亚甲基四氢叶酸还原酶基因多态性对临床合理用药的指导意义

马军 牛晓强 李青山

药物在治疗疾病的同时，也存在着不良反应。在美国，即使合理使用治疗药物，每年仍有200万以上的住院患者(占总住院患者的6.7%)出现严重不良反应，其中死亡人数约为10万(占总住院患者的0.3%)，由于药物不良反应而死亡的人数列于各种原因死亡人数的第5位［1］。在上述不良反应中，其中部分原因源于人类遗传基因的多态性。亚甲基四氢叶酸还原酶(Methylenetetrahydrofo-late reductase，MTHFR)是叶酸代谢的限速酶，催化5，10-亚甲基四氢叶酸还原为5-甲基四氢叶酸，前者是是胸苷酸合成的重要原料之一，参与DNA的合成与修复;后者是体内主要的甲基供体，参与DNA甲基化。基因MTHFR对于DNA的合成，活化以及修复有着极为重要的调控作用，其功能的异常可导致DNA正常功能不能维持［2］，从而造成一系列的病理改变，引发多种疾病。导致不同患者对药物的敏感性和耐受程度不同。本文就近年来MTHFR基因多态性方面研究和临床药物效应的关系进行了综述。

3 MTHFR的生化特性及功能

MTHFR是甲硫氨酸一叶酸代谢中的一个关键酶，它将体内的5，10-亚甲基四氢叶酸还原为5-甲基四氢叶酸，成为体内叶酸的主要活性形式。一方面5-甲基四氢叶酸作为细胞内一碳单位的载体，参与嘌呤和嘧啶的合成，并为DNA、RNA和蛋白质的甲基化提供甲基［3］，从而影响正常的DNA代谢;另一方面5-甲基四氢叶酸作为甲基供体，在甲硫氨酸合成酶的催化下，以维生素B12为辅酶，使血液中同型半胱氨酸再发生甲基化，生成蛋氨酸(甲硫氨酸)［4］，从而维持血浆同型半胱氨酸的正常水平。

越来越多的研究表明，正常的MTHFR活性能够保持循环叶酸和甲硫氨酸池的有效性，保证DNA合成和甲基化的正常进行，并维持体内同型半胧氨酸的正常水平。相反，MTHFR酶活性的改变会导致5-甲基四氢叶酸生成障碍，从而造成同型半脱氨酸再甲基化障碍，引起高半胱氨酸血症、高半胱氨酸尿症和血浆低甲硫氨酸;同时也会影响DNA合成和甲基化，进而影响许多肿瘤的遗传易感性和患者对药物的敏感性和耐受程度不同。

2 MTHFR基因的多态性

MTHFR基因有多种突变类型，不同的突变类型对MTHFR的酶活性和热稳定性产生不同的影响。至今，已发现MTHFR基因上有近30个SNP位点，其中已有18个cSNP在GenBank数据库登陆。其中常见的突变主要有下述几种。

2.1 677C-T突变 1995年，Frosst等［5］在冠心病患者体内发现了MTHFR C677T突变位点，该位点位于MTHFR基因第4个外显子叶酸盐结合位点上，是目前发现的MTHFR基因最常见的不耐热错义突变。该突变引起的MTHFR活性下降会导致饰型半胱氨酸的转硫基和甲基化过程出现障碍，引起血中同型半胧氨酸水平升高、甲硫氨酸含鼻下降，进而产生高半胧氨酸血症、高半耽氨酸尿症和低甲硫氨酸血症。

2.2 1298A-C突变 1997年，Viel等［6］在一名卵巢癌患者体内确定了MTHFR基因的第2个常见多态位点A1298C，此突变位于第7个外显子的一个调节区域内，导致编码的谷氨酸(Glu)被丙氨酸(Ala)取代，从而产生了一个Mbo II限制性酶切位点。该突变通过SAM抑制剂影响酶的调节，使其活性减弱。与C677T突变不同的是，其纯合子和杂合子个体均未见明显的血浆同型半肤氨酸升高和叶酸降低。然而，具有A1298C和C677T复合突变的杂合子个体表现出与C677T纯合突变个体同样的血浆高同型半胧氨酸和低叶酸，其MTHFR活性较野生型降低40%［7］。

2.3 1059T-C突变 1999年发现MTHFR 1059T-C等位基因频率存在于85%的美国中西部爱荷华州人群，被称作沉默突变［8］。

3 MTHFR基因多态性在不同人群中的分布

MTHFR在不同的人群分布不同，目前国内外研究较多的是C677T和A1298C两个多态位点。现有的资料表明，MTHFR基因677C-T突变频率在不同国家、同一国家不同地区及同一地区不同民族的分布有显著差异。欧洲人677T等位基因频率在22%-44%之间，其中意大利人较高，为44% ，且677T/T，纯合子频率达18%。非洲撒哈拉地区黑人677T等位基因频率为7%且未发现有纯合突变［9］。而居住在巴西、美国的非洲人后裔其677T等位基因频率在5% ～24%不等。亚洲人中，日本人677T等位基因频率为34%［9］。于佳梅等［10］对中国5个民族MTHFR基因多态性进行了研究，结果汉族人677T等位基因频率为40%，达斡尔族人为45%，认为亚洲人MTHFR基因677C-T突变频率偏高。

相对于C677T位点，A1298C突变基因在人群中分布的研究较少。以往的研究显示:C等位基因频率在亚洲人为17% ～19%，西欧为 27% ～36%，非洲为 39%［9］。A1298C等位基因频率在南美洲的资料较少。中国北方汉族为20%，少数民族为9% ～8%，贵州荔波汉族、布依族和苗族分别为28.9%、16.1%，10.6%［11］。对于 677C-T/1298A-C 复合突变，加拿大人突变频率为15%，荷兰人为 20%，美国人为 7%［11］。

4 MTHFR基因多态性与疾病的关系

4.1 MTNFR基因与出生缺陷 在MTHFR基因与出生缺陷关系的研究中，几乎所有的焦点都集中在神经管缺陷(neural tube defects，NTDs)，尽管MTHFR基因突变频率在不同国家和民族分布不同，但来自不同地区的大量研究均证实母亲MTHFR 677C-T突变是生育NTD患儿的遗传风险因素。李克深等［12］认为，母亲MTHFR基因C677T多态与NTD的发生有关;而Shaw等［13］认为，子代而非母亲或父亲纯合突变基因型是NTDs发病的重要遗传因素。荷兰的一项研究表明，如果胎儿及母亲均是MTHFR C677T纯合子，则出生NTDs患儿的风险升高7倍［12］。

MTHFR基因A1298C突变是第2个与NTDs发病相关的危险因子，相对于C677T突变位点，此位点的研究较少。有报道显示A1298C纯合子母亲出生NTDs患儿的几率升高6.23倍［13］。与MTHFR基因多态性关系密切的另一种出生缺陷是D～综合征，资料显示D～综合征患者额外的21号染色体93%是母源性的［14］。因此，母亲的基因或代谢异常是发生Down综合征的主要危险因素。近年来的许多研究表明母亲MTHFR基因突变可导致MTHFR活性降低，使作为甲基间接供体的5-甲基四氢叶酸生成障碍，从而导致DNA低甲基化和染色体不分离。

另外，Van Rooij等［15研究了179例唇裂伴或不伴有愕裂的家庭及204名对照家庭，结果表明MTHFR C677T基因型在孕前未服用叶酸或低叶酸饮食以及二者兼具的母亲生育唇鳄裂患儿的风险分别升高5.9，2.8和10.1倍，MTHFR 1298C/C基因型母亲如果未补充叶酸且低叶酸饮食，则出生唇胯裂患儿的风险升高6.5倍。

4.2 MTHFR基因与心脑血管疾病 1988年，Kang等［16］第1次报道了冠心病患者中MTHFR基因突变纯合子比对照组高3倍多，随后，又首次报道了212名北美洲患者中由于MTHFR变成一种不耐热形式而使酶活性降低50%，其中大约17%患有冠状动脉疾病。此后，多项研究报道了C677T突变是研究的热点，但结论并非完全一致。Sain等［17］认为，携带MTHFR 677T1T基因型的个体血浆同型半胱氨酸的浓度明显偏高，而且多数个体患心血管疾病的危险性明显增高。日本的一项研究也表明，MTHFR基因C677T多态性与早发性中风、脑缺血以及脑出血有密切的关系。国内滕路等［18］检测了62例动脉粥样硬化性脑梗死患者和79名对照者的C677T突变的基因型，认为MTHFR基因C677T突变型等位基因与动脉粥样硬化性脑梗死有一定的关联，突变基因型增加了动脉粥样硬化脑梗死的发病风险。

4.3 MTHFR基因与肿瘤疾病 MTHFR基因与肿瘤的关系是近年来国内外研究的热点，目前，NCBI上关于该领域的文献已达336篇。以往的研究表明MTHFR基因多态性与结肠癌、食管癌、胃癌、肺癌、乳腺癌、宫颈癌、子宫内膜癌和白血病等许多肿瘤有关。Kon等［19］对10个国家的I6项关于结肠癌与MTHFR基因突变关系的研究进行了总结，发现大部分研究结果均显示C677T纯合突变是直肠癌的一个遗传保护因子;对A 1298 C位点的研究相对较少，而且结果不一;关于MTHFRC677T多态性与直肠腺癌的7项研究表明，它们之间没有明显的相关性，但是，当体内叶酸缺乏时，677TlT基因型与增加直肠腺癌的危险性有关。MTHFR基因与胃癌和肺癌的研究中，国内报道较多，并且认为C677T和A1298C在胃癌和肺癌的发生中起重要作用，有的的研究表明C677T等位基因也是宫颈癌和子宫内膜癌的危险因素。国外有学者分别研究了MTHFR C677T和AL298C两个多态位点与成人和儿童急性淋巴细胞白血病(ALL)易感性之间的相关性，但结果不尽相同。并且，有研究显示叶酸代谢途径中的胸腺嘧啶合成酶及丝氨酸经甲基转移酶基因也存在多态性分布与ALL相关［20］。因此，这些酶与ALL的相关性可能是由于它们的各种基因多态对叶酸代谢各个途径发生作用的综合结果。

4.4 MTHFR基因与妊娠相关疾病 妊娠相关疾病包括妊娠高血压综合征、流产、早产、胎儿宫内发育迟缓、胎盘早剥等。1997年，Sohda等［21］首次报道了 MTHFR C677T突变等位基因频率在先兆子痛患者中明显增高，并认为MTHFR基因C677T突变是先兆子痛的一个遗传危险因子。从此，国内外开始了对MTHFR基因与先兆子痛和流产等妊娠相关疾病关系的研究，然而结论并非完全一致，而且机制不明一，有待于进一步研究。

5 MTHFR基因多态性与药物敏感性的关系

目前，METHFR基因多态性与药物敏感性关系的研究主要集中在化疗药物。化疗能改善癌症患者的症状，延长生存，但任存在缓解期短，长期生存率低的问题，特别是相同的化疗方案针对不同的患者得到的结果不同，这种现象说明患者之间的药物敏感性方面存在差异。众多研究表明，METHFR基因多态性可影响癌症患者化疗药物疗效、不良反应状况。

某研究［22］对44例成人 ALL患者，探讨 METHFR基因多态与HDMTX化疗后毒副作用的关系，结果显示HDMTX化疗对拥有METHFRC677T T等位基因患者的毒副作用高于携带METHFRC677T C等位基因的野生型基因型。余慧等［23］对儿童ALL患者的研究中也有相同的发现:METHFR 677位突变的白血病患儿发生MTX毒副反应的风险为未突变者的11.3倍。Frosst等［24］报道，METHFR677 CT 和 TT 基因型的酶比活性分别仅有METHFR677 CC基因型的65%和30%。MTX通过竞争性地抑制四氢叶酸还原酶，在叶酸代谢途径的上游降低还原型叶酸含量，同MTX共同引起毒副反应。也有研究发现，METHFRA677T TT基因型存在体内普遍DNA低甲基化［25］。随着叶酸代谢途径中胸腺嘧啶合成酶及丝氨酸羟甲基转移酶基因多态分布与ALL易感性关系的研究进展，研究者推测这些关键酶多态性在不同人群中分布的差异可能是造成上述结果的原因。基因多态间可能相互协同，相互制约，其错综复杂的原因造成毒副反应的不一，有关这些因素还需进一步用实验证实。

在乳腺癌，胃癌等患者已检测METHFR基因多态性与化疗毒性及临床有效性的报道。唐金海等［25］对61例乳腺癌患者，探讨METHFR基因多态与乳腺癌化疗疗效的关系。不同化疗方案亚组分析显示METHFRC677T T/T基因型患者的有效性可能高于其他基因型患者，METHFRA1298CA/A基因患者的化疗敏感性也明显高于其他基因型患者，但无统计学意义。

6 展望与思考

MTHFR在机体代谢中起重要作用，MTHFR基因突变使酶活性降低，耐热性下降，血浆叶酸水平降低、同型半胧氨酸浓度增高，进而导致许多疾病的发生［26，27］。心脑血管疾病、出生缺陷、妊娠相关疾病以及糖尿病、结肠癌、白血病、精神疾病等均是多因素疾病，因此，MTHFR引发疾病易感性的确切机制尚不清楚，国内外学者目前对MTHFR基因多态性与疾病易感性的研究结果又不尽相同。因此，进一步研究MTHFR基因多态性，将为中国人群基因多态性数据库的建立提供相关数据以及不同人群的起源、分化和疾病易感性提供理论依据;深人研究该基因多态性与疾病的关系及其机制对于防治多种疾病的发生发展有重要意义。

MTHFR基因多态性与药物敏感性的关系研究主要集中化疗药物，众多研究表明，乳腺癌，胃癌，ALL等疾病患者已检测METHFR基因多态性与化疗毒性及临床有效性有关。研究初步结果显示，MTHFRC677T基因多态性对指导ALL，乳腺癌患者个体化治疗具有较高的应用价值。今后有必要进一步扩大病例数，对研究结果进一步验证，以进一步提高研究结果的应用价值。期望将来在临床用药过程中可以通过抽取外周血，提取DNA进行基因型分型来预测药物敏感性和耐受性，为患者早期制定治疗方案，实现个体化用药提供依据。

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