MTHFR基因多態(tài)性及其與大腸癌的相關(guān)性研究

孫全昌，李旭強(qiáng)，鄭紀(jì)寧

(承德醫(yī)學(xué)院，河北承德 067000)

大腸癌是人類主要惡性腫瘤之一,近幾年來在我國特別是大城市有上升趨勢。流行病學(xué)研究表明,環(huán)境因素約占大腸癌歸因危險度的80%,主要與高脂肪、高熱量、低纖維素飲食及少體力活動等因素有關(guān);約20%左右的大腸癌歸因危險度則與遺傳背景有關(guān),不良的飲食習(xí)慣、吸煙、及環(huán)境致癌因素等均可能是大腸癌的主要危險因素。大腸癌的發(fā)生是一個多因素多步驟的過程,是機(jī)體的內(nèi)因與環(huán)境的外因交互作用的結(jié)果。但是，并非所有暴露于上述危險因素的個體均患大腸癌，說明個體之間存在遺傳易感性的差異。研究結(jié)果顯示，葉酸攝入過低或合成減少是大腸癌的危險因素之一。葉酸是人體重要的必需營養(yǎng)素，參與細(xì)胞內(nèi)DNA甲基化和核苷酸合成過程，因此，葉酸缺乏可破壞DNA的正常甲基化，影響DNA合成及修復(fù)，增加細(xì)胞癌變的發(fā)生率，亞甲基四氫葉酸還原酶(MTHFR)是葉酸代謝通路中的關(guān)鍵酶，可介導(dǎo)5,10-亞甲基四氫葉酸轉(zhuǎn)變成葉酸的主要形式5-甲基四氫葉酸(5-MTHF)。所以MTHFR的活性直接影響人體內(nèi)葉酸的濃度，而MTHFR基因多態(tài)性正影響了該酶的活性。

1 MTHFR的生物學(xué)活性及其基因結(jié)構(gòu)

1.1 MTHF在葉酸代謝中的作用 葉酸作為B族維生素之一，其主要生理功能是在生化反應(yīng)中轉(zhuǎn)移一碳單位，即某些氨基酸在分解過程中產(chǎn)生的含有一個碳原子的基團(tuán)，如甲基、亞甲基、次甲基等，為核苷酸單位從頭合成DNA和RNA提供一碳單位。當(dāng)普通飲食中甲基基團(tuán)的含量不能滿足細(xì)胞內(nèi)正常代謝的需要時，甲基基團(tuán)就通過葉酸中帶有的一碳單位獲取，以5-MTHF形式存在的葉酸在蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)镾-腺苷蛋氨酸(S-adenosyl-L-methionine，SAM)中起重要作用，而SAM是DNA甲基化作用最重要的甲基提供者。葉酸缺乏時，其主要的循環(huán)形式5-MTHF水平低下，SAM很快就處于耗竭狀態(tài)，導(dǎo)致DNA中胞嘧啶的甲基化減少。葉酸所提供的一碳單位，對于嘧啶、胸核苷酸和嘌呤的從頭合成途徑至關(guān)重要。在哺乳動物細(xì)胞中，從脫氧尿苷合成胸核苷酸是DNA合成的限速步驟，需要5,10-MTHF作為輔酶。當(dāng)飲食中葉酸不足而導(dǎo)致甲基基團(tuán)匱乏時，生物的甲基化和核苷酸的合成競爭葉酸的輔助作用，SAM的濃度降低，代償機(jī)制使5,10-MTHF轉(zhuǎn)變?yōu)?-MTHF增多，此逆反應(yīng)也包括核苷酸的從頭合成途徑中必需的葉酸。MTHFR催化5,10-MTHF還原為5-MTHF。一方面,5-MTHF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[1]，從而影響正常的DNA代謝;另一方面,5-MTHF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，使血液中同型半朧氨酸再發(fā)生甲基化，生成蛋氨酸(甲硫氨酸)，從而維持血漿同型半朧氨酸的正常水平。

1.2 MTHF的基因結(jié)構(gòu) 1988年,Kang首先發(fā)現(xiàn)一種不耐熱、低活性的MTHFR變異體。1991年，發(fā)現(xiàn)不耐熱的MTHFR呈常染色體隱性遺傳。此后研究發(fā)現(xiàn)，不耐熱的MTHFR在結(jié)、直腸癌的發(fā)病過程中起一定作用。199年,Goyette首次用cDNA技術(shù)將人類MTHFR基因成功克隆并定位。MTHFR基因位于染色體1p36.3,整個編碼區(qū)長980bp,編碼蛋白的分子量為74.6kDa。其氨基酸序列高度保守,90%與鼠MTHFR多肽具有同源性,其外顯子的大小、內(nèi)含子分界位置及內(nèi)含子的大小在人、鼠兩類中具有相似性cDNA序列長2.2kb，包含11個外顯子，長度102-432bp，內(nèi)含子250bp-1.5kb。

2 MTHFR的基因多態(tài)性

2.1 MTHF的基因多態(tài)性C677T 在MTHFR基因上最普通的一個變異是在第4外顯子，677位點上。一個胞嘧啶(C變異成為一個胸腺嘧啶(T)，引起了一個丙氨酸替換纈氨酸的變異，導(dǎo)致酶的活性降低[2,3]，且作為衡量編碼酶活性的指標(biāo)—耐熱性降低到了37℃?，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677TT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。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%。于佳梅等[4]對中國5個民族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。

2.2 MTHFR的基因多態(tài)性A1298C 在MTHFR基因上另一個多態(tài)性位點在第7外顯子上，1298位點上的一個腺嘌呤(A)變異成為一個胞嘧啶(C)，導(dǎo)致一個谷氨酸變異成為一個丙氨基團(tuán)。發(fā)生A1298C變異的MTHFR酶活性也會降低，但是程度低于C677T變異，且不會影響蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性[5]。無論是純合型或是雜合型的A1298C變異，都不會出現(xiàn)血漿同半胱氨酸升高或是血漿葉酸水平降低，在這一點上也與C677T純合型變異不同[6]。相對于C677T位點，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%。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8%-9%，貴州荔波漢族、布依族和苗族分別為28.9%、16.1%，10.6%。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%[7]。

3 MTHFR基因多態(tài)性與大腸癌的關(guān)系

MTHFR基因與腫瘤的關(guān)系是近年來國內(nèi)外研究的熱點，以往的研究表明，MTHFR基因多態(tài)性與食管癌、胃癌、肺癌、乳腺癌、大腸癌、宮頸癌、子宮內(nèi)膜癌和白血病等許多腫瘤有關(guān)，但是結(jié)果不盡相同。MTHFR基因與胃癌和肺癌的研究中，國內(nèi)報道較多，并且認(rèn)為C677T和A1298C在胃癌和肺癌的發(fā)生中起重要作用。從生物學(xué)的角度上來說，認(rèn)為是多態(tài)性以及基因所處環(huán)境的聯(lián)合作用共同影響了腫瘤的發(fā)病率更為合理，結(jié)果應(yīng)該不單單是葉酸的攝入量就能夠決定的。所以，很多研究都同時考慮到了多個因素，比如年齡、性別、吸煙狀況、飲酒狀況、葉酸攝入情況、藥物使用情況等等。

3.1 MTHFR多態(tài)性與飲酒、吸煙習(xí)慣之間的關(guān)系 酒精，作為葉酸的拮抗劑，自從Stocks1957年首次報道每日飲啤酒者結(jié)直腸癌發(fā)病的風(fēng)險較非飲酒者有所增加以來，國內(nèi)外已有多個同類研究，但均為得出一致結(jié)論。蔣沁婷等[8]對研究對象的飲酒狀態(tài)，分析不飲酒、過去飲酒與現(xiàn)在飲酒與MTHFR677CT和1298AC之間的聯(lián)合作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，MTHFR1298C多態(tài)在非飲酒者中為結(jié)直腸癌的保護(hù)因素，而在過去飲酒者中，就是結(jié)直腸癌的危險因素。Ma等[9]對飲酒的半定量分析結(jié)果標(biāo)明，以攜帶CC基因型的少量或不飲酒為參照，攜帶TT基因型的少量或不飲酒者、中量飲酒者和大量飲酒者的結(jié)直腸癌發(fā)病風(fēng)險分別降低7倍、1倍和不降低。Chen等[10]報道，每周飲酒5次或5次以上可拮抗TT基因型的結(jié)直腸癌風(fēng)險保護(hù)效應(yīng)。這些研究結(jié)果提示，飲酒可削弱甚至拮抗677T的結(jié)直腸癌風(fēng)險保護(hù)效應(yīng)。高長明等[11]研究結(jié)果顯示，在男性中，有飲酒習(xí)慣者發(fā)生結(jié)直腸癌的危險性均顯著升高;MTHFRA1298C基因型，以及吸煙和飲茶習(xí)慣與結(jié)直腸癌易感性之間無顯著相關(guān)。張艷玲等[12]報道，MTHFR C677T多態(tài)性與吸煙、酒之間存在交互作用。

3.2 MTHFR多態(tài)性與大腸癌發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系 Kono等[13]對10個國家的16項關(guān)于結(jié)直腸癌與MTHFR基因突變關(guān)系的研究進(jìn)行了總結(jié)，大部分研究結(jié)果顯示C677T純合突變是直腸癌的一個遺傳保護(hù)因子;但是，當(dāng)體內(nèi)葉酸缺乏時，677T/T基因型與增加直腸腺癌的危險性有關(guān)。Haghighi等[14]研究伊朗人群MTHFRC677T基因型與非家族性結(jié)直腸癌的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)此基因型與結(jié)直腸癌的危險性呈負(fù)相關(guān)，特別是對血清中存在高水平葉酸的患者。Levine等[15]的研究也得出相似的結(jié)果。Murtaugh等[16]通過病例對照研究表明，葉酸攝入與直腸癌危險性的降低有關(guān)，這種危險性的降低發(fā)生在677T/T基因型的女性，而不發(fā)生在男性中，提示MTHFR 677T/T基因型在女性中起保護(hù)作用，而1298C/C基因型無論男女均起保護(hù)作用。Hubner等[17]還對25個人群MTHFRC677T基因型與大腸癌的關(guān)系進(jìn)行Meta分析，結(jié)果表明:與C/C基因型相比，MTHFR 677T/T與大腸癌的危險性降低有關(guān)。國內(nèi)張艷玲等[12]對MTHFR C677T和A1298C多態(tài)性進(jìn)行了檢測，結(jié)果表明:MTHFR 677C/T和1298A/C組合型基因是結(jié)直腸癌的危險因素。但Gallegos-Arreola等[18]對墨西哥人群的研究卻提示，MTHFR 677C/T基因型與結(jié)直腸癌的易感性呈正相關(guān)。Huang等[19]對MTHFR多態(tài)性與大腸癌和腺瘤的關(guān)系進(jìn)行Meta分析，結(jié)果亦未能證明C677T和A1298C與結(jié)腸腺瘤有關(guān)。對A1298C位點的研究相對較少，而且結(jié)果不一;關(guān)于MTHFR C677T多態(tài)性與直腸腺癌的7項研究表明，它們之間沒有明顯的相關(guān)性，二種截然不同的結(jié)論可能反映了不同種族MTHFR基因多態(tài)性對結(jié)直腸癌易感性的差異。

4 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[20]。對于代謝基因多態(tài)性與大腸癌的遺傳易感性研究尚處于起步階段,而大腸癌發(fā)生具有明確的階段性，為其遺傳易感性研究提供了很好的機(jī)遇。對一些致癌或抑癌物代謝有關(guān)的基因多態(tài)與大腸癌的關(guān)系進(jìn)行研究，將有助于揭示大腸癌的遺傳易感性機(jī)制，有利于進(jìn)一步匯集大腸癌高危人群。對大腸癌的高危因子(吸煙、飲酒)與代謝基因多態(tài)之間及多態(tài)基因之間的交互作用的進(jìn)一步研究，將有利于揭示大腸癌病因機(jī)制，并可能為癌癥的化學(xué)預(yù)防及基因治療開辟新的途徑。

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