N5,N10-亚甲四氢叶酸还原酶基因及胱硫醚-β-合酶基因突变与冠心病、脑卒中发病的关系
作者：周宪梁 惠汝太 刘力生
单位：北京市，中国医学科学院 中国协和医科大学 心血管病研究所 阜外心血管病医院 中德分子医学研究室 100037
关键词：半胱氨酸 N5,N10-亚甲四氢叶酸还原酶基因 胱硫醚β合酶
中国循环杂志990132 摘要 大量流行病学资料和临床观察发现,同型半胱氨酸与冠心病及脑卒中的发生密切相关。N5,N10-亚甲四氢叶酸还原酶(MTHFR)基因与胱硫醚-β-合酶(CBS)基因突变、MTHFR与CBS活性降低可能是高同型半胱氨酸血症的产生和诱发冠心病和脑卒中的一个重要原因。高同型半胱氨酸血症是一些心血管疾病的一个独立危险因素。
近年来,由于血浆同型半胱氨酸(Hcy)浓度的检测以及分子生物学技术的进展,Malinow[1]和Mayer等[2]提出N5,N10-亚甲四氢叶酸还原酶(MTHFR)基因与胱硫醚-β-合酶(CBS)基因突变、MTHFR与CBS缺乏和高Hcy血症是一些心血管疾病的一个独立危险因素。本文就MTHFR基因与CBS基因突变及血浆Hcy与冠心病及脑卒中发病的关系作一综述。
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1 同型半胱氨酸的代谢
Hcy是一种含硫氨基酸,在人体内Hcy的主要来源是蛋氨酸脱甲基后的产物。Hcy在蛋氨酸合成酶的作用下,以维生素B12为辅助因子,可发生甲基化,再形成蛋氨酸,参加体内蛋白质的代谢。在这一反应中,必须有N5-甲基四氢叶酸作为甲基的供体。N5-甲基四氢叶酸是四氢叶酸经MTHFR催化而产生的。因此,MTHFR活性的降低,可使体内的Hcy蓄积,产生高Hcy血症。体内的Hcy还可在CBS的催化下,与丝氨酸缩合成胱硫醚,因此,CBS活性的降低也可导致高Hcy血症[3,4]。
血浆中的Hcy大部分通过二硫键与蛋白质结合,约占70%。由于Hcy与蛋白质的结合常成饱和状态,最大的结合力为140 μmol/L,所以血浆中只有少量的游离Hcy。不论是结合形式或者游离形式Hcy,都统称为总Hcy[5]。目前最常用的Hcy测定方法是高效液相色谱法。Jacobsen等[6]用此方法报道的健康人Hcy的参考值:男性(n=36)血清为12.30±2.30 μmol/L,血浆为9.26±1.88 μmol/L;女性(n=35)血清为10.34±3.23 μmol/L,血浆为7.85±2.29 μmol/L。汤佩麟等[7]采用高效液相色谱和荧光检测法报道中国健康人群Hcy的参考值:男性(n=16)血浆11.84±2.46 μmol/L,女性(n=14)血浆10.92±2.51 μmol/L。由于红细胞是产生Hcy的主要场所,血液离体后在收缩和凝固的这段时间,红细胞还不断产生Hcy并释放到细胞外液,因此,血清中Hcy比血浆高。Ueland等[8]报道,血液存放室温1小时后分离的标本,Hcy浓度可增加10%左右,故及时分离血清或血浆至关重要。
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2 同型半胱氨酸与冠心病及脑卒中
血浆Hcy水平升高是动脉粥样硬化的一个独立危险因素。研究发现冠心病病人的血浆Hcy水平高于正常对照组,且血浆Hcy水平与冠心病的分型及严重程度相关联[9]。Stampfer等[10]追踪观察了271例曾经发生过心肌梗死的病人,发现所有这些病人在发病前其血浆Hcy都不同程度高于对照组。提出只要Hcy浓度超过正常上限1.7 μmol/L时,有可能使发生心肌梗死的危险性增加3.4倍。Glueck等[11]曾对482例高脂血症病人进行分析,有18例同时伴有Hcy浓度升高,其中13例有动脉粥样硬化,高Hcy血症的病人血浆低密度脂蛋白-胆固醇比正常对照组要低,呈反比关系。高Hcy血症也是脑卒中的一个独立危险因素。Coull等[12]报道41例急性脑卒中和27例短暂性脑缺血发作病人的血浆Hcy含量高于对照组,与其它有关脑卒中的危险因素无关系。之后又对142例成活的脑卒中病人和66例对照者的研究发现,40%的脑卒中病人有高Hcy血症,而对照组只有6%稍高于正常范围,缺血性脑卒中或蛛网膜下腔出血的病人的血浆Hcy亦升高。高Hcy导致冠心病及脑卒中的可能机制是高Hcy可促使氧自由基生成,引起血管内皮细胞损伤和毒性作用,以及促进动脉平滑肌细胞的增生,加速低密度脂蛋白的氧化,增加泡沫细胞的形成,并可激活血小板的粘附和聚集,导致病人动脉粥样硬化和栓塞,使病人极易患冠心病及脑卒中[13]。
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3 N5,N10-亚甲四氢叶酸还原酶基因与胱硫醚-β-合酶基因突变与冠心病及脑卒中
人MTHFR基因定位于染色体1P36.3上,互补脱氧核糖核酸(cDNA)全长2.2 kb。Frosst等[4]应用多聚酶链反应-单链构象多态性(PCR-SSCP)分析证明MTHFR基因在677位发生突变与冠心病及脑卒中密切相关,由碱基T置换了碱基C,其编码的氨基酸也由缬氨酸代替了丙氨酸,这样MTHFR活性也大大降低,基因型分析也证明在纯合突变个体MTHFR活性显著下降,可引起高Hcy血症。Morita等[14]认为,MTHFR基因突变代表冠心病的一个独立遗传危险因素,其在677位的纯合突变与冠心病病人冠状动脉病变的严重程度密切相关,3支病变病人的纯合突变率(26%)高于2支病变(16%)及1支病变病人的突变率(14%)。我们应用多聚酶链反应-限制酶切片断长度多态性(PCR-RFLP)分析证明MTHFR基因在677位发生突变在冠心病及脑卒中的发生率分别为79%及87%,而正常对照组只有47%,说明MTHFR基因突变与冠心病及脑卒中的发病密切相关。CBS基因定位于染色体21q22.3,可编码551个氨基酸,CBS基因至少有15个突变位点,其中与冠心病及脑卒中可能有关的有两个,一个是位于287密码子的T833C,其编码的异亮氨酸代替了苏氨酸;另一个是位于307密码子上的C919A,其编码的甘氨酸代替了丝氨酸。Tsai等[13]报道CBS基因这两个位点的突变可使CBS活性降低,亦可产生高Hcy血症。MTHFR基因与CBS基因突变和酶活性降低可能是高Hcy血症的产生和诱发冠心病及脑卒中的一个重要原因,MTHFR基因与CBS基因突变引起高Hcy血症,导致病人动脉粥样硬化和栓塞,使病人极易患冠心病及脑卒中。综上所述,MTHFR基因与CBS基因可能是冠心病及脑卒中的易感基因,高Hcy血症是冠心病及脑卒中发病的一个独立危险因素。冠心病及脑卒中MTHFR基因与CBS基因还有哪些位点突变?哪些位点突变与冠心病及脑卒中发病密切相关?这些位点突变与其表现型高Hcy血症的相互关系如何?均有待于进一步研究。
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作者简介：周宪梁 男 34岁 主治医师 博士
参考文献
1 Malinow MR.Plasma homocysteine:a risk factor for arterial occlusive disease.J Nutr,1991,126:1238s—1243s.
2 Mayer EL,Jacobsen DW,Robinson K.Homocysteine and coronary atherosclerosis.JACC,1996,27:517—527.
3 Refsum H,Ueland PM.Clinical significance of pharmacological modulation of homocysteine metabolism.TIPS,1990,11:411—416.
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4 Frosst P,Blam HJ,Milos R,et al.A candidate genetic risk factor for vascular disease:a common mutation methylenetetrahy-drofolate.Nat Genet,1995,10:111—113.
5 Guttormsen AB,Mansoor AM,Fiskerstr-and T,et al.Kinetics of plasma homocysteine in healthy subjects after peroral homocysteine loading.Clin Chem,1993,39:1390—1397.
6 Jacobsen DW,Gatautis VJ,Green R,et al.Rapid HPLC determination of total homocysteine and other thiods in serum and plasma:sex differences and correlation with cobalamin and folate concentrations in healthy subjects.Clin Chem,1994,40:873—881.
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7 汤佩麟,王毓明,李明珍,等.血浆高半胱氨酸水平和冠心病的关系.中国循环杂志,1997,12:324—326.
8 Ueland PM,Refsum H,Stabler SP,et al.Total homocysteine in plasma or serum:methods and clinical applications.Clin Chem,1993,39:1764—1779.
9 Malinow MR.Plasma homocysteine and arterial occlusive diseases:a mini-review.Clin Chem,1995,40:173—176.
10 Stampfer MJ,Malinow MR.Can lowering homocysteine levels reduce cardiovascular risk?N Engl J Med,1995,332:328—329.
, 百拇医药
11 Glueck VJ,Shaw P,Lang JE,et al.Evidence that homocysteine is an independent risk factor for atherosclerosis in hyperlipidemic patients.Am J Cardiol,1995,75:132—136.
12 Coull BM,Malinow MR,Beamer N,et al.Elevated plasma homocysteine concentration as a possible independent risk factor for stroke.Stroke,1990,21:572—576.
13 Tsai MY,Garg U,Key NS,et al.Molecular and biochemical approaches in the identification of heterozgotes for homocysteinuria.Atherosclerosis,1996,122:69—77.
14 Morita H,Yazaki Y,Suzuki S,et al.Genetic polymor phism of 5,10-methylenetetrahydrofolate reductase (MTHFR) as a risk factor for coronary artery disease.Circulation,1997,95:2032—2036.
(收稿:1998-05-05 修回:1998-09-07), 百拇医药
单位：北京市，中国医学科学院 中国协和医科大学 心血管病研究所 阜外心血管病医院 中德分子医学研究室 100037
关键词：半胱氨酸 N5,N10-亚甲四氢叶酸还原酶基因 胱硫醚β合酶
中国循环杂志990132 摘要 大量流行病学资料和临床观察发现,同型半胱氨酸与冠心病及脑卒中的发生密切相关。N5,N10-亚甲四氢叶酸还原酶(MTHFR)基因与胱硫醚-β-合酶(CBS)基因突变、MTHFR与CBS活性降低可能是高同型半胱氨酸血症的产生和诱发冠心病和脑卒中的一个重要原因。高同型半胱氨酸血症是一些心血管疾病的一个独立危险因素。
近年来,由于血浆同型半胱氨酸(Hcy)浓度的检测以及分子生物学技术的进展,Malinow[1]和Mayer等[2]提出N5,N10-亚甲四氢叶酸还原酶(MTHFR)基因与胱硫醚-β-合酶(CBS)基因突变、MTHFR与CBS缺乏和高Hcy血症是一些心血管疾病的一个独立危险因素。本文就MTHFR基因与CBS基因突变及血浆Hcy与冠心病及脑卒中发病的关系作一综述。
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1 同型半胱氨酸的代谢
Hcy是一种含硫氨基酸,在人体内Hcy的主要来源是蛋氨酸脱甲基后的产物。Hcy在蛋氨酸合成酶的作用下,以维生素B12为辅助因子,可发生甲基化,再形成蛋氨酸,参加体内蛋白质的代谢。在这一反应中,必须有N5-甲基四氢叶酸作为甲基的供体。N5-甲基四氢叶酸是四氢叶酸经MTHFR催化而产生的。因此,MTHFR活性的降低,可使体内的Hcy蓄积,产生高Hcy血症。体内的Hcy还可在CBS的催化下,与丝氨酸缩合成胱硫醚,因此,CBS活性的降低也可导致高Hcy血症[3,4]。
血浆中的Hcy大部分通过二硫键与蛋白质结合,约占70%。由于Hcy与蛋白质的结合常成饱和状态,最大的结合力为140 μmol/L,所以血浆中只有少量的游离Hcy。不论是结合形式或者游离形式Hcy,都统称为总Hcy[5]。目前最常用的Hcy测定方法是高效液相色谱法。Jacobsen等[6]用此方法报道的健康人Hcy的参考值:男性(n=36)血清为12.30±2.30 μmol/L,血浆为9.26±1.88 μmol/L;女性(n=35)血清为10.34±3.23 μmol/L,血浆为7.85±2.29 μmol/L。汤佩麟等[7]采用高效液相色谱和荧光检测法报道中国健康人群Hcy的参考值:男性(n=16)血浆11.84±2.46 μmol/L,女性(n=14)血浆10.92±2.51 μmol/L。由于红细胞是产生Hcy的主要场所,血液离体后在收缩和凝固的这段时间,红细胞还不断产生Hcy并释放到细胞外液,因此,血清中Hcy比血浆高。Ueland等[8]报道,血液存放室温1小时后分离的标本,Hcy浓度可增加10%左右,故及时分离血清或血浆至关重要。
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2 同型半胱氨酸与冠心病及脑卒中
血浆Hcy水平升高是动脉粥样硬化的一个独立危险因素。研究发现冠心病病人的血浆Hcy水平高于正常对照组,且血浆Hcy水平与冠心病的分型及严重程度相关联[9]。Stampfer等[10]追踪观察了271例曾经发生过心肌梗死的病人,发现所有这些病人在发病前其血浆Hcy都不同程度高于对照组。提出只要Hcy浓度超过正常上限1.7 μmol/L时,有可能使发生心肌梗死的危险性增加3.4倍。Glueck等[11]曾对482例高脂血症病人进行分析,有18例同时伴有Hcy浓度升高,其中13例有动脉粥样硬化,高Hcy血症的病人血浆低密度脂蛋白-胆固醇比正常对照组要低,呈反比关系。高Hcy血症也是脑卒中的一个独立危险因素。Coull等[12]报道41例急性脑卒中和27例短暂性脑缺血发作病人的血浆Hcy含量高于对照组,与其它有关脑卒中的危险因素无关系。之后又对142例成活的脑卒中病人和66例对照者的研究发现,40%的脑卒中病人有高Hcy血症,而对照组只有6%稍高于正常范围,缺血性脑卒中或蛛网膜下腔出血的病人的血浆Hcy亦升高。高Hcy导致冠心病及脑卒中的可能机制是高Hcy可促使氧自由基生成,引起血管内皮细胞损伤和毒性作用,以及促进动脉平滑肌细胞的增生,加速低密度脂蛋白的氧化,增加泡沫细胞的形成,并可激活血小板的粘附和聚集,导致病人动脉粥样硬化和栓塞,使病人极易患冠心病及脑卒中[13]。
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3 N5,N10-亚甲四氢叶酸还原酶基因与胱硫醚-β-合酶基因突变与冠心病及脑卒中
人MTHFR基因定位于染色体1P36.3上,互补脱氧核糖核酸(cDNA)全长2.2 kb。Frosst等[4]应用多聚酶链反应-单链构象多态性(PCR-SSCP)分析证明MTHFR基因在677位发生突变与冠心病及脑卒中密切相关,由碱基T置换了碱基C,其编码的氨基酸也由缬氨酸代替了丙氨酸,这样MTHFR活性也大大降低,基因型分析也证明在纯合突变个体MTHFR活性显著下降,可引起高Hcy血症。Morita等[14]认为,MTHFR基因突变代表冠心病的一个独立遗传危险因素,其在677位的纯合突变与冠心病病人冠状动脉病变的严重程度密切相关,3支病变病人的纯合突变率(26%)高于2支病变(16%)及1支病变病人的突变率(14%)。我们应用多聚酶链反应-限制酶切片断长度多态性(PCR-RFLP)分析证明MTHFR基因在677位发生突变在冠心病及脑卒中的发生率分别为79%及87%,而正常对照组只有47%,说明MTHFR基因突变与冠心病及脑卒中的发病密切相关。CBS基因定位于染色体21q22.3,可编码551个氨基酸,CBS基因至少有15个突变位点,其中与冠心病及脑卒中可能有关的有两个,一个是位于287密码子的T833C,其编码的异亮氨酸代替了苏氨酸;另一个是位于307密码子上的C919A,其编码的甘氨酸代替了丝氨酸。Tsai等[13]报道CBS基因这两个位点的突变可使CBS活性降低,亦可产生高Hcy血症。MTHFR基因与CBS基因突变和酶活性降低可能是高Hcy血症的产生和诱发冠心病及脑卒中的一个重要原因,MTHFR基因与CBS基因突变引起高Hcy血症,导致病人动脉粥样硬化和栓塞,使病人极易患冠心病及脑卒中。综上所述,MTHFR基因与CBS基因可能是冠心病及脑卒中的易感基因,高Hcy血症是冠心病及脑卒中发病的一个独立危险因素。冠心病及脑卒中MTHFR基因与CBS基因还有哪些位点突变?哪些位点突变与冠心病及脑卒中发病密切相关?这些位点突变与其表现型高Hcy血症的相互关系如何?均有待于进一步研究。
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作者简介：周宪梁 男 34岁 主治医师 博士
参考文献
1 Malinow MR.Plasma homocysteine:a risk factor for arterial occlusive disease.J Nutr,1991,126:1238s—1243s.
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3 Refsum H,Ueland PM.Clinical significance of pharmacological modulation of homocysteine metabolism.TIPS,1990,11:411—416.
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4 Frosst P,Blam HJ,Milos R,et al.A candidate genetic risk factor for vascular disease:a common mutation methylenetetrahy-drofolate.Nat Genet,1995,10:111—113.
5 Guttormsen AB,Mansoor AM,Fiskerstr-and T,et al.Kinetics of plasma homocysteine in healthy subjects after peroral homocysteine loading.Clin Chem,1993,39:1390—1397.
6 Jacobsen DW,Gatautis VJ,Green R,et al.Rapid HPLC determination of total homocysteine and other thiods in serum and plasma:sex differences and correlation with cobalamin and folate concentrations in healthy subjects.Clin Chem,1994,40:873—881.
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7 汤佩麟,王毓明,李明珍,等.血浆高半胱氨酸水平和冠心病的关系.中国循环杂志,1997,12:324—326.
8 Ueland PM,Refsum H,Stabler SP,et al.Total homocysteine in plasma or serum:methods and clinical applications.Clin Chem,1993,39:1764—1779.
9 Malinow MR.Plasma homocysteine and arterial occlusive diseases:a mini-review.Clin Chem,1995,40:173—176.
10 Stampfer MJ,Malinow MR.Can lowering homocysteine levels reduce cardiovascular risk?N Engl J Med,1995,332:328—329.
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11 Glueck VJ,Shaw P,Lang JE,et al.Evidence that homocysteine is an independent risk factor for atherosclerosis in hyperlipidemic patients.Am J Cardiol,1995,75:132—136.
12 Coull BM,Malinow MR,Beamer N,et al.Elevated plasma homocysteine concentration as a possible independent risk factor for stroke.Stroke,1990,21:572—576.
13 Tsai MY,Garg U,Key NS,et al.Molecular and biochemical approaches in the identification of heterozgotes for homocysteinuria.Atherosclerosis,1996,122:69—77.
14 Morita H,Yazaki Y,Suzuki S,et al.Genetic polymor phism of 5,10-methylenetetrahydrofolate reductase (MTHFR) as a risk factor for coronary artery disease.Circulation,1997,95:2032—2036.
(收稿:1998-05-05 修回:1998-09-07), 百拇医药