同型半胱氨酸相关机理研究综述

分子生物学机理、临床致病机理
同型半胱氨酸（Hey）来源于饮食摄取的蛋氨酸（甲硫氨酸），是甲硫氨酸循环中S-腺苷同型半胱氨酸水解反应后的产物，同时，又是胱硫醚B合成酶合成胱硫醚的底物［1,2］。

血液
中Hey以三种形式存在，1%^还原状态的Hey, 70%-80%|蛋白结合，其余是Hey二硫化物［3,4］。

一、分子生物学机理
血浆Hey的水平取决于遗传和环境两方面因素，其中遗传因素为编码Hey代谢关键酶基
因的突变，目前仅在叶酸及Hey代谢过程方面，共发现了上万种SNPs其中有一些会影响叶酸及Hey的代谢［8,9］:
1 、亚甲基四氢叶酸还原酶（MTHFR）
MTHFf基因位于染色体1P36.3。

MTHFR C677T（ rs1801133 ）位于MTHFR勺外显子区，最早Kang等在芝加哥的研究发现，低活性、不耐热的MTHFF与血浆中Hey水平升高相关，也与冠心病发病有明显联系呵，之后Frosst等人［6］又分析证明了由于MTHFRi因在677位发生错义突变，碱基T置换了C,编码的丙氨酸由缬氨酸取代,使酶的耐热性和活性都大大降低（50-60%）［8,9］,从而影响Hey 再
甲基化，导致血浆Hey水平升高。

基因型分析也证明MTHFRi因纯合突变者（+/+）和杂合突
变者（+/ —），其血浆Hey水平高于非突变的正常人［7］。

rs3737965位于MTHFRB动子区域，可能会影响下游基因转录的效率。

其杂合型人体Hey
水平较低（无统计学意义），纯合型个体Hey水平较高，且具有统一学差异（样本量小，容易造成假阳性），同时发现其杂合型与低水平Hey有关［8］。

2、胱硫醚B合成酶（CBS
CBS位于人类21号染色体上（21q22.3 ） , CBS主要存在于大脑的中枢神经系统和部分血管内皮细胞中［3，10，11，12］。

目前已发现的CBS基因突变位点有64个，其中最常见的是位于278 密码子的T833C和307密码子的G919A两者均位于第8个外显子中，但也有研究表示，此位点突变率很低，仅为1%7，18］。

另外有研究发现，其844ins68、C699T、T1080C位点的突
变与高同型半胱氨酸血症密切相关［17，18］ oCBS基因突变可能影响了CBS亚单位与血红素和5'
-磷酸-吡哆醇的相互作用,从而使酶活性降低进一步导致高同型半胱氨酸血症［3］。

CBSG9191A（rs121964962 ）位点的多态性使得第307位甘氨酸变为丝氨酸［10，11，12］，影响Hey与酶的结合［17,18］，此位点突变可能会导致高同型半胱氨酸血症，并且与脑卒中密切相关
［15］。

CBST833C位点的突变，位于外显子8,引起其第287位的异亮氨酸取代了苏氨酸，使酶与PLP （蛋白脂蛋白）不能结合，患者对维生素B6敏感问。

突变者中风风险增高，且在中
国人群中较为显著［15］。

CBS844ins68位点的突变常见于西方人群，且对Hey浓度的影响程度较受争议，多数观
点认为无影响,亦有观点认为有影响［17,18］。

C699T位于第5外显子，C1080T位于第10外显子，这两个位点均属于同义突变，不引起氨基酸的改变, 但是该位点常与转录上游区某些可影响酶蛋白表达的变异位点连锁。

有研究表明这两种突变对Hey水平升高无关，并有研究指出他们可能均为良性突变，可降低Hey
浓度［24,25］。

rs234 713位于CBS的内含子区，该多态性导致并未得到深入研究,有研究发现,其杂合突变显著降低rs2851391位于CBS的内含子区，该多态性导致G到A的改变，但与Hey的代谢的关系，Hey 水平［8,9］。

C 到T 的改变，纯合突变显著升高Hey
水平
3、甜菜碱同型半胱氨酸甲基转移酶( BHMT)
rs3733890位于BHMT的外显子区，此突变会导致谷氨酰胺变为精氨酸，此位点突变可能不会影
响其蛋白的二级结构，对折叠及后续蛋白功能影响不大，对酶的活性不能产生明显影响[8，9]
4、胱硫醚丫裂解酶(CSE or CHT
CSE的编码基因位于1号染色体P31.1 , CSE主要存在心脏、肝脏、肾脏及血管平滑肌细胞中，
血管内皮细胞中也存在少量CSE[10，11，12]。

在其第12外显子处存在常见的错义突变为
G1364T( rs1021737 )，该多态使CSE基因编码的第403位氨基酸由丝氨酸变为异亮氨酸[10，11，12，16]。

同时加拿大的一项研究发现，此位点的突变使人群血浆总同型半胱氨酸升高，且纯合突变者Hey浓度
明显高于其他基因型患者[16]。

CSE基因的另一个SNP rs482843位于CSE基因的启动子区，是RNA聚合酶特异性识别和结合的DNA序列，控制基因表达的起始时间和程度，它本身不控制基因活动，通过与转录
因子结合控制基因的活动。

研究表明基因的启动子突变，将导致基因表达的调节障碍，因此它的
结构变化直接关系到转录效率，从而导致后续的翻译效率受损。

关于SNPrs482843 突变与疾病的关联
目前少有研究，突变主要是碱基突变，突变为G[10，11，12] 。

5、次甲基四氢叶酸脱氢酶(MTHFD)
MTHFD^四氢叶酸一碳单位交换的三个连续反应中起催化作用，影响酶活性，妨碍叶酸代谢，码
了一种单一的蛋白，具有三种酶的活性( 叶酸环式水解酶，10甲酸四氢叶酸合成酶) 基因也被认为
是神经管畸形的候选基因。

MTHFD基因定位于14q24,编码935
它本身不控制基因活动，
将导致基因表达的调节障碍，
CSE 基因的
426 位的等位基因 A
MTHFD基因缺陷可能会使
Hey再甲基化途径受阻，导致Hey积累。

人类MTHFD基因编5,10 亚甲基四氢叶酸脱氢酶，5,10 次甲基四氢，这三种酶在叶酸代谢中起着重要的作用，MTHFD
个氨基酸。

已知人类MTHFD基因突变有G878A和
G1958A G878A型突变在研究实验中很少被检出。

G1958A( rs2236225 )突变可导致653位
编码的精氨酸变换为谷氨酸，。

由于改密码子编码的氨基酸位于酶活性区域，因此推测该位点突变可能通过改变蛋白质的二级结构，使MTHFD!活性升高，从而使叶酸转化为四氢叶酸
增加。

在荷兰、土耳其等西方人群的研究显示，此位点在人群中的突变率为50%左右，杂合
型比例较高；而中国人群的突变率明显低于西方人群，25%左右。

研究未显示，突变者的Hey
水平受到影响[26,27,28]
6、磷脂酰乙醇胺-N-甲基转移酶(PEMT)
P EMT的酶活性主要在肝脏内完成，P EMT能够在腺苷甲硫氨酸提供甲基的情况下催化磷
脂酰乙醇胺合成磷脂酰胆碱，生成的磷脂酰胆碱主要用于维持体内胆碱平衡，同时腺苷甲硫氨酸生成
腺苷同型半胱氨酸，进而生成 Hey [29,30,31] 。

在PEMT 基因敲除小鼠中，血浆 Hey 浓度下降50%。

当PEMT 基因过度表达时，Hey 水平 增加40%可以认为PEMT 基因在甲基代谢调控方面具有一定作用 [30，31]。

但在另一项对 PEMT
基因敲除动物模型的研究发现 ,PEMT 基因缺失的纯合子小鼠肝脏不能表达任何 PEMT 活性，即
使通过饮食补充胆碱 ,也不能获得正常体内需要的胆碱代谢产物 ,最终发展至脂肪肝
P EMT G774C 位点位于编码该基因的启动子区域，该位点多态性引起人体对膳食甲基供 体胆碱的需要量增加，可增高胆碱缺乏引起的器官功能障碍， 如脂肪肝、肝损伤、 肌肉损伤 的发生风险。

研究显示， GC 及CC 突变型具有较高的胆碱水平和较低的 Hey 水平，而胆碱可 以通过氧化成甜菜碱， 参与体内的甲基化反应， 因此推测其突变为有利突变， 可能是该突变 抑制了 PEMT 的活性[30,31]。

P EMT G175A 位点的多态性也较常出现，该位点的变异导致氨基酸置换，从而引起部分
[32,33] 。

胞所产生的毒性作用可被过氧化氢酶所抑制。

高同型半胱氨酸血症的大鼠体内血小板聚集性 和组织因子活性增强的同时， 其血液中脂质过氧化的产物水平也升高。

这些都提示氧化机制 是Hey 致病的关键。

Hey 可能通过产生的一系列活性氧中间产物
（超氧化物阴离子自由基， 过 氧化氢，羟基等 ）抑制了 NO 的合成并促进其降解，从而导致血管功能异常 [2,3] 。

在动物和人 类颅外血管的试验中发现，氧化和氮化应激反应对减少 NO 的生物利用能力和内皮功能紊乱 起到显著的作用。

在有CBS 缺乏的老鼠试验中显示， 超氧化物的增加是脑部小动脉内皮功能 紊乱的主要中介[34]。

还有实验表明Hey 降低细胞内谷胱甘肽过氧化物酶的浓度，
削弱了其阻 止NO 氧化失活的作用，增强了脂质过氧化物与过氧化氢的细胞损伤效应
[2,3]。

Hey 还可以改变内皮细胞基因表达，抑制内皮细胞 DNA 合成，促进内皮细胞凋亡。

可刺激内皮细胞表达和分泌单核细胞趋化因子 上调血管内皮损伤后动脉组织原癌基因
e-jun mRNA 的表达随Hey 浓度的增高而增高， 因 e-fos 及 e-jun mRNA 的表达即明显上调。

呤二核苷酸磷酸氧化酶上调 巨噬细胞内NF-KB 的活性和
2、 刺激血管平滑肌细胞增生
Hey 可激活蛋白激酶e , 管平滑肌细胞（CSMCS 中的表达，使其增生并促进胶原合成。

Hey 还可以促进细胞外 Ca2
内流和线粒体e 释放，从而促进 VSMCS 增殖。

Hey 能增加单核细胞白细胞介素 6 （IL-6）的
释放，并能诱导细胞内核转录因子 kB （ NF-kB ）的激活。

同时 c-fos 、e-jun mRNA 的表达随
Hey 浓度的增高而增高，原癌基因 e-fos 及 e-jun 的表达产物活化后形成活性蛋白 -1（ A-1）, 是细胞核内重要的转录因子，可激活细胞核
DNA 转录和核蛋白的合成，参与调控细胞增殖 分化和转化等重要生物学行为；原癌基因 e-fos 及 e-jun 的转录产物还可介导多种细胞因子， 尤其是生长因子的表达。

这些就会启动损伤血管局部平滑肌细胞活化的自分泌、 旁分泌机制， 损伤动脉局部将有持续的血管平滑肌细胞过度增殖和分化， 从而引起血管内皮损伤后新生内 膜的过度增生而造成血管再狭窄 [29] 。

3、 破坏机体凝血和纤溶的平衡
Hey 破坏机体凝血和纤溶之间的平衡， 导致血液流变血的异常，使黏稠的血液易于聚集，
二、临床致病机理
Hey 可能通过各种机制致病 1 、 内皮细胞
损伤及功能异常
Hey 对血管内皮有直接的细胞毒素作用， 导致内皮损害[29]。

Hey 与内皮来源的NO 反应生成 和抗血小板功能， 而在高同型半胱氨酸血症时， 由 受损 [3]。

Hey 可通过氧化应激导致内皮功能障碍，细胞实验 Hcy 血症可削弱血管内皮细胞 NO 的生物活性，
S 亚硝基-Hey ，后者具有强烈的扩张血管
NO 介导的内皮依赖性血管舒张功能明显
（1986 年 ）表明， Hcy 对培养的内皮细 Hey -1 （ MCP-1）和白细胞介素-8 （ L-8）。

Hey 还能 c-fos
及e-jun mRNA 的表达，且呈浓度依赖性，c-fos 、 血管内
皮球囊损伤的早期， 血管壁组织原癌基 Hey 诱导的活性
氧系列能通过还原型烟酰胺腺嘌
Ref-1 基因的表达和易位。

从而 Ref-1 增加了在人体单核细胞和 MCP-1 的分泌，这些都会加速动脉粥样硬化的发生 [29] 。

促进丝裂霉素激酶活化， 并抑制蛋白激酶 A ,促进相关基因在血
使血栓形成，使机体处于血
栓前状态。

及活性，进一步
抑制蛋白 AT-川与内皮细胞
的结合， 抑制了 AT-川的抗凝活性。

Hey 通过抑制二磷酸腺苷（ADP ：酶的活性，增强了 ADP 对血小板的 诱聚作用。

Hey 抑制纤溶酶原激活物（t-P A ）与血管内皮结合，减少纤溶酶的形成， 从而干扰了 内皮的纤溶活性。

Hey 通过巯基内酯引起血栓素（TXB ）和前列腺素（PGB2）的形成来影响
Hey 通过抑制凝血酶调节蛋白在内皮细胞表面的表达 C 的激活，从而影响了对V a 、忸a 和凝血酶的灭活，；Hey 还抑制 并减弱内皮细胞表面硫酸肝素蛋白多糖对 AT-川的活化作用，从而
血小板聚集和凝血因子的活性，激活凝血因子V,刘等，从而促进血栓形成
4、 影响脂质代谢 脂质代谢方面，Hey 像其他硫氢化合物一样，能加强低密度脂蛋白
(LDL)的自身氧化，导 致内皮功能的进一步受损[2]。

研究发现，Hey 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，Hey 能加强低密度脂蛋白的自身氧化，
并促进LDL 聚集，易被泡沫细胞吞噬。

而且氧化后的低密度脂蛋白能影响 NO 的合成和凝血酶调节蛋白 的活性，导致内皮功能进一步受损。

Hey 自身氧化放出的大量超氧化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。

Hey 所产 生的氧化氢可以对 LDL 进行氧化修饰，LDL 修饰以后形成的氧化 LDL 可以直接损伤血管内皮 细胞，使
内皮功能下降，还可以增加泡沫细胞的形成，促进动脉硬化的形成。

5、参与免疫反应 在动脉粥样硬化发生过程中,单核细胞、 T 细胞的趋化、聚集和黏附是动脉粥样硬化病 变发生发展的关键步骤,在此过程中各种趋化因子和黏附分子等炎症因子的参与不可或缺, 而 Hey 能诱导血管局部的炎症细胞释放多种炎症因子, 使血管局部功能损伤, 进而发展成为 动脉粥样硬化病变。

Hey 能使人单核细胞，主动脉内皮细胞和平滑肌细胞的单核细胞趋化蛋 白-1 ( MCP-1)表达增加，趋化活性增加，并且使前两者的
MCP-1分泌也增多。

Hey 上调 MCP-1 mRNA 的表达，同时，还刺激单核细胞表面 MCP-1受体(CCR2的mRNA 及蛋白的
表达。

Hey 还能刺激人单核细胞
系 Mac6 ( MM6 )及PBMC13产生自介素-6 (IL-6)，也可刺 激大鼠血管平滑肌细胞产生 可溶性血管细胞黏附因子 -1 及人脐静
脉内皮细胞的改变, 并促进中性细胞迁移 [29,30] o
6、影响 H 2S 的生成 早期H 2S 曾被认为是一种无色具有臭鸡蛋味的毒性气体，然而在 被认为是继NO 和CO 后具有保护心血管系统作用的第三种气体信号分子。

重要的生物学作用, 他在血管和神经体液平衡上的重要作用主要表现在：
心脏保护、血管舒张、血管氧敏感、内皮保护、血管炎症、通气控制和神经调
节等方面。

内生成硫化氢的过程主要通过酶催化过程和非酶催化过程,酶催化
过程主要依赖 同型半胱氨酸可以通过甲基化途径生成 S-腺苷甲硫氨酸，也可
通过转硫化途径生成
因突变，导致CSE 基因的启动子结构发生突变，影响
CSE 的活性，从而使
代谢的
低[10,11] o [2,3,29] 。

IL-6o 在长期素食造成的血浆高同型半胱氨酸情况下，也可见到 (sVCAM-1)水平显著升高。

Hey 选择性地引起体外中性粒细胞 导致两者间的黏附增强。

Hey 促进中性粒细胞释放细胞内
H 2O 2,
20 世纪 90 年代， H2S H2S 在人体内起着 代谢调节、自由基、 体 CBS/CES 。

HbSo 基 H 2S 含量降
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