亞甲基四氫葉酸還原酶基因多態(tài)性與環(huán)境相互作用對疾病發(fā)生的影響*

陳 娟 蔡 艷

(1 泰山醫(yī)學院，山東 泰安 271000；2 濟南市婦幼保健院，山東 濟南 250001)

5,10-亞甲基四氫葉酸還原酶 (5,10-methylenetetrahydro - folate reductase，MTHFR)是依賴葉酸的酶，是葉酸代謝過程的關鍵酶，也是同型半胱氨酸(homocysteine，Hcy)重新甲基化為甲硫氨酸所需要的關鍵酶，可催化還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸( NADPH)介導的從5,10-亞甲基四氫葉酸到5-甲基四氫葉酸的不可逆的還原反應，生成體內(nèi)最主要的甲基供體，參與多種重要的生化反應[1].目前，隨著分子生物學技術的發(fā)展越來越多的研究表明：MTHFR的活性影響人體內(nèi)5,10-MTHF 和5-MTHF的水平，進而導致甲基化反應不完全，嘧啶錯誤摻入 DNA鏈的合成，使DNA合成障礙，潛在地影響腫瘤細胞的起源及生長的表達[2]。近年來國內(nèi)外有不少關于該基因與疾病關系的研究報道，在葉酸代謝中起關鍵作用的亞甲基四氫葉酸還原酶基因多態(tài)性被認為與多種出生缺陷及腫瘤性疾病有關，本文主要集中介紹以下幾個方面。

1 MTHFR的生物學特性

MTHFR作為必需氨基酸甲硫氨酸循環(huán)的甲基供體，參與體內(nèi)約有50多種物質(zhì)的合成[3]。如下圖所示,MTHFR參與的代謝反應過程: ① HCY被重新甲基化為甲硫氨酸。在此過程中，Hcy在VitB12和甲硫氨酸合酶的共同作用下，接受MTHFR催化5 ,10 -亞甲基四氫葉酸還原為5-甲基四氫葉酸而產(chǎn)生的甲基，發(fā)生再甲基化形成Met[4]；而MTHFR基因突變導致酶活性下降，可使同型半胱氨酸(Hcy)轉(zhuǎn)變?yōu)榧琢虬彼?Met)的過程出現(xiàn)障礙，造成葉酸水平降低及高同型半胱氨酸(Hhcy)血癥，致DNA低甲基化，從而造成一系列的病理改變，引發(fā)多種疾病的發(fā)生[5]。

圖1 MTHFR參與的葉酸代謝路徑

酶：MTR 甲硫氨酸合酶；MTHFR 5，10-亞甲基四氫葉酸還原酶

輔酶：THF 四氫葉酸；Methyl B12 甲維生素B12；

甲基化循環(huán)代謝產(chǎn)物：SAH S-腺苷半胱氨酸；SAM S-腺苷甲硫氨酸；

②當MTHFR基因位點發(fā)生多態(tài)性突變使得酶活性降低，體內(nèi)5,10-MTHF水平波動，進而使dUMP到dTMP的反應過程甲基化障礙，尿嘧啶錯誤的摻入DNA雙鏈的合成中，形成暫時性的缺口；而兩個相對的缺口可導致染色體斷裂及各種潛在地基因組異常[6]，提高了自然突變和DNA損傷易感性及DNA復制風險性的機率，影響腫瘤抑制因子及致癌基因的表達，增加了各種出生缺陷和腫瘤性疾病的發(fā)生。

2 MTHFR基因多態(tài)性

基因遺傳性多態(tài)與疾病發(fā)生、發(fā)展關系是目前醫(yī)學研究的熱點，對人群中MTHFR基因多態(tài)的分布情況了解，有助于深入認識發(fā)病機制。現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，MTHFR基因已發(fā)現(xiàn)20余個多態(tài)性位點，以下對目前研究較多及研究的結(jié)果相對有意義的位點進行簡單介紹。

2.1C677T C677T是MTHFR基因最常見的錯義突變，是單核苷酸多態(tài)性。Frosst[7]等發(fā)現(xiàn)此位點不易受外界環(huán)境影響而發(fā)生突變，若發(fā)生突變則使高度保守的丙氨酸被纈氨酸所取代，進而導致酶的活性降低，葉酸代謝障礙，DNA合成和甲基化異常(圖2)。目前已有國內(nèi)外研究報道，此位點的突變可能與多種疾病相關，比較常見的是習慣性流產(chǎn)、心腦血管疾病、男性不育[8]、腫瘤、血液病[9,10,11]等等,所以對677位點突變影響疾病的討論成為研究熱點.

圖2 MTHFR基因677位點基因突變

2.2A1298C Nathalie M等[12]報道了MTHFR的另一個常見突變1298 A→C突變,可以使使谷氨酰胺轉(zhuǎn)變丙氨酸從而導致基因一個酶切位點消失，此過程與MTHFR的酶活力降低有顯著相關性，也與HCY濃度的升高和葉酸水平的降低有顯著相關性; 研究認為,1298A→C突變是僅次于677位點增加神經(jīng)管畸形(NTD)、唇腭裂、自然流產(chǎn)等[13]發(fā)生風險的另一個遺傳危險因素。

2.3G1793A Rady等[14]在2002年報道了一個新的突變位點G1793A，此位點位于MTHFR基因第11外顯子，它的基因突變使得精氨酸(Arg)轉(zhuǎn)變?yōu)楣劝彼?Glu),并產(chǎn)生BrsbI酶切位點，1793位點可以是獨立因素也可以合并其他因素影響疾病的發(fā)生，如妊娠期高血壓、心血管疾病，自然流產(chǎn)等[15,16]；并且其等位基因突變，雜合子基因型與野生型個體相比較，雜合頻率高于純合未突變及純合突變。

2.4T1059C和T1317C 這兩個位點研究的相對少一些，據(jù)報道T1059C基因多態(tài)性和美國西部人群開放性神經(jīng)管缺陷發(fā)生密切相關[17];而T1317C位點則是一個靜息位點，對血漿和體內(nèi)葉酸的蓄積沒有影響[18].

3 基因與環(huán)境相互作用對疾病的影響

3.1唇腭裂(Cleft Palate) 唇腭裂是一種多基因遺傳所導致的頜面部先天畸形，對于唇腭裂的發(fā)病而言，環(huán)境因素的作用不可忽視，特別是與易感基因的綜合作用是引起胎兒發(fā)育異常的重要原因。一些環(huán)境因素經(jīng)檢測證實為影響唇腭裂發(fā)生的風險因素，包括病毒、細菌及感染，藥物作用(服用抗癲癇藥物、止吐藥物、類固醇藥物、抗過敏、抗癌藥物)，內(nèi)分泌(精神或損傷性因素),營養(yǎng)因素(孕早期嘔吐、偏食厭食導致的葉酸和微量元素的缺乏)以及照射X線、吸煙、酗酒等[19,20]. 另外，唇腭裂的發(fā)生有著較強的遺傳因素，唇腭裂有相當部分是遺傳的，目前在MTHFR上發(fā)現(xiàn)和唇腭裂有關的突變位點共有14個，其中最常見的是C677T和A1298C 2個位點。Van Rooij[21]等報道母親為MTHFR 677TT基因型且孕期未用葉酸或服用葉酸的劑量較低，其后代患唇腭裂的風險較高；母親為MTHFR 1298CC其后代有唇腭裂的風險增高7倍，吸煙飲酒且有MTHFR基因突變攜帶狀態(tài)的患者其不良妊娠的發(fā)病率更高。

3.2肺部腫瘤(Lung Cancer) 基因與環(huán)境相互作用被認為在人類常見腫瘤疾病病因中占據(jù)重要位置?，F(xiàn)已知道的是環(huán)境危險因子包括空氣污染，在組織中被代謝后的產(chǎn)物可能是致癌的。煙，被認為是多種化學致癌物的混合物，亦導致各種類型的癌癥，包括：肺癌、膀胱癌、上呼吸道腫瘤及骨髓細胞性白血病等。不吸煙者暴露于煙草煙霧繚繞環(huán)境和空氣污染的環(huán)境中，肺癌或其他癌癥的發(fā)生率增加。同時遺傳性多態(tài)現(xiàn)象涉及到基因的代謝作用也對肺癌的發(fā)生有重要影響，MTHFR為甲硫蛋白的合成提供甲基團，并且間接地為DNA甲基化提供甲基，因此它控制著DNA穩(wěn)定性或誘導突變發(fā)生[22]；而突變的等位基因則降低了酶活性，隨之而來的增加Hcy水平和癌癥的風險性。Margaret R[23]選擇了1051名研究組和1141名對照組病人來研究MTHFR基因突變頻率和肺癌發(fā)生之間的關系及基因與環(huán)境之間的相關性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)女性患者中1298AA頻率明顯少于1298CC頻率，可能會增加肺癌發(fā)生的風險。同樣的結(jié)果也包括C677T位點，但是G1793A位點未得到相同的結(jié)論。同時進一步對環(huán)境與疾病的研究表明： 女性人群飲食中攝入維生素B12、B6、葉酸和蛋氨酸且不抽煙者，其腫瘤的發(fā)生率明顯低于那些不攝入此飲食且有長期吸煙史的人群。

3.3消化系統(tǒng)腫瘤(Gastric Tumor) 消化系統(tǒng)腫瘤在腫瘤死亡率中占第二位，在很多國家特別是高收入國家，過去的十年里其發(fā)病率逐漸下降，但在歐洲及國際上仍是致死率高的疾病。Stefania[24]等研究發(fā)現(xiàn)葉酸代謝途徑中涉及到的一些營養(yǎng)素如VitB12、VitB6、甲硫氨酸、飲酒和吸煙，與血漿葉酸水平和MTHFR基因多態(tài)性一起相互作用，決定癌癥發(fā)生的風險性；飲酒且合并雜合子基因型與飲酒但是合并野生型個體相比較，葉酸水平處于正常值邊緣或是低于正常值，胃癌發(fā)生率要高出5倍。已有研究報道，乙醇通過減少葉酸吸收和促進排泄來干擾葉酸代謝(圖3)，而且新鮮水果和蔬菜的攝入和胃腸道腫瘤風險性之間存在相反關系，即攝入這些物質(zhì)越多其腫瘤發(fā)生率相對越低一些，并且這種關系在10后觀察更明顯。國內(nèi)也報道，MTHFR變異基因型增加非賁門部胃癌發(fā)生的危險，變異基因型與新鮮蔬菜、水果攝入少和常飲酒在賁門癌發(fā)生中存在交互作用， 與豆制品和新鮮水果低攝入在非賁門部胃癌發(fā)生中存在交互作用[25]。總之，在消化系統(tǒng)腫瘤致癌作用過程中，MTHFR基因突變和環(huán)境交叉作用，影響葉酸代謝、DNA合成及甲基化作用，從而增加了癌癥的發(fā)生。

圖3 乙醇攝入可能腫瘤發(fā)生的機制

3.4復發(fā)性流產(chǎn)(Recurrent Spontaneous Abortions，RSA) 生育年齡的婦女反復自然流產(chǎn)的發(fā)生率為1%～3%，其原因比較復雜，由多種原因所造成，染色體異常是最常見的原因；除此之外還包括解剖、內(nèi)分泌、感染、母體全身性疾病和免疫功能異常等因素，其中40%～70%原因不明。越來越多的專家致力于自然流產(chǎn)的研究表明，過多的接觸放射線、砷、鉛、甲醛、苯和氧化乙烯等化學物質(zhì)等均可引起自然流產(chǎn)[26]。近年國內(nèi)外關于MTHFR基因突變與自然流產(chǎn)的相關性報道日益增加，Callejon.G[10]等選擇原因不明的RSA患者MTHFR基因進行了多個位點的多態(tài)性分析，以探討易感基因與RSA的關系。結(jié)果顯示突變位點的純和突變和雜合突變基因頻率在RSA人群中占有明顯優(yōu)勢，并且聯(lián)合突變的情況只發(fā)生于RSA人群中。國內(nèi)也進行了類似的研究，并采用時間分辨熒光方法檢測紅細胞葉酸水平，最低葉酸水平出現(xiàn)于RSA組，而最高者出現(xiàn)于正常對照組，RSA組紅細胞葉酸水平明顯低于對照組，證明葉酸濃度是影響RSA的獨立危險因素，提示葉酸缺乏使RSA的危險增加。

3.5心腦血管病(Stroke) 在我國心腦血管疾病是導致死亡和喪失勞動能力的最常見原因。其中缺血性疾病最常見約占病因的80%；其次是出血性疾病，多由蛛網(wǎng)膜下腔出血和大腦出血引起。傳統(tǒng)的心腦血管病因素包括高血壓、吸煙、糖尿病、動脈纖維化、肥胖等在內(nèi)，只占疾病發(fā)生的60%，仍有部分病因不明。最近幾年來，國外開展了一些相關基因遺傳多態(tài)性研究，包括MTHFR、血管緊張素(ACE)、血管緊張素原、一氧化氮合成酶(NOS)等等基因。研究發(fā)現(xiàn)心腦血管疾病發(fā)生過程中有顯著的遺傳成分起作用，而MTHFR基因多態(tài)性與之密切相關，其基因突變編碼產(chǎn)物涉及到血液代謝、栓子形成和免疫發(fā)生等都被認為是潛在危險因子[27]。Hcy升高已被認為是其發(fā)病的獨立危險因素，MTHFR基因的遺傳變異可通過改變血漿Hcy的水平，從而改變機體對某些疾病的易感性。同時國內(nèi)進行的流行病學調(diào)查研究表明：飲食及營養(yǎng)、氣候及地理環(huán)境、毒物吸煙均對腦血管發(fā)病起重要作用，從而推測心腦血管病是多種環(huán)境因素在遺傳基礎上協(xié)同交互作用引起的多因素疾病。

4 結(jié) 論

本文簡單探討了MTHFR基因多態(tài)性與環(huán)境協(xié)同作用對疾病發(fā)生的影響，隨著生活水平的提高和膳食結(jié)構(gòu)的變化，葉酸缺乏呈上升趨勢，加上環(huán)境污染，出生缺陷和腫瘤的發(fā)病人群日益增加，應當引起注意。目前普遍的觀點認為這些疾病是內(nèi)在遺傳易感因素和環(huán)境致畸因素共同作用所導致，研究分析發(fā)現(xiàn),基因多態(tài)性和環(huán)境接觸之間具有正相加交互作用,說明在MTHFR基因型的遺傳背景下同時暴露于不利環(huán)境中，疾病發(fā)生的危險性大大增加。因此對攜帶易感基因型的高危個體實施干預策略,積極控制相應的環(huán)境因素,對降低不良妊娠及出生缺陷的發(fā)病率、預防疾病的發(fā)生及提高生存質(zhì)量都可能起到明顯的作用。

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