同型半胱氨酸与缺血性脑卒中的相关性研究Correlation study between homocysteine and cerebral infarction

王玮瑶，杨淑艳，赵东海，韩 磊，齐 玲*，孙文萍* (.吉林医药学院病理教研室，吉林 吉林 303；.北华大学附属医院，吉林 吉林 30)

缺血性脑卒中又称脑梗塞，是脑卒中的一种，是临床常见病和多发病，其高发病率和高致残率已严重危害人类健康和生命安全，给患者带来极大痛苦，也给家庭及社会带来沉重的负担。我国是世界上脑卒中高发国家之一，每年新发的脑卒中病例超过200万例，脑卒中的防治已成为我国卫生医疗工作中的一项重要课题。有数据表明，我国东北地区脑卒中的发病率和死亡率位居全国之首[1]。因此，在东北地区研究脑卒中的病因、预防和治疗，将更具有意义和代表性。

近30年来，众多的研究学者通过对脑卒中的不断研究和探索，发现除高血压、糖尿病、心脏疾病、吸烟及饮酒等传统病因外，还有一个不容忽视的脑梗塞高风险因素——同型半胱氨酸(homocysteine，Hcy)[2]。喻莉等人通过临床病例收集发现，脑卒中患者血浆中的Hcy水平显著高于非卒中组，血浆Hcy水平与脑梗死患者的年龄、梗死体积、脑功能缺损程度及发病情况有关[3]。因此，对Hcy的进一步研究可为脑卒中的研究提供有力的依据。

1 同型半胱氨酸的生物代谢

Hcy又称高半胱氨酸，近年来，大量研究证明，Hcy水平增高引起的血管内皮细胞受损、血管平滑肌细胞增殖、脂质过氧化和血液凝固性增高等病理生理变化均可导致动脉粥样硬化性脑梗死的发生和复发[4-7]。同型半胱氨酸是一种含硫氨基酸，是由体内重要氨基酸蛋氨酸转化来的，是蛋氨酸代谢途径中形成的一种中间产物。蛋氨酸主要存在于肉类、乳制品中，人们每天都会摄入一定量的蛋氨酸。蛋氨酸在体内的代谢主要有3个途径：1)体内的Hcy以B族维生素为辅酶，由N5-甲基四氢叶酸(N5-methyltetrahydrofolic acid)为甲基供体，发生甲基化形成蛋氨酸；或者在肝细胞内由甜菜碱提供甲基，在甜菜碱-同型半胱氨酸甲基转移酶作用下合成为蛋氨酸[8]。这是蛋氨酸的循环过程。2)在胱硫醚β合成酶(cystathionine-β-synthase，CBS)催化、维生素B为辅酶的作用下，与丝氨酸发生缩合反应生成胱硫醚，继而经γ-胱硫醚酶催化生成半胱氨酸。3)直接释放入细胞外基质内。

2 引起同型半胱氨酸水平增高的原因

2.1 遗传因素

1988年，Kang等人报道一种亚甲基四氧叶酸还原酶(5,10-methylenete-trahydofolate reductase,MTHFR)突变，基因在667位点由碱基T置换成了碱基C，其编码的丙氨酸被缬氨酸所代替时产生的MTHFR活性降低50%,且不耐热，致使血浆同型半胱氨酸水平升高[9-10]。进一步分析发现，MTHFR突变C677T是导致MTHFR基因缺陷的最常见的原因，分为CC(野生型)、CT(杂合型)、TT(纯合型)突变，其中纯合型突变则对该酶的活性影响最大[11]。

CBS是转硫途径代谢中的关键酶，机体产生的同型半胱氨酸大部分经此途径转化为半胱氨酸和α-酮丁酸[12]。目前，CBS基因突变有100个以上，其中有两个与脑卒中和冠心病有关，位于307密码子的G919A和位于278密码子的T833C最为常见，前者编码的甘氨酸代替了丝氨酸，后者是异亮氨酸代替了苏氨酸[13]。二者的突变也可使血浆中同型半胱氨酸代谢紊乱[14]。

2.2 营养状况的影响

维生素B6、维生素B12、叶酸是同型半胱氨酸代谢的辅酶，当体内维生素及叶酸缺乏时，也可引起同型半胱氨酸在体内堆积。正常人体血浆内叶酸水平为11.3～36.3 μmol/L，当血浆内叶酸水平低于10 μmol/L时，同型半胱氨酸会微量升高。钴胺素的代谢异常可降低蛋氨酸合成酶的活性进而导致高同型半胱氨酸血症，而维生素B12是氰钴胺素辅酶的组成部分，因此，维生素B12也是影响血中同型半胱氨酸值的因素。通过对8项标准随机化临床研究进行的分析显示，补充叶酸和维生素B12，可以降低18%的脑卒中事件的发生，当血浆Hcy水平降低幅度大于20%时，这一效应更为突出[15]。

2.3 其他原因

年龄、疾病、药物以及吸烟、酗酒、过食脂肪和过大的精神压力等不良生活习惯均可以影响Hcy的水平。肾脏是排出Hcy的主要器官，Hcy通过肾脏的滤出量主要取决于肾血流量，当肾组织破坏或肾功能受损时，Hcy的代谢和清除随着肾功能减退而进行性下降。同时代谢酶CBS和MTHMR广泛分布于全身，但在肾脏活性最高，因此慢性肾脏疾病患者会因为肾小球硬化、肾间质纤维化及肾小管萎缩导致这两种代谢酶缺乏继而引起Hcy升高[16]。另外,如Ⅱ型糖尿病、甲状腺功能低下、恶性贫血、某些癌症、急性淋巴细胞性白血病等的患者，Hcy水平均可升高。血浆Hcy还受某些药物影响，如抗癫痫药、避孕药、利尿剂等，也可使Hcy水平升高。Hcy水平也可随年龄增长而升高。而男性Hcy水平高于女性的原因可能与雄性激素水平下降肌酐浓度升高及骨骼肌发达有关[17]。

3 同型半胱氨酸与动脉硬化

动脉硬化(arteriosclerosis，AS)是动脉的一种非炎症性病变，可使动脉管壁增厚、变硬，失去弹性、管腔狭小，是缺血性脑血管病的首要原因。动脉硬化是随着年龄增长而出现的血管疾病，发病率男性较女性高。近年来本病在我国逐渐增多，成为老年人死亡主要原因之一。引起动脉硬化的原因中最重要的是高血压、高血脂症、抽烟三大危险因子。其他诸如肥胖、糖尿病、运动不足、紧张状态、高龄、家族病史、脾气暴躁等也会引起动脉硬化。近年来，Hcy被认为是引起动脉硬化的一个独立因素，在人群中的发生率可达5%～7%[18]，而内皮的损伤是始动动脉硬化的危险因素[19]。

3.1 同型半胱氨酸与内皮损伤

完整的血管内皮可以分泌许多血管活性物质，既保证了血液潜在的可凝性，又保证了血液的流体状态。当血管内皮受损时，内皮细胞的功能和形态就会出现一系列的变化，有助于动脉硬化和血栓的形成。Hansrani等[4]用高Hcy饮食饲养小鼠10周后，通过测量主动脉环对去氧肾上腺素的收缩反应和对乙酰胆碱硝普钠的舒张反应，发现血管内皮细胞对内皮依赖性的血管舒张机能明显受损，进一步研究推测其机制可能为Hcy在自身氧化过程中产生的超氧化物阴离子过氧化氢及羟基等活性氧物质与一氧化氮(NO)反应，加速了NO的氧化失活，从而降低NO的生物利用度[20]。

3.2 同型半胱氨酸与平滑肌细胞

Tsai等[22]用与临床相应的高剂量Hcy作用于离体培养的平滑肌细胞，结果显示Hcy可明显促进DNA的合成，最大限度可达4.5倍，同时还可以促进细胞周期蛋白cyclinA及cyclinD mRNA的表达，使细胞由静止期进入分裂期,从而促进平滑肌细胞的增殖。

3.3 同型半胱氨酸与凝血功能紊乱

正常状态下，完整的内皮细胞的抗凝和促凝两种特性维持着动态平衡，但当Hcy水平升高时，这种动态平衡便会被破坏。Hcy可增加凝血因子Ⅴ的活性[23],0.3～0.6 mmol/L的Hcy就可以提高组织因子的转录及其活性[24]。Rodgers等[25]通过研究发现Hcy水平在0.6～1.25 mmol/L之间时，人及牛内皮细胞活性蛋白C明显下降，他们认为同型半胱氨酸可以竞争性的与凝血酶调节蛋白结合，从而导致凝血酶与凝血酶调节蛋白的结合减少。Harpel等[26]发现8 μmol/L的Hcy可以加强血清脂蛋白(a)[Lp(a)]、与纤维蛋白的结合，而Lp(a)与纤维蛋白结合后，抑制了纤维蛋白溶解酶原与纤维蛋白的结合，从而降低了纤溶酶原的活性。当内皮细胞受损后，血小板与内皮下胶原结合，促进血小板在局部凝集。

3.4 同型半胱氨酸与血脂代谢

Hcy在血液中氧化时可产生大量氧自由基,这些自由基作用于肝细胞，将细胞膜上不饱和脂肪酸氧化成脂质过氧化物,使肝功能受损,进而影响肝细胞脂质代谢[27-28];同时Hcy在血浆中的自我氧化,形成了半胱氨酸混合二硫物与低密度脂蛋白(LDL)聚集[29],能加强LDL的氧化,且修饰LDL并通过特异性受体被单核巨噬细胞摄取,使细胞内胆固醇显著升高。而LDL修饰以后形成的氧化LDL可以直接损伤血管内皮细胞,使内皮功能下降,增加泡沫细胞的形成,促进动脉粥样硬化的形成和发展。

4 同型半胱氨酸与蛋白质

以往人们认为，高Hcy血症通过氧化应激、损害血管内皮细胞、促进血管平滑肌细胞的增殖等机制引起血管病变。但实际上，体内70%～90%的Hcy是以同型半胱氨酸化蛋白质(Nepsilon-Hcy-protein)的形式存在，这种形式的Hcy远大于游离Hcy和同型半胱氨酸硫内酯(Homocysteine thiolactone，HTL)的含量。N-Hcy-protein反应可能是Hcy致病机制的重要组成部分。

体外实验证明，Hcy与HTL之间可因酸碱度的变化而相互转化[30]。在体内，Hcy对蛋白质的共价修饰基本分为两类：N-同型半胱氨酸化(以同型半胱氨酸硫代内酯为代表)和S-同型半胱氨酸化(以Hcy为代表)。当HTL以异构肽键与蛋白质的赖氨酸残基结合时即形成Hcy-N-蛋白质，这一过程被称为N-同型半胱氨酸化。在血管内皮细胞中N-同型半胱氨酸化除N-同型半胱氨酸化经典途径外还存在另一个途径，即同型半胱氨酸和NO反应形成S-亚硝基-同型半胱氨酸(S-NO-Hcy)，继而插入到靶蛋白质一级结构中完成对蛋白质的修饰[31]。这一项研究进一步完善、补充了N-同型半胱氨酸化的理论。

氢原子转移(Homocysteine thiolactone，HAT)理论将N-同型半胱氨酸化对蛋白质特性的影响做的进一步的解释：Hcy作为唯一的潜在致病型生物硫醇类化合物，具有一个重要化学性质与半胱氨酸、谷胱甘肽等相区别，即Hcy的含硫自由基可以通过HAT夺取临近α氨基碳上的氢原子，重新在分子内形成动力学更稳定的α-氨基碳-中心自由基，这一过程可在中性生理条件下及血浆中进行[32-33]。Hcy的五元环硫代内酯的结构相对于其他硫醇类化合物同型半胱氨酸更容易发生HAT。Hcy修饰后的蛋白质同样具有含硫自由基，也具有发生HAT五元环转移的潜力，提示Hcy-N-蛋白质同样具有形成α-氨基碳-中心自由基的能力，从而改变被修饰蛋白质的结构，引起进一步的蛋白质功能改变。

HTL对蛋白质的修饰属于翻译后修饰。原蛋白质的初级结构序列因HTL的加入而被破坏，从而影响了蛋白质的空间折叠与构象，使被修饰蛋白质的产生、分泌、代谢和功能等发生异常[32]。同型半胱氨酸化蛋白质由于结构的改变而被自身识别为异种蛋白，成为自身抗原，引起自身免疫疾病，血管表面同型半胱氨酸化蛋白质可被巨噬细胞识别、吞噬，使血管内皮细胞发生损伤；抗N-Hcy-protein抗体和相关抗原在血管内皮表面形成复合物后，继续介导免疫反应的发生，造成血管损伤[34]。如果这种反应缓慢、持续发生，反复出现损伤-修复过程，最终将损伤血管管壁，造成动脉硬化。

5 展 望

近年来，随着缺血性脑卒中发病率的逐渐增长和患病人群的年轻化，Hcy日益受到人们的关注，也成为众多研究者的热门研究课题。对于缺血性脑卒中与Hcy关系的深入研究必将会为缺血性脑卒中的预防和治疗带来新的希望。

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