同型半胱氨酸與阿爾茨海默病相關性的研究進展

李英杰，王冰潔，王秋芬

(陸軍第八十一集團軍醫院神經內科，河北 張家口 075000)

衰老似乎是必然的，有許多關于衰老的理論。年齡相關性細胞功能低下引起神經變性和認知功能減退，從而影響生活質量。人的一生中，積累性損傷、基因突變、代謝變化、細胞能量衰竭、變異蛋白質清除障礙、高同型半胱氨酸血癥(hyperhomocysteinemia，HHcy)最終引起組織變性。隨著年齡增長，腎功能減退、營養缺乏、同型半胱氨酸 (homocysteine,Hcy)再甲基化和轉硫輔因子缺乏引起Hcy水平升高，因而HHcy是機體老化的一個顯著特點[1-2]。阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)是65歲以上老年人中最常見的一種癡呆，75歲以上人群中25%～50%發生癡呆[3-4]。針對AD，目前尚無明確或特效的治療，只能干預可控的危險因素[5]。Hcy被認為是AD的獨立危險因素，其借助于葉酸、維生素B12和三甲基甘氨酸再循環為蛋氨酸，或通過維生素B6作為輔助因子轉化為半胱氨酸。因此，簡單的藥物干預可降低Hcy水平。然而，B族維生素治療AD的效果仍存在爭議。有臨床研究顯示，AD患者可從降低Hcy水平干預治療中獲益[6]，而有些研究認為無效。考慮到AD給家庭和社會造成的沉重負擔，對于阻止或延緩AD進展的任何治療，即使是輕微的改善，也應被考慮。現就Hcy與AD相關性的研究進展予以綜述。

1 Hcy的合成與代謝途徑

人體不能從食物中獲取Hcy，Hcy由蛋氨酸通過多個步驟生物合成[7]：蛋氨酸在S-腺苷蛋氨酸(S-adenosyl methionine，SAM)合成酶(亦稱蛋氨酸腺苷轉移酶)的作用下，來自ATP的腺苷轉移到蛋氨酸生成SAM；SAM在甲基轉移酶的作用下，提供甲基給受體分子(如DNA、RNA、神經遞質)，產生S-腺苷同型半胱氨酸(S-adenosyl homocysteine，SAH)；SAH通過SAH水解酶產生腺苷和Hcy。Hcy主要通過轉甲基和轉硫基途徑最終分別生成蛋氨酸和半胱氨酸，Hcy亦可通過甲硫氨酰tRNA合成酶轉化為同型半胱氨酸硫內酯(homocysteine thiolactone，HTL)。Hcy的代謝依賴蛋氨酸合成酶、亞甲基四氫葉酸還原酶(methylenetetrahydrofolate reductase，MTHFR)、亞甲基四氫葉酸-同型半胱氨酸甲基轉移還原酶、胱硫醚-β-合成酶(cystathionine-β-synthase，CBS)、 甜菜堿-同型半胱氨酸甲基轉移酶、甘氨酸-N-甲基轉移酶的功能及輔助因子(包括葉酸、維生素B12、維生素B6等)的參與。

2 影響Hcy代謝的因素

酶基因遺傳錯誤或酶缺乏與Hcy水平直接相關[2]。CBS在人體肝、腎、肌肉、腦和卵巢表達，CBS缺乏是Hcy水平升高的最常見原因，不同種族中CBST833C基因多態性可引起輕度HHcy，然而并不是所有CBS基因多態性均導致HHcy，C699T和T1080C基因多態性可增強葉酸降低Hcy的作用。MTHFR和蛋氨酸腺苷轉移酶基因缺陷可分別造成MTHFR C677T和甲硫氨酸合成酶A2756G基因多態性，在葉酸和維生素B12水平降低及高血鉛濃度情況下，MTHFR C677T基因型的個體有較高的HHcy發生風險。與正常基因型的個體相比，缺乏葉酸和維生素B12MTHFR C677T基因型HHcy的發生率可分別增加2.5和2.6倍[8]。葉酸和維生素B12、維生素B6、維生素B2等B族維生素缺乏可引起HHcy，B族維生素為水溶性，很容易通過排尿丟失，其缺乏常見于老年人。老年人常發生腎臟的結構和功能變化，腎功能下降影響Hcy排泄，進而引起HHcy[9]。很多藥物可干擾Hcy代謝，如考來烯胺散和二甲雙胍干擾胃腸維生素類藥物吸收；用于降脂治療的貝特類藥物和煙酸類衍生物直接干擾葉酸和Hcy代謝；甲氨蝶呤和抗驚厥藥物(如卡馬西平、丙戊酸鈉)破壞葉酸代謝。口服避孕藥3個月后，血清Hcy水平明顯升高。研究認為，口服避孕藥中甾類化合物可被轉化為機體內過氧化物或其他自由基，從而刺激Hcy合成；且口服避孕藥降低了降解Hcy的輔因子的生物利用度[10]。因此，不合理用藥可能會抵消藥物的治療作用。蛋氨酸是哺乳動物中一種主要的氨基酸，是食物中獲取Hcy的唯一來源，故高蛋氨酸飲食可引起HHcy。另外，不良生活方式(吸煙、飲酒等)也與Hcy水平升高有關[11]。

3 Hcy與AD的相關性

Hcy水平與年齡具有顯著相關性，隨著年齡增加，HHcy的發病率顯著升高，因而HHcy是衰老的一個顯著特征[1]。HHcy可能導致多種年齡相關性疾病：高血壓、心腦血管病、聽力下降、慢性腎病、神經變性病。Hcy水平升高是形成AD的危險因素之一，在80歲以上非癡呆健康人群中，高Hcy水平與執行功能/言語表達下降有關[12]。據報道，Hcy水平超過14 μmol/L的老年人在10年中發生癡呆的風險是低Hcy水平者的2倍，Hcy水平每增加5 μmol/L，癡呆發生風險相應增加40%[13]。此外，與健康對照者相比，癡呆人群存在輕至中度HHcy，然而在確診AD的人群中Hcy對認知功能損害特異性作用的研究有限[14]。

AD患者在磁共振成像上表現為腦萎縮和白質高密度，老年人的Hcy高于基線水平與AD患者內側顳葉和輕度認知障礙患者全腦快速萎縮以及腦室擴大進展有關[15]，Hcy積累加劇了高血壓對認知功能，尤其是對白質損害的影響[16-17]。在瑞典進行的一項群體研究對60歲以上老年人進行為期6年的觀察發現，Hcy水平升高與全腦容積缺損增加率有關，與高血壓患者的白質損害進展有關[18]。N-乙酰天冬氨酸與認知功能有關，老年女性Hcy水平升高與左側海馬N-乙酰天冬氨酸水平降低相關[19]；氫質子磁共振波譜臨床研究顯示，與認知功能正常的健康老年人相比，AD患者腦組織內的N-乙酰天冬氨酸水平降低[20]。據AD神經影像學計劃數據集，在血漿Hcy水平升高的老年受試者中，3D皮質灰質表面分布圖(厚度、體積、表面積)顯示兩側額葉、頂葉、枕葉及右側顳葉區域皮質厚度減小[21]。有研究顯示，Hcy水平升高直接影響幾乎所有白質的完整性[22]。

4 Hcy引起神經變性的機制

4.1介導炎癥反應 Hcy介導的炎癥反應與腦萎縮和神經變性疾病(包括AD)有關，其通過抑制多種酶(包括Na+,K+-ATP酶、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶)的活性和減少谷胱甘肽含量產生神經毒性[23]。還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase，Nox)是一個多亞基復合體，作為活性氧類(reactive oxygen species，ROS)的主要來源，在氧化應激中扮演重要角色，Hcy及其代謝產物通過激活Nox異構體Nox2和Nox4的功能亞基gp91phox，產生ROS，從而激活膠質細胞[24]。在小膠質細胞中，Hcy通過調節亞基p47phox磷酸化，激活Nox2，導致小膠質細胞增殖和活化，氧化還原平衡破壞和ROS產生過量促進大腦皮質神經細胞死亡。ROS激活核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3，NLRP3)炎癥小體。同樣，HHcy也可激活NLRP3炎癥小體[25]。先天性免疫傳感器NLRP3炎癥小體控制半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1和ROS介導的白細胞介素(interleukin，IL) -1β和IL-18，從而觸發炎癥反應[26-27]。NLRP3炎癥小體激活，促進年齡相關性認知損害[28]。

在HHcy Cbs+/-小鼠模型中，基質金屬蛋白酶2、基質金屬蛋白酶9、基質金屬蛋白酶13的激活可增加腦血管通透性，從而促進Nox激活和氧化應激[29]。腦血管通透性增加促進纖維蛋白原-β淀粉樣蛋白(amyloid β-protein，Aβ)復合體生成，引發神經炎癥，導致記憶喪失。

4.2促進炎癥因子釋放 HHcy與海馬腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、IL-1β、IL-6和單核細胞趨化蛋白水平升高有關；同樣，大腦皮質IL-1β和IL-6水平升高，TNF-α、IL-1β和IL-6過度釋放也與老年相關性神經變性疾病有關[30-31]。在大鼠中，慢性HHcy可引起海馬和血清中的促炎癥因子(TNF-α、IL-1β、IL-6)及趨化因子表達增加[32],而IL-1和IL-6過度釋放與神經受損、記憶喪失有關[33]。盡管HHcy可直接或間接引起腦組織損害，但臨床關于外周血中上述炎癥標志物與AD及HHcy的關系尚不確定，尚不能預測AD的發生[34]，這些炎癥標志物的實用性有待進一步闡明。

4.3損害一氧化氮合酶 Hcy損害一氧化氮合酶活性，引起內皮功能障礙，從而增加心腦血管事件發生風險。其中，腦小血管病的特點為腦小動脈肥大和適應性血管舒張功能喪失[35]。嚙齒動物研究表明，Nox2激活導致腦小動脈結構和功能障礙部分是由于內皮型一氧化氮合酶失活[36]。可見，Nox2激活和內皮型一氧化氮合酶失活是腦小動脈病的關鍵驅動因素，而腦老化的共性特征為腔隙性腦梗死、微出血、腦白質疏松和血腦屏障滲漏。在敲除CBS的小鼠模型中，血漿Hcy水平升高引起腦微循結構性改變是因為Nox激活和ROS生成[37]。

4.4激活興奮性氨基酸受體 Hcy引起的神經元細胞死亡也可由N-甲基-D-天門冬氨酸(N-methyl-D-aspartate，NMDA)受體過度激活、氧化應激和細胞色素C釋放引起。Hcy及其自身性氧化產物是內源性代謝型谷氨酸受體激動劑，它們通過與NMDA受體的谷氨酸位點結合而發揮作用。Hcy對NMDA受體的谷氨酸N1/2A具有高度親和力，持續性NMDA受體通道激活誘導突觸傳遞興奮性增強，Ca2+過度激活，觸發神經變性級聯反應[38]。突觸外NMDA受體激活，促進淀粉樣前體蛋白表達和Aβ生成[39]。

4.5干預血紅素加氧酶-1表達 Hcy以量效方式減少大腦皮質星形膠質細胞表達血紅素加氧酶-1[40]。生理條件下，血紅素加氧酶-1表達水平較低。然而，在AD患者腦組織神經原纖維纏結、老年斑、神經纖維網和顆粒空泡變性內血紅素加氧酶-1表達顯著增加[41]。與同齡非癡呆對照者相比，在癡呆患者的海馬和大腦皮質表達血紅素加氧酶-1的膠質纖維酸性蛋白陽性的星形膠質細胞數量顯著增多[42-43]。正常腦內血紅素加氧酶-1低水平表達，在AD中其表達顯著增加，可能提示受累處遭受氧化損傷、細胞正在試圖保持氧化還原狀態。

4.6增強5-脂氧合酶(5-lipoxygenase，5-LO)活性 高水平Hcy增加5-LO活性，促進AD淀粉樣變性基因表達[44-45]。Hcy降低DNA甲基轉移酶水平，導致5-LO基因低甲基化。SAH水解酶過表達可阻止Hcy誘導的5-LO激活和Aβ寡聚體生成。有學者對CBS缺陷小鼠進行研究發現，5-LO蛋白及其信使RNA水平明顯升高[46]。Hcy通過5-LO基因啟動子的低甲基化直接影響5-LO表達，Hcy對5-LO酶通路的作用是繼發于5-LO 轉錄上調。體外實驗證實，Hcy誘導的5-LO激活及Aβ形成的機制為DNA的低甲基化，其繼發于SAH水平升高[3]。可見，5-LO激活促進炎癥反應，而5-LO及其下游因子白三烯代謝產物是氧化和炎癥反應的重要調節劑。

4.7介導HTL神經毒性 Hcy的神經毒性可由其代謝產物HTL介導，HTL影響蛋白翻譯后修飾，HTL修飾后的細胞色素C發生構象改變，六聚體變成五聚體，從而影響非極性組裝，使得血紅素成分減少，細胞色素C的過氧化物酶樣功能激活[47]。Hcy和HTL累積意味著異常蛋白質折疊及蛋白聚體沉積，即所謂的“淀粉樣變性”。雖然血漿中HTL濃度相對較低，但其化學反應活躍，HTL通過非酶促反應與多種蛋白結合，導致靶向蛋白功能異常。HHcy的AD患者，血管及腦實質Aβ沉積水平升高，Hcy和HTL共同促進纖維蛋白原與Aβ之間的反應，促進緊密纖維蛋白凝塊形成[48]。

另外，Hcy累積通過誘導內質網膜蛋白發狀分裂相關增強子，激活胱天蛋白酶3，導致Aβ1～40肽積聚而發生淀粉樣沉積[49]。

5 干預Hcy對AD的療效

AD是世界范圍內的常見病，隨著人口老齡化其患病率逐漸上升。在對AD缺乏治愈的情況下，越來越需要明確哪些治療能夠減緩AD的認知障礙進展，使得這些患者保留持久適當的生活能力。然而，一些可供選擇的藥物效果有限。觀察性研究結果表明，HHcy和AD存在一定的因果關系[3]，因此降低Hcy水平能否延緩AD進展引起學者們的關注。葉酸和維生素B12作為輔助因子參與Hcy甲基化轉化為蛋氨酸，一項基于人群的隊列研究顯示，約65%的HHcy病例是由于缺乏葉酸、維生素B12或維生素B6不足[14]。維生素B12或葉酸水平降低引起腦結構變化，腦萎縮比例增加，故缺乏葉酸和B族維生素飲食可引起神經元功能障礙、近期記憶喪失[50]。補充葉酸能夠預防老年人腦卒中和延緩癡呆[51]，針對維生素B12缺乏的心房顫動老年患者服用甲鈷胺可降低腦卒中和晚發型癡呆風險[52]，但這種保護作用仍存在爭議。一項來自11個大型臨床試驗共納入22 000例受試者的Meta分析顯示，服用B族維生素降低Hcy水平不能改善認知功能或認知老化[53]。在AD早期(即輕度認知障礙期)，服用B族維生素能夠降低腦萎縮比例、認知損害程度和癡呆的轉換率；然而在病程晚期(即已確立AD)，增加維生素攝取能夠阻止認知損害的證據有限[14]。一項針對AD患者的隨機對照試驗顯示，相關維生素治療總體上不能減緩認知損害進展[3]。Kwok等[54]發現，與安慰劑組相比，Hcy≥13 μmol/L組受試者接受B族維生素Mattis癡呆評定量表中結構域部分評分輕度下降。另一項研究報道，B族維生素對于正常Hcy水平受試者的認知功能沒有改善[55]。這表明，只有在Hcy水平異常升高的情況下補充B族維生素才可能減輕認知損害。

有數據顯示，維生素B12和維生素B6可減緩AD和認知功能下降相關區域的灰質萎縮[56]。AD患者HHcy與25-羥維生素D和葉酸缺乏有關，在維生素D缺乏患者中，血清25-羥維生素D水平與葉酸水平降低有關，提示低維生素D水平和高Hcy水平共存，其共同參與了炎癥反應，從而誘發微血管損傷，因此維生素D聯合葉酸能改善老年人認知功能、防止 AD[57]。

MTHFR基因多態性見于5%～20%的北美和歐洲人群，MTHFR基因突變導致酶活性降低，繼而引起Hcy累積。研究顯示，MTHFR功能缺陷純合子突變小鼠的Hcy水平升高[58]。MTHFR多態性可能促進晚發型AD，MTHFR多態性與后扣帶回灰質形態變化有關[59]。MTFHFR缺陷導致小腦、海馬和丘腦DNA甲基化、谷氨酸及γ氨基丁酸水平明顯降低，且還能影響海馬功能，從而導致認知和運動功能障礙。

6 小 結

Hcy水平升高是機體老化的標志之一，目前Hcy的神經毒性作用及其對腦萎縮的直接影響已經明確。因為HHcy只是AD進展過程中許多危險因素之一，雖然糾正HHcy能否防治AD還存在爭議，但B族維生素和抗氧化治療對于降低腦血管病或炎癥風險有益，臨床上觀察到的AD患者Hcy水平升高不能僅用 B族維生素水平來解釋，其他的非飲食因素，如Hcy代謝過程中的酶缺陷也可以造成AD患HHcy及其神經毒性作用。就作為AD患者病情進展的HHcy這一危險因素而言，個體化治療及優化干預策略仍有待進一步研究。未來，可考慮開發新藥以恢復參與Hcy再甲基化和轉硫途徑酶的功能。