亞甲基四氫葉酸還原酶基因多態(tài)性對臨床合理用藥的指導(dǎo)意義

馬軍 牛曉強(qiáng) 李青山

藥物在治療疾病的同時(shí)，也存在著不良反應(yīng)。在美國，即使合理使用治療藥物，每年仍有200萬以上的住院患者(占總住院患者的6.7%)出現(xiàn)嚴(yán)重不良反應(yīng)，其中死亡人數(shù)約為10萬(占總住院患者的0.3%)，由于藥物不良反應(yīng)而死亡的人數(shù)列于各種原因死亡人數(shù)的第5位［1］。在上述不良反應(yīng)中，其中部分原因源于人類遺傳基因的多態(tài)性。亞甲基四氫葉酸還原酶(Methylenetetrahydrofo-late reductase，MTHFR)是葉酸代謝的限速酶，催化5，10-亞甲基四氫葉酸還原為5-甲基四氫葉酸，前者是是胸苷酸合成的重要原料之一，參與DNA的合成與修復(fù);后者是體內(nèi)主要的甲基供體，參與DNA甲基化。基因MTHFR對于DNA的合成，活化以及修復(fù)有著極為重要的調(diào)控作用，其功能的異?？蓪?dǎo)致DNA正常功能不能維持［2］，從而造成一系列的病理改變，引發(fā)多種疾病。導(dǎo)致不同患者對藥物的敏感性和耐受程度不同。本文就近年來MTHFR基因多態(tài)性方面研究和臨床藥物效應(yīng)的關(guān)系進(jìn)行了綜述。

3 MTHFR的生化特性及功能

MTHFR是甲硫氨酸一葉酸代謝中的一個(gè)關(guān)鍵酶，它將體內(nèi)的5，10-亞甲基四氫葉酸還原為5-甲基四氫葉酸，成為體內(nèi)葉酸的主要活性形式。一方面5-甲基四氫葉酸作為細(xì)胞內(nèi)一碳單位的載體，參與嘌呤和嘧啶的合成，并為DNA、RNA和蛋白質(zhì)的甲基化提供甲基［3］，從而影響正常的DNA代謝;另一方面5-甲基四氫葉酸作為甲基供體，在甲硫氨酸合成酶的催化下，以維生素B12為輔酶，使血液中同型半胱氨酸再發(fā)生甲基化，生成蛋氨酸(甲硫氨酸)［4］，從而維持血漿同型半胱氨酸的正常水平。

越來越多的研究表明，正常的MTHFR活性能夠保持循環(huán)葉酸和甲硫氨酸池的有效性，保證DNA合成和甲基化的正常進(jìn)行，并維持體內(nèi)同型半朧氨酸的正常水平。相反，MTHFR酶活性的改變會(huì)導(dǎo)致5-甲基四氫葉酸生成障礙，從而造成同型半脫氨酸再甲基化障礙，引起高半胱氨酸血癥、高半胱氨酸尿癥和血漿低甲硫氨酸;同時(shí)也會(huì)影響DNA合成和甲基化，進(jìn)而影響許多腫瘤的遺傳易感性和患者對藥物的敏感性和耐受程度不同。

2 MTHFR基因的多態(tài)性

MTHFR基因有多種突變類型，不同的突變類型對MTHFR的酶活性和熱穩(wěn)定性產(chǎn)生不同的影響。至今，已發(fā)現(xiàn)MTHFR基因上有近30個(gè)SNP位點(diǎn)，其中已有18個(gè)cSNP在GenBank數(shù)據(jù)庫登陸。其中常見的突變主要有下述幾種。

2.1 677C-T突變 1995年，F(xiàn)rosst等［5］在冠心病患者體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了MTHFR C677T突變位點(diǎn)，該位點(diǎn)位于MTHFR基因第4個(gè)外顯子葉酸鹽結(jié)合位點(diǎn)上，是目前發(fā)現(xiàn)的MTHFR基因最常見的不耐熱錯(cuò)義突變。該突變引起的MTHFR活性下降會(huì)導(dǎo)致飾型半胱氨酸的轉(zhuǎn)硫基和甲基化過程出現(xiàn)障礙，引起血中同型半朧氨酸水平升高、甲硫氨酸含鼻下降，進(jìn)而產(chǎn)生高半朧氨酸血癥、高半耽氨酸尿癥和低甲硫氨酸血癥。

2.2 1298A-C突變 1997年，Viel等［6］在一名卵巢癌患者體內(nèi)確定了MTHFR基因的第2個(gè)常見多態(tài)位點(diǎn)A1298C，此突變位于第7個(gè)外顯子的一個(gè)調(diào)節(jié)區(qū)域內(nèi)，導(dǎo)致編碼的谷氨酸(Glu)被丙氨酸(Ala)取代，從而產(chǎn)生了一個(gè)Mbo II限制性酶切位點(diǎn)。該突變通過SAM抑制劑影響酶的調(diào)節(jié)，使其活性減弱。與C677T突變不同的是，其純合子和雜合子個(gè)體均未見明顯的血漿同型半膚氨酸升高和葉酸降低。然而，具有A1298C和C677T復(fù)合突變的雜合子個(gè)體表現(xiàn)出與C677T純合突變個(gè)體同樣的血漿高同型半朧氨酸和低葉酸，其MTHFR活性較野生型降低40%［7］。

2.3 1059T-C突變 1999年發(fā)現(xiàn)MTHFR 1059T-C等位基因頻率存在于85%的美國中西部愛荷華州人群，被稱作沉默突變［8］。

3 MTHFR基因多態(tài)性在不同人群中的分布

MTHFR在不同的人群分布不同，目前國內(nèi)外研究較多的是C677T和A1298C兩個(gè)多態(tài)位點(diǎn)?，F(xiàn)有的資料表明，MTHFR基因677C-T突變頻率在不同國家、同一國家不同地區(qū)及同一地區(qū)不同民族的分布有顯著差異。歐洲人677T等位基因頻率在22%-44%之間，其中意大利人較高，為44% ，且677T/T，純合子頻率達(dá)18%。非洲撒哈拉地區(qū)黑人677T等位基因頻率為7%且未發(fā)現(xiàn)有純合突變［9］。而居住在巴西、美國的非洲人后裔其677T等位基因頻率在5% ～24%不等。亞洲人中，日本人677T等位基因頻率為34%［9］。于佳梅等［10］對中國5個(gè)民族MTHFR基因多態(tài)性進(jìn)行了研究，結(jié)果漢族人677T等位基因頻率為40%，達(dá)斡爾族人為45%，認(rèn)為亞洲人MTHFR基因677C-T突變頻率偏高。

相對于C677T位點(diǎn)，A1298C突變基因在人群中分布的研究較少。以往的研究顯示:C等位基因頻率在亞洲人為17% ～19%，西歐為 27% ～36%，非洲為 39%［9］。A1298C等位基因頻率在南美洲的資料較少。中國北方漢族為20%，少數(shù)民族為9% ～8%，貴州荔波漢族、布依族和苗族分別為28.9%、16.1%，10.6%［11］。對于 677C-T/1298A-C 復(fù)合突變，加拿大人突變頻率為15%，荷蘭人為 20%，美國人為 7%［11］。

4 MTHFR基因多態(tài)性與疾病的關(guān)系

4.1 MTNFR基因與出生缺陷 在MTHFR基因與出生缺陷關(guān)系的研究中，幾乎所有的焦點(diǎn)都集中在神經(jīng)管缺陷(neural tube defects，NTDs)，盡管MTHFR基因突變頻率在不同國家和民族分布不同，但來自不同地區(qū)的大量研究均證實(shí)母親MTHFR 677C-T突變是生育NTD患兒的遺傳風(fēng)險(xiǎn)因素。李克深等［12］認(rèn)為，母親MTHFR基因C677T多態(tài)與NTD的發(fā)生有關(guān);而Shaw等［13］認(rèn)為，子代而非母親或父親純合突變基因型是NTDs發(fā)病的重要遺傳因素。荷蘭的一項(xiàng)研究表明，如果胎兒及母親均是MTHFR C677T純合子，則出生NTDs患兒的風(fēng)險(xiǎn)升高7倍［12］。

MTHFR基因A1298C突變是第2個(gè)與NTDs發(fā)病相關(guān)的危險(xiǎn)因子，相對于C677T突變位點(diǎn)，此位點(diǎn)的研究較少。有報(bào)道顯示A1298C純合子母親出生NTDs患兒的幾率升高6.23倍［13］。與MTHFR基因多態(tài)性關(guān)系密切的另一種出生缺陷是D～綜合征，資料顯示D～綜合征患者額外的21號染色體93%是母源性的［14］。因此，母親的基因或代謝異常是發(fā)生Down綜合征的主要危險(xiǎn)因素。近年來的許多研究表明母親MTHFR基因突變可導(dǎo)致MTHFR活性降低，使作為甲基間接供體的5-甲基四氫葉酸生成障礙，從而導(dǎo)致DNA低甲基化和染色體不分離。

另外，Van Rooij等［15研究了179例唇裂伴或不伴有愕裂的家庭及204名對照家庭，結(jié)果表明MTHFR C677T基因型在孕前未服用葉酸或低葉酸飲食以及二者兼具的母親生育唇鱷裂患兒的風(fēng)險(xiǎn)分別升高5.9，2.8和10.1倍，MTHFR 1298C/C基因型母親如果未補(bǔ)充葉酸且低葉酸飲食，則出生唇胯裂患兒的風(fēng)險(xiǎn)升高6.5倍。

4.2 MTHFR基因與心腦血管疾病 1988年，Kang等［16］第1次報(bào)道了冠心病患者中MTHFR基因突變純合子比對照組高3倍多，隨后，又首次報(bào)道了212名北美洲患者中由于MTHFR變成一種不耐熱形式而使酶活性降低50%，其中大約17%患有冠狀動(dòng)脈疾病。此后，多項(xiàng)研究報(bào)道了C677T突變是研究的熱點(diǎn)，但結(jié)論并非完全一致。Sain等［17］認(rèn)為，攜帶MTHFR 677T1T基因型的個(gè)體血漿同型半胱氨酸的濃度明顯偏高，而且多數(shù)個(gè)體患心血管疾病的危險(xiǎn)性明顯增高。日本的一項(xiàng)研究也表明，MTHFR基因C677T多態(tài)性與早發(fā)性中風(fēng)、腦缺血以及腦出血有密切的關(guān)系。國內(nèi)滕路等［18］檢測了62例動(dòng)脈粥樣硬化性腦梗死患者和79名對照者的C677T突變的基因型，認(rèn)為MTHFR基因C677T突變型等位基因與動(dòng)脈粥樣硬化性腦梗死有一定的關(guān)聯(lián)，突變基因型增加了動(dòng)脈粥樣硬化腦梗死的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。

4.3 MTHFR基因與腫瘤疾病 MTHFR基因與腫瘤的關(guān)系是近年來國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，目前，NCBI上關(guān)于該領(lǐng)域的文獻(xiàn)已達(dá)336篇。以往的研究表明MTHFR基因多態(tài)性與結(jié)腸癌、食管癌、胃癌、肺癌、乳腺癌、宮頸癌、子宮內(nèi)膜癌和白血病等許多腫瘤有關(guān)。Kon等［19］對10個(gè)國家的I6項(xiàng)關(guān)于結(jié)腸癌與MTHFR基因突變關(guān)系的研究進(jìn)行了總結(jié)，發(fā)現(xiàn)大部分研究結(jié)果均顯示C677T純合突變是直腸癌的一個(gè)遺傳保護(hù)因子;對A 1298 C位點(diǎn)的研究相對較少，而且結(jié)果不一;關(guān)于MTHFRC677T多態(tài)性與直腸腺癌的7項(xiàng)研究表明，它們之間沒有明顯的相關(guān)性，但是，當(dāng)體內(nèi)葉酸缺乏時(shí)，677TlT基因型與增加直腸腺癌的危險(xiǎn)性有關(guān)。MTHFR基因與胃癌和肺癌的研究中，國內(nèi)報(bào)道較多，并且認(rèn)為C677T和A1298C在胃癌和肺癌的發(fā)生中起重要作用，有的的研究表明C677T等位基因也是宮頸癌和子宮內(nèi)膜癌的危險(xiǎn)因素。國外有學(xué)者分別研究了MTHFR C677T和AL298C兩個(gè)多態(tài)位點(diǎn)與成人和兒童急性淋巴細(xì)胞白血病(ALL)易感性之間的相關(guān)性，但結(jié)果不盡相同。并且，有研究顯示葉酸代謝途徑中的胸腺嘧啶合成酶及絲氨酸經(jīng)甲基轉(zhuǎn)移酶基因也存在多態(tài)性分布與ALL相關(guān)［20］。因此，這些酶與ALL的相關(guān)性可能是由于它們的各種基因多態(tài)對葉酸代謝各個(gè)途徑發(fā)生作用的綜合結(jié)果。

4.4 MTHFR基因與妊娠相關(guān)疾病 妊娠相關(guān)疾病包括妊娠高血壓綜合征、流產(chǎn)、早產(chǎn)、胎兒宮內(nèi)發(fā)育遲緩、胎盤早剝等。1997年，Sohda等［21］首次報(bào)道了 MTHFR C677T突變等位基因頻率在先兆子痛患者中明顯增高，并認(rèn)為MTHFR基因C677T突變是先兆子痛的一個(gè)遺傳危險(xiǎn)因子。從此，國內(nèi)外開始了對MTHFR基因與先兆子痛和流產(chǎn)等妊娠相關(guān)疾病關(guān)系的研究，然而結(jié)論并非完全一致，而且機(jī)制不明一，有待于進(jìn)一步研究。

5 MTHFR基因多態(tài)性與藥物敏感性的關(guān)系

目前，METHFR基因多態(tài)性與藥物敏感性關(guān)系的研究主要集中在化療藥物。化療能改善癌癥患者的癥狀，延長生存，但任存在緩解期短，長期生存率低的問題，特別是相同的化療方案針對不同的患者得到的結(jié)果不同，這種現(xiàn)象說明患者之間的藥物敏感性方面存在差異。眾多研究表明，METHFR基因多態(tài)性可影響癌癥患者化療藥物療效、不良反應(yīng)狀況。

某研究［22］對44例成人 ALL患者，探討 METHFR基因多態(tài)與HDMTX化療后毒副作用的關(guān)系，結(jié)果顯示HDMTX化療對擁有METHFRC677T T等位基因患者的毒副作用高于攜帶METHFRC677T C等位基因的野生型基因型。余慧等［23］對兒童ALL患者的研究中也有相同的發(fā)現(xiàn):METHFR 677位突變的白血病患兒發(fā)生MTX毒副反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)為未突變者的11.3倍。Frosst等［24］報(bào)道，METHFR677 CT 和 TT 基因型的酶比活性分別僅有METHFR677 CC基因型的65%和30%。MTX通過競爭性地抑制四氫葉酸還原酶，在葉酸代謝途徑的上游降低還原型葉酸含量，同MTX共同引起毒副反應(yīng)。也有研究發(fā)現(xiàn)，METHFRA677T TT基因型存在體內(nèi)普遍DNA低甲基化［25］。隨著葉酸代謝途徑中胸腺嘧啶合成酶及絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶基因多態(tài)分布與ALL易感性關(guān)系的研究進(jìn)展，研究者推測這些關(guān)鍵酶多態(tài)性在不同人群中分布的差異可能是造成上述結(jié)果的原因?；蚨鄳B(tài)間可能相互協(xié)同，相互制約，其錯(cuò)綜復(fù)雜的原因造成毒副反應(yīng)的不一，有關(guān)這些因素還需進(jìn)一步用實(shí)驗(yàn)證實(shí)。

在乳腺癌，胃癌等患者已檢測METHFR基因多態(tài)性與化療毒性及臨床有效性的報(bào)道。唐金海等［25］對61例乳腺癌患者，探討METHFR基因多態(tài)與乳腺癌化療療效的關(guān)系。不同化療方案亞組分析顯示METHFRC677T T/T基因型患者的有效性可能高于其他基因型患者，METHFRA1298CA/A基因患者的化療敏感性也明顯高于其他基因型患者，但無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

6 展望與思考

MTHFR在機(jī)體代謝中起重要作用，MTHFR基因突變使酶活性降低，耐熱性下降，血漿葉酸水平降低、同型半朧氨酸濃度增高，進(jìn)而導(dǎo)致許多疾病的發(fā)生［26，27］。心腦血管疾病、出生缺陷、妊娠相關(guān)疾病以及糖尿病、結(jié)腸癌、白血病、精神疾病等均是多因素疾病，因此，MTHFR引發(fā)疾病易感性的確切機(jī)制尚不清楚，國內(nèi)外學(xué)者目前對MTHFR基因多態(tài)性與疾病易感性的研究結(jié)果又不盡相同。因此，進(jìn)一步研究MTHFR基因多態(tài)性，將為中國人群基因多態(tài)性數(shù)據(jù)庫的建立提供相關(guān)數(shù)據(jù)以及不同人群的起源、分化和疾病易感性提供理論依據(jù);深人研究該基因多態(tài)性與疾病的關(guān)系及其機(jī)制對于防治多種疾病的發(fā)生發(fā)展有重要意義。

MTHFR基因多態(tài)性與藥物敏感性的關(guān)系研究主要集中化療藥物，眾多研究表明，乳腺癌，胃癌，ALL等疾病患者已檢測METHFR基因多態(tài)性與化療毒性及臨床有效性有關(guān)。研究初步結(jié)果顯示，MTHFRC677T基因多態(tài)性對指導(dǎo)ALL，乳腺癌患者個(gè)體化治療具有較高的應(yīng)用價(jià)值。今后有必要進(jìn)一步擴(kuò)大病例數(shù)，對研究結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證，以進(jìn)一步提高研究結(jié)果的應(yīng)用價(jià)值。期望將來在臨床用藥過程中可以通過抽取外周血，提取DNA進(jìn)行基因型分型來預(yù)測藥物敏感性和耐受性，為患者早期制定治療方案，實(shí)現(xiàn)個(gè)體化用藥提供依據(jù)。

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