同型半胱氨酸与神经管畸形发生关系的研究进展

孙玉国，于素香，王春艳

(承德医学院，河北承德 067000)

同型半胱氨酸与神经管畸形发生关系的研究进展

孙玉国，于素香，王春艳△

(承德医学院，河北承德 067000)

同型半胱氨酸;代谢酶;神经管畸形

神经管畸形(NTDs)是由于在胚胎发育过程中，神经管闭合不全所引起的一组缺陷，包括无脑畸形、脑膨出、脊柱裂、脑脊膨出等,其发生率高，后果严重。世界范围内神经管畸形发病率为0.05%-0.2%[1]。我国是神经管畸形的高发国家，每年大约有8万-10万例神经管畸形患儿出生，其中山西省发生率最高达1.02%[2]。NTDs是多因素疾病，是由遗传和环境因素共同作用而导致的。研究表明,高同型半胱氨酸血症与神经管畸形的发生密切相关，已有报道，NTDs患儿母亲血浆同型半胱氨酸浓度明显升高[3]。同型半胱氨酸(Hcy)是人体必需氨基酸甲硫氨酸的中间代谢产物[3]，Hcy是一种含硫氨基酸，在体内经蛋氨酸脱甲基化生成。蛋氨酸在腺苷转移酶的催化下，生成S-腺苷蛋氨酸(SAM)，SAM在转甲基酶的催化下，将其分子中的甲基转移，自己演变成S-腺苷同型半胱氨酸(SAH)，在SAH裂解酶的作用下脱去腺苷，形成Hcy[4]。近年研究还发现，Hcy代谢障碍与NTDs的发生密切相关。

1 Hcy代谢机制及其与NTDs的关系

目前研究认为，引起Hcy的原因主要有遗传因素和营养因素，前者主要是指Hcy代谢相关酶的基因突变或缺陷致相关酶活性下降，如亚甲基四氢叶酸还原酶(MTHFR)、MS、CBS，可导致Hcy在体内蓄积;后者包括营养因素不平衡，如Vit B6、Vit B12和叶酸的缺乏。另外，Hcy还受吸烟、饮酒、饮食中蛋氨酸含量过高、肾功能、年龄、性别及药物等因素的影响。Hcy主要通过三条途径代谢:(1)再甲基化途径。Hcy在蛋氨酸合成酶(MS)作用下，以Vit B12为辅酶，接受5-甲基四氢叶酸提供的甲基，重新合成蛋氨酸。这一反应中的甲基供体(5-甲基四氢叶酸)是由5,10-亚甲基四氢叶酸还原酶作用于5,10-亚甲基四氢叶酸形成的，其替代途径局限于肝细胞内，甜菜碱供甲基是在甜菜碱同型半胱氨酸转移酶作用下合成蛋氨酸。(2)转硫化途径。Hcy在胱硫醚-β-合成酶催化作用下，以Vit B6为辅酶，与丝氨酸缩合成胱硫醚。胱硫醚又在胱硫醚-γ-裂解酶作用下,进一步裂解为半胱氨酸和α-酮丁酸。(3)释放细胞内生成的同型半胱氨酸不断释放到细胞外液，这与细胞内蛋氨酸浓度有关。然而，Hcy在体内的转甲基和转硫基途径不是独立的，而是在一定的调节机制下相互协调和相互制约的。如果体内这些酶或辅酶活性或浓度下降，均可导致Hcy代谢异常。在怀有NTDs患儿的妇女血中有轻度高Hcy血症，而孕期母体Hcy浓度轻度升高或蛋氨酸浓度轻度降低，都会干扰胎儿神经管的闭合[5-6]。Steerger等[5]发现，有些生育过NTDs患儿的妇女血浆Hcy浓度在空腹和蛋氨酸负载后均明显高于正常对照组，而且部分NTDs畸形儿的羊水中Hcy含量比正常胎儿要高。这些研究结果提示，母体高Hcy血症与NTDs的发生成正相关，Hcy蓄积可能是NTDs的危险因素之一。有报道称，血清蛋氨酸水平低也是NTDs一个危险因素，有可能由于Hcy转化为蛋氨酸发生障碍，而导致体内蛋氨酸相对缺乏，因此，增加蛋氨酸的摄入可能会减少NTDs的发生[6]。

2 Hcy代谢酶与NTDs的关系

2.1 亚甲基四氢叶酸还原酶 5,10-亚甲基四氢叶酸还原酶是当前研究热点之一，它作为一种依赖叶酸的酶，分子量为14500D，主要存在于动物的肝脏中，是同型半胱氨酸重新甲基化为蛋氨酸所需要的关键酶。在5,10-亚甲基四氢叶酸还原酶的作用下，5,10-亚甲基四氢叶酸被还原成5-甲基四氢叶酸，参与同型半胱氨酸循环。人类MTHFR基因在1994年由Goyette等人首先克隆成功[7]。MTHFR基因定位于染色体1P36.3上，cDNA全长2.2kb。基因包括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192-98lbp。正常的MTHFR活性对于防止Hcy积聚有重要作用。MTHFR基因突变位点不同，对Hcy代谢的影响也不同。目前已发现MTHFR基因具有多个多态性位点，研究最多的是高度保守的第677位核苷酸位点，它不易受外界环境影响而发生突变，是单核苷酸多态性位点(SNP)。当该位点为胞嘧啶(C)时, 基因密码子编码一个丙氨酸(ALA);当该位点为胸腺嘧啶(T)时，编码一个缬氨酸(VAL))。由于这一多态性不仅影响酶活性，还表现出热敏感性，即当酶在42℃灭活后，残余活性低于灭活前的30% ，因此称之为热敏感性突变[8]。MTHFR基因C677T突变可引起MTHFR酶活性降低，并可导致体内同型半胱氨酸浓度升高[9]。Blom等[8]进行的Meta分析结果表明，MTHFR C677T发生纯合子突变的孕妇，其子代发生神经管畸形的概率增加了60%;MTHFR C677T发生纯合子突变的子代患神经管畸形的概率增加了90%。MTHFR C677T发生杂合子突变的孕妇，其子代发生神经管畸形的概率增加了10%;MTHFR C677T发生杂合子突变的子代患神经管畸形的概率增加了30%。因此，MTHFR C677T基因的热敏感性纯合子突变是神经管畸形发生的遗传易感因素之一。Hanson等[10]对1238人检测C677T和A1298C的基因多态性的分布情况，并用高效液相色谱法分别检测他们空腹和蛋氨酸负载的血浆Hcy水平，发现677T/T基因型的人空腹Hcy显著高于677C/C基因型，尤其是在叶酸水平较低的情况下，但是1298A/C和1298C/C两组的空腹和蛋氨酸负载的血浆Hcy水平没有区别，即未发现A1298C点突变和血浆Hcy水平升高之间有显著联系。因此，MTHFR A1298C突变仍不能作为神经管畸形发病的危险因素。

2.2 蛋氨酸合酶 蛋氨酸合酶(MS)的主要生化功能是催化同型半胱氨酸复甲基为甲硫氨酸，蛋氨酸合酶基因在人类中的主要突变以A2756G(D919G)最为常见[11]。Christensen等[12]对MS 2756A→G这一多态性位点做病例对照研究，病例组包括56名脊柱裂患儿和62名病人母亲，对照组为97名无NTDs的儿童及90名正常儿童的母亲。病例组与对照组及病人母亲组与对照母亲组该突变发生率差异均无显著性。Ueant-Rodriguez等[13]评 价MTR A2756G和MTHFR C677T多态性，结果发现MTR A2756G多态性在病例和对照之间有差异，认为该多态性可能是增加发生NTD的原因。表明MS基因这个常见突变位点还不能构成NTDs发生的危险因素。

2.3 胱硫醚-β-合成酶 胱硫醚-β-合成酶是同型半胱氨酸转硫基生成胱硫醚的催化酶，其缺陷常导致体内同型半胱氨酸水平的升高。它们的某些位点的基因突变常可导致其酶活性的降低，从而引起体内Hcy水平升高。T833C和G919A是CBS两个最常见的基因突变位置，均可引起CBS酶活性的部分丧失[5]。北京医科大学赵如冰等[14]对40名生育过NTDs儿的母亲和36名生育过正常儿的母亲做了检测，发现NTDs组的T833C和G919A纯合突变率均分别高于对照组，但无统计学意义;另外，NTDs儿母亲组只有3名的T833C和G919A均为纯合突变，对照组中也有一名，二者差异无统计学意义，从而提示母亲的CBS突变与是否生育NTDs儿无直接关系。

2.4 甜菜碱同型半胱氨酸甲基转移酶 甜菜碱同型半胱氨酸甲基转移酶(BHMT)是一种遗传修饰因子，是体内重要的Hcy转甲基代谢酶，在调控血浆Hcy浓度的过程中扮演了非常重要的角色，能够直接而有效的降低血浆Hcy。BHMT作为高效的催化Hcy重新甲基化的代谢酶，具有易被吸收入组织细胞内、最适酶活性条件接近机体内环境、酶促反应无需特殊辅助因子参与、体内具有天然的酶底物贮库等生物学性质，其药用价值很大。Morin等[15]对54例脊柱裂病例、57例脊柱裂病例的母亲和93例对照、86例对照母亲的加拿大人群进行研究，发现G742A的多态性频率在病例组和对照组之间并无明显的统计学意义，并不能证明BHMT和NTDs有联系。国内关于该基因的研究尚未见报道。

2.5 蛋氨酸合酶还原酶 蛋氨酸合酶还原酶(MTRR)，它的作用是激活依赖维生素B12的蛋氨酸合酶，该酶在同型半胱氨酸甲基化途径中发挥重要的作用。在NTDS家系中，它的活性降低可能影响叶酸和维生素B12代谢。Wilson等[16]筛选66A>G多态性，结果发现，在维生素B12降低时，多态性有显著性，他们认为维生素B12水平低下是导致神经管畸形的危险因素。Gueant-Rodriguez等[17]还评价MTRR A66G和MTHFR C677T多态性的联系，结论是MTRR的多态性只有同时检测到MTHFR为基因型CC时才和NTD的发生有关，MTHFR等位基因突变增加发生NTD的风险。Pietrzyk等[18]研究显示，病例及纯合子母亲和对照之间有显著差异，结论是纯合子病例及母亲A66G多态性增加了NTD的发病机率。最近，美国的一项大样本病例对照研究也发现，孕妇MTRR A66G突变会增加胎儿神经管畸形的患病风险[19]。因此，MTRR A66G基因突变可能是神经管畸形发生的危险因素。

3 展望

同型半胱氨酸代谢异常与神经管畸形的发生有着密切的关系。目前，科研人员在研究神经管畸形的病因与叶酸及同型半胱氨酸代谢的关系中发现了很多有研究价值的基因，但是仅仅少数基因被证明与神经管畸形发病相关。在众多基因的多态性研究中，只有MTHFR C677T、MTRR A66G被认为可作为神经管畸形发生的危险因素。CBS和MS两种酶及其基因多态性与NTD之间的病因关联尚无确凿证据。对于NTDs疾病中更多复杂的病因，仍需广大科研人员多方位、多角度探究神经管畸形的发病机理。随着越来越多的基因及多态性的研究进行，我们可以早期发现神经管畸形，为积极预防和治疗神经管畸形提供更多的基础实验数据。

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