同型半胱氨酸相关机理研究综述

同型半胱氨酸分子生物学机理、临床致病机理同型半胱氨酸（Hcy）来源于饮食摄取的蛋氨酸(甲硫氨酸)，是甲硫氨酸循环中S-腺苷同型半胱氨酸水解反应后的产物，同时，又是胱硫醚β合成酶合成胱硫醚的底物[1,2]。血液中Hcy以三种形式存在，1%为还原状态的Hcy，70%-80%与蛋白结合，其余是Hcy二硫化物[3,4]。一、分子生物学机理血浆Hcy的水平取决于遗传和环境两方面因素，其中遗传因素为编码Hcy代谢关键酶基因的突变，目前仅在叶酸及Hcy代谢过程方面，共发现了上万种SNPs，其中有一些会影响叶酸及Hcy的代谢[8,9]：1、亚甲基四氢叶酸还原酶（MTHFR）MTHFR基因位于染色体1P36.3。MTHFRC677T（rs1801133）位于MTHFR的外显子区，最早Kang等在芝加哥的研究发现，低活性、不耐热的MTHFR与血浆中Hcy水平升高相关，也与冠心病发病有明显联系[5]，之后Frosst等人[6]又分析证明了由于MTHFR基因在677位发生错义突变，碱基T置换了C，编码的丙氨酸由缬氨酸取代，使酶的耐热性和活性都大大降低（50-60%）[8,9]，从而影响Hcy再甲基化，导致血浆Hcy水平升高。基因型分析也证明MTHFR基因纯合突变者(+/+)和杂合突变者(+/－)，其血浆Hcy水平高于非突变的正常人[7]。rs3737965位于MTHFR启动子区域，可能会影响下游基因转录的效率。其杂合型人体Hcy水平较低（无统计学意义），纯合型个体Hcy水平较高，且具有统一学差异（样本量小，容易造成假阳性），同时发现其杂合型与低水平Hcy有关[8]。2、胱硫醚β合成酶（CBS）CBS位于人类21号染色体上（21q22.3），CBS主要存在于大脑的中枢神经系统和部分血管内皮细胞中[3,10,11,12]。目前已发现的CBS基因突变位点有64个，其中最常见的是位于278密码子的T833C和307密码子的G919A，两者均位于第8个外显子中，但也有研究表示，此位点突变率很低，仅为1%[17,18]。另外有研究发现，其844ins68、C699T、T1080C位点的突变与高同型半胱氨酸血症密切相关[17,18]。CBS基因突变可能影响了CBS亚单位与血红素和5’-磷酸-吡哆醇的相互作用，从而使酶活性降低进一步导致高同型半胱氨酸血症[3]。CBSG9191A（rs121964962）位点的多态性使得第307位甘氨酸变为丝氨酸[10,11,12]，影响Hcy与酶的结合[17,18]，此位点突变可能会导致高同型半胱氨酸血症，并且与脑卒中密切相关[15]。CBST833C位点的突变，位于外显子8，引起其第287位的异亮氨酸取代了苏氨酸，使酶与PLP（蛋白脂蛋白）不能结合，患者对维生素B6敏感[19]。突变者中风风险增高，且在中国人群中较为显著[15]。CBS844ins68位点的突变常见于西方人群，且对Hcy浓度的影响程度较受争议，多数观点认为无影响，亦有观点认为有影响[17,18]。C699T位于第5外显子，C1080T位于第10外显子，这两个位点均属于同义突变，不引起氨基酸的改变，但是该位点常与转录上游区某些可影响酶蛋白表达的变异位点连锁。有研究表明这两种突变对Hcy水平升高无关，并有研究指出他们可能均为良性突变，可降低Hcy浓度[24,25]。rs234713位于CBS的内含子区，该多态性导致G到A的改变，但与Hcy的代谢的关系，并未得到深入研究，有研究发现，其杂合突变显著降低Hcy水平[8,9]。rs2851391位于CBS的内含子区，该多态性导致C到T的改变，纯合突变显著升高Hcy水平3、甜菜碱同型半胱氨酸甲基转移酶（BHMT）rs3733890位于BHMT的外显子区，此突变会导致谷氨酰胺变为精氨酸，此位点突变可能不会影响其蛋白的二级结构，对折叠及后续蛋白功能影响不大，对酶的活性不能产生明显影响[8，9]4、胱硫醚γ裂解酶（CSE）orCHTCSE的编码基因位于1号染色体p31.1，CSE主要存在心脏、肝脏、肾脏及血管平滑肌细胞中，血管内皮细胞中也存在少量CSE[10,11,12]。在其第12外显子处存在常见的错义突变为G1364T（rs1021737），该多态使CSE基因编码的第403位氨基酸由丝氨酸变为异亮氨酸[10,11,12,16]。同时加拿大的一项研究发现，此位点的突变使人群血浆总同型半胱氨酸升高，且纯合突变者Hcy浓度明显高于其他基因型患者[16]。CSE基因的另一个SNPrs482843位于CSE基因的启动子区，是RNA聚合酶特异性识别和结合的DNA序列，控制基因表达的起始时间和程度，它本身不控制基因活动，通过与转录因子结合控制基因的活动。研究表明基因的启动子突变，将导致基因表达的调节障碍，因此它的结构变化直接关系到转录效率，从而导致后续的翻译效率受损。关于CSE基因的SNPrs482843突变与疾病的关联目前少有研究，突变主要是碱基突变，426位的等位基因A突变为G[10,11,12]。5、次甲基四氢叶酸脱氢酶(MTHFD)MTHFD在四氢叶酸一碳单位交换的三个连续反应中起催化作用，MTHFD基因缺陷可能会影响酶活性，妨碍叶酸代谢，使Hcy再甲基化途径受阻，导致Hcy积累。人类MTHFD基因编码了一种单一的蛋白，具有三种酶的活性（5,10亚甲基四氢叶酸脱氢酶，5,10次甲基四氢叶酸环式水解酶，10甲酸四氢叶酸合成酶），这三种酶在叶酸代谢中起着重要的作用，MTHFD基因也被认为是神经管畸形的候选基因。MTHFD基因定位于14q24，编码935个氨基酸。已知人类MTHFD基因突变有G878A和G1958A。G878A型突变在研究实验中很少被检出。G1958A（rs2236225）突变可导致653位编码的精氨酸变换为谷氨酸，。由于改密码子编码的氨基酸位于酶活性区域，因此推测该位点突变可能通过改变蛋白质的二级结构，使MTHFD酶活性升高，从而使叶酸转化为四氢叶酸增加。在荷兰、土耳其等西方人群的研究显示，此位点在人群中的突变率为50%左右，杂合型比例较高；而中国人群的突变率明显低于西方人群，25%左右。研究未显示，突变者的Hcy水平受到影响[26,27,28]6、磷脂酰乙醇胺-N-甲基转移酶(PEMT)PEMT的酶活性主要在肝脏内完成，PEMT能够在腺苷甲硫氨酸提供甲基的情况下催化磷脂酰乙醇胺合成磷脂酰胆碱，生成的磷脂酰胆碱主要用于维持体内胆碱平衡，同时腺苷甲硫氨酸生成腺苷同型半胱氨酸，进而生成Hcy[29,30,31]。在PEMT基因敲除小鼠中，血浆Hcy浓度下降50%。当PEMT基因过度表达时，Hcy水平增加40%，可以认为PEMT基因在甲基代谢调控方面具有一定作用[30，31]。但在另一项对PEMT基因敲除动物模型的研究发现,PEMT基因缺失的纯合子小鼠肝脏不能表达任何PEMT活性,即使通过饮食补充胆碱,也不能获得正常体内需要的胆碱代谢产物,最终发展至脂肪肝[32,33]。PEMTG774C位点位于编码该基因的启动子区域，该位点多态性引起人体对膳食甲基供体胆碱的需要量增加，可增高胆碱缺乏引起的器官功能障碍，如脂肪肝、肝损伤、肌肉损伤的发生风险。研究显示，GC及CC突变型具有较高的胆碱水平和较低的Hcy水平，而胆碱可以通过氧化成甜菜碱，参与体内的甲基化反应，因此推测其突变为有利突变，可能是该突变抑制了PEMT的活性[30,31]。PEMTG175A位点的多态性也较常出现，该位点的变异导致氨基酸置换，从而引起部分AssociatedwithProgressionandPrognosisofIntracranialBranchAtheromatousDisease[J].PLOS,2013,8(9):e73030.18.毕胜,李国霖,温世荣,等.脑梗死患者与其血清同型半胱氨酸水平及亚甲基四氢叶酸还原酶基因关系的研究[J].中国神经免疫学和神经病学杂志,2003,10(4):272-274.19.ChaoFeng,XueBai,YuXu,etal.HyperhomocysteinemiaAssociateswithSmallVesselDiseaseMoreCloselyThanLargeVesselDisease[J].InternationalJournalofMedicalSciences.2013,10(4):408-412.20.FrosstP,BlomHJ,MilosR,etal.Acandidategeneticriskfactorforvasculardisease:acommonmutationinmethyleneterahydrofolatereductase.NatGenet1995,10(1):111-321.ReinhardtD,SiguschHH,VogtSF,etal.Absenceofassociationbetweenacommonmutationinthemethylenetetrahydrofolatereductasegeneandtheriskofcoronaryarterydisease.EurJClinInvest,1998,28(1):20-322.GaughanDJ,KluijtmansLA,BarbauxS,etal.Themethioninesynthasereductase(MTRR)A66Gpolymorphismisanovelgeneticdeterminantofplasmahomocysteineconcentrations.Atherosclerosis,2001,157(2):451-6.23.BrownCA，McKinneyKQ，KaufmanJS，etal．Acommonpolymorphisminmethioninesynthasereductaseincreasesriskofprematurecoronaryarterydisease［J］．JCardiovascRisk，2000，7（3）：197－20024.BrownCA，McKinneyKQ，KaufmanJS，etal．Acommonpolymorphisminmethioninesynthasereductaseincreasesriskofprematurecoronaryarterydisease［J］．JCardiovascRisk，2000，7（3）：197－20025.Lievers,KJA,Blom,HJA,etal1A31bpVNTRinthecystathioninebeta-synthase(CBS)geneisassociatedwithreducedCBSactivityandelevatedpost-loadhomocysteinelevels[J]1EuropeanJournalofHumanGenetics,2001,9(8),583–5891.26.成君,朱文丽,刀京晶,李书琴,李勇.亚甲基四氢叶酸脱氢酶G1958A基因多态性与先天性心脏病的遗传易感性.疾病控制杂志.2004.8（2）27.KrajinovicM，Lemieux-BlanchardE，ChiassonS，etal．RoleofpolymorphismsinMTHFRandMTHFD1genesintheoutcomeofchildhoodacutelymphoblasticleukemia［J］．PharmacogenomicsJ，2004，4(1):66－7228.赵彦波,柳新华,南欣荣.山西人群MTHFD1基因rs2236225多态性与非综合征性唇腭裂的相关性.实用口腔医学杂志.2013.29（4）.29.LeeE,LeeSandParkY.n-3Polyunsaturatedfattyacidsandtransfattyacidsinpatientswiththemetabolicsyndrome:acase-controlstudyinKorea.BrJNutr2008,1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