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亚甲基四氢叶酸还原酶基因多态性与血脂水平和冠心病的关系*

来源:中华现代内科学杂志 作者:张 琳(综述),尹瑞兴(审校) 2011-6-29
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摘要: 【摘要】 亚甲基四氢叶酸还原酶(MTHFR)是叶酸和同型半胱氨酸(Hcy)代谢的关键酶之一。它在叶酸代谢、DNA甲基化和DNA合成等方面起重要作用。MTHFR基因突变引起酶耐热性和活性降低,导致叶酸水平降低,血浆Hcy浓度升高和DNA低甲基化,从而造成一系列病理改变,引发多种疾病。MTHFR有多种突变类型,本文对MTHFR C677T多......


【摘要】  亚甲基四氢叶酸还原酶(MTHFR)是叶酸和同型半胱氨酸(Hcy)代谢的关键酶之一。它在叶酸代谢、DNA甲基化和DNA合成等方面起重要作用。MTHFR基因突变引起酶耐热性和活性降低,导致叶酸水平降低,血浆Hcy浓度升高和DNA低甲基化,从而造成一系列病理改变,引发多种疾病。MTHFR有多种突变类型,本文对MTHFR C677T多态性及其与血脂水平和冠心病关系的研究进展作一综述。

【关键词】  亚甲基四氢叶酸还原酶;基因多态性;脂质;冠心病

 亚甲基四氢叶酸还原酶(MTHFR)是叶酸和同型半胱氨酸(Hcy)代谢的一个关键酶。它的主要生化功能是催化还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酶磷酸(NADPH)介导的从5,10-亚甲基四氢叶酸到5-甲基四氢叶酸的还原反应。5-甲基四氢叶酸是组织和血清叶酸的主要形式,参与体内多种重要的生化反应。自1994年Goyette等首次将人类MTHFR基因成功克隆并定位以来,MTHFR基因及其多态性的研究引起了人们的广泛关注。已有研究发现MTHFR基因存在多种突变类型,本文综述MTHFR C677T基因多态性及其与血脂水平和冠心病关系的研究进展。

  1 MTHFR的基因结构和生化特点

  1.1 MTHFR的基因结构 人类MTHFR基因位于染色体1p36.3,基因克隆全长17kb,包含11个外显子和10个内含子,外显子的长度分别为99~252bp,内含子的长度分别为192~981bp,其cDNA序列长2.2kb。该基因的编码产物是含有656个氨基酸残基、相对分子质量为150kDa的同源二聚体,其氨基酸序列高度保守,与鼠MTHFR基因具有90%同源性。MTHFR基因可能存在表达上的复杂性,还发现了一个相对分子质量为77kDa的亚基,说明MTHFR存在同工酶[1]。

  1.2 MTHFR的基因分布及功能 MTHFR是重要的一碳单位代谢酶,相对分子量为74.5kD,主要存在于动物的肝脏中,参与体内Hcy和甲硫氨酸之间的循环。它将体内的5,10-亚甲基四氢叶酸还原为 5-甲基四氢叶酸。5-甲基四氢叶酸是组织和血清叶酸的主要形式,参与体内多种重要的生化反应,比如嘌呤和嘧啶的合成,并为DNA、RNA和蛋白质的甲基化提供甲基,影响DNA代谢。另一方面血清叶酸和维生素B12水平与血浆Hcy水平呈负相关,Hcy合成和代谢途径及其相关的酶系统缺陷、营养缺乏(叶酸、维生素B12和维生素B6)都可引起高Hcy血症。5-甲基四氢叶酸作为甲基供体,在甲硫氨酸合酶的催化下,以维生素 B12为辅酶,使血液中同型半胱氨酸发生再甲基化,生成甲硫氨酸,从而维持血浆Hcy的正常水平。许多研究表明,正常的MTHFR活性能够保持叶酸和甲硫氨酸循环的有效性,保证DNA合成和甲基化的正常进行 ,并维持体内Hcy的正常水平。相反,MTHFR酶活性的改变会导致 5-甲基四氢叶酸生成障碍,引起高半胱氨酸血症、高半胱氨酸尿症和血浆低甲硫氨酸,同时也会影响DNA合成和甲基化,从而造成一系列病理改变,引发多种疾病。

  1.3 MTHFR基因C677T多态性 到目前,已发现MTHFR基因有多种突变类型,不同的基因突变类型对MTHFR的酶活性和热稳定性产生不同的影响。1994年,Goyette等首次发现了MTHFR基因的3个突变位点,其中有2个错义突变和1个无义突变。次年,Fross等在冠心病患者体内发现了MTHFR C677T突变位点。它是目前发现的MTHFR基因最常见的不耐热错义突变,不易受外界环境的影响,是单核苷酸多态性位点(SNP)。该位点位于MTHFR基因第4个外显子叶酸盐结合位点上,该基因677位密码子胞嘧啶(C)被胸腺嘧啶(T)置换,从而使编码的丙氨酸被缬氨酸替代,同时产生了一个HinfI和TaqI的限制性酶切位点。C677T位于MTHFR催化区域,该突变直接影响MTHFR的活性和耐热性,表现为不同程度的酶活性和耐热性降低。

  2 MTHFR基因C677T多态性与血脂水平的关系

  2.1 MTHFR基因C677T多态性与Hcy的关系 研究发现,MTHFR不同基因型的热敏感性不同(P<0.05),CC、CT和TT基因型在加热到46℃ 5min后,MTHFR平均剩余活性分别为67%、56%和22%[2]。可见,MTHRF C677T突变使其活性下降,热敏感性增高,从而使Hcy转硫基和甲基化过程出现障碍而诱发疾病。Arai等[3]的研究证实,TT基因型个体有较高的血浆Hcy水平,且男性更加明显。因此MTHFR基因C677T多态性,可作为Hcy代谢的一种生物标志物,无论是T纯合子还是杂合子,血浆Hcy水平均明显高于野生基因型,T纯合子Hcy水平高于杂合子。但也尚存争议[4]。另外,MTHFR基因C677T突变同体内叶酸水平也存在相关性。据报道,TT基因型比例与Hcy水平呈显著正相关,与体内叶酸水平呈显著负相关。有人提出,TT基因型突变仅在低叶酸摄入的情况下促进Hcy增高,而叶酸供应充足者血中 Hcy浓度则不升高,MTHFR基因C677T突变可无异常临床表现。一个由欧洲9个国家协作的项目对711例心血管病患者和747例对照者进行的研究表明,MTHFR基因 C677T突变TT基因型是心血管疾病的危险因子,特别是当血浆Hcy升高或者叶酸降低时[5]。近年来多项研究表明,MTHFR基因C677T突变在叶酸水平较低时对血浆Hcy水平影响更大。

  2.2 Hcy与血脂水平的关系 高脂血症是中老年人常见的疾病之一,也是倍受关注和严重影响中老年人正常生活的疾病。大量研究证实:血脂过高不仅是加速动脉粥样硬化多个因素中最危险的因素,也与脑卒中、冠心病、心肌梗死和心脏猝死等疾病紧密相关。但近年来有关Hcy与血脂水平之间关系的研究,结果不太一致。在细胞培养、动物实验中都曾发现血清Hcy与总胆固醇呈正相关,Mikael等[6]在人群流行病学调查中也证明血清Hcy与载脂蛋白AI和高密度脂蛋白呈显著负相关。高Hcy血症可促使动脉平滑肌细胞的增生,加速低密度脂蛋白的氧化和高密度脂蛋白胆固醇的清除率,降低循环高密度脂蛋白,载脂蛋白AI和大分子高密度脂蛋白颗粒的浓度,削弱高密度脂蛋白的保护作用。Hcy在血浆中能自我氧化,产生活性氧(包括超氧化物,过氧化物等),促进泡沫细胞形成,致使血管壁增厚,导致闭塞性血管病的发生[7]。还有研究指出高Hcy血症可通过激活核转录因子NF-κB和抑制过氧化物酶体增生物激活受体的下调来影响血浆脂蛋白的浓度。Hcy可能通过诱导内质网应激,活化肝细胞、血管内皮细胞和动脉平滑肌细胞中的未折叠蛋白反应及胆固醇调节元件结合蛋白,导致内源性固醇反应途径失调。但是也有研究认为高Hcy血症是动脉粥样硬化的独立危险因素,而Hcy水平与血脂水平并无相关性。

  2.3 MTHFR基因C677T多态性与血脂水平的关系 目前有关MTHFR基因C677T多态性与血脂水平关系的研究甚少,而且结果也不一致。Yilmaz等[8]对29例肾移植病人和27位健康人的MTHFR基因C677T多态性的研究表明,含有T等位基因变异的个体较CC基因型个体的TC和LDL显著升高,可知C等位基因对血脂水平有保护作用,而T等位基因具有危害作用。黄蕾等[9]检测了90名健康人和122例高脂血症患者MTHFR基因C677T的突变情况,发现高脂血症组和对照组T等位基因频率分别为0.54和0.38,差异有显著性(P<0.05),CC、CT、TT 3种基因型分布的差异亦有显著性,再按血清TC和TG水平将高脂血症分为高胆固醇血症、高甘油三酯血症和混合型高脂血症3个亚组后发现高胆固醇血症组与对照组基因型和等位基因分布差异仍有显著性。该学者之后对中国北方192例高脂血症患者的研究亦发现携带与非携带T等位基因的高脂血症患者体内甘油三酯水平分别为(2.24±1.75)mmol/L和(1.87±0.95)mmol/L, 差异有显著性[10]。两项研究都表明MTHFR基因C677T位点多态性可能与高胆固醇血症密切相关,T等位基因可能是高胆固醇血症的危险因素。Pitsavos等[11]的研究认为氧化修饰低密度脂蛋白(Ox-LDL)在TT基因型个体较CC和CT基因型个体明显升高(70.8±26)vs.(51.0±26)vs.(63.7±24)mg/dl,P<0.001),且与饮食有关。Real等[12]研究了125例纯合性家族性高胆固醇血症患者的MTHFR基因C677T多态性,发现TT基因型和高Hcy血症显著降低患者高密度脂蛋白的水平,且独立于性别、年龄、体重指数、叶酸及维生素B12水平等因素。毛用敏等[13]的研究虽显示TC、TG随着T等位基因频率的升高有小幅度的提高,但差异无显著性。而国外其他一些研究则未显示MTHFR基因C677T位点变异对血脂水平有影响[14]。这些不同结果可能与样本量大小有关,也有可能是血脂水平受遗传和环境因素共同影响,单一基因多态性位点对不同环境下的人群有不同的影响。

  国内外都有学者研究发现携带T等位基因的个体含有较高水平的Hcy[15],因此推测MTHFR基因C677T多态性可能通过影响Hcy水平而影响血清总胆固醇的代谢,但目前的研究尚未能完全阐明其机制。

  3 MTHFR基因C677T多态性与冠心病的关系

  3.1 Hcy与冠心病的关系 冠心病是目前死亡率最高、严重危害人类健康和寿命的疾病之一,动脉粥样硬化是其病理基础和主要发病因素。自20世纪70年代以来,越来越多的报道提示血中增高的Hcy与各种动脉硬化疾病有着密切的关系,并认为高Hcy血症是独立于高脂血症、高血压糖尿病、吸烟和年龄之外,引发动脉硬化性血管疾病的一个独立的危险因素。已证实高同型半胱氨酸血症,无论空腹还是甲硫氨酸负荷2~6h后测量,均使冠状动脉性疾病、缺血性卒中和深静脉血栓形成发病率显著升高。有人研究了147例诊断为早发冠心病患者和103例无冠状动脉疾病对照组的血浆Hcy,发现冠心病组患者的血浆Hcy水平显著高于对照组[(13.9±8.6)比(11.8±4.9)mmol/L, P=0.02)],且高血压、吸烟或糖尿病的存在并不能显著影响两组的Hcy水平[16]。国外还有学者认为高Hcy血症可以预测冠心病患者的死亡率,是冠心病的次要危险标志,可以通过一些二级预防试验来判断降低血浆Hcy是否能减少风险[17]。可见,Hcy作为心血管疾病的一个独立危险因素。Hcy主要通过致炎症因子、氧化应激及内质网应激和免疫反应等多种细胞机制损伤内皮细胞功能,刺激血管平滑肌细胞增生,破坏机体凝血和纤溶系统,加速冠状动脉粥样硬化的起始和发展,导致冠状动脉粥样斑块不稳定。

  3.2 MTHFR基因C677T多态性与冠心病的关系 众多研究报道了MTHFR基因突变与冠心病的关系,其中C677T突变是研究的热点,但结论并非完全一致。肖雁等[18]对87例冠心病患者和73名健康人的研究发现,冠心病患者T等位基因频率显著高于正常健康人(36.1%比18.5%,P<0.01),说明MTHFR C677T基因多态性与冠心病密切相关,其T等位基因与冠心病关系密切。Ozmen等[19]的研究表明,MTHFR基因 C677T多态性与动脉粥样硬化和冠心病有密切的关系。日本一项研究发现在362例男性冠心病患者中MTHFR基因C677T突变TT基因型占16%,CT基因型占52%,而CC野生型占32%,冠状动脉狭窄>99%的患者中纯合突变占18%,多支血管病变者T纯合突变频率26%,明显高于单支或双支病变者(分别为 15%和14%),表明MTHFR基因 C677T突变与冠心病发病及冠状动脉病变程度有密切相关。还有研究认为TT基因型个体患冠心病的风险是CC和CT基因型个体的4.4倍[20],以及在对MTHFR基因多位点的研究中,只有677CC基因型是冠心病的保护因子[21]。这些支持MTHFR C677T多态性与冠心病有关的研究认为该酶突变后活性下降,耐热性降低,造成血浆Hcy水平升高,从而导致动脉粥样硬化,增加冠心病等心脑血管病的发生风险。

  但也有一些文献报道认为MTHFR基因多态性与冠心病无关,或者至少不是主要致病因素。廉玉蓉等[22]的研究表明,高Hcy血症是冠心病发病的独立危险因素,且MTHFR基因的C677T突变是高Hcy血症的原因,但MTHFR C677T基因多态性与冠心病的发生无显著相关。还有研究发现,美国人心肌梗死患者MTHFR基因C677T突变 T纯合基因型为12%,杂合基因型为41%,野生基因型为 47%,其多态性与Hcy水平有关,但未发现其与心肌梗死发病有明确的关系。而Sabino等[23]的研究认为巴西人MTHFR基因C677T突变和血浆Hcy水平都与冠心病无明显的关系。Ibrahim等[24]对50名长期血透病人的研究也发现,血透病人MTHFR基因C677T多态性与心血管疾病的发生也没有显著相关性。这些不同的研究结果提示了MTHFR基因 C677T多态性可能具有种族、生活方式和地理的差异,从而不同种族、不同地区人群对疾病的易感性不同。还可能与相关疾病的诊断标准不同,研究对象体内的叶酸水平不同,以及研究方法和样本量不同有关。

  国外有学者还发现T等位基因是高血压患者早期动脉硬化性器官损伤的独立危险因素[25]。MTHFR T等位基因可能还是原发性高血压患者发生肾衰竭的一个易感基因。项青云等[26]对不同性别原发性高血压患者血清叶酸水平与MTHFR基因C677T多态性位点相关性的研究表明,TT基因型人群的叶酸水平均低于CC或CT基因型。MTHFR TT基因型者颈动脉内膜中层厚度也高于CC/CT基因型,而且Hcy水平增高是引起颈动脉内膜损害的独立危险因素[27]。颈动脉内膜中层厚度增加预示着颈动脉狭窄,Passaro等[28]的研究表明TT基因型是老年女性无症状性颈动脉粥样硬化的危险因素。但也有研究认为内膜中层只与Hcy、炎症和冠心病有关,与MTHFR基因C677T多态性无关[29]。

  4 结语

  MTHFR在机体代谢中起重要作用,目前已经证实MTHFR C677T位点与许多疾病有关联。但是目前对MTHFR基因多态性与疾病相关性的研究结果不尽相同,MTHFR引发疾病易感性的确切机制也尚未清楚。因此,进一步深入对MTHFR基因多态性的研究,尤其是对MTHFR C677T多态性与其他多态性位点或该基因与其他环境因素相互作用的研究,对于心脑血管病的防治具有重要的意义。

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