同型半胱氨酸的氧化損傷機制

王飛，朱國斌，呂慧，周學敏

（1.山西醫科大學第二臨床醫學院，山西 太原 030001；2.山西醫科大學第二臨床醫學院心內科，山西 太原 030001）

同型半胱氨酸是存在于人體內的由蛋氨酸代謝過程中產生的一種氨基酸，它是一種多功能分子，主要是對血管內皮細胞產生多種形式的損傷，包括氧化動脈內皮細胞、損傷血管基質、誘導血管平滑肌細胞增殖、改變內皮細胞血栓特性、促進血管炎癥及抑制內皮細胞生長[1]。而同型半胱氨酸作為一種細胞損傷因子，最主要的機制是誘導氧化應激的發生，氧化應激的發生是由于體內氧化機制與抗氧化機制作用失衡，從而產生過多的活性氧自由基，破壞脂質、核酸和蛋白質等構成細胞的基本物質[2]，對生物細胞和組織的功能和結構的完整性產生直接的生物學損傷，氧化應激在多數疾病的發病機制中都發揮著最有害的作用[3]。同型半胱氨酸作為心腦血管事件的獨立危險因素，明確其氧化損傷機制，提高臨床醫師對其的關注，對疾病的診治是有一定裨益的。

1 同型半胱氨酸的分子結構及形成

同型半胱氨酸，是1932年發現的一種氨基酸，因為其化學性質類似半胱氨酸，因此命名為同型半胱氨酸。它是一種含巰基的氨基酸，是蛋氨酸和半胱氨酸正常生物合成時產生的一種中間產物，在酶的催化下，通過腺苷轉移、去甲基化、水解生成，在葉酸、維生素B2、維生素B6、維生素B12等作用下，通過再甲基化或轉硫途徑代謝[4]。同型半胱氨酸以4種不同的形式存在于血漿中：大約1%在血漿中以游離型二硫同型半胱氨酸存在，70%～80%是保持二硫化物與血漿蛋白結合（主要是白蛋白）,20%～30%則是以二硫鍵結合自身形成二聚體的形式存在，還有少部分以其他含巰基的形式存在于血漿中。我們通常所測的血漿同型半胱氨酸的濃度是指總的濃度[5]。

2 氧化應激的發生機制

氧化應激（oxidative Stress，OS）是指體內氧化機制與抗氧化機制作用失衡，傾向于氧化，產生大量氧化中間產物，導致中性粒細胞炎性浸潤、蛋白酶分泌增加，從而產生損傷作用。氧化應激是由自由基在體內產生的一種負面作用，并被認為是導致衰老和疾病的一個重要因素。活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）包括超氧陰離子、羥自由基和過氧化氫等；活性氮自由基（reactive nitrogen species，RNS）包括一氧化氮、二氧化氮和過氧化亞硝酸鹽等。機體存在兩類抗氧化防御機制，一類是酶抗氧化系統，包括超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶和谷胱甘肽還原酶等；另一類是非酶抗氧化系統，包括谷胱甘肽、循環中含巰基的硫醇、麥角硫因、維生素C、A、E、褪黑素、α-硫辛酸、類胡蘿卜素、微量元素銅、鋅、硒等[3]。當活性氧自由基的產生超過抗氧化防御能力時，就可能對生物組織和細胞的功能和結構完整性產生有害影響。

3 同型半胱氨酸誘發氧化損傷的機制

3.1 自動氧化 血漿中的同型半胱氨酸除去極小的一部分是以它的還原形式存在之外，98%是以氧化形式存在，包括游離型同型半胱氨酸、混合二硫化物和同型半胱氨酸硫內酯。同型半胱氨酸的自動氧化是一個比較公認的ROS的形成機制[6]。同型半胱氨酸包含一個反應性巰基，像大多數含巰基的氨基酸一樣，在氧和生理pH的條件下，一般由過渡性金屬離子（鐵和銅）催化，發生有效的自動氧化，可以產生多種形式的活性氧，如超氧陰離子自由基和過氧化氫。同型半胱氨酸的巰基還可以發生單電子氧化反應生成硫自由基或是與另一個含巰基的化合物生成二硫陰離子自由基，而這兩種自由基更易使蛋白質發生氧化。任何帶有巰基的有機化合物都可與同型半胱氨酸反應產生活性氧自由基，如蛋白質、半胱氨酸、谷胱甘肽、γ-谷氨酰半胱氨酸[7]。其中同型半胱氨酸硫內酯是巰基和羧酸之間發生分子內縮合反應形成的，也可能發生在計量單位為微摩爾濃度的血漿中。Necat Yilmaz[3]的研究中提出，同型半胱氨酸代謝轉化為同型半胱氨酸硫內酯，更易與其他蛋白質發生結合反應，產生氧化毒性。

3.2 線粒體改變 Tyagi等[8]在2003年就提出，同型半胱氨酸可以通過引發線粒體膜去極化、細胞色素C的釋放及caspase-9的激活來增加ROS的產生，繼而誘導內皮細胞凋亡。同型半胱氨酸誘導的細胞凋亡與線粒體膜通透性增加和線粒體膜電位的減少密切相關。在細胞實驗中也有報道，經同型半胱氨酸處理的人臍靜脈內皮細胞中線粒體的形態沒有發現異常變化，但線粒體的活性整體是增加的，與正常對照細胞相比，線粒體膜電位確實是改變的，但是具體改變沒有報道。為了評價線粒體功能，Timkova等[9]比較了同型半胱氨酸治療組和正常對照組大鼠線粒體中的呼吸鏈復合物的活性，結果表明，同型半胱氨酸治療后，復合物Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ活性下降，而線粒體呼吸鏈在復合物中生成活性氧主要在于復合體Ⅰ和Ⅲ[10]。經同型半胱氨酸處理后的細胞線粒體復合物I代償性活性增高，無法正常合成有效成分的活性氧，參與細胞的代謝過程，而是擾亂活性氧的生成與代謝平衡，造成氧化損傷。

3.3 抑制抗氧化酶 同型半胱氨酸增加活性氧自由基的產生一部分也歸因于抗氧化防御系統能力的降低。一方面，抗氧化酶的表達和活性降低，包括谷胱甘肽過氧化物酶、超氧化物歧化酶和過氧化氫酶，Melvin R Hayden的研究顯示[11]，這些酶在2型糖尿病和動脈粥樣硬化病變中是減少的，可能與同型半胱氨酸有關。另外一些非酶抗氧化物，如谷胱甘肽和循環中含巰基的硫醇均含有巰基，可與同型半胱氨酸反應生成活性氧，同型半胱氨酸亦可干擾谷胱甘肽的形成。其中研究較多的是損害了谷胱甘肽相關抗氧化防御系統，使其清除有害自由基的能力下降，促進了氧化應激的發生[6]。如果同型半胱氨酸的排出跟不上產生，細胞內積累后可能會成為一種細胞毒性，造成細胞損傷或死亡。

3.4 激活NADPH氧化酶 NADPH氧化酶（NOX）的家族有7個成員，包括 NOX1、NOX3、NOX2、NOX4、NOX5、Duox1 和 Duox2。NADPH氧化酶是由2個存在質膜的亞基（gp91phox、p22phox）、三個胞漿亞基（p47phox、p67phox、p40phox）和小亞基（GTPase、Rac2）組成的酶復合體。酶復合物的激活，可以誘導電子從NADPH轉移到分子氧，導致超氧化物的形成。生理情況下，NADPH氧化酶可通過絲裂原激活蛋白酶（MAPK）和酪氨酸蛋白激酶信號通路，產生一定量的ROS，作為對抗病原體感染的第一道防線，或是信號轉導、免疫功能、激素生物合成功能的活性產物。當血漿中同型半胱氨酸升高時，對NADPH氧化酶產生病理性刺激，發生氧化爆發，生成大量的ROS，有統計顯示[12]，當同型半胱氨酸濃度達到10 mmol/L的水平時，可以最大程度的增加了p38 MAPK磷酸化，從而發生依賴p38 MAPK活化的氧化應激。由Sipkens等[13]也發現作用NOX4易位到線粒體可能與隨后產生的ROS和細胞凋亡有關。同型半胱氨酸可促進氧化低密度脂蛋白的產生，氧化的低密度脂蛋白能夠激活人血管內皮細胞中的NOX4而促進ROS的生成[2]。

3.5 激活基質金屬蛋白酶 四種基質金屬蛋白酶又被稱為彈性纖維蛋白酶：明膠酶（MMP-2）、明膠酶B、彈性蛋白酶和基質溶素，只有MMP-2和明膠酶B的表達作為主動脈平滑肌細胞的潛在酶原，兩者都涉及在動脈疾病，如動脈粥樣硬化和腹主動脈瘤。動脈粥樣硬化斑塊的形成與血管平滑肌細胞的遷移、血管內皮細胞的增殖以及細胞外基質的重塑密切相關。Guo等[14]研究中有過報道，細胞外基質的重塑主要是由基質金屬蛋白酶（MMPs）引起的。Brown等人也在人類冠狀動脈粥樣硬化病變中發現基質金屬蛋白酶的存在，提示MMPs與動脈粥樣硬化的進展密切相關。Marcucci等[15]的體外實驗表明，同型半胱氨酸可以激活基質金屬蛋白酶（MMPs），可以通過ERK-MMP-9的信號軸，引起各種細胞的細胞外基質重塑，目前猜測最關鍵的機制還是氧化應激的發生。再比如房顫的發生會引起心臟的重構，與同型半胱氨酸水平是明顯相關的，與基質金屬蛋白酶調節細胞-細胞和細胞-基質的相互作用也是有關的，但是兩者相互作用的具體機制尚未明確，有待我們進一步研究證實。

4 展望

綜上所述，高同型半胱氨酸引起的氧化損傷是其參與各種疾病的重要機制，有效的控制體內的同型半胱氨酸水平對疾病的轉歸及預后是有很大裨益的。目前已有明確的流行病學研究表明，血清中同型半胱氨酸的水平升高會增加心血管疾病如冠狀動脈疾病、心力衰竭、缺血性腦卒中等疾病的發展的風險[16]。也有大型病例對照回顧性和前瞻性研究表明，空腹狀態及蛋氨酸負荷狀態下同型半胱氨酸水平升高，可導致發生血管的急性或慢性事件，這就證明同型半胱氨酸是這些心腦血管事件的發生是密切相關的[1]。因此，嚴格把握同型半胱氨酸的氧化損傷機制，從根本上嚴格控制體內的同型半胱氨酸水平，將有效的降低一些急性或慢性血管事件的發生率，改善患者的預后。血清同型半胱氨酸的水平也逐漸引起醫務人員及患者的重視，它將可能成為將來身體健康素質評估的基本指標。

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