维生素B1（硫胺素）认知详解(内分泌学 维生素代谢性疾病)
维生素B1（简称VB1）又称硫胺素，分子中含有一个嘧啶环和一个噻唑环，两者之间以甲烯基相连接。硫胺素在自然界常与硫酸或盐酸结合成盐类存在，是糖、脂肪、蛋白质生物氧化过程中多种酶系统的重要辅酶。体内一旦缺乏维生素B1，就会影响到有关酶活性，导致物质代谢障碍并引起器官和组织功能紊乱。维生素B1缺乏症（vitamin B1 deficiency）临床上习惯称作脚气病（beriberi，Shoshin beriberi）。
在亚洲，人们对脚气病（beriberi）的认识已经有1000多年的历史，而欧洲了解该病仅300来年。首先报道的是进行性感觉运动型多神经病变（progressive sensorimotor polyneuropathy），并认为与精致大米有关。19世纪80年代，Takaki证明水手改善饮食有助于本病的防治；1889年，Eijkman偶然发现饮食因素引起了小鸡的多神经炎（chicken polyneuritis），并用糙米或米糠能治愈。1901年，Grijns用饮食缺乏解释脚气病的成因。 Wernicke-Korsakoff综合征是Wernicke等在19世纪70年代鉴定的一种临床病理状态，其特点是眼肌麻痹、眼球震颤、共济失调和脑病，并伴有第三和第四脑室周围及导水管灰质的对称性点状出血。
19世纪80年代末，Korsakoff描述了一种认知障碍，患者出现虚构思维和遗忘，继而发生谵妄，并伴有多发性周围神经病变。1900年初，认识到Wernicke和Korsakoff 的发现是一回事，再过了数十年，人们才认识到Korsakoff报道的精神病和Wernicke所述的脑病均是维生素B1（thiamin，硫胺素）缺乏所致。1926年从米糠中提取到硫胺素，1936年被人工合成。在19世纪的30～40年代，人们对Wernicke-Korsakoff综合征和硫胺素的生理生化作用进行了大量研究。
维生素B1参与物质代谢与能量代谢
维生素B1的盐酸盐为白色结晶，溶于水和酒精，不溶于其他有机溶剂：在酸性溶液中对热稳定，加热至120℃也不被破坏；中性尤其是碱性环境中易被氧化而失去活性。碱性溶液中，氧化剂（如高铁氰酸钾）可将维生素B1氧化成脱氢硫胺素（即硫色素，thiochrome），后者在紫外光下呈蓝色荧光，据此性质可作为测定维生素B1的定量依据。维生素B1对亚硫酸盐特别敏感，而亚硫酸盐常被应用于食品加工和生产，它可将硫胺素分子裂解为嘧啶和噻唑两部分，因而破坏维生素B1的生物活性。
硫胺素可被磷酸化，其磷酸化形式有3种，即硫胺素一磷酸（TMP）、硫胺素焦磷酸（TPP）以及硫胺素三磷酸（TTP）。动物组织中游离硫胺素与其磷酸化形式均存在，并且4种形式通过各种酶系统作用可以相互转化，但以TPP含量最为丰富，约占总硫胺素的80%。TPP为糖代谢及支链氨基酸代谢中的重要辅酶，因此，维生素B1亦是体内物质代谢与能量代谢的关键物质。维生素B1及主要衍生物的分子结构见下图。
硫胺素及其主要衍生物的分子结构
游离硫胺素与其磷酸盐相互转化
维生素B1主要在小肠上段被吸收，它在肠中的吸收是一个主动的过程。健康人每天吸收的总量在4～8mg之间，增加剂量吸收减少，肌内注射吸收迅速和完全。维生素B1在肝脏中进行代谢，从尿中排出，不被肾小管重吸收。
一次性口服硫胺素2.5～5mg以上时，大部分不被吸收，并且在此高浓度下，吸收部分以被动扩散为主。一般膳食情况下，人和大鼠的肠腔内硫胺素浓度常低于2μmol/L，肠道对于硫胺素的吸收则以主动吸收为主，且这一过程还需要有Na+、ATP存在的载体介导系统参与。吸收后的维生素B1可在小肠黏膜和肝脏中进行磷酸化，形成硫胺素磷酸盐类。进入血液循环的硫胺素主要通过红细胞转运，在红细胞内含有游离硫胺素及其磷酸化形式，而血浆和脑脊液中只有游离硫胺素和TMP。成人体内约有25～30mg 维生素B1，其中80%为TPP，10%为TTP，而TMP或游离硫胺素仅占总量的10%以下。硫胺素广泛分布于人体各种组织，其中以心脏、肝脏、肾脏以及脑组织中浓度最高，而肌肉和骨骼因其本身所占人体组成比例较大，其维生素B1的含量约占总量的50%。
维生素B1的氧化和分解反应
注：A：为维生素B1在碱性环境下被氧化为硫色素的反应式；B：为维生素B1在亚硫酸盐（Na2SO3）作用下分解为嘧啶及噻唑的反应式。
人体内的游离硫胺素与其磷酸化形式之间可以通过各种酶系统作用而相互转化，这些转化过程是游离硫胺素进入细胞内以TPP形式发挥其重要辅酶作用以及TPP代谢所必需。其中最重要的3种酶及其参与的转化过程为：硫胺素焦磷酸激酶（TPK）催化硫胺素与ATP作用形成TPP；P-转移酶（即TPP-ATP 磷酸转移酶）催化TPP+ATP→TTP；硫胺素焦磷酸酶（TPPase）催化TPP→TMP。维生素B1的氧化和分解反应见上图，硫胺素及其磷酸化形式的转化过程见下图。人体内硫胺素的生物半衰期约为9.5～18.5天，转换量约为1mg/d。因此，维生素B1摄入不足时，在2～3周内难以观察到缺乏症状。维生素B1在肝脏中进行分解代谢，其代谢产物分为嘧啶和噻唑两部分，以14C标记的维生素B1试验可检测出约22种嘧啶代谢物和29种噻唑代谢物。尿中排出的维生素B1主要为游离形式。通常从汗液中排出量极少，但高温环境中，维生素B1的排出量则可高达90～150μg/L。
硫胺素及其磷酸化形式的转化过程
注：T：游离硫胺素；TMP：硫胺素一磷酸；TPP：硫胺素焦磷酸；TTP：硫胺素三磷酸；Pi：无机磷酸盐；TPK：硫胺素焦磷酸激酶；P-转移酸：TPP-ATP磷酸转移酶；TMPase：硫胺素一磷酸酶；TPPase：硫胺素焦磷酸酶；TTPase：硫胺素三磷酸酶。
维生素B1具有辅酶和非辅酶功能
TPP的辅酶功能
硫胺素在TPK的催化及Mg2+、ATP的参与下合成TPP，后者为硫胺素的主要辅酶形式，参与几种酶系统的反应过程。
参与α-酮酸的非氧化脱羧作用：丙酮酸脱羧酶广泛分布于各种植物、酵母及微生物中，TPP作为其辅酶，参与丙酮酸的非氧化性脱羧作用，该反应生成乙醛及CO2，亦为催化酒精发酵的第一步。
参与α-酮酸的氧化脱羧作用：TPP以辅酶形式参与3种线粒体内多酶复合物催化的氧化脱羧反应，这3种多酶复合物分别为：丙酮酸脱氢酶系、α-酮戊二酸脱氢酶系以及支链脱氢酶系，分别生成乙酰辅酶A（CoA）、琥珀酰辅酶A以及各种支链氨基酸（包括亮氨酸、异亮氨酸以及缬氨酸）的相应衍生物。这些反应为糖类、脂类以及支链氨基酸代谢的共同途径，因此，TPP对人体物质代谢和能量代谢均起重要作用。
参与磷酸戊糖途径中转酮醇作用：TPP可作为转酮醇酶的辅酶。在磷酸戊糖途径中起转移2或3碳单位的作用，以完成3、4、5、6、7碳糖类的可逆性互变。磷酸戊糖途径是体内葡萄糖生成5-磷酸戊糖的唯一途径，后者为核酸合成所必需，该途径亦是脂肪酸合成中NADPH的一个重要来源。M74综合征（M74 syndrome）是一种好发于波罗的海鲑鱼的雌系遗传的维生素B1缺乏症。鲑鱼肝脏内转酮醇酶与α-酮戊二酸脱氢酶活性很低，并且与其体内极低的维生素B1显著相关，给予维生素B1治疗后，两种酶的活性均明显升高，死亡率降低，这亦说明维生素B1在以上酶促反应中的重要作用。
非辅酶功能
维生素B1抑制胆碱酯酶活性，以维持神经递质——乙酰胆碱的有效浓度，完成神经冲动的正常传递。近年来在动物实验中发现：TTP在神经元以及其他可兴奋组织中（如骨骼肌等）浓集，其作用可能与离子通道的开放有关。大鼠试验中发现，神经受刺激后TTP水解加快，可调节大鼠脑中氯化物通道，血液中TTP含量与脑膜中氯化物通透性相关，可能是通过磷酸化作用以控制有功能的氯通道数量来完成的。
维生素B1缺乏可引起心脏功能失调，但目前尚未发现其影响的直接证据，因此认为硫胺素对心脏功能的影响可能是通过其对神经生理活动的调节或对心肌能量代谢的影响而间接起作用的。