維生素B12(Vitamin B12，或維它命B12)，非指單一化合物，而是指鈷胺素(cobalamin，或簡稱Cbl)的衍生物(derivatives)。鈷胺素的衍生物分子構造，主要由兩個部分組成，一個部分為由四個吡咯(pyrrole)分子所組成的平面式(planar)的咕啉(corrin)環，環中心鍵結螯合(chelate)一個鈷原子，另一部分為由一分子核苷酸所形成圈狀物(nucleotide loop)，兩個部分鍵結起來就形成了鈷胺素，如下圖所示，
咕啉環(紅線) 環狀核苷酸(藍線)
¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾
¤ \ ¤ ½ ½
½ N N ½ ½
½ \ ¤ ½ ½
R ¾ ¾ ½ ¾ Co ¾ ½¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾
½ ¤ \ ½
½ N N ½
½ ¤ \ ¤
¾ ¾ ¾
其中R為官能基，若為甲基(-CH3)，就成為甲基鈷胺素(methylcobalamin，或簡稱methyl Cbl)；若R為羥基(-OH)，即成為羥基鈷胺素(hydroxycobalamin，或簡稱hydroxy Cbl)；若R為氰基(-CN)，即成為氰基鈷胺素(cyanocobalamin，或簡稱cyanoCbl)；若R為硝基(-NO2)，即成為硝基鈷胺素(nitrocobalamin，或簡稱nitroCbl)；若R為水分子(H2O)，就成為水鈷胺素(aquocobalamin，或簡稱aquoCbl)；若R為去氧腺苷基(deoxyadenosyl)，就成為去氧腺苷基鈷胺素(5¢-deoxyadenosylcobalamin，或簡稱adoCbl)。以上所提，methyl Cbl、hydroxy Cbl、cyanoCbl、nitroCbl、aquoCbl、及adoCbl，皆為鈷胺素的衍生物，即皆為維生素B12。
有關鈷胺素衍生物分子較清楚的構造圖，則請自行至Google或Yahoo搜尋，輸入「cobalamin」，進行圖片搜尋，即可看到許多說明圖。
維生素B12中，具有生物活性的，只有methyl Cbl及adoCbl，而其餘的衍生物都須轉換成methyl Cbl及adoCbl才能發揮作用。在人體內維生素B12主要功能，係參與骨髓中DNA之合成、參與甲硫胺之合成、琥珀醯基輔脢(succinyl-CoA)生成反應等。倘若維生素B12攝取不足，症狀主要在發生在血液與神經系統，例如巨胚紅血球性貧血，全身無力、易疲勞、臉色蒼白貧血，或者神經性併發症，四肢感覺障礙、認知能力變差等。
西元1925年，美國紐約羅徹斯特(Rochester)大學的Whipple及Robscheit-Robbins利用狗的出血性貧血，餵食各種不同食物後，發現牛肝可明顯有助於血紅素的生成，即血的再生(blood regeneration)。(參考文獻 FS Robscheit-Robbins and GH Whipple, Am J Physiol, 72, p. 408-418, 1925) 西元1926年，美國波士頓(Boston)的兩名醫生Minot及Murphy，發現牛肝(beef liver)可以緩解人的惡性貧血(pernicious anemia)，並推論牛肝中應含有一種未知的抗惡性貧血因子(anti-pernicious anemia factor)。(參考文獻 GR Minot and WP Murphy, JAMA, 87(7), p. 470-476, 1926) 西元1934年，Whipple、Minot及Murphy三人共得諾貝爾獎，表揚他們對治療惡性貧血的貢獻。 西元1948年，Rickes等人自動物肝臟萃取出抗惡性貧血因子的結晶，並取名為維生素B12。(參考文獻 EL Rickes et al, Science, 107(2781), p. 396-397, 1948) 同年，西元1948年，Smith亦自鏈黴菌的醱酵液(streptomyces griseus fermentation liquors)中萃取出抗惡性貧血因子的結晶。(參考文獻 EL Smith, Br J Nutr, 6(3), p. 295-299, 1952) 西元1955年，瑞士的有機化學家Eschenmoser成功從細菌或黴菌的培養中製造生成維生素B12，這也是目前商業生產維生素B12 的主要方法。(參考文獻 A Eschenmoser et al, Helv Chim Acta, 38, p.1890-1904, 1955) 西元1956年，Hodgkin確認了維生素B12的分子結構，係由咕啉環及核苷酸圈狀鏈兩者所組成。(參考文獻 DC Hodgkin et al, Nature, 178(4524), p. 64-66, 1956) 自此，便完成了維生素B12基本的發現工作。 西元1964年，Hodgkin獲得諾貝爾獎，表揚他研究鑑定出維生素B12(cyanocobalamin)的分子結構。 西元1972年，哈佛大學化學系有機化學合成專家Woodward(1965年諾貝爾化學獎得主)與瑞士蘇黎世高等工業學院的Eschenmoser合作成功發展出製造維生素B12之有機合成方法。(參考文獻 RB Woodward, Pure Appl Chem, 33(1), p. 145-177, 1973，http://www.iupac.org/publications/pac/pdf/1973/pdf/3301x0145.pdf)
維生素B12之生理功能
維生素12中，具有生物活性的，只有methyl Cbl及adoCbl，而其餘的衍生物都須轉換成methyl Cbl及adoCbl才能發揮作用。在人體內，特別是methyl Cbl是一個非常重要的輔助酵素因子(cofactor)，參與多種重要代謝反應，methyl Cbl及adoCbl所參與的重要代謝反應，於此僅約略列舉數項如下，有興趣者，則請自行參考其它更詳細的資料
(1)參與DNA合成
在DNA的合成過程中(請參考本部落格貼文「維生素B9之生理功能與攝取(四之二)」)，維生素B12(methyl Cbl)作為cofactor，或稱輔助因子)主要參與其中一個步驟，簡示如下
TS & Vit. B12
N5,10-methylene THF + dUMP à DHF + dTMP
由此可知一個人若缺乏維生素B12，於是無法進行DNA合成及修補，則細胞就無以分裂增殖。因此易產生早產、新生兒體重不足、兒童成長遲緩、或大人加速老化等問題，也易罹患巨胚紅血球性貧血的病症。(請參考本部落格貼文「維生素B9之生理功能與攝取(四之二)」)
(2)高半胱胺酸轉化成甲硫胺酸
在甲硫胺酸脢(methionine synthase，簡稱MS)及維生素B12(methyl Cbl)的催化下，可將高半胱胺酸(homocysteine)轉化成甲硫胺酸(methionine)，其反應簡單表示如下
homocystein + N5-methyl THF à methionine + THF
其中N5-methyl THF及THF為維生素B12。
高半胱胺酸在血液中濃度過高會刺激血管平滑肌增生，使血管通道縮小，且易導致動脈硬化，從而容易引起心血管病變，如心肌梗塞、腦中風等。因此，倘維生素B12攝取不足，導致高半胱胺酸轉化成甲硫胺酸發生問題，則會使血液中高半胱胺酸濃度過高，而對心血管健康甚為不利。而且，實務上，其實可利用血中高半胱胺酸濃度檢驗一個人是否維生素B12缺乏，亦即若血中高半胱胺酸的濃度過高，就是代表可能罹患維生素B12缺乏的問題了。
甲硫胺酸在體內可進一步被代謝成S-腺甲硫胺酸(S-adenosylmethionine，簡稱SAM)，SAM伴演為甲基(methyl)給與者，為非常重要的輔助酵素，在體內參與超過100種代謝反應，如合成膽鹼(choline)代謝反應等，據研究對關節強化、緩解關節炎、抗憂鬱等具正面效果。對於SAM所參與的代謝反應及其生理功能的詳細情形，請讀者自行閱讀其它相關資料。
(3)輔助丙醯基輔脢轉化為琥珀醯基輔脢
人所食用的脂肪，經過消化水解後，轉化為脂蛋白、甘油、及游離脂肪酸，再運輸到所需要的組織去。(請參考本部落格貼文「脂肪之消化、攝取與脂肪酸分類(下)」) 游離脂肪酸可通過細胞膜進入細胞，然短、中鏈游離脂肪酸可直接進入溶酶體(peroxisome)及粒線體(mitochondria)，而長鏈游離脂肪酸則須藉與左旋肉鹼(L-carnitine)的結合方能進入粒線體，緊接著進行脂肪酸代謝。若人體細胞缺乏肉鹼，則長鏈游離脂肪酸會堆積在細胞內，嚴重的話易導致細胞死亡，其症狀可為疲勞、肌肉無力、肥胖、血脂增高等。
游離脂肪酸在粒線體進行代謝反應，(脂肪酸詳細代謝過程，請讀者自行研讀相關資料)，經酵素作用、及貝它-氧化作用(b-oxidation)後，偶數碳鏈脂肪酸，可全數轉換生成乙醯基輔脢(acetyl-CoA)，如10個碳鏈脂肪酸可生成5個乙醯基輔脢，而奇數碳鏈脂肪酸，無法完全轉換生成乙醯基輔脢，除產生乙醯基輔脢外，還會外加生成1個丙醯基輔脢(propionyl-CoA，主鏈含3個碳的分子)，例如11個碳鏈脂肪酸可生成4個乙醯基輔脢及1個丙醯基輔脢。其中乙醯基輔脢可直接進入檸蒙酸循環，而丙醯基輔脢則無法直接進入檸蒙酸循環，須先轉換成琥珀醯基輔脢(succinyl-CoA)，才能加入檸蒙酸循環，才能為人所利用。(請參考本部落格的貼文「人體能量來源：葡萄糖與ATP-ADP能量循環以及CoQ10簡介(三之三)」)
丙醯基輔脢轉化為琥珀醯基輔脢，包含三個步驟，簡示如下
(i)在丙醯基輔脢化脢(propionyl-CoA carboxylase，EC 6.4.1 .3)及生物素(biotin)的催化作用下，丙醯基輔脢可轉化為右旋甲基丙二醯基輔脢(D-methylmalonyl-CoA)，反應如下
propionyl-CoA + HCO3- + ATP à D-methylmalonyl-CoA + ADP + Pi
(ii)在甲基丙二醯基輔脢異構脢(methylmalonyl-CoA epimerase)的作用下，右旋甲基丙二醯基輔脢可轉化為左旋甲基丙二醯基輔脢(L-methylmalonyl-CoA)，反應如下
D-methylmalonyl-CoA D L- methylmalonyl-CoA
(iii)在甲基丙二醯基輔脢變位脢(methylmalonyl-CoA mutase)及維生素B12(adoCbl)的作用下，左旋甲基丙二醯基輔脢可被轉化為琥珀醯基輔脢(succinyl-CoA)，反應如下
L-methylmalonyl-CoA D succinyl-CoA
所以總反應可簡單表示如下
propionyl-CoA à D-methylmalonyl-CoA D L-methylmalonyl-CoA D succinyl-CoA
因此，假如一個人缺乏維生素B12的話，則左旋甲基丙二醯基輔脢無法被轉化為琥珀醯基輔脢，而殘留的左旋甲基丙二醯基輔脢就會被氧化產生甲基丙二酸(methylmalonic acid)，甲基丙二酸可能滯留在細胞內或釋放至血液中，而終引起所謂甲基丙二酸血症(methylmalonic acidemia，簡稱MMA)的病症，亦屬有機酸血症(organic academia)的一種，症狀可能疲倦無力、嘔吐、或嚴重的化會導致昏迷或死亡。(參考文獻 CE Prada et al, J Pediatrics, 159(5), p. 862-864, 2011；O Stokke et al, Clin Chim Acta, 45(4), p. 391-401, 1973；S Toyoshima et al, J Nutr, 125(11), p. 2846-2850, 1995) 而且，實務上，亦可以利用血中甲基丙二酸的濃度，檢驗一個人是否維生素B12缺乏，亦即若血中甲基丙二酸的濃度過高，就是代表可能罹患維生素B12缺乏的問題。
(4)白胺酸轉化為貝它白胺酸
西元1976年，Poston首先發現，在白胺酸胺基酸變位脢(leucine 2,3-aminomutase)及維生素B12(adoCbl)的催化下，白胺酸(leucine)轉化為貝它白胺酸(b-leucine)，此白胺酸轉化反應，目前尚未發現對人體有何重要性。(參考文獻 JM Poston, J Bio Chem, 251(7), p. 1859-1863, 1976，http://www.jbc.org/content/251/7/1859.full.pdf+html)
從以上簡述，維生素B12的影響主要在RNA、DNA基因的生成及脂肪代謝上，應已可約略瞭解維生素B12對人體生理功能的重要性了，至於其它詳細的代謝反應，請讀者自行參考相關資料。
維生素B12之消化、吸收、及排泄
動物及一般植物皆無法自製維生素B12，只有細菌、菌類植物(fungi)、及藻類才能合成維生素B12。一般肉類食物較富含維生素B12，而一般植物食物則不含或微含維生素B12，視植物所賴以生長的環境而定(如土壤、腐木等)，如果土壤中所散佈的菌種為可製造維生素B12的菌種，經根部吸收，則該植物中就會因此含有多多少少微量的維生素B12；就算含維生素B12的綠藻類(chlorella、sprirulina)，也會因生長環境的不同而導致維生素B12含量的不同。
一般食物中的維生素B12，都是與蛋白質分子結合(bound to protein)的維生素B12為主，當食物進入胃部後，經由胃酸(gastric acid)及胃蛋白脢(pepsin)的作用，會將維生素B12與其原本所結合的蛋白質分子分離；接著，唾腺(salivary gland)及胃黏膜(gastric mucosa)所分泌一種R蛋白質(R protein，即haptocorrin)，為唾液(saliva)及胃液(gastric juice)的成分之一，與維生素B12有很高親和力(affinity)，在胃中，維生素B12會再與R蛋白質接合形成維生素B12-R蛋白質複合物(B12-R protein complex)，R蛋白質係為一種醣蛋白(glycoprotein，即帶有醣類分子的蛋白質)，R蛋白質與維生素B12接合，可以保護維生素B12，使維生素B12不會化學變性(denaturation)。
維生素B12-R蛋白質複合物進入小腸後，在十二指腸處(請參考本部落格貼文「淺談蛋白質消化、牛奶之消化爭議、胺基酸代謝」)，在胰蛋白脢(pancreatic trypsin)及蛋白質分解脢(proteases)的作用下，可降低維生素B12與R蛋白質親合力(affinity)，讓維生素B12可自由地與內在因子(intrinsic factor，簡稱IF)接合形成B12-IF複合物。IF亦是一種醣蛋白，由胃壁細胞(parietal cells)所分泌，一路隨著食糜流入迴腸。而由胰臟及膽道細胞(ductular cells)所分泌的鈣離子及碳酸氫根離子亦有助於B12-IF複合物的形成。IF可以保護維生素B12不被消化液及細菌破壞，一直到傳送至迴腸處止。
在迴腸，特別是迴腸末梢(distal ileum)，有些黏膜細胞(enterocytes)表面有專門對B12-IF複合物吸引(強親合力之故)的接受器(receptors，又稱cubilins)，B12-IF複合物接合至(attach to) 接受器，透過接受器的協助，然後B12-IF複合物進入黏膜細胞；在黏膜細胞內，B12脫離IF後，再與輸送蛋白質轉鈷胺素II(transcobalamin II，簡稱TC II)結合(有時少部分B12亦使用TC I 或TC III，但效率低)，接著穿過黏膜細胞的基底膜(basolateral membrane)，約有95%進入血液循環系統、5%進入淋巴循環系統，大部分經由肝門靜脈運送至肝臟儲存，少部分送至全身各組織細胞利用。
迴腸的黏膜細胞，從接受器吸收，一直到釋放出B12-TC II至血液中，約需耗時3-4小時，因此通常平均來說，不論吃多少B12，每餐(meal)人體大概只能吸收1.5到2.5微克的維生素B12。(參考文獻 JM Scott, Eur J Clin Nutr, 51, Suppl, p. S49-S53, 1997) 實際上，以目前研究的進展來說，人體對B12的消化吸收的詳細過程，其實可說仍尚未完全明瞭。
通常，正常健康的人，人體所儲存的維生素B12，在缺乏攝取情況發生後，可再支撐2-5年，才會造成維生素B12缺乏的問題。全身約有60%維生素B12儲存於肝臟，約30%儲存肌肉，約10%儲存其它臟器等區域。每天，人體所流失的維生素B12，約佔全身儲存量的0.1-0.2%，假設一位非素食的人，體內約儲存有2000-3000微克的維生素B12，每日流失約3微克，因此可計算出，即使完全不食用含維生素B12的食物的情形下，人體可再支撐2-5年，才會造成維生素B12缺乏的問題，一般來說，由於食物中多多少少含微量的維生素B12，因此支撐超過3年應無問題。
維生素B12，與維生素B9雷同，亦會進行腸肝循環(請參考本部落格貼文「維生素B9之生理功能與攝取(四之三)，有助於維持維生素B12儲存量的穩定。
過量或未消化吸收的B12的排泄方式，主要透過排尿、排便的方法，很少部分採用排汗的方式。通常，當血液中含多餘B12時，人體會經由腎臟透過尿液排出；而未消化吸收或腸肝循環未吸收或大腸中細菌所產生的B12未吸收的，皆經由大腸透過糞便排出；而有些皮膚細胞所排出多餘的B12，則可藉由汗液排出。
維生素B12之基本特性
維生素B12，為維生素中最大的分子，最特別的是，在分子中含有一個金屬鈷原子。B12為聞起來、嘗起來無味的暗紅色粉末，結晶粉末的熔點，高於攝氏300度，耐熱性尚可，約在攝氏100度可維持穩定一段時間；但對光、酸、鹼性溶液，顯不穩定、易受破壞。B12溶於水，空氣中具吸濕性，在烹飪過程，其流失主要是由水溶解所造成，維生素B12在各種烹飪過程，其防止流失的注意事項，實約略與維生素B1雷同，因此請讀者自行參考本部落格的貼文「維生素B1之生理功能與攝取」，即可得到相關資料。
維生素B12缺乏
因平時飲食(dietary)問題而導致維生素B12缺乏，甚少發生。維生素B12缺乏的原因主要有兩種，一為遺傳，天生消化吸收B12有障礙，利如IF缺乏或輸送蛋白質缺乏等，另一種為老化，特別是60歲以上的老人(約有10-15%60歲以上老人易發生維生素B12缺乏)，消化吸收機能退化，如胃黏膜萎縮退化等。倘若有食慾不振、消化不良、失去味覺、舌頭發炎等症狀，則應注意是否為維生素B12缺乏的警訊。
因飲食(dietary)問題而導致維生素B12缺乏，主要會發生於素食者身上，不過多攝取含B12的植物(如綠藻、麥片)或攝取B12營養補充品，克服維生素B12缺乏的問題並不困難。
維生素B12缺乏的症狀與維生素B9(葉酸)缺乏的症狀頗為相性，不同的是主要在於脊髓(spinal cord)的退化，維生素B12缺乏的症狀若服用葉酸治療，則貧血症狀可得到緩和，但神經系統的症狀並不會獲得改善，此時就可能有機會分辨出維生素B9缺乏或維生素B12缺乏的問題。
維生素B12缺乏較嚴重時，其症狀包括有巨胚紅血球性貧血，神經性病變(neuropathy)，如失智(dementia)、神經經神失常(neuropsychiatric disorders)、痙攣性癱瘓(spastic paraparesis)、反射亢奮(hyperactive reflexes)等，高同半胱胺酸血症(hyperhomocysteinemia)，如易流產、靜脈阻塞、高血壓、腦中風等風險，及脂肪肝(及肝臟脂肪變性，hepatic steatosis)等。
維生素B12過量
維生素B12因過量攝起所引起的毒性(或謂副作用)大部分情況並不明顯，據研究經由靜脈一次注射2.5毫克(2500微克)，並無發現特別毒性(參考文獻 G Mangiarotti et al, Int J Art Org, 9, p. 417-420, 1986)；即使每日口服1毫克(1000微克)連續5年，亦發現無特別毒性。(參考文獻 H Berlin et al, Acta Med Scand, 184, p. 247-258, 1968) 目前尚無因經由飲食(dietary)攝取過量而引起副作用的研究報告，而且目前亦無足夠的研究資料可以訂定每日攝取上限(upper limit)。
維生素B12與藥物或其它物質之交互作用
以下列舉數項與維生素B12產生交互作用(interactions)之例子，提供參考
(1)酒精：由於酒精會使B12的腸肝循環發生障礙，據稱係酒精使肝臟、小腸吸收能力降低之故，終導致維生素B12缺乏。
(2)維生素C：同時食用B12與大量維生素C，將降低B12吸收及破壞B12。(參考文獻 V Herbert et al, JAMA, 230(2), p. 241-242, 1974)
(3)降低B12吸收之藥物：如aminoglycoside antibiotics、colchicine、aminosalicylic acid and its salts、phenytoin、primidone、phenobarbital、cholestyramine、neomycin、chloramphenicol、potassium chloride等。
(4)強體松：類固醇強體松(prednisone)可增進B12之吸收。
(5)口服避孕藥：有些口服避孕藥會降低B12吸收。
行政院衛生署建議之每日維生素B12攝取量
行政院衛生署食品藥物管理局建議之每日維生素B12攝取量(mg/d) http://www.fda.gov.tw/content.aspx?site_content_sn=285
|
年齡別 |
微克 | |
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0 ~ 6個月 |
0.4 | |
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7個月 ~ 1歲 |
0.6 | |
|
1 ~ 3歲 |
0.9 | |
|
4 ~ 6歲 |
1.2 | |
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7 ~ 9歲 |
1.5 | |
|
10 ~ 12歲 |
男 |
2.0 |
|
女 |
2.2 | |
|
13 ~ 歲 |
2.4 | |
懷孕期，應再增加攝取0.2微克；哺乳期，則應再增加攝取0.4微克
維生素B12之食物來源
常見食物每百克食用部分之維生素B12營養含量(mg/ 100g，資料擷取自衛生署食品衛生處) http://www.doh.gov.tw/CHT2006/DM/DM2.aspx?now_fod_list_no=602&class_no=3&level_no=4
穀物類
全麥土司：0.21mg。麥片(人工添加)：1.7mg。米漿：0.06mg。
肉類
牛腿肉：2.2mg。羊肉：1.6mg。大里肌(豬)：0.82mg。五花肉：0.88mg。
豬血：0.14mg。豬肝：25.6mg。鴨肉：2.79mg。里肌肉(肉雞)：0.09mg。
魚貝類
吳郭魚：2.09mg。鯖魚(煎)：9.48mg。烏魚子：19.71mg。文蛤：74.7mg。
小卷：4.22mg。烏賊(花枝)：1.17mg。明蝦：3.42mg。紅蟳：4.63mg。
蛋類
雞蛋：2.02mg。雞蛋白：0.64mg。雞蛋黃：4.65mg。
乳品類
高品質鮮乳：0.36mg。乳酪：0.52mg。優酪乳(低脂)：0.04mg。
概略總結(SUMMARY)
1.由於人體對維生素B12每日所需的攝取量，相當微量，對正常飲食者，極易自日常三餐中攝取足量，因此由飲食引起而罹患維生素B12缺乏者，甚為罕見。
2.富含維生素B12的食物，主要為肉類、魚貝類及蛋類。
3.素食者，可食用綠藻、或由綠藻萃取出的B12營養補充品，以攝取足夠的維生素B12。當然腸內某些細菌，亦可製造少量維生素B12為人所用。
4. 60歲以上的老人，消化吸收機能退化，約有10-15%60歲以上老人易發生維生素B12缺乏，應請教醫師或營養師，確認須採用口服或靜脈注射方式補充維生素B12。
5.素食者及60歲以上老人，有需要時，最好能適時定期做血液或尿液檢驗，檢查是否有維生素B12缺乏的問題。
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