MTHFR基因多態性與PSCI的相關性

梁 娜綜述，王 珊，劉亞玲審校

MTHFR(metbrlenetetrahydrofolate reduetase，MTHFR)即亞甲基四氫葉酸還原酶，將5,10-亞甲基四氫葉酸還原為5-甲基四氫葉酸，為同型半胱氨酸(homocysteine，Hcy)代謝、體內嘌呤、嘧啶合成以及DNA、RNA和蛋白質的甲基化修飾過程中提供甲基。MTHFR基因較常見的突變為第四外顯子上的C677T位點。MTHFR基因突變的致病機制主要是影響了甲硫氨酸-葉酸的代謝過程，進一步導致各種神經系統疾病如血管性疾病、卒中后認知障礙(poststroke cognitive impairment，PSCI)、帕金森病(Parkinson disease，PD)、阿爾茲海默病(Alzheimer disease，AD)、偏頭痛等的發生。而隨著卒中及其相關認知障礙研究結果的陸續發表，卒中后認知障礙(post-stroke cognitive impairment，PSCI) 已成為當前國際卒中研究和干預的熱點，因此研究其相關的致病機制及其重要。本文主要綜述MTHFR與PSCI的相關性及其可能的機制，為PSCI的預防提供依據，為進一步臨床研究提供更多思路。

1 MTHFR基因

MTHFR基因cDNA全長2.2 kb，定位于染色體1p36.3，包括11個外顯子和10個內含子。MTHFR基因被確定有14個罕見的與嚴重的酶缺乏癥相關的變異，和1個常見的與輕度酶缺乏癥相關的第四外顯子的C677T位點變異[1]。C677T位點突變導致胞嘧啶(C)被胸腺嘧啶(T)置換，使編碼的氨基酸由纈氨酸變成丙氨酸，產生C/C、C/T、T/T 3種基因型，降低了MTHFR的熱穩定性，導致該酶在37 ℃或更高溫度下活性降低，C/T酶活性(中度風險)為正常的65%左右;T/T酶活性(高度風險)活性只是正常的30%左右[2]。MTHFR為甲硫氨酸-葉酸代謝過程中的關鍵酶，將5,10-亞甲基四氫葉酸還原為5-甲基四氫葉酸，以維生素B12為輔因子，為Hcy轉換為甲硫氨酸提供甲基。因此，C677T位點突變，使MTHFR活性降低，導致高同型半胱氨酸血癥(hyperhomocysteinemia，HHcy)、低甲硫氨酸血癥、低S-腺苷甲硫氨酸血癥(s-adenosy-L-methionine，SAM)、高5,10-亞甲基四氫葉酸血癥、低5-甲基四氫葉酸血癥等。

2 Hcy

Hcy是一種含硫醇的非必需氨基酸，在所有細胞中產生，正常成年人空腹Hcy血漿濃度為5～15 μmol/L，超過15 μmol/L稱為HHcy，根據Hcy升高的程度人為分為輕度(16～30 μmol/L)、中度(31～100 μmol/L)、重度(>100 μmol/L)[3]。MTHFR基因C677T突變主要產生輕中度的HHcy。據報道，輕中度HHcy主要影響血管，包括肌細胞增殖、血管壁纖維化、一氧化氮信號受損、過氧化物生成和促凝血反應[4]，主要與成年人的閉塞性血管疾病相關[5]。胱硫醚β合成酶(cystathionine b-synthase,CBS)缺乏主要產生重度HHcy，又稱為高胱氨酸尿，導致兒童和青少年血栓栓塞和血管損害[5,6]。HHcy是腦卒中和認知障礙的一個強大而獨立的危險因素，并與病理證實的AD相關。

3 PSCI

腦卒中發病率高、 死亡率高、 致殘率高，PSCI更是嚴重影響患者生活質量及生存時間，PSCI已成為當前國際卒中研究和干預的熱點。PSCI指在卒中這一臨床事件后6個月內出現達到認知障礙診斷標準的一系列綜合征， 強調了卒中與認知障礙之間潛在的因果關系以及兩者之間臨床管理的相關性。它包括了從卒中后認知障礙非癡呆(post-stroke cognitive impairment no dementia，PSCIND)至卒中后癡呆(post-stroke dementia，PSD) 的不同程度的認知障礙[7]。

卒中后認知障礙的病因是多因素的，包括血管因素、基因和環境因素。其中可干預的危險因素有HCY、HP、DM、高血脂、肥胖、血管硬化、心肌梗死、心衰、房顫及生活方式如吸煙、飲酒、飲食結構、體力活動等。不可干預的危險因素有年齡、教育水平、性別與種族、遺傳因素等。PSCI相關危險因素多，發生率高，危害嚴重。PSCI在一定范圍內可以被預防，因此研究其可干預的危險因素及針對性的預防，早治療是對亟待解決的問題。

4 MTHFR基因突變致PSCI的可能機制

4.1 MTHFR基因多態性與腦卒中 腦卒中危險因素明確。遺傳因素可能在不同程度上影響卒中的發生發展。Hcy是腦卒中的獨立危險因素，而MTHFR基因突變主要的代謝異常是HHcy，Hcy對血管功能的影響主要有：(1) 損害內皮功能，減少可誘導的NO合成酶；(2)NO介導的腦血管內皮功能障礙；(3)導致血腦屏障滲漏；(4)誘發血栓形成；(5)腦血管缺血導致神經元死亡和tau蛋白纏結沉積；(6)影響脂質代謝，增加膽固醇合成；(7)減少載脂蛋白1的合成；(8)導致大腦淀粉樣血管病[8]。國內外關于677C/T多態性在缺血性卒中的潛在作用的研究報道了不同的結果，對這些結果的解釋目前尚不清楚。既往一些Meta分析表明，MTHFR C677T變異與缺血性腦卒中之間存在一定的相關性，且呈分級、劑量依賴關系[9]。也有一些Meta分析表明，二者之間無顯著相關性。可能與Hcy由除了受MTHFR影響外，還受其他基因及葉酸、維生素B12等物質有關。

4.2 腦卒中與認知障礙 卒中類型、 病變部位、 病灶特點及卒中次數等是PSCI的相關因素。PSCI與卒中病灶大小和部位相關，大致可以分為以下幾種類型：(1)多發梗死型；(2)關鍵部位梗死型；(3)腦小動脈閉塞型(腦小血管病)；(4)腦出血；(5)混合型。卒中部位在左半球，病灶為多部位/大面積及再發/復發/多發患者，其PSCI的發生率則顯著更高(P<0.01)[7]。因此，腦卒中與認知障礙相關，而不同類型的腦卒中認知域也不同，與卒中病變部位有關。

4.3 Hcy與認知障礙 MTHFR基因突變主要的代謝異常是HHcy。HHcy是認知功能損害的一個強大而獨立的危險因素，對認知功能的有害影響主要有：(1)NMDA受體的直接激活導致興奮性毒性神經元死亡；(2)同型半胱氨酸和半胱氨酸亞磺酸激活NMDA受體，通過興奮性毒性導致神經元死亡；(3)產生超氧化物和活性氧，引起氧化應激；(4)抗氧化酶活性降低；(5)β-淀粉樣蛋白的形成和沉積；(6)加強β-淀粉樣蛋白神經毒性反應；(7)激活tau蛋白激酶，如Cdk5，導致tau蛋白纏結沉積；(8)觸發神經元的細胞周期，導致纏結形成和細胞死亡；(9)引起DNA損傷，限制DNA修復，導致細胞凋亡；(10)增加SAH抑制甲基化反應，如淀粉樣蛋白基因啟動子中的DNA胞嘧啶甲基化，引起表觀遺傳效應；(11)抑制PP2A活性導致tau蛋白纏結沉積；(12)抑制磷脂酰乙醇胺的甲基化；(13)刺激內質網應激反應，導致淀粉樣蛋白形成；(14)激活免疫系統；(15)降低兒茶酚胺和其他神經遞質的SAM依賴合成[8]。在病例對照研究中，HHcy與腦小血管病(cerebral small vessel disease，SVD)嚴重程度呈正相關，血漿總Hcy濃度最高患者核磁共振掃描顯示融合的白質疏松，表明更嚴重的SVD[4]，而SVD與認知障礙相關。總之， Hcy能夠通過多種機制導致認知功能障礙，表現為視空間技能、記憶、非文字記憶、信息處理速度等認知領域。

4.4 MTHFR基因多態性與其他代謝產物異常 MTHFR基因突變主要影響甲硫氨酸-葉酸的代謝過程，導致HHcy、低甲硫氨酸血癥、低SAM、高5,10-亞甲基四氫葉酸血癥、低5-甲基四氫葉酸血癥等。重度MTHFR缺乏癥的患者較重度CBS缺乏癥患者平均Hcy低，但神經和血管表現更為明顯，提示Hcy代謝過程中其他代謝物的異常參與臨床表現。輕度MTHFR缺乏與各種非血管性疾病呈正相關，如非血管性心臟病、神經管缺陷、大腸癌和精神分裂癥/抑郁癥。嚴重的MTHFR缺乏癥的患者的大腦脫髓鞘與高Hcy、低甲硫氨酸血癥、低SAM或其他代謝物異常有關[5]。MTHFR缺乏而導致的5,10-甲基四氫葉酸的積累可能與認知異常的發展有關[5]。

根據Dayon等人的研究，血漿中單碳代謝物的水平預示著認知能力的下降[8]。Jun-Hyun Yoo等人研究結果，在正常Hcy組患者中，TT基因型與PSCI不相關；在高Hcy組患者中，TT基因型與PSCI顯著相關；表明Hcy聯合TT基因型導致PSCI，進一步暗示了TT基因型突變時，除了高Hcy，其他代謝物的異常參與了PSCI的發生[5]。 綜上，MTHFR導致PSCI不僅僅局限于Hcy，因此臨床上檢驗其他代謝物質及進行相關研究非常必要。

4.5 MTHFR基因多態性與AD 癡呆已經成為老年人群致死和致殘的主要疾病之一，而阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)是癡呆的首要病因。DNA甲基化在晚發性阿爾茨海默病的發病機制中起重要作用。MTHFR是SAM代謝過程的關鍵酶，而SAM是主要的甲基供體，AD患者腦脊液中SAM水平較低，低SAM水平導致DNA去甲基化，導致AD病理相關基因的過表達，如早老素 (PSEN1)和β分泌酶(BACE1)、β-淀粉樣前體蛋白(APP)裂開酶,增加低甲基化和Aβ1-42沉積[8]。此外，MTHFR基因突變導致HHcy，而Hcy升高被認為是老年人癡呆和認知能力下降的危險因素。

5 MTHFR基因多態性與PSCI

關于MTHFR基因C677T位點突變與PSCI的相關性的研究相對較少。Pengpeng Jin等人發現T等位基因的頻率在血管性癡呆組明顯高于對照組，提示T等位基因頻率升高可能與血管性癡呆發病率有關[10]。Chapman等人發現MTHFR基因與血管性癡呆缺乏顯著的相關性，可能是樣本量不足的原因[5]。Jun-Hyun Yoo等人研究結果表明MTHFR TT基因型可能與高Hcy共同作用導致血管性癡呆[5]。總之，MTHFR基因C677T位點突變與PSCI的相關性結果未有權威的統一結論。

綜上所述， MTHFR基因突變導致PSCI的機制主要為MTHFR基因突變導致HHcy，從而通過一系列機制導致腦卒中的發生及認知障礙，除此之外，MTHFR基因突變影響蛋氨酸及葉酸代謝通路上其他物質的代謝，導致除Hcy之外其他代謝物的異常，進一步影響PSCI的發生發展。因此，未來MTHFR可能是一個強大和獨立的預測PSCI的因素。

MTHFR基因突變是否是獨立致病或是聯合其他危險因素共同致病，尚不清楚。未來的研究應該嚴格制定研究方案、加大研究對象、完善研究資料、及分層分組研究等。醫療相關機構應該有化驗包括同型半胱氨酸、甲硫氨酸、S-腺苷甲硫氨酸、5,10-甲基四氫葉酸、5-甲基四氫葉酸等各種代謝物的能力。 除此之外，還可研究MTHFR基因及其他基因之間的聯合致PSCI的機制，及MTHFR基因突變與其他危險因素是否有聯合致病的可能。未來的研究顯然需要充分描述和識別連接MTHFR和PSCI的關鍵分子通路。