MTHFR 在胃癌中的研究進展

張盼，王學紅，馬臻棋

(1.青海大學，青海 西寧810000；2.青海大學附屬醫院消化內科，青海 西寧 810000)

0 引言

近年來，由于我國人口老齡化加速，消化道腫瘤發病率及死亡率逐漸增長，一經發現多處于中晚期，預后較差，給社會經濟發展帶來很大負擔[1]，因此早期診斷與治療極為重要。亞甲基四氫葉酸還原酶(MTHFR)是葉酸代謝過程中的關鍵酶，其單核苷酸多態性(SNPs)可能是癌癥的潛在生物學標志，對不同腫瘤有相關易感性，因MTHFR 基因的多態性，當某一位點基因發生突變時，導致MTHFR 活性下降，結果致使缺乏葉酸和S-腺苷蛋氨酸(SAM)。這種缺乏會導致DNA 甲基化不足和基因不穩定，并最終導致癌癥。本文通過分析相關文獻，對MTHFR 在胃癌中的研究進展及可能的發生機制作一綜述，以期為胃癌的早期診斷、治療及預后提供思路。

1 MTHFR 結構與功能

1.1 MTHFR 基因調節

在人體細胞中，MTHFR 蛋白由位于染色體1p36.3 上的MTHFR 基因編碼。MTHFR 具有多種基因多態性，最初被描述有12 個外顯子，在MTHFR 基因中具有多個啟動子和多聚腺苷酸化的幾個位點[2]。MTHFR 能編碼不同變體，最常見的形式是656 個氨基酸的蛋白質，MTHFR 由結合5，10-亞甲基四氫葉酸的N 末端催化結構域和與S 結合的C 末端調節域組成S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosyl methionine,SAM),MTHFR催化5- 甲基四氫葉酸不可逆還原為5,10- 亞甲基四氫葉酸，并在一碳代謝中產生甲基起關鍵作用并參與表觀遺傳調控,MTHFR 活性的調節受到SAM 在C 端調節域的嚴格控制，也受到富含絲氨酸的N 端延伸區上多個磷酸化位點的調節。磷酸化導致MTHFR 活性下調和SAM 變構抑制的上調，磷酸化通過改變酶的活性和非活性狀態的平衡來影響MTHFR 的變構調節，有利于SAM 優先結合的非活性狀態.MTHFR 的活性形式可能會影響5-甲基四氫葉酸的生成，后者是體內葉酸的活性形式，繼而蛋氨酸水平的增加和相關甲基被驅動。

1.2 MTHFR 生理功能

MTHFR 多位點磷酸化的生理功能推測為在高甲硫氨酸條件下，本構的多位磷酸化可確保SAM 最大限度地抑制MTHFR，因此，一碳單元可保留用于嘌呤和dTMP 合成等關鍵過程。在低甲硫氨酸條件下，MTHFR 被去磷酸化并變得更具活性，因此更多的一碳單元被轉移以生產甲硫氨酸和SAM。另外，在對同型半胱氨酸處理過的細胞的結果表明MTHFR 可以被去磷酸化和去抑制，從而為同型半胱氨酸的再甲基化提供5 甲基四氫葉酸(5-CH3-THF)。高濃度的同型半胱氨酸具有毒性，可能引發心血管疾病。因此，MTHFR的去磷酸化和去抑制作用也可能代表細胞緩解高半胱氨酸血癥的反應[3]。

2 MTHFR 參與胃癌發生的早期事件

胃癌(Gastric cancer，GC)在全球癌癥中發病率和死亡率位居第二，早期診斷率、根治性切除率和5 年生存率低，目前其確切病因尚不清楚[4]。幾乎三分之二的胃癌病例和死亡發生在欠發達地區[5]。在中國，幽門螺桿菌感染是胃癌的公認原因，但是各種遺傳因素的變異也影響胃癌的易感性[6]。MTHFR 是葉酸代謝的關鍵酶，它催化5,10-亞甲基四氫葉酸轉變為5-甲基四氫葉酸，這是葉酸的主要循環形式，葉酸參與DNA 修復及DNA 甲基化。DNA 損傷和DNA 甲基化是人體細胞惡變的關鍵因素，葉酸代謝異常可誘導DNA 甲基化發生變異，導致DNA 修復系統效率低下，DNA 去甲基化等其他原因導致的低甲基化均可引起DNA 基因組不穩定。DNA 局部高甲基化也可引起染色體結構的改變，促進雜合缺失或者等位基因的缺失[7]。葉酸在DNA 修復中起重要作用，并參與DNA 甲基化。5-甲基四氫葉酸是高半胱氨酸甲基化為蛋氨酸的甲基供體，蛋氨酸是S-腺苷蛋氨酸(SAM)的前身。SAM是DNA 甲基化的直接甲基供體[8]。由于亞甲基四氫葉酸還原酶基因多態性，當某一位點基因發生突變時，如rs1801133處C 到T 的突變以及rs1801131 處A 到C 的突變會降低MTHFR 酶的活性[8]，并導致缺乏葉酸和SAM。這種缺乏會導致DNA 甲基化不足和基因不穩定，并最終導致癌癥[9]。

葉酸是水果和蔬菜的重要成分，可以賦予抗癌作用。葉酸的重要生物學功能是提供細胞內甲基化反應和從頭合成脫氧核苷三磷酸合成所需的甲基；因此，葉酸缺乏被認為是通過破壞DNA 甲基化和合成以及破壞DNA 修復而致癌的[10]。然而，葉酸需要由包括MTHFR 在內的幾種酶催化的代謝轉化，該酶不可逆地將5、10-亞甲基四氫葉酸轉化為5-甲基四氫葉酸。MTHFR 基因是高度多態的，其中兩個最常見的變異位于核苷酸677(C →T)和1298(A →T)。這兩個位點的變異引起酶活性降低和熱不穩定性，高度微衛星不穩定性(MSI-H)胃癌常表現為DNA 甲基化異常，與葉酸和甲基基團代謝有關的MTHFR 基因多態性變體可能與MSI-H 胃癌的發生有關[7]。Xia 等[11]研究分析表明，MTHFR 677TT 和CT 基因型攜帶者發生胃癌的風險更高；此外，在MTHFR 677T 等位基因攜帶者中也發現了胃癌風險升高。眾所周知，作為MTHFR 677T 攜帶者的個體的MTHFR 活性降低[12]，并且MTHFR C677T 變異基因型的低酶活性與DNA 甲基化不足有關，這可能導致基因組不穩定，從而影響癌基因或腫瘤抑制因子的表達，繼而導致胃惡性腫瘤[13,14]。除此之外，MTHFR 活性低可能會阻止甲基與從頭開始dTMP 合成，這是DNA 合成的限速步驟，通往甲基化途徑[15]。有人提出，葉酸攝入可以調節與MTHFR多態性有關的癌癥風險[16]。當葉酸攝入足夠時，攜帶變異的MTHFR 基因型的個體可能具有降低的風險，因為在這些條件下，盡管仍能確保提供足夠的甲基供體，但通過由于MTHFR活性降低，通過將甲基轉移至核苷酸合成，從而在循環的細胞內途徑中保護葉酸。但是，當葉酸攝入量較低時，變異的MTHFR 基因型攜帶者的DNA 甲基化以及DNA 合成和修復都可能受到損害，進而導致致癌風險增加[15]。

幽門螺桿菌感染是胃癌的重要病因之一，已有研究表明[17]幽門螺桿菌感染影響人胃粘膜甲基化的誘導，提示異常的DNA 甲基化是胃癌早期發生的主要事件之一。在腫瘤發生中，相關研究結果發現，幽門螺桿菌感染與MTHFR C677T 多態性對胃癌風險的影響存在顯著的相互作用，這表明幽門螺桿菌感染胃粘膜可能導致特定基因的轉錄失活，并可能增加DNA 損傷、突變或染色體不穩定性。其研究結果提示MTHFR 677TT 和高葉酸攝入對胃癌的保護作用，并且MTHFR C677T 基因型的作用可能因幽門螺桿菌感染、葉酸消耗和不同的腫瘤部位而不同。胃癌似乎是基因與環境相互作用的結果，需要更大樣本量的進一步研究來證實這種疾病與環境和基因的關系。

葉酸和MTHFR 都可能影響人類癌癥的發展。Chen[18]等在中國人群中進行了一項基于人群的病例對照研究，以探討葉酸攝入量和MTHFR 基因多態性在胃癌中的潛在作用，以及它們與幽門螺桿菌感染和腫瘤位置的相互作用，吸煙和飲酒并沒有改變MTHFR C677T 多態性與胃癌風險之間的關系。相比之下，幽門螺桿菌感染和葉酸攝入均與MTHFR C677T基因多態性有顯著的相互作用：未感染幽門螺桿菌的個體在MTHFR 677TT 基因型時發生胃癌的風險較低。葉酸在合成DNA 合成、復制和修復所需的核苷酸以及DNA 甲基化反應中介導1-碳部分的轉移，這些過程可能在致癌過程中發揮關鍵作用[19,20]。大量攝入富含葉酸的食物更有可能預防某些癌癥的發生。有研究表明葉酸攝入對胃癌風險增加的保護作用在以前的流行病學研究中也觀察到在MTHFR 677TT 基因型的個體中，葉酸攝入量的增加可以大大降低癌癥的風險。

遺傳因素在致癌和癌癥發展中起著至關重要的作用。雖然胃癌經歷高度復雜的工藝，例如：廢除基因表達，異常細胞增殖，凋亡，分化性，增強的存活，免疫監視的逸出，和轉移[21,22]，基因表達或功能的廢除引起遺傳變化，即缺失，擴增和突變是驅使正常胃細胞進入癌細胞的主要力量。MTHFR 1298A＞ C 和677C＞ T 的 多 態 性 會 降 低MTHFR 的 酶 促 活性，從而導致5,10-MTHF 的量增加[23]。5,10-MTHF，TS 和MTHFR 的底物，與TS 和FU 相互作用形成三級復合物，這可能會增強5-FU 的功能。5-FU 是最常見的化療藥物，用于治療包括GC 在內的多種癌癥。Zhao 等[24]研究表明，MTHFR 1298A＞ C 和MTRR 66A＞ G 多態性與GC 患者的生存率有關，MTHFR 單核苷酸多態性(SNPs)可能是癌癥的潛在生物標志物[25]。這表明這些多態性可能是有用的生物標記物，可以更準確地評估中國人的胃癌預后。此外，MTHFR677TT 基因型與多種癌癥的保護作用相關，包括乳腺癌和結直腸癌[26,27]。在不同的研究中觀察到的MTHFR C677T 多態性對胃癌風險影響的差異可能是由于人群背景、樣本量或環境因素和其他因素，強烈需要進一步證實此處觀察到的差異效應。

3 MTHFR 與晚期胃癌

在既往的相關研究中有關MTHFR 參與胃癌晚期浸潤轉移機制研究甚少，但是有報道表明[28]晚期胃癌治療中使用最廣泛的藥物是氟尿嘧啶，氟尿嘧啶轉化為5-氟-dUMP，與胸苷酸合酶(TYMS)和5-10-亞甲基四氫葉酸形成三元復合物，該三元復合物的形成導致TYMS 的持續抑制和DNA 的進一步合成，這被認為是氟尿嘧啶抗腫瘤作用的主要機制[28]。因抗腫瘤活性取決于與葉酸代謝的相互作用，可以說葉酸代謝是氟尿嘧啶抗腫瘤作用的重要途徑，有研究表明，葉酸攝入量的增加與晚期胃癌更好的生存有關系，盡管這種關系的原因目前尚不清楚，但表明了攝入足夠的葉酸對于氟尿嘧啶發揮其抗腫瘤的作用可能很重要。葉酸攝入量過高的患者其細胞毒性也會更高，這表明葉酸攝入不僅在癌細胞中而且在正常組織中都增加了細胞毒性。MTHFR677TT 基因型與胃癌的臨床結局密切相關。MTHFR677C/T 導致丙氨酸被纈氨酸替代，從而誘導酶的熱不穩定變體活性降低[29]。由于MTHFR活性降低可能會導致5-10 亞甲基四氫葉酸的積累，而增多的5-10-亞甲基四氫葉酸可能會產生更緊密的三元復合物從而提高氟尿嘧啶的抗腫瘤功效，在這項研究中，不僅在TT 型中有更好的生存率，而且細胞毒性相對較高，這可能支持TT 型細胞毒性的增加。另外，MTHFR 基因和葉酸之間并沒有發現相互作用，MTHFR677TT 和葉酸的攝入可以互補地增加5-氟-dUMP 的水平，因此增加氟尿嘧啶的作用[30]。

4 總結

綜上所述，胃癌的發生發展是一個及其復雜的過程，MTHFR 參與胃癌的發生、發展，由于臨床上對胃癌的診斷仍存在漏診的情況，目前胃鏡檢查及其黏膜活檢是診斷胃癌的重要手段，而組織黏膜中MTHFR 的檢測有望成為檢測早期胃癌的生物學物質，為胃癌的早期診斷和新的治療提供一種可能性，以及更準確地評估我國的胃癌預后，但目前具體的發生機制尚不明確，因此，需要大樣本，多層次的研究，找到更加充分的支持依據。