的促血栓形成性，或血液凝結的能力。簡單來說，同型半胱氨酸在某種程度上使血液變得更濃稠，更像凝塊。促血栓形成的血液更容易在動脈中堵塞並導致動脈粥樣硬化。動脈粥樣硬化會導致動脈阻塞，並可能導致心臟病發作和中風。總之，積累的同型半胱氨酸增加了心血管疾病的風險，並證明了充足攝入葉酸的必要性。總之，瞭解葉酸在飲食中的重要性至關重要。無論葉酸來自強化食品、補充劑還是食物中的天然成分，它對於健康的機體功能都至關重要。
葉酸缺乏還會導致紅細胞和胃腸道細胞生成減少。因此，葉酸缺乏的發生以貧血和胃腸道惡化為特徵。葉酸缺乏引起的貧血稱為巨紅細胞性或巨幼細胞性貧血。葉酸的存在是紅細胞DNA正常複製的必要條件，因此缺乏葉酸會導致DNA受損和紅細胞發育不成熟。最終結果是產生非常大的紅細胞，這些紅細胞無法正常攜帶氧氣，不能有效地透過血流運輸，並且偶爾會有細胞核。
葉酸與許多抗癌治療有關，因此很容易發生繼發性葉酸缺乏。如果一個人正在服用具有抗癌特性的藥物，其中許多藥物與葉酸具有相似的結構，它們會取代葉酸並阻礙正常的代謝。此外，抗癌藥物會影響健康細胞和不健康細胞，導致全身葉酸缺乏。[1][5]
研究尚未發現攝入過量葉酸導致的許多疾病。但是，設定了上限，因為葉酸可以掩蓋維生素B12缺乏症。維生素B12缺乏症會導致神經損傷，進而導致大腦和脊髓的不可逆損傷。此外，有初步的證據表明葉酸可能導致各種形式的癌症。[5]
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