亚甲基四氢叶酸还原酶基因多态性与环境相互作用对疾病发生的影响*

陈 娟 蔡 艳

(1 泰山医学院，山东 泰安 271000；2 济南市妇幼保健院，山东 济南 250001)

5,10-亚甲基四氢叶酸还原酶 (5,10-methylenetetrahydro - folate reductase，MTHFR)是依赖叶酸的酶，是叶酸代谢过程的关键酶，也是同型半胱氨酸(homocysteine，Hcy)重新甲基化为甲硫氨酸所需要的关键酶，可催化还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸( NADPH)介导的从5,10-亚甲基四氢叶酸到5-甲基四氢叶酸的不可逆的还原反应，生成体内最主要的甲基供体，参与多种重要的生化反应[1].目前，随着分子生物学技术的发展越来越多的研究表明：MTHFR的活性影响人体内5,10-MTHF 和5-MTHF的水平，进而导致甲基化反应不完全，嘧啶错误掺入 DNA链的合成，使DNA合成障碍，潜在地影响肿瘤细胞的起源及生长的表达[2]。近年来国内外有不少关于该基因与疾病关系的研究报道，在叶酸代谢中起关键作用的亚甲基四氢叶酸还原酶基因多态性被认为与多种出生缺陷及肿瘤性疾病有关，本文主要集中介绍以下几个方面。

1 MTHFR的生物学特性

MTHFR作为必需氨基酸甲硫氨酸循环的甲基供体，参与体内约有50多种物质的合成[3]。如下图所示,MTHFR参与的代谢反应过程: ① HCY被重新甲基化为甲硫氨酸。在此过程中，Hcy在VitB12和甲硫氨酸合酶的共同作用下，接受MTHFR催化5 ,10 -亚甲基四氢叶酸还原为5-甲基四氢叶酸而产生的甲基，发生再甲基化形成Met[4]；而MTHFR基因突变导致酶活性下降，可使同型半胱氨酸(Hcy)转变为甲硫氨酸(Met)的过程出现障碍，造成叶酸水平降低及高同型半胱氨酸(Hhcy)血症，致DNA低甲基化，从而造成一系列的病理改变，引发多种疾病的发生[5]。

图1 MTHFR参与的叶酸代谢路径

酶：MTR 甲硫氨酸合酶；MTHFR 5，10-亚甲基四氢叶酸还原酶

辅酶：THF 四氢叶酸；Methyl B12 甲维生素B12；

甲基化循环代谢产物：SAH S-腺苷半胱氨酸；SAM S-腺苷甲硫氨酸；

②当MTHFR基因位点发生多态性突变使得酶活性降低，体内5,10-MTHF水平波动，进而使dUMP到dTMP的反应过程甲基化障碍，尿嘧啶错误的掺入DNA双链的合成中，形成暂时性的缺口；而两个相对的缺口可导致染色体断裂及各种潜在地基因组异常[6]，提高了自然突变和DNA损伤易感性及DNA复制风险性的机率，影响肿瘤抑制因子及致癌基因的表达，增加了各种出生缺陷和肿瘤性疾病的发生。

2 MTHFR基因多态性

基因遗传性多态与疾病发生、发展关系是目前医学研究的热点，对人群中MTHFR基因多态的分布情况了解，有助于深入认识发病机制。现有研究发现，MTHFR基因已发现20余个多态性位点，以下对目前研究较多及研究的结果相对有意义的位点进行简单介绍。

2.1C677T C677T是MTHFR基因最常见的错义突变，是单核苷酸多态性。Frosst[7]等发现此位点不易受外界环境影响而发生突变，若发生突变则使高度保守的丙氨酸被缬氨酸所取代，进而导致酶的活性降低，叶酸代谢障碍，DNA合成和甲基化异常(图2)。目前已有国内外研究报道，此位点的突变可能与多种疾病相关，比较常见的是习惯性流产、心脑血管疾病、男性不育[8]、肿瘤、血液病[9,10,11]等等,所以对677位点突变影响疾病的讨论成为研究热点.

图2 MTHFR基因677位点基因突变

2.2A1298C Nathalie M等[12]报道了MTHFR的另一个常见突变1298 A→C突变,可以使使谷氨酰胺转变丙氨酸从而导致基因一个酶切位点消失，此过程与MTHFR的酶活力降低有显著相关性，也与HCY浓度的升高和叶酸水平的降低有显著相关性; 研究认为,1298A→C突变是仅次于677位点增加神经管畸形(NTD)、唇腭裂、自然流产等[13]发生风险的另一个遗传危险因素。

2.3G1793A Rady等[14]在2002年报道了一个新的突变位点G1793A，此位点位于MTHFR基因第11外显子，它的基因突变使得精氨酸(Arg)转变为谷氨酸(Glu),并产生BrsbI酶切位点，1793位点可以是独立因素也可以合并其他因素影响疾病的发生，如妊娠期高血压、心血管疾病，自然流产等[15,16]；并且其等位基因突变，杂合子基因型与野生型个体相比较，杂合频率高于纯合未突变及纯合突变。

2.4T1059C和T1317C 这两个位点研究的相对少一些，据报道T1059C基因多态性和美国西部人群开放性神经管缺陷发生密切相关[17];而T1317C位点则是一个静息位点，对血浆和体内叶酸的蓄积没有影响[18].

3 基因与环境相互作用对疾病的影响

3.1唇腭裂(Cleft Palate) 唇腭裂是一种多基因遗传所导致的颌面部先天畸形，对于唇腭裂的发病而言，环境因素的作用不可忽视，特别是与易感基因的综合作用是引起胎儿发育异常的重要原因。一些环境因素经检测证实为影响唇腭裂发生的风险因素，包括病毒、细菌及感染，药物作用(服用抗癫痫药物、止吐药物、类固醇药物、抗过敏、抗癌药物)，内分泌(精神或损伤性因素),营养因素(孕早期呕吐、偏食厌食导致的叶酸和微量元素的缺乏)以及照射X线、吸烟、酗酒等[19,20]. 另外，唇腭裂的发生有着较强的遗传因素，唇腭裂有相当部分是遗传的，目前在MTHFR上发现和唇腭裂有关的突变位点共有14个，其中最常见的是C677T和A1298C 2个位点。Van Rooij[21]等报道母亲为MTHFR 677TT基因型且孕期未用叶酸或服用叶酸的剂量较低，其后代患唇腭裂的风险较高；母亲为MTHFR 1298CC其后代有唇腭裂的风险增高7倍，吸烟饮酒且有MTHFR基因突变携带状态的患者其不良妊娠的发病率更高。

3.2肺部肿瘤(Lung Cancer) 基因与环境相互作用被认为在人类常见肿瘤疾病病因中占据重要位置。现已知道的是环境危险因子包括空气污染，在组织中被代谢后的产物可能是致癌的。烟，被认为是多种化学致癌物的混合物，亦导致各种类型的癌症，包括：肺癌、膀胱癌、上呼吸道肿瘤及骨髓细胞性白血病等。不吸烟者暴露于烟草烟雾缭绕环境和空气污染的环境中，肺癌或其他癌症的发生率增加。同时遗传性多态现象涉及到基因的代谢作用也对肺癌的发生有重要影响，MTHFR为甲硫蛋白的合成提供甲基团，并且间接地为DNA甲基化提供甲基，因此它控制着DNA稳定性或诱导突变发生[22]；而突变的等位基因则降低了酶活性，随之而来的增加Hcy水平和癌症的风险性。Margaret R[23]选择了1051名研究组和1141名对照组病人来研究MTHFR基因突变频率和肺癌发生之间的关系及基因与环境之间的相关性，结果发现女性患者中1298AA频率明显少于1298CC频率，可能会增加肺癌发生的风险。同样的结果也包括C677T位点，但是G1793A位点未得到相同的结论。同时进一步对环境与疾病的研究表明： 女性人群饮食中摄入维生素B12、B6、叶酸和蛋氨酸且不抽烟者，其肿瘤的发生率明显低于那些不摄入此饮食且有长期吸烟史的人群。

3.3消化系统肿瘤(Gastric Tumor) 消化系统肿瘤在肿瘤死亡率中占第二位，在很多国家特别是高收入国家，过去的十年里其发病率逐渐下降，但在欧洲及国际上仍是致死率高的疾病。Stefania[24]等研究发现叶酸代谢途径中涉及到的一些营养素如VitB12、VitB6、甲硫氨酸、饮酒和吸烟，与血浆叶酸水平和MTHFR基因多态性一起相互作用，决定癌症发生的风险性；饮酒且合并杂合子基因型与饮酒但是合并野生型个体相比较，叶酸水平处于正常值边缘或是低于正常值，胃癌发生率要高出5倍。已有研究报道，乙醇通过减少叶酸吸收和促进排泄来干扰叶酸代谢(图3)，而且新鲜水果和蔬菜的摄入和胃肠道肿瘤风险性之间存在相反关系，即摄入这些物质越多其肿瘤发生率相对越低一些，并且这种关系在10后观察更明显。国内也报道，MTHFR变异基因型增加非贲门部胃癌发生的危险，变异基因型与新鲜蔬菜、水果摄入少和常饮酒在贲门癌发生中存在交互作用， 与豆制品和新鲜水果低摄入在非贲门部胃癌发生中存在交互作用[25]。总之，在消化系统肿瘤致癌作用过程中，MTHFR基因突变和环境交叉作用，影响叶酸代谢、DNA合成及甲基化作用，从而增加了癌症的发生。

图3 乙醇摄入可能肿瘤发生的机制

3.4复发性流产(Recurrent Spontaneous Abortions，RSA) 生育年龄的妇女反复自然流产的发生率为1%～3%，其原因比较复杂，由多种原因所造成，染色体异常是最常见的原因；除此之外还包括解剖、内分泌、感染、母体全身性疾病和免疫功能异常等因素，其中40%～70%原因不明。越来越多的专家致力于自然流产的研究表明，过多的接触放射线、砷、铅、甲醛、苯和氧化乙烯等化学物质等均可引起自然流产[26]。近年国内外关于MTHFR基因突变与自然流产的相关性报道日益增加，Callejon.G[10]等选择原因不明的RSA患者MTHFR基因进行了多个位点的多态性分析，以探讨易感基因与RSA的关系。结果显示突变位点的纯和突变和杂合突变基因频率在RSA人群中占有明显优势，并且联合突变的情况只发生于RSA人群中。国内也进行了类似的研究，并采用时间分辨荧光方法检测红细胞叶酸水平，最低叶酸水平出现于RSA组，而最高者出现于正常对照组，RSA组红细胞叶酸水平明显低于对照组，证明叶酸浓度是影响RSA的独立危险因素，提示叶酸缺乏使RSA的危险增加。

3.5心脑血管病(Stroke) 在我国心脑血管疾病是导致死亡和丧失劳动能力的最常见原因。其中缺血性疾病最常见约占病因的80%；其次是出血性疾病，多由蛛网膜下腔出血和大脑出血引起。传统的心脑血管病因素包括高血压、吸烟、糖尿病、动脉纤维化、肥胖等在内，只占疾病发生的60%，仍有部分病因不明。最近几年来，国外开展了一些相关基因遗传多态性研究，包括MTHFR、血管紧张素(ACE)、血管紧张素原、一氧化氮合成酶(NOS)等等基因。研究发现心脑血管疾病发生过程中有显著的遗传成分起作用，而MTHFR基因多态性与之密切相关，其基因突变编码产物涉及到血液代谢、栓子形成和免疫发生等都被认为是潜在危险因子[27]。Hcy升高已被认为是其发病的独立危险因素，MTHFR基因的遗传变异可通过改变血浆Hcy的水平，从而改变机体对某些疾病的易感性。同时国内进行的流行病学调查研究表明：饮食及营养、气候及地理环境、毒物吸烟均对脑血管发病起重要作用，从而推测心脑血管病是多种环境因素在遗传基础上协同交互作用引起的多因素疾病。

4 结 论

本文简单探讨了MTHFR基因多态性与环境协同作用对疾病发生的影响，随着生活水平的提高和膳食结构的变化，叶酸缺乏呈上升趋势，加上环境污染，出生缺陷和肿瘤的发病人群日益增加，应当引起注意。目前普遍的观点认为这些疾病是内在遗传易感因素和环境致畸因素共同作用所导致，研究分析发现,基因多态性和环境接触之间具有正相加交互作用,说明在MTHFR基因型的遗传背景下同时暴露于不利环境中，疾病发生的危险性大大增加。因此对携带易感基因型的高危个体实施干预策略,积极控制相应的环境因素,对降低不良妊娠及出生缺陷的发病率、预防疾病的发生及提高生存质量都可能起到明显的作用。

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