胱硫醚β合成酶基因多態性與心血管疾病相關性研究進展

2014-03-27 05:57:32時慶平綜述審校

醫學綜述 2014年9期

時慶平(綜述),王紅(審校)

(新疆醫科大學第一附屬醫院干部內三科，烏魯木齊 830011)

心血管疾病(cardiovascular disease，CVD)仍是所有民族死亡的主要原因[1]。在20世紀早期，有關資料證實高同型半胱氨酸血癥(hyperhomocysteinemia，HHcy)與CVD有關。1969年，McCully[2]首先描述了高胱氨酸尿癥患者的血管病變，包括平滑肌增殖、動脈狹窄以及血流動力學改變，由此指出同型半胱氨酸(homocysteine，Hcy)可能是代謝異常疾病的獨立危險因素。目前Hcy已經成為眾多疾病的病理生理機制，包括胰島素抵抗的糖尿病、帕金森病、阿爾茨海默病、精神分裂癥和唐氏綜合征。HHcy是由遺傳性和非遺傳性缺陷所致，而其中胱硫醚β合成酶(cystathione beta synthase，CBS)是由哈佛大學病理學教授在研究先天性CBS缺乏癥患兒時提出的。患兒以HHcy、血管損傷及反復發生的重要器官栓塞為特征，多死于心肌梗死、腦卒中和腎衰竭。這一發現提示CBS缺乏引起HHcy與CVD有密切關系[3]。

1 CBS結構和功能

人類的CBS是合成半胱氨酸、胱氨酸的限速酶，是一個多域四聚體酶，它通過催化吡哆醛5′磷酸和S-腺苷甲硫氨酸來調節活性[4]。CBS的活性中心可結合Hcy和絲氨酸兩種底物，以及3個配基，即5′-磷酸吡哆醇、S-腺苷-甲硫氨酸和亞鐵血紅素，CBS的錯義突變是高胱氨酸尿癥的主要原因[5]。

CBS參與Hcy代謝，Hcy是蛋氨酸循環的中間產物，蛋氨酸甲基化形成Hcy,Hcy在葉酸和維生素B12的輔助下重新合成蛋氨酸。Hcy代謝有轉硫、甲基化兩條途徑。CBS是轉硫途徑的關鍵酶，在CBS的催化下Hcy與絲氨酸結合生成胱硫醚，后者在胱硫醚γ酶作用下分解為半胱氨酸和α酮丁酸，體內約53%的Hcy被CBS和胱硫醚γ酶不可逆轉化為半胱氨酸。CBS活性下降可導致轉硫途徑發生障礙，從而引起HHcy[6]。相關研究表明，補充葉酸、維生素B12可降低血漿Hcy水平[7]。

2 HHcy致CVD的機制

HHcy作為CVD的獨立危險因素已被廣泛認同，正常成人空腹血漿總同型半胱氨酸(total homocysteine，tHcy)為5～10 μmol/L，當tHcy水平≥10 μmol/L時，屬于HHcy，同時伴有HHcy的高血壓，稱為“H型高血壓”。tHcy水平>100 μmol/L被認為是嚴重的HHcy。由于Hcy在腎臟代謝，tHcy水平隨年齡的增加而增加。絕經前女性較男性tHcy水平低，這可能與雌激素、孕激素以及月經有關。國外研究發現[8]，農村居民較城市居民tHcy高，這可能與農村居民B族維生素攝入不足有關。生活方式，如吸煙、飲酒、缺乏鍛煉、攝入較多咖啡也會引起較高的tHcy。Kriebitzsch等[9]研究發現，骨質疏松也可引起HHcy，同時血漿Hcy水平影響骨吸收，從而進一步加劇骨質疏松。遺傳因素包括CBS和亞甲基四氫葉酸基因缺陷，與嚴重的HHcy相關。此外，有研究表明，治療糖尿病的藥物二甲雙胍可降低葉酸和維生素B12的水平，從而引起HHcy[10]。抗驚厥和降脂藥物也已報道能夠增加tHcy水平，而抗風濕藥物、青霉素類藥物、乙酰半胱氨酸則降低tHcy水平[11]。目前HHcy致CVD的機制仍存在爭議，可能機制如下。

2.1對血管內皮的影響通過自身氧化產生羥自由基、過氧化氫自由基,從而導致蛋白質損傷,進而引起內皮損傷和細胞毒作用。另外，由于一氧化氮合酶活性受到抑制，內皮依賴性血管舒張因子減少,進而嚴重影響血管擴張作用。此外，通過改變內皮細胞基因表達,最終誘導細胞凋亡[7]。

2.2致血栓作用相關研究發現，Hcy及其衍生物有致血栓作用，它們能夠抑制組織纖溶酶活性物的活性,抑制抗凝和纖溶物質，降低黏血栓形成因子Ⅲ和Ⅶ的活性,具體是通過增加血小板凝血惡烷劑以及啟動凝血因子Ⅴ，促進血小板聚集實現的[12]。

2.3金屬蛋白酶對血管重構的作用 HHcy產生活性氧、活性氮以及無功能的硫醇，從而降低一氧化氮生物利用度，上述進程可觸發基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)的活化，在動物模型中可觀察到，HHcy導致高血壓部分是由于增加MMP-2、MMP-9活性[13]。

2.4引起慢性炎癥 Sen等[14]發現，Hcy通過誘導磷酸化，上調炎性反應分子單核細胞趨化蛋白1和巨噬細胞炎性蛋白2，同時減少內源性硫化氫，而硫化氫是一種強效的抗炎因子，通過硫化氫治療，可減弱Hcy誘導的磷酸化過程。

2.5對動脈粥樣硬化的影響血管內平滑肌細胞的增殖是形成動脈粥樣硬化的基礎，Hcy增加平滑肌細胞內fos癌基因和周期蛋白mRNA的表達，誘導平滑肌細胞Ⅰ期合成,使平滑肌細胞從靜止期進入分裂期，加速細胞增殖。另外，Hcy還能加強低密度脂蛋白的自身氧化,影響一氧化氮的合成，使動脈管壁泡沫細胞增加，脂質沉淀、鈣化，最終導致動脈粥樣硬化病變[15]。

3 CBS基因多態性

人類CBS基因位于21q22.3，在1998年完成對CBS基因的克隆和測序，目前多個實驗證明，CBS基因多態性存在著明顯的地域和種族差異。已發現的CBS基因多態性位點至少有153個，它們絕大多數分布在第3位和第8位外顯子中，如C341→T、G374→A、C43→T、C699→T、T1080→C、833→C和G919→A等，其中以G9191A、T833C、844ins68最為常見[4]。突變位點不同，對CBS活性的影響也不盡相同。

Nienaber等[8]的研究表明，在南非黑人中，CBS基因位于G9276A、T833C、844ins68，并沒有顯著影響Hcy水平，而且他強調建立基因-基因、基因-環境相互作用的模式。Dutta等[16]對印度280例智力低下患者及健康者的病例-對照研究發現，CBS T833C、CBS844ins68雜合突變基因型血漿Hcy水平低于野生純合基因型血漿Hcy水平。宋玉強等[17]對570例缺血性腦血管病患者及健康者的病例-對照研究發現，CBS T833C不同基因型之間血漿Hcy水平不同，CBS 833TC、CBS 833CC基因型血漿Hcy水平顯著高于CBS 833TT基因型血漿Hcy水平，CBS 833TC、CBS 833CC基因型兩組間血漿Hcy水平差異無統計學意義。Lievers等[18]發現，位于第13外顯子與第13內含子結合區域的variable number of tandem repeat(VNTR)酶活性與重復次數有關，重復次數增加，酶活性降低，尤其是16、17、18、19或21位重復可使酶活性降低顯著。與Lievers等[18]的結果不一致的是Yang等[19]的研究，即第16、18位的重復可能上調了CBS基因的轉錄水平，從而影響酶的活性。第5外顯子第699位存在C→T的同義突變(C699T)，同樣的第10外顯子第1080位也存在C→T的同義突變(C1080T)。Sarov等[6]的研究表明，C699T和C1080T與Hcy水平無關。而Aras等[20]則認為，這兩個突變可降低血漿Hcy水平。Lievers等[18]認為，C699T和C1080T可使Hcy水平顯著升高。C572T位點位于編碼區第5外顯子，第572位C被T替代，造成HHcy。

4 CBS基因多態性與CVD

4.1CBS基因多態性與冠狀動脈粥樣硬化性心臟病(冠心病) 國外報道CBS G919A突變多引起重度的HHcy，其基因突變多分布于凱爾特人同型半胱氨酸尿癥患者中，已發現在愛爾蘭患者A等位基因頻率高達71%，且多為嚴重的HHcy，引起冠心病等疾病[21]。國內關于G919A突變與冠心病的相關報道結果不一致，李麗帆等[22]認為CBS G919A突變與冠心病有關，而許海燕等[23]認為無關。Bermudez等[24]報道，在哥倫比亞高同型半胱氨酸尿癥患者中CBS C572T突變高達70%，而李麗帆等[22]認為該位點突變與廣西籍冠心病患者無關，唐芳玫等[25]認為CBSC770T基因突變與冠心病無明顯相關性。

4.2CBS基因多態性與原發性高血壓關于Hcy與高血壓之間關系的報道近年逐漸增多，但仍存在分歧。Sutton-Tyrrell等[26]在1997年報道，HHcy是單純收縮性高血壓的獨立危險因素；Nabipour等[27]發現絕大多數的高血壓患者伴有血漿Hcy水平的升高，Sengwayo等[13]通過對382例參與者的橫斷面研究發現，血漿Hcy水平和高血壓有相關性。而Vayá等[28]發現HHcy與高血壓之間無關。歐洲11個國家共同完成的研究表明，Hcy水平的變化與血壓水平密切相關[29]；而朱慧萍等[30]報道，北方少數民族，如回族、朝鮮族、維吾爾族CBS基因T833C的C等位基因頻率分別為38%、43%、41%，而美國非洲裔黑人為46.8%；呼日勒等[31]研究報道，T833C蒙古族正常人群和高血壓人群CBS rs11700748(T833C)位點均為TT純合子，無多態性改變；來自北方漢族人群的研究報道T833C的C等位基因與高血壓相關[32]。張春軍等[33]發現，在新疆哈薩克族人群中存在CBS基因rs719038、rs719037、rs11700748多態性，rs719038、rs719037基因型及等位基因在高血壓組和健康對照組分布差異無統計學意義，而rs11700748基因型和等位基因在高血壓組和健康對照組存在差異，rs11700748CC基因型可能與新疆哈薩克族高血壓相關，而rs719038、rs719037基因型可能與新疆哈薩克族高血壓無關。從以上結果可以看出，CBS基因多態性具有種族差異，不同種族之間存在明顯遺傳異質性，這可能也是目前多基因研究結果在不同人群和種族之間存在明顯差異的原因之一。

5 小結

現在多個試驗證據表明，Hcy對CVD的發生、發展有重要影響，而作為Hcy代謝的關鍵酶，CBS的基因存在著基因多態性，且存在地域、民族、性別間差異，通過影響CBS基因的轉錄和表達，進而影響相關酶的活性，最終影響相關疾病的發生、發展和轉歸。CVD是多基因、多因素的復雜性疾病，單個基因位點突變對疾病的影響是單一的，需要多個基因的協同作用，同時環境因素對疾病的影響也不能小覷。未來旨在確定遺傳因素和疾病風險之間因果關系的研究，應考慮采取基因-基因、基因-環境相互作用的模式。這樣才能為CVD的一級預防奠定基礎。

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