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编号:10269881
同型半胱氨酸与心血管疾病研究的进展
http://www.100md.com 《中华儿科杂志》 2000年第7期
     作者:刘虹 李勇 李松 叶鸿瑁

    单位:刘虹(100083 北京医科大学第三医院儿科);李松(100083 北京医科大学第三医院儿科);叶鸿瑁(100083 北京医科大学第三医院儿科);李勇(北京医科大学中国妇婴保健中心)

    关键词:

    中华儿科杂志000732 同型半胱氨酸(homocysteine,HCY)是一种含硫的氨基酸,是蛋氨酸的代谢产物。近年的研究发现HCY可引起神经管畸形(neural tube defects,NTDs)及先天性心脏畸形 (congenital heart defect,CHD)等出生缺陷类疾病,而且HCY与动脉粥样硬化(arteriosclerosis,AS)的发病也密切相关。

    一、有关HCY的流行病学研究

    1969年McCully[1]在对高胱氨酸尿症死者的尸检中发现了早期广泛的动脉粥样硬化,推测可能与HCY有关。经多年的研究,已确认HCY是AS发病的独立危险因素之一。
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    在出生缺陷的研究领域中,大量流行病学调查证明叶酸缺乏可引起NTDs。同时,在调查中还发现CHD的发生也与叶酸缺乏有关。Czeizel[2]对7 869名孕妇及其出生儿的调查发现,孕前1个月至孕后2个月服用含0.8 mg叶酸及其它12种维生素的妇女,其出生儿的心脏及肢体畸形的发病率减少40%~80%。Shaw等[3]则发现孕早期服用含叶酸的复合维生素可使出生儿圆锥总干缺损的发病危险减少30%~35%。1994~1997年杨江帆等[4]对上万名孕妇调查后发现:孕早期增补叶酸可预防CHD,特别是能预防复杂青紫型心脏病的发生。传统观点认为叶酸参与体内一碳单位的转移,缺乏时可影响氨基酸代谢和DNA、RNA及蛋白质的合成,引起畸形。本世纪90年代后,随着研究的深入,与叶酸代谢相关的HCY崭露头角。Steeger-Theunissen等[5]及Mills等[6]发现NTDs患儿母亲血中HCY高于正常,而叶酸水平则在正常范围内。在1998年的国际同型半胱氨酸大会上Wong等报道CHD及腭裂患儿的母亲也伴有高HCY血症。我国对四省市20个县市近千名育龄妇女和出生缺陷儿童核心家庭的流行病学调查发现,患有NTDs和CHD的儿童或其双亲血浆HCY高于正常人[7]。这些研究结果提示,NTDs、CHD等出生缺陷可能是叶酸的代谢障碍所致,其中的关键是HCY异常。
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    二、HCY的生化代谢特点

    HCY是蛋氨酸循环的重要环节及蛋氨酸代谢的中间产物。蛋氨酸循环的重要生理意义在于提供甲基以合成多种生理活性物质,并参与蛋白质的合成。蛋氨酸循环的具体过程是:蛋氨酸在转甲基之前,先合成甲基高度活化的S-腺苷蛋氨酸(SAM),SAM在甲基转移酶的作用下将甲基转移给另一物质使其甲基化,而本身变为S-腺苷同型半胱氨酸(SAH)。SAH进一步脱去腺苷生成HCY。HCY生成后有两条代谢途径:一是再次甲基化生成蛋氨酸,从而完成蛋氨酸循环,由SAM不断提供甲基满足生理需要。这一过程需要N5-甲基四氢叶酸提供甲基,N5-甲基四氢叶酸转移酶的催化和辅酶维生素B12的参与。二是转硫基的过程,HCY可与丝氨酸在β-胱硫醚合成酶的催化及辅酶维生素B6的辅助下缩合生成胱硫醚。上述代谢途径中酶的遗传代谢障碍或是营养物质的缺乏都可导致血中HCY的蓄积。酶缺陷中最经典的是胱硫醚β合成酶缺乏,其次是5,10-次甲基四氢叶酸还原酶(MTHFR)和甲基四氢叶酸-同型半胱氨酸甲基转移酶的缺陷。Frosst等[8]的研究发现,当MTHFR基因突变,677位C变成T时,该酶第225位的丙氨酸变为缬氨酸,导致酶的耐热性及活性下降。已有作者报道,MTHFR的纯合突变在NTDs患儿及双亲的发生率高于正常对照[9],但在CHD人群中的情况尚缺乏报道。缺乏叶酸将干扰HCY甲基化,造成血HCY升高;其它营养物质,如维生素B12、维生素B6也与HCY本身代谢相关,摄入不足亦可引起高HCY血症。
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    三、HCY 的致病机理

    1.HCY与CHD:当流行病调查发现HCY与出生缺陷相关后,在动物胚胎实验中,HCY成功地诱导出了心脏畸形和NTDs。这一研究成果提示HCY就是致畸因素。

    1996年Rosenquist等[10]率先用HCY诱导出了鸡胚畸形。实验中,他连续在3个心脏发育的关键时期:颅神经褶形成期、主动脉弓形成期和间充质到达动脉干时期给鸡胚注射HCY,结果23%的鸡胚发生了室间隔缺损。此后李勇等[11]分别给2 d龄、4 d龄鸡胚注射HCY,发现鸡胚心脏和血管明显受损,并呈剂量反应关系,加入叶酸后能显著缓解HCY的毒性。心脏畸形多表现为心外露、心包积液、异位心、心脏发育停滞和室间隔嵴发育不全等。此实验所揭示的HCY对胚胎的致畸作用和叶酸对胚胎的保护作用与人群调查相符。但HCY致畸机理尚不十分明确。

    首先,HCY具有细胞毒性。它在代谢过程中使巯基氧化,产生自由基,从而引起DNA损伤和细胞凋亡。另外高HCY还可产生大量SAH,是体内所有甲基转移反应的竞争抑制剂,可抑制甲基转移酶的活性,干扰甲基化反应,产生错误蛋白和无功能蛋白。鸡胚实验 发现胚胎羊膜、卵黄囊及病变部位细胞数目减少、空洞样变及微绒毛变短,提示细胞受损[12]。而Van Averts等[13]应用鼠的全胚胎培养,研究HCY致畸作用时,在培养基中加入过氧化物酶并没有起到保护作用,这不支持自由基直接杀伤细胞的推测。第二,HCY具有类似生长因子的作用,可促进切除垂体大鼠的生长。Rosenquist等[10]在实验中发现脊柱裂等病变部位表现为组织增生重复,并非退化。Van Averts等[13]的实验结果则显示低剂量的HCY能促进胚胎发育,高剂量则致畸。也许随着剂量的变化,这种生长因子样作用可对胚胎发育产生促进生长和致畸双重作用。第三,HCY能诱导胚胎过度凋亡。北京医科大学心血管研究所已克隆到HCY诱导的新基因HCY-2cDNA,全长2 200 bp,编码212个氨基酸[7],与细胞凋亡蛋白、肿瘤坏死因子诱导蛋白有高度同源性。通过转基因方法将全长HCY-2cDNA微注射入不同发育阶段的早期鸡胚,可诱发CHD和NTDs,并促进细胞凋亡。第四,HCY可同时诱导出神经管和心脏畸形,虽然两者在空间和发育时间上都有差别,但在起源上它们紧密相关,都有神经嵴细胞的参与。神经嵴是在神经褶闭和为神经管的过程中,一些细胞在神经管外侧形成的两条纵行细胞索。神经嵴细胞具有多种发育潜能,参与神经系统及心脏流出道间隔的形成。因此,有理由怀疑HCY选择性地作用于神经外胚层的特定部位,影响了神经嵴细胞的分化、迁移、增殖,最后造成畸形。
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    另有观点认为,孕妇血中HCY增高只是蛋氨酸循环受阻的伴随现象,而蛋氨酸缺乏可能是根本原因。蛋氨酸通过蛋氨酸循环提供甲基,参与DNA转录和蛋白质合成。在胚胎生长旺盛时期,蛋氨酸的缺乏必会影响细胞增殖。已有动物实验证明蛋氨酸可预防NTD[14]。HCY与出生缺陷的关系被认为是蛋氨酸合成酶或维生素B12缺乏使蛋氨酸合成下降,甲基化受限,导致胚胎发育毒性损害,同时使HCY升高。

    2.HCY与AS:HCY同胆固醇、氧化LDL、免疫、毒物、病毒因素一样,可以作为损伤因子启动多种细胞因子、生长因子及调节因子在内皮细胞、平滑肌细胞(SMC)、大单核/巨嗜细胞、血小板之间相互作用形成血管壁纤维脂质斑块。

    首先,HCY象其他硫氢化合物一样,可以促进胆固醇及LDL的氧化,更易触发损伤过程。研究发现,HCY的脱水产物硫化内酯具有高度活性,可引起动物体内甘油三酯,LDL和胆固醇合成增加,并促进LDL聚集,易被泡沫细胞吞噬。产生的代谢产物thioco可刺激SMC的增殖和纤维化。产生的氧自由基可造成内膜受损,促进葡糖氨基糖苷(GSG)的硫化,激活弹性蛋白酶,诱发凝血,增加钙质沉积,从而形成AS病灶[15]。通过体外大鼠动脉平滑肌细胞和人脐静脉内皮细胞的培养发现,与患者体内相似剂量的HCY可增加SMC的DNA 合成,并诱导静止期的SMC进入细胞周期,而内皮细胞的DNA合成明显受限。HCY还可干扰凝血过程[15]:通过抑制血栓调控因子和蛋白C的产生进而抑制抗凝;通过增加血栓烷的生成,减少细胞表面纤维蛋白溶酶原激活物的结合位点,激活凝血因子Ⅻ和破坏内皮细胞的血管收缩与舒张的调节来促进凝血。
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    四、HCY研究的展望

    HCY是人体代谢产生的正常中间产物,当其在体内蓄积时,可能诱发多种疾病。在关注它致病作用的同时,不能忽视其所具有的生理功能。

    CHD、NTDs和AS的病因复杂,都是环境与遗传相互作用的结果。而高HCY血症作为环境营养因素、基因和疾病的中介和桥梁,为研究环境与疾病,环境与基因,基因与疾病提供了一个模式。

    参考文献

    1,McCully KS. Vascular pathology of homocysteinemia. implications for the pathogenesis of arteriosclerosis. Am J Pathol, 1969, 56: 111-128.

    2,Czeizel AE.Prevention of congenital abnormalities by periconceptional multivitamin supplementation. BMJ,1993,306:1645-1648.
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    3,Shaw GM,O′Malley CD,Wasserman CR,et al.Maternal periconceptional use of multivitamin and reduced risk for contruncal heart defects and limb deficiencies among offspring. Am J Med Genet ,1995,59:536-545.

    4,杨江帆,许月珍,李萍,等.孕早期增补叶酸预防先天性心脏病.中华儿科杂志,1998,36:488.

    5,Steegers -Theunissen RPM, Boers GHJ, Trijbels JMF, et al. Neural-tube defects and derangement of homocysteine metabolism. N Engl J Med, 1991, 324:199-200.
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    6,Mills JL, Mcpartlin JM, Kirke PN, et al. Homocysteine metabolism in pregnancies complicated by neural tube defects. Lancet, 1995, 345: 149-151.

    7,高炜.全国高同型半胱氨酸血症与疾病学术研讨会纪要.中华医学杂志,1999,79:406-410.

    8,Frosst P,Blom HJ,Milos R,et al .A candidate genetic risk factor for vascular disease :a common mutation in methy-enetetrahydrofolate reductase.Nat Genet ,1995,10:111-113.

    9,Van der Put NMJ,Heuvel LP van den,Steeger-Theunissen RPM,et al.Decreased methlenetetrahydrofolate reductase due to the 677C→T mutation in families with spina bifida offspring.J Mol Med,1996,74:691-694.
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    10,Rosenquist TH, Ratashak SA, Selhub J. Homocysteine induces congenital defects of the heart and neural tube: effect of folic acid. Proc Natl Acad Sci USA, 1996, 93: 15227-15232.

    11,李勇,李竹,陈星,等.同型半胱氨酸对鸡胚早期心血管发育的影响.中国预防医学杂志,1999,33:137-139.

    12,李勇,李竹,陈星,等.同型半胱氨酸诱发鸡胚神经管畸形及叶酸的保护作用.卫生研究,1998,27:372-377.

    13,Van Averts LAGSM, Blom HJ, Deavbreu RA, et al. Prevention of neural tube defects by and toxicity of L-Homocysteine in cultured postimplantation rat embryos. Teratology, 1994, 50: 348-360.
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    14,Essien FB, Wannberg SI. Methionine but not folinic acid or vitamin B12 alters the frequency of neural tube defects in Axd mutant mice. J Nutr, 1993, 123: 27-34.

    15,McCully KS. Homocysteine and vascullar disease. Nature Med, 1996, 2: 386-389.

    (收稿日期:1999-10-14)

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