高同型半胱氨酸血癥引起的氧化應激對妊娠期高血壓疾病的影響

徐曉紅，張 丹，羅天華，滕 紅*

(1.吉林大學第二醫院 a.婦產科；b.肝膽外科， 吉林 長春130041;2.廈門市第二醫院 婦產科)

高同型半胱氨酸血癥引起的氧化應激對妊娠期高血壓疾病的影響

徐曉紅1a，張 丹1b，羅天華2，滕 紅1a*

(1.吉林大學第二醫院 a.婦產科；b.肝膽外科， 吉林 長春130041;2.廈門市第二醫院 婦產科)

妊娠期高血壓疾病(hypertensive disorders of pregnancy)是多因素發病的、表現為多種病理生理過程、可累及多個器官、出現多種并發癥的妊娠期特有疾病，其嚴重后果可出現孕產婦肺水腫、子癇、血小板減少、肝腎功能衰竭，胎兒宮內生長受限等，是孕產婦及圍產兒發病率和死亡率的主要原因之一，WHO報道，從2003年到2012年，有34.3萬孕產婦死于妊娠期高血壓疾病，僅次于產后出血(占27.1%)引起的孕產婦死亡，在孕產婦死因中第二位(占14%)[1]。HDCP主要表現為妊娠20周后出現血壓升高、蛋白尿，病情進一步發展可發生母體器官功能受損或胎盤-胎兒并發癥。但其病因及發病機制不明。最近，研究表明，氧化應激在妊高癥發病過程中起到重要作用。血漿毒性含硫氨基酸——同型半胱氨酸(Hcy)水平升高引起的高同型半胱氨酸血癥(HHcy)通過激活NO途徑，激活多種細胞因子，導致機體氧化應激狀態。本文綜述了Hcy對代謝的影響，旨在為揭示妊高癥的發生提供新的視點，為其治療找到新的靶點。

1 Hcy代謝

1932年Butz和Du Vigneaud發現半胱氨酸和胱氨酸(后來被命名為同型半胱氨酸 Hcy)，并把此結構定義為含硫氨基酸。含硫氨基酸包括蛋氨酸(甲硫氨酸)、半胱氨酸和胱氨酸三種。蛋氨酸可以轉變為半胱氨酸和胱氨酸，后兩者也可以互相轉變。但它們不能轉變為蛋氨酸，所以蛋氨酸是必需氨基酸。蛋氨酸主要來源于食物，在高蛋白食物中廣泛存在，也一部分來自內源性蛋白崩解。Hcy主要由蛋氨酸脫甲基而成，正常情況下血漿濃度一般為5-15 μmol/L。

Hcy主要通過三條途徑代謝[2]:轉硫途徑、蛋氨酸循環和重甲基化途徑。轉硫途徑是Hcy在胱硫醚B合酶(CBS)催化下，以維生素B6作輔助因子，與絲氨酸縮合成胱硫醚(cystathionine),進一步在胱硫醚酶催化下裂解為半胱氨酸和a-酮丁酸；a-酮丁酸進一步在a-酮酸脫氫酶催化下氧化脫羧生成丙酰CoA。半胱氨酸代謝產生?；撬?、硫酸鹽，一部分代謝產物從尿中排出；蛋氨酸循環途徑是蛋氨酸與ATP反應，經腺苷轉移酶(MAT)催化生成S-腺苷蛋氨酸(SAM)，SAM為甲基的供體，SAM提供甲基后轉變為S-腺苷同型半

胱氨酸(SAH)，SAH進一步脫去腺苷轉變成同型半胱氨酸，同型半胱氨酸在轉甲基酶催化下，從N5-甲基四氫葉酸上再獲得甲基后又生成了蛋氨酸，稱為蛋氨酸循環；重甲基化途徑是Hcy重甲基化生成蛋氨酸，此途徑是由蛋氨酸合酶(MS，5-甲基四氫葉酸-同型半胱氨酸甲基化酶)催化，由維生素B12、葉酸為輔助因子。MS從5-MTHF轉移一個甲基給Hcy，再生成蛋氨酸(圖1)。

圖1 蛋氨酸-同型半胱氨酸代謝示意圖(SAM:S-腺苷蛋氨酸；SAH:S-腺苷同型半胱氨酸；Hcy:同型半胱氨酸)

2 高同型半胱氨酸血癥

正常情況下，機體 Hcy 的生成及代謝維持平衡，多個基因、代謝、環境因素共同作用，保持平衡，維持Hcy處于低水平，任何一個因素的變化或其共同作用，都能嚴重影響tHcy的升高。如果 Hcy 生成大于代謝則可使機體 Hcy 水平升高。當血液中 Hcy 濃度大于等于 10 μmol/L 時，定義為高同型半胱氨酸血癥。導致高同型半胱氨酸血癥的原因主要有四種：①蛋氨酸攝入過多；②維生素(B12、B6及葉酸)缺乏；③基因異常(CBS、MS、MTHFR)；④肝、腎功能減退。此外，還有其他的遺傳、生理、病理、營養等因素引起Hcy上升，包括但不限于高血壓、糖尿病、素食者等。

2.1 蛋氨酸攝入過多 肉、魚及奶制品都是蛋氨酸的來源。正常飲食中的蛋氨酸一般會轉換為Hcy ,而攝入量過多時，如食肉過多，能夠產生毒性作用，引起tHcy水平增高。蛋氨酸負荷是檢測Hcy代謝途徑紊亂的可靠的、敏感指標。研究顯示，tHcy水平升高與正常禁食狀態的tHcy水平一致，說明Hcy轉硫途徑在調節Hcy水平中起重要作用[3]。

2.2 遺傳異常 Hcy代謝酶、MS、MTHFR、CBS基因異常，盡管比較少見，但卻能夠導致嚴重的tHcy水平升高，其嚴重性依賴于基因突變的位點。

亞甲基四氫葉酸還原酶(MTHFR) 存在于細胞質中，催化亞甲基四氫葉酸不可逆地還原為甲基四氫葉酸，在該反應中，需要輔酶黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)、磷酸煙酰胺腺嘌呤二核苷酸和還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)的參與，并將一碳單位轉運到甲基化循環中。因為MTHFR是5-甲基四氫葉酸的唯一制造者，MTHFR 基因變異會降低MTHF甲基供體含量而干擾蛋氨酸再生，導致細胞內Hcy增加和HHcy。MTHFR活性的減弱會導致同型半胱氨酸甲基化過程中的5-甲基四氫葉酸減少，從而引起同型半胱氨酸濃度升高。

MS在葉酸代謝中把5-MTHF轉化為比較有用的形式，催化Hcy再生為蛋氨酸，遺傳異常導致MS活性降低會削弱Hcy的再甲基化，通過SAM依賴機制增加細胞內Hcy水平，蛋氨酸再生障礙時，SAM濃度降低，導致SAM依賴調節的5-MTHF減少、SAM減少，5-MTF積聚、SAM變構調控CBS活性降低。SAM降低，激活MTHFR,導致5-MTHF積聚。細胞內葉酸水平降低和限制MTHF從血液到細胞中葉酸的結合生成的葉酸衍生物再分布，從而降低了核酸的生物合成。SAM降低也降低了CBS活性，使Hcy進入失活的再甲基化途徑。

CBS缺陷是比較少見的可逆性常染色體疾病，是導致嚴重的遺傳性HHcy可鑒定的原因。在轉硫途徑中，CBS通過使之與絲氨酸結合生成胱硫醚從而促進Hcy分解代謝。CBS抑制時Hcy轉入再甲基化途徑，增加蛋氨酸合成，導致細胞內SAM增加，最終反饋抑制MTHFR，抑制再甲基化途徑。因此，兩個途徑均受損，Hcy明顯升高。2.3 飲食缺乏 對營養缺乏尤為有趣，因為維生素衍生的輔助因子的促進作用及其有助于調控Hcy最佳代謝。飲食攝入和血漿中葉酸、維生素B12、及維生素B6水平與tHcy濃度負相關，任何一種缺乏都能夠在一定程度上提高tHcy水平。許多研究認為HHcy患者中多數有一種或多種必須維生素輔助因子的不足。這些缺乏比較常見，因為飲食攝入不足，并且占中度HHcy病例的大多數。有趣的是，現在已經發現維生素治療能夠降低甚至使血清Hcy水平降至正常，不過這種治療的遠期療效尚不清楚。

葉酸是水溶性維生素B9的一種形式，由于其飲食需要，因而它對Hcy代謝有最大影響。對于新細胞產生，尤其是快速細胞分裂期和增殖期，如妊娠時，葉酸是必要的。葉酸缺乏是輕度到中度HHcy最常見的原因，減低了MTHF合成和抑制甲基提供而破壞了再甲基化途徑，進而削弱了葉酸輔酶系統。食物中葉酸攝入不足與出生缺陷關系密切。維生素B12對腦組織和神經系統的正常功能起重要作用。并且也與DNA和脂肪酸合成有關。B12缺乏導致MS失活，損害細胞的使細胞再甲基化Hcy能力降低，維生素B12缺乏也能導致5-MTHF積聚，細胞內葉酸消耗。維生素B12減低與阿爾茨海默病、臨床減弱及雙極性疾病相關。維生素B6是多種氨基酸代謝從糖異生為葡萄糖的輔酶。許多研究發現基礎的tHcy水平關系不大，許多研究顯示與CBS氨基酸相關的維生素B6缺陷，因此，抑制了Hcy分解代謝，維生素B6與帕金森及孤獨證相關。Hcy代謝過程并不是孤立的,與葉酸代謝緊密相關。葉酸是蛋氨酸轉化為S-腺苷蛋氨酸的一個輔助因子,當葉酸水平減低時,會引起S-腺苷蛋氨酸缺乏從而影響DNA的合成。Hcy水平的維持,是依賴葉酸和維生素B12轉化為蛋氨酸的再甲基化過程實現的,因此持續葉酸缺乏最終會導致HHcy的形成。

葉酸是血漿HCY代謝途徑中重要的甲基供體，VitB12 參與甲基供體轉移，葉酸/VitB12 缺乏使HCY 不能甲基化為蛋氨酸，從而導致高HCY血癥[4]。

2.4 腎功能受損 Hcy主要在腎臟代謝，三種代謝酶腎臟都有：MS、CBS、C-胱硫醚酶。腎功能紊亂與輕度HHcy相關，但機制不明。Guttormsen et al等研究表明，在腎病終末階段，由于轉硫途徑受損，肝臟代謝清除Hcy負荷很大程度受損。HHcy可能與Hcy代謝酶相關的遺傳因子、受損的維生素輔酶、尿毒癥毒素有關[5]。

3 HHcy與氧化應激

氧化應激主要是由于機體受到有害刺激時，體內 ROS 產生過多，超出機體的清除能力，導致 ROS 過量聚集，從而對細胞、組織產生多種毒性作用的病理狀態[6]。氧化應激是高同型半胱氨酸血癥相關病理作用中最主要的生化機制，大量研究顯示，高同型半胱氨酸水平誘導的 ROS 產生可導致血管內皮細胞凋亡、損傷血管內皮依賴性舒張功能，同時也可導致血管平滑肌細胞增殖、血管纖維化等，最終導致血管重構及內皮功能障礙[7]。 Hcy使細胞質發生氧化應激,導致誘導凋亡蛋白激酶調節失控,其機制包括[8]:

Hcy包含一系列活化的巰基，在氧和金屬離子(鐵和銅)存在的環境中能夠快速氧化自身，產生ROS、超氧化物、過氧化氫。這個過程使保護性抗氧化系統受損、中間產物解毒能力下降、和/或ROS介導的損傷修復。氧化應激損傷蛋白質、脂類、DNA，導致細胞凋亡，疾病發生。研究發現，HHcy是冠心病、腦血管疾病、周圍血管閉塞性疾病的獨立的風險因素。氧化應激是Hcy介導的細胞損傷和功能失調、血管損傷的病理基礎。2、高Hcy減少轉錄、翻譯過程的進行,并使谷胱甘肽過氧化物酶、SOD等抗氧化酶活性減低,導致過氧化氧等Hcy氧化產物堆積。3、Hcy能夠直接或間接的破壞NO的生物學功能。NO與巰基迅速反應生成亞硝基硫醇，從而穩定并轉運NO。ECs在最初暴露時，有自我防御功能，并且通過增加NO的合成和釋放去除Hcy氧化毒性，進而使同型半胱氨酸亞硝基——一種潛在的抗血管擴張劑發揮功能，不幸的是，這一防御功能是有限的，慢性暴漏在Hcy中最終會導致基底層產生NO功能受損，自由基生成，繼而出現內皮受損。Hcy也能通過氧化降解NO生成ONOO-，降低NO的生物利用度和生物學活性[8,9]。取決于環境的氧化還原狀態，NO的不成對電子成為高活性的自由基，可以迅速與氧離子反應。這能夠解釋觀察到的現象，NO含量降低是生物利用度受限所致，而不是產物生成受限的結果。S-亞硝基同型半胱氨酸的形成和ONOO-的形成都減少了能夠調節血管功能的活性NO含量。Vathsala[10]等的動物實驗研究揭示 Hcy 可通過激活 NOX，介導過氧化物的產生，損害主動脈內皮依賴性的舒張功能?？傊?，NO動態平衡降低是血液動力學變化、炎癥發生、血栓形成和細胞凋亡的中間過程。以前提到的Hcy介導NO消耗的機制和內皮功能下降在冠心病動粥、腦血管疾病和外周血管病變中有重要作用。盡管目前有證據表明補充葉酸和維生素治療能夠減少細胞內氧離子生成，改善Hcy介導的NO代謝損傷，其可能原因尚需要進一步研究。

Hcy自身氧化生成的ROS造成動脈粥樣硬化前狀態(fig.7)并改變了內皮細胞功能，導致內皮損傷，暴露子宮基層，介導平滑肌細胞增殖，促進血小板和白細胞激活。有趣的是，半胱氨酸，血漿中含量豐富的含巰基小分子物質，比Hcy濃度更高(-250 mM)，然而并不引起內皮損傷。

Hcy增加血管壁應激和氧化損傷也有助于過氧化氫酶、SOD等重要的抗氧化酶表達和活性降低，谷胱甘肽過氧化物酶、SOD和過氧化氫酶活性降低，促進氧化應激的產生。這些清除有害基團能力的降低，細胞和組織對氧化損傷的防御能力喪失。

NO的生物合成能夠在轉錄和翻譯后水平被調控。Hcy激活不同的轉錄因子很可能增加來自于NO的iNOS生成，這也增大了血管炎癥反應。在VSMCs，Hcy激活NFjB依賴的轉錄活性和IL-1b-介導的mRNA增加，增加了iNOS表達，導致抗炎反應的內環境紊亂。在這個過程中，Hcy激活TNFa，進而促進NFjB從細胞漿到細胞核的轉運，在細胞核中介導iNOS和其他可介導基因的表達[11]。VSMCs中iNOS介導的NO產物增加原因之一是由于eNO合成不足。然而，iNOS活性增加可能氧化產物，有助于動粥的發生。

4 同型半胱氨酸與妊娠

Manizheh Sayyah-Melli[12]等研究發現，與補充低于低劑量(0.5 mg/天)葉酸孕婦比較，孕期補充大量葉酸(5 mg/天)，分娩時孕婦血清同型半胱氨酸濃度明顯降低、新生兒出生體重增高、早產率降低，但血壓沒有明顯差異。提示整個孕期補充大劑量葉酸能夠減少分娩時同型半胱氨酸濃度。

母親葉酸制劑和VitB12 制劑的補充可以提高母親血清葉酸水平和VitB12 水平從而預防高HCY血癥出現，對子代CHD的發生起到間接預防作用[13]。

X.Xu a等[14]研究發現，DL-Hcy處理過的孕鼠會表現子癇前期樣癥狀，包括孕晚期血壓升高、蛋白尿。DL-Hcy處理過的孕鼠和子癇前期孕婦的胎盤組織中，NRP1和VEGF表達下降，導致內皮損傷。

羊水中蛋氨酸含量隨孕周增加明顯減少。SAM/SAH比例從孕25周開始增加。膽堿和總同型半胱氨酸負相關，同時，孕期膽堿與二甲基甘氨酸的比例恒定提示膽堿可能被用作胎兒的甲基供體[15]。

Hcy 具有細胞毒性，孕婦血Hcy水平升高可直接影響胎兒的發育[16]，導致胎兒宮內發育遲緩、胎兒畸形甚至胎死宮內。其可能機制為：(1)Hcy升高時過氧化物和氧自由基生成增加，引起細胞凋亡和DNA 損傷；(2)損傷血管內皮細胞，激活血小板，促進血栓形成，導致胎盤血管栓塞，抑制了胎盤向胎兒供給營養物質和排出代謝產物；(3)誘導神經干細胞死亡，干擾胎兒神經管閉合，造成神經管畸形和先天性心臟病；(4)SAM合成減少，導致DNA 低甲基化，引起染色體減數不分離。HHcy、葉酸或維生素B12缺乏都會引起SAM減少,甲基轉移酶類競爭性抑制劑SAH升高。葉酸缺乏導致DNA甲基化的模式改變,主要與SAM有關。SAM是細胞內各種甲基化反應的通用供體,參與DNA合成及組蛋白甲基轉移酶等轉甲基反應,SAH是其產物,可與甲基轉移酶緊密結合并抑制其活性,從而使染色體甲基化過程受抑制。當Hcy再甲基化為蛋氨酸過程受阻時,SAH濃度會不斷升高。細胞內SAM/SAH的值通常作為甲基化潛能的評估指標,SAM、SAH均會影響腺苷蛋氨酸依賴性甲基轉移酶活性。葉酸介導的一碳單位代謝通過SAM將細胞和表觀遺傳學相連,SAM/SAH值的改變,會影響到DNA甲基轉移酶的活性[17]。

López-Alarcón M[18]等檢測了19例子癇前期孕婦和57例同期正常孕婦血清中Hcy、ADMA(不對稱二甲精氨酸)、FA、維生素B6、維生素B12水平，發現72%婦女有維生素B族缺乏，40%有B12缺乏，4%有FA缺乏。子癇前期風險與HHCY相關，而與維生素缺乏無明顯相關性，L-精氨酸與ADMA比率會降低子癇前期風險。得出結論子癇前期患者血清Hcy和ADMA升高，與內皮功能障礙有關，與代謝中維生素缺乏無關。

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