同型半胱氨酸与心脑血管疾病的关系以及四种B族维生素对血浆同
型半胱氨酸水平的影响
Hcy的代谢和影响因素 1.1 Hcy的代谢
Hcy是一种含硫的4 碳α-氨基酸,是蛋氨酸和半胱氨酸代谢过程中的中间产物。蛋氨酸在S-腺苷蛋氨酸合成酶的催化下与ATP结合生成S腺苷蛋氨酸( SAM) 。SAM是体内甲基供体,在甲基转移酶作用下供出甲基后,变成S-腺苷同型半胱氨酸( SAH) ,SAH水解生成Hcy和腺苷,见图1。
图1 S-腺苷同型半胱氨酸水解物
Hcy 在体内的代谢途径, 主要有以下几种: ①转硫化途径: 以维生素B6为辅助因子, 由胱硫醚-β-合成酶( CBS) 催化和丝胺酸缩合形成胱硫醚，后者又在r- 胱硫醚酶催化下进一步裂解为胱氨酸和a- 丁酮酸。②再甲基化途径: 以维生素B12 为辅助因子在蛋氨酸合成酶作用下, 由亚甲基四氢叶酸为甲基供体, 再甲基化形成蛋氨酸, Hcy 再甲基化的另一途径局限于肝细胞内, 以甜菜碱为甲基供体, 在甜菜碱同型半胱氨酸转换酶催化作用下完成蛋氨酸合成。③释放到细胞外基质: Hcy 释放到细胞外基质是处理细胞内Hcy 的途径之一, 与细胞内蛋氨酸途径密切相关, 其释放受蛋氨酸合成酶活性和CBS 活性影响。血浆Hcy 有三种形式: Hcy, 双硫Hcy, Hcy- 半胱氨酸。在正常人体内游离型Hcy 很少, 约75%～90%通过二硫键和白蛋白结合, 形成混合型的二硫化物。结合型和游离型Hcy 合称总Hcy( THcy) 。一
般空腹血清/血浆THcy 浓度的参考价值为5～15umol/L, 高于此值被称为HHcy。 1.2 Hcy的影响因素 1.2.1 遗传因素
MTHFR 基因突变是导致血浆Hcy轻度升高的重要原因,为成人心脑血管疾病的重要危险因素。CBS基因突变是导致重度高Hcy血症的重要原因,多死于少年动脉粥样硬化。 1.2.2 年龄与性别
血浆Hcy 水平随年龄增大而升高。女性Hcy 水平低于男性。男性血浆Hcy 水平升高的可能原因: ①性激素对蛋氨酸代谢的影响； ②男性骨骼肌发达； ③男性肌酐浓度较高。 1.2.3 饮食和药物因素
长期大量的动物蛋白摄入易导致血浆Hcy水平升高，蔬菜和水果里含有丰富的B族维生素，有助于降低血浆Hcy水平。长期饮酒可引起肝细胞蛋氨酸合成酶活性下降, 从而造成血浆中Hcy升高, 且酒量与Hcy 水平呈正相关。吸烟和饮用咖啡会引起血浆Hcy 升高, 且咖啡饮量与Hcy 水平正相关。
服用氨甲喋呤、卡马西平会升高血浆Hcy ,而服用雌激素和青霉胺则引起血浆Hcy 浓度降低。
1.2.4 疾病因素
下列疾病与血浆Hcy 浓度有关: ①甲减、肠炎、器官移植后血浆Hcy 水平可升高； ②各种癌症如急性淋巴细胞性白血病、乳腺癌、卵巢癌肿、胰腺癌等, 血浆Hcy水平可升高, 此可能与蛋氨酸代谢障碍有关； ③牛皮癣、严重硬皮病、肝病、慢性消耗性疾病等可导致Hcy 水平升高； ④肾病晚期、慢性肾功能不全患者血浆Hcy 水平可为正常人的2～4 倍, 提示血浆Hcy 浓度与血浆肌酐水平有密切关系。
有关上述疾病体内Hcy 浓度升高的确切机制, 目前尚不完全清楚, 可能与Hcy 清除率减少, 低叶酸盐循环有关。 2 Hcy 的检测与HHcy 2.1 Hcy 的检测
目前Hcy 的主要检测方法: ①高效液相色谱法，②酶联免疫分析法，③离子色谱法，④毛细电泳法，⑤荧光偏震法，⑥循环酶法。过去曾用氨基酸分析仪测定, 比较复杂, 且不稳定, 已很少使用, 上世纪八十年代开始应用的高效液相色谱技术检测, 质控稳定, 应用广泛, 是目前应用较多且成熟的方法。
2.2 正常人血浆Hcy 呈偏态分布, 其正常范围的确定尚待统一。目前比较公认的参考范围是
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5～15umol/L。>15umol/L 被认为是高同型半胱氨酸血症( HHcy) 。
HHcy 与急性心肌梗死、脑卒中、冠状动脉粥硬化及外周血管病变密切有关, 是导致心血管神经等系统疾病的危险因素。HHcy 的定义概念是指血浆游离的及与蛋白结合的Hcy和混合性二硫化物包括Hcy 和同型半胱氨酸内脂的升高。HHcy 按Hcy 浓度分为: 轻度16～30umol/L, 中度31～100umol/L, 重度>100umol/L。临床上, 重度HHcy>100umol/L, 常系遗传性酶缺陷的纯合子, 轻中度则较多见。 3. 高同型半胱氨酸血症致心脑血管疾病的机制 3.1 Hcy 损伤血管内皮细胞
Hcy
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氧化可产生自由基和过氧化氢, 后者对血管内皮有强烈的毒性作用。将Hcy 注入
狒狒体内能引起主动脉内皮10%的片状脱失, 进一步在体内证实了Hcy 对血管内皮细胞具有毒性作用。另外将血管内皮细胞置于高Hcy的溶液中, 发现Hcy 能阻碍内皮诱导松弛因子一氧化氮(NO) 的产生。NO 可与Hcy 结合形成S- 亚硝基Hcy, 抵抗Hcy 对内皮细胞的毒性作用, NO 产生受阻碍, 使Hcy 的毒性作用增强。过氧化氢酶可防止Hcy 对血管内皮的损伤, 提示Hcy 对血管内皮的损伤是通过氧自由基介导的。同时, 自由基和过氧化氢可使低密度脂蛋白
胆固醇氧化, 增加泡沫细胞的形成, 致使血管内壁增厚, 导致闭塞性脑血管疾病的发生 。
Tan 等建立了小鼠颈动脉损伤模型, HHcy通过喂食敲除CBS 基因的小鼠高蛋氨酸饲料获得, 结果显示, HHcy小鼠内皮再生功能受损,新内膜形成增加, Hcy 抑制了内皮
( endothelial cells,EC) 细胞的增殖与迁移, 这可能是HHcy损伤内皮再生和导致动脉粥样硬化形成的原因。
3.2 Hcy 促进血管平滑肌细胞（VSMCs ）的增殖
VSMCs的增殖是动脉粥样硬化性血管疾病的显著病理学特征。Guthikonda 等认为HHcy 可刺激血管平滑肌增殖。高Hcy 可以通过兴奋性氨基酸(Nmethyl- Dasparate,NMDA) 受体或氧化还原受体, 引起血管平滑肌细胞的增殖和胶原合成的增多。另外, 高Hcy 还可促进钙离子的内流和线粒体内钙离子的释放, 促进血管平滑肌的增殖, 这一作用可以被钙拮抗剂部分阻断。
3.3 Hcy 可使血小板受损
将Hcy 注入狒狒体内后可见血细胞存活时间缩短, 血小板的粘附性和聚集性增加, 血栓易于发生。另外, Hcy尚能使血栓素A2(TXA2)合成增加。TXA2具有缩血管和促进血小板聚集的作用。
3.4 Hcy 破坏凝血和纤溶平衡
HHcy 增加血液中血小板的粘附性。Thambyrajah 等研究表明Hcy 可直接激活凝血因子X、XII 和V 因子, 抑制凝血调节蛋白在内皮细胞表面的表达及活性, 从而减少对Va,VIIIa 和凝血酶的灭活。近期的研究还发现Hcy抑制组织纤溶酶原激活物的形成, 抑制二磷酸腺苷（ADP）酶活性, 增强ADP对血小板的粘附和聚集作用。 3.5 Hcy 可引起脂质代谢异常
大多数学者认为, Hcy刺激平滑肌增生, 可诱导单核细胞转变为泡沫细胞, 促进氧化修饰的低密度脂蛋白（ＬＤＬ）在泡沫细胞中堆积, 促进动脉硬化的形成。最近体外研究显示,Hcy可促进脂质沉积于细胞壁, 刺激泡沫细胞的形成, 并改变动脉壁糖蛋白分子纤维化结构和促进斑块钙化, 导致动脉粥样硬化。
4．四种B族维生素(叶酸、VB12、VB6、核黄素)与心脑血管疾病 4.1 四种B族维生素(叶酸、VB12、VB6、核黄素)对同型半胱氨酸的作用
叶酸和VB12 参与再甲基化途径。在蛋氨酸合成酶的作用下,以VB12为辅助因子,以5 - 甲基四氢叶酸( 5-MTHF)为甲基供体参与, 再甲基化合成蛋氨酸。甲基供体的形成依赖于5, 10 - 亚甲基四氢叶酸( 5,10-MTHF)及亚甲基四氢叶酸还原酶(methylene tetrahydrofolate reductase,MTHFR)，VB12则是蛋氨酸合成酶(methionine synthase, MS) 的必需辅助因子。VB6参与转硫途径, Hcy在胱硫醚-β- 合成酶(cystathionine-β- synthase, CBS)作用下, 以VB6 为辅酶, 与丝氨酸缩合为胱硫醚, 最终裂解为α- 酮丁酸和半胱氨酸, 大多数半胱氨酸被氧化通过肾排出体外。VB6是此过程中必需的辅酶因子, 此途径除了合成半胱氨酸以外, 还能有效降解甲基转移中不需要的过剩Hcy, 因此VB6的缺乏也会引起高同型半胱氨酸血症( hyperhomocysteinemia，Hhcy)。
膳食中大部分核黄素是以黄素单核苷酸（flavin mononucleotide,FMN）和黄素腺嘌呤二核苷酸(flavin adenine dinucleotide,FAD)辅酶形势与蛋白质结合存在。FAD作为辅酶参与VB6转变为磷酸吡哆醛的过程，而且核黄素缺乏可引起亚甲基四氢叶酸还原酶的活性降低，引起叶酸代谢异常。当叶酸水平较低或核黄素水平较低引起MTHFR活性降低时，SAM产量低导致DNA甲基化不足，同型半胱氨酸的水平上升，所以核黄素可能也可以影响Hcy的代谢。 4.2 四种B族维生素(叶酸、VB12、VB6、核黄素)与心脑血管疾病的关系
叶酸、VB6、VB12、核黄素是影响Hcy浓度的重要营养因素, 叶酸、VB6、VB12 、核黄素缺乏会引起体内Hcy浓度升高, 造成HHcy。据报道, 约2/3 的HHcy 是由于叶酸、VB6、VB12、、核黄素缺乏引起的, 特别是叶酸被认为是影响Hcy 水平最重要的因素。大量研究显示血清叶酸及VB6、VB12浓度与血浆Hcy水平呈负相关
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。补充叶酸、VB6、VB12、核黄素可以降低血浆
Hcy 水平已在国内外达成共识。Bazzano 等进行了一次全国营养健康调查( national health and nutrition examination surveys, NHANES) ,研究了叶酸摄入量与脑卒中的关系。结果显示叶酸摄入量与脑卒中、脑血管疾病的危险性呈负相关, 提示增加叶酸摄入量是预防脑血管疾病的一个重要的途径。He 等研究了叶酸、VB6、VB12摄入量与出血性和缺血性脑卒中的关系, 结果显示叶酸摄入量可降低缺血性中风的危险性, 髙叶酸摄入量者与低叶酸摄入量者相比, 缺血性脑卒中相对危险度降低, VB12与缺血性脑卒中危险度也呈负相关。Kelly等检查了新发缺血性中风和短暂缺血发作患者血浆叶酸、VB6和VB12浓度, 结果发现病例组血浆VB6 浓度显著低于对照组, 调整过中风危险因素后, 缺血性中风/短暂缺血发作与血浆VB6浓度呈负相关, 病例组血浆叶酸、VB12浓度也显著低于对照组。Endres等使用无叶酸饲料喂食小鼠3个月,然后造大脑中动脉缺血模型, 结果发现，与对照组相比试验组小鼠血浆Hcy浓度较高, 神经功能缺损严重, 梗死灶体积较大, DNA损伤也较严重。Kim等使用含叶酸饲料和正常饲料喂食大鼠8 周, 发现无叶酸组大鼠血浆叶酸浓度降低, 血浆Hcy浓度上升,脑组织电镜观察显示无叶酸组大鼠血管内皮细胞肿胀, 线粒体退化, 血管周围组织纤维化。另外研究显示Hcy浓度与血管平滑肌细胞( vascular smooth muscle cells, VSMCs)DNA合成和细胞增殖呈剂量依赖关系, 高浓度组细胞数量增多, 差别有统计学意义, 叶酸可以拮抗Hcy的这种作用。还有一些研究显示叶酸可以改善内皮细胞功能紊乱。叶酸、VB6、VB12、核黄素与脑卒中有明显的相关关系, 有结果显示叶酸、VB6、VB12、核黄素摄入量可能与出血性脑卒中的关系更明显。叶酸、VB6、VB12、核黄素缺乏是心脑血管疾病的一个危险因素, 叶酸摄入量与心脑血管疾病呈负相关。VB6、VB12、核黄素与心脑血管疾病的关系尚有争论。但也有一部分文献报道叶酸、VB6、VB12 核黄素摄入量与心脑血管疾病没有明显的相关性, 仍需进一步研究。