同型半胱氨酸與葉酸在惡性腫瘤中的研究進展Δ

楊 婧，俞 靜

(1.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京潞河醫(yī)院腫瘤中心，北京 101100； 2.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院腫瘤中心，北京 100050)

自1969年當時美國哈佛大學(xué)的病理學(xué)家Kilmer McCully提出同型半胱氨酸(homocysteine，HCY)與動脈粥樣硬化有關(guān)的假說以后，高同型半胱氨酸血癥與相關(guān)疾病發(fā)生的關(guān)系日益受到人們的關(guān)注。越來越多的研究結(jié)果表明，高同型半胱氨酸血癥不僅與心腦血管疾病、慢性腎臟病、糖尿病和肝臟疾病等疾病相關(guān)，在惡性腫瘤方面，其與乳腺癌、結(jié)直腸癌和肺癌等的發(fā)生也存在一定的關(guān)系[1-2]。

1 HCY的代謝途徑

1.1 HCY的生成

HCY是一種含硫氨基酸，是營養(yǎng)必需氨基酸——甲硫氨酸代謝的中間產(chǎn)物。甲硫氨酸是體內(nèi)甲基供體，通過轉(zhuǎn)甲基作用參與各種生理過程。甲硫氨酸在甲硫氨酸腺苷轉(zhuǎn)移酶催化下，通過ATP參與，生成S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosyl-methionine，SAM)，即活性甲硫氨酸。SAM在甲基轉(zhuǎn)移酶的作用下，將甲基轉(zhuǎn)移至另一種物質(zhì)而變成S-腺苷同型半胱氨酸，進一步脫去腺苷，生成HCY。這目前被認為是脊椎動物體內(nèi)HCY產(chǎn)生的唯一途徑。

1.2 HCY的降解

HCY主要通過轉(zhuǎn)甲基及轉(zhuǎn)硫基途徑進行分解代謝，這2種途徑分別占體內(nèi)HCY代謝的50%。(1)5-甲基四氫葉酸向HCY提供甲基，使其再甲基化生成甲硫氨酸。該反應(yīng)需要甲硫氨酸合成酶(methionine synthetase，MS)的催化，其輔酶是維生素B12。維生素B12缺乏時，5-甲基四氫葉酸上的甲基不能轉(zhuǎn)移，影響HCY向甲硫氨酸的轉(zhuǎn)化。HCY的另一個甲基供體為甜菜堿，是在甜菜堿-同型半胱氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶(betaine-homocysteine methyltransferase，BHMT)的催化下，再甲基化為甲硫氨酸。BHMT只存在于哺乳動物的肝臟和靈長類動物的腎臟中。(2)HCY可通過胱硫脒β合成酶(cysteine beta synthase，CBS)催化，與絲氨酸縮合生成胱硫醚。胱硫醚被γ-胱硫醚酶水解為半胱氨酸和α酮丁酸。上述2個反應(yīng)都需要維生素B12作為輔基，受絲氨酸和維生素B6水平影響，為不可逆反應(yīng)，將HCY從甲硫氨酸循環(huán)中消除，使最終生成的谷胱甘肽或硫酸鹽經(jīng)尿液排出(見圖1)。由于HCY代謝過程中各種酶及輔因子異常，使其釋放到細胞外液，引起高同型半胱氨酸血癥[3-4]。

MTHFR：5，10-亞甲基四氫葉酸還原酶；CBS：胱硫醚β合成酶； MS：甲硫氨酸合成酶；BHMT：甜菜堿同型半胱氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶； SHMT：絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶。圖1 同型半胱氨酸代謝示意圖

2 HCY與葉酸代謝

葉酸進入體內(nèi)，在二氫葉酸還原酶的催化作用下，形成其活化型，即四氫葉酸。四氫葉酸是一碳單位的載體，一碳單位通常結(jié)合在四氫葉酸分子的N5’、N10位上，生成5-甲基四氫葉酸、5’，10-甲炔四氫葉酸和5’，10-甲烯四氫葉酸等物質(zhì)。四氫葉酸相當于一碳單位代謝的輔酶，介導(dǎo)一碳單位參與到體內(nèi)核酸及氨基酸的代謝。

葉酸進入體內(nèi)，經(jīng)一系列反應(yīng)，生成5-甲基四氫葉酸，HCY可以接受5-甲基四氫葉酸提供的甲基，重新生成甲硫氨酸，形成一個循環(huán)。甲硫氨酸在體內(nèi)通過轉(zhuǎn)甲基作用進行分解代謝，產(chǎn)生SAM，SAM是體內(nèi)最重要的甲基直接供給體，其進一步轉(zhuǎn)變?yōu)镠CY。實際上，5-甲基四氫葉酸向甲硫氨酸循環(huán)提供甲基，上述循環(huán)中生成的SAM再向體內(nèi)各物質(zhì)提供甲基，因此，5-甲基四氫葉酸可以看做是體內(nèi)甲基的間接供體(見圖1)。

除了葉酸水平對HCY濃度產(chǎn)生影響外，甲硫氨酸循環(huán)中還涉及其他輔助因子，對HCY的濃度也會產(chǎn)生一定影響。如CBS基因、MS基因等突變，維生素B6缺乏，腎功能減退，飲酒、吸煙及大量飲用咖啡、茶等因素，均會導(dǎo)致HCY濃度升高。研究結(jié)果表明，40歲以后血漿HCY水平隨年齡增長而明顯增高，男性高于女性，但女性絕經(jīng)后平均HCY水平與男性的差異不顯著，說明雌激素可能會影響HCY水平。另外，干擾或抑制葉酸代謝的藥物，如甲氨蝶呤，也有升高HCY水平的作用[5]。

3 HCY、葉酸與腫瘤

惡性腫瘤的發(fā)生，被認為與不可逆的基因序列改變及可逆的表觀遺傳學(xué)修飾相關(guān)。表觀遺傳學(xué)研究非DNA序列改變所導(dǎo)致的可遺傳的基因表達水平的變化，主要包括DNA甲基化、組蛋白修飾、非編碼RNA調(diào)控、染色質(zhì)重塑和基因沉默等。

葉酸在體內(nèi)的主要生理作用，一方面是作為原料及輔助因子，參與核苷酸合成，另一方面是參與甲硫氨酸循環(huán)，成為體內(nèi)甲基直接供體。葉酸缺乏，影響DNA合成及DNA穩(wěn)定性，使基因序列改變；葉酸向HCY提供的5-甲基四氫葉酸減少，導(dǎo)致HCY不能向甲硫氨酸轉(zhuǎn)化而蓄積于體內(nèi)。

HCY水平升高，可導(dǎo)致體內(nèi)DNA異常甲基化。在腫瘤形成過程中，DNA異常甲基化，包括整個基因組整體甲基化水平降低和部分區(qū)域(啟動子區(qū)的CpG島)甲基化水平異常升高，DNA甲基化這種修飾方式，能關(guān)閉某些基因的活性，去甲基化則可誘導(dǎo)基因的重新活化和表達。抑癌基因的超甲基化及癌基因的去甲基化，被認為參與腫瘤的發(fā)生[6-7]。近年來一些研究認為，多種惡性腫瘤如乳腺癌、結(jié)直腸癌及肺癌等患者均存在血HCY水平異常，提示HCY可能具有成為惡性腫瘤疾病監(jiān)控、治療及預(yù)后評價指標的潛在價值[8-10]。一項來自中國臨床醫(yī)師的研究，納入了320例研究對象，該研究包括七個研究組，分別為正常對照組，低危、高危腺瘤組和Ⅰ—Ⅳ期直腸癌組，研究結(jié)果證明，血漿HCY水平與直腸癌的發(fā)生、發(fā)展具有顯著的相關(guān)性，而血漿HCY、癌胚抗原水平的聯(lián)合檢測與直腸癌的發(fā)生、發(fā)展具有更顯著的相關(guān)性[11]。另一項關(guān)于原發(fā)性肝癌與HCY相關(guān)性的研究得出結(jié)論，HCY、α-L-巖藻糖苷酶(alpha-L-fucosidase，AFU)與糖類抗原CAl9(CA19-9)聯(lián)合診斷具有較高的靈敏度(83.5%)、特異度(92.5%)和準確度(93%)；Logistic回歸分析以及受試者工作特征曲線分析結(jié)果提示，HCY+AFU+CAl9-9聯(lián)合診斷優(yōu)于單獨指數(shù)診斷，具有很高的診斷效能[12]。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，乳腺癌患者血漿HCY水平與乳腺癌的發(fā)生呈正相關(guān)，同時伴有葉酸水平的降低[13-14]；晚期惡性腫瘤患者血漿HCY濃度高于早期患者，認為HCY可能作為腫瘤標志性指標，提高腫瘤早期診斷率[15-16]。Pirouzpanah等[17]對伊朗患者進行的一項研究結(jié)果也顯示，乳腺癌患者血漿HCY水平升高。我國學(xué)者在關(guān)于我國乳腺癌患者血漿HCY水平與葉酸代謝過程中涉及的基因多態(tài)性的研究中發(fā)現(xiàn)，血漿HCY濃度與乳腺癌發(fā)病風(fēng)險呈正相關(guān)[18]。SHMT C1420T突變可能與乳腺癌易感性呈負相關(guān)，A2756G和MTRR A66G突變可能與乳腺癌風(fēng)險呈正相關(guān)。Durda等[19]在肺癌患者中開展了關(guān)于葉酸水平及基因多態(tài)性的臨床研究，入組了366例肺癌患者和366例對照受試者，檢測了兩組患者血葉酸水平和亞甲基四氫葉酸還原酶、蛋氨酸合成酶及蛋氨酸合酶還原酶等基因水平。該研究結(jié)果顯示，肺癌患者平均血清葉酸水平明顯低于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.002)；而且隨著血清葉酸水平的升高，肺癌的發(fā)病率降低；低血清葉酸水平與肺癌發(fā)病風(fēng)險增加呈負相關(guān)，提示血清葉酸水平可能成為預(yù)測肺癌風(fēng)險的一個指標。提高葉酸攝入量可能會降低肺癌風(fēng)險。Chiang等[20]的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，血漿HCY水平升高，作為一個獨立危險因素，可顯著增加結(jié)直腸癌的患病風(fēng)險。然而，在不同類型惡性腫瘤的臨床研究中，也有人持相反意見，如Nakao等[21]在日本受試者中進行了一項關(guān)于葉酸代謝基因與胰腺癌發(fā)病風(fēng)險之間的關(guān)系研究，發(fā)現(xiàn)葉酸代謝的基因多態(tài)性與胰腺癌之間的關(guān)系證據(jù)并不確定，該項研究結(jié)果并不支持亞甲基四氫葉酸還原酶多態(tài)性與胰腺癌患病風(fēng)險相關(guān)。

綜上所述，5-甲基四氫葉酸作為葉酸的代謝產(chǎn)物，參與甲硫氨酸循環(huán)，導(dǎo)致血漿HCY水平隨葉酸缺乏而升高。同時，HCY水平升高，可以反映出葉酸、維生素等營養(yǎng)物質(zhì)可能缺乏。葉酸作為核苷酸及蛋白質(zhì)代謝過程中的重要物質(zhì)，在腫瘤發(fā)生過程中起到很重要的作用，在一定程度上可以作為早期腫瘤篩查及檢測腫瘤復(fù)發(fā)的指標，如果與其他敏感指標如HCY水平聯(lián)合檢測，可以提高診斷的準確率。目前一些臨床研究結(jié)果顯示，血漿HCY水平與腫瘤的發(fā)生及分期有關(guān)，有可能作為監(jiān)測早期腫瘤發(fā)生和腫瘤復(fù)發(fā)的敏感標志物，但也有一些研究結(jié)果并不支持該觀點，這可能與研究樣本量小，研究對象的遺傳背景、生活環(huán)境及生活方式差異大和實驗設(shè)計方案不足等因素有關(guān)。針對HCY代謝與腫瘤疾病的相關(guān)性，進一步進行大規(guī)模、多中心臨床研究，可能有助于發(fā)現(xiàn)新的腫瘤標志物，指導(dǎo)某些腫瘤的早期診斷。正常的甲基化水平是體內(nèi)正常生理運轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)，可保證葉酸、維生素B6和維生素B12等營養(yǎng)物質(zhì)攝入量，對腫瘤及多種疾病的預(yù)防起到一定作用。同時，改善不良的生活方式也不可忽視。目前已知，當HCY積累時，體內(nèi)DNA甲基化水平降低，導(dǎo)致原癌基因的激活，會增加某些腫瘤風(fēng)險；在藥物治療方面，新的甲基化逆轉(zhuǎn)劑有進一步研究空間。