下列何種營養素缺乏時會影響骨基質（bone matrix）中的骨鈣蛋白（osteocalcin）之轉譯後修飾作用（posttranslational modification）？

本題觀念

骨鈣蛋白（osteocalcin）是由成骨細胞合成的重要骨基質蛋白，合成後需要經過一項關鍵的轉譯後修飾——伽瑪羧化反應（gamma-carboxylation），才能正常發揮結合鈣離子和骨礦物質的功能。這個修飾反應需要特定的維生素作為輔因子，本題就是考哪種營養素缺乏會直接影響這個修飾步驟。理解維生素K在骨代謝中的角色是回答本題的核心。

選項分析

• A. 葉酸：錯誤。葉酸（folic acid）是一碳代謝（one-carbon metabolism）的輔酶，主要參與核酸合成和同半胱胺酸的代謝。葉酸缺乏會造成巨球性貧血和神經管缺陷，但與骨鈣蛋白的伽瑪羧化修飾無關。

• B. 維生素D：錯誤。維生素D調控的是骨鈣蛋白基因的「轉錄」（也就是促使細胞製造骨鈣蛋白），因為骨鈣蛋白基因的啟動子上有維生素D反應元件。但維生素D不參與骨鈣蛋白合成之後的轉譯後修飾。簡單來說，維生素D影響的是骨鈣蛋白「做多少」，而非「做好之後怎麼修飾」。

• C. 維生素K：正確，為本題答案。

• D. 菸鹼酸：錯誤。菸鹼酸（niacin，維生素B₃）是體內幫助能量代謝的輔酶（NAD⁺／NADP⁺）的前驅物，參與氧化還原反應。菸鹼酸缺乏會導致糙皮病（pellagra），但與骨鈣蛋白的轉譯後修飾完全無關。

答案解析

答案為 C。維生素K是伽瑪麩胺酸羧化酶（gamma-glutamyl carboxylase）的必需輔因子。這個酵素負責將骨鈣蛋白中三個特定的麩胺酸殘基轉變為伽瑪羧基麩胺酸（Gla）殘基，使骨鈣蛋白獲得與鈣離子及羥基磷灰石（骨礦物質的主要成分）強力結合的能力。當維生素K缺乏時，這個羧化反應無法順利進行，會產生「低羧化型骨鈣蛋白」（undercarboxylated osteocalcin, ucOC），無法有效與骨礦物質結合，進而影響骨質的正常礦化。值得一提的是，低羧化型骨鈣蛋白在血中濃度升高，反而扮演荷爾蒙角色，可促進胰島素分泌和影響葡萄糖代謝。

核心知識點

• 維生素K是所有含Gla domain蛋白質（共17種）的必需輔因子，骨鈣蛋白是其中之一
• 骨鈣蛋白的關鍵轉譯後修飾是伽瑪羧化，將Glu轉為Gla，使其能結合鈣離子
• 維生素D影響骨鈣蛋白的基因轉錄（合成量），維生素K影響轉譯後修飾（功能性）
• 低羧化型骨鈣蛋白（ucOC）不能有效結合骨礦物質，但具有調節代謝的荷爾蒙功能

參考資料

• Structural insights into the vitamin K-dependent gamma-carboxylation of osteocalcin. Cell Res. 2025. PMID: 40890294.
• Vitamin K-Dependent Carboxylation of Osteocalcin: Friend or Foe? Advances in Nutrition. 2023;14(3):417-427.