胱硫醚β合成酶基因多态性与心血管疾病相关性研究进展

时庆平(综述),王 红(审校)

(新疆医科大学第一附属医院干部内三科，乌鲁木齐 830011)

心血管疾病(cardiovascular disease，CVD)仍是所有民族死亡的主要原因[1]。在20世纪早期，有关资料证实高同型半胱氨酸血症(hyperhomocysteinemia，HHcy)与CVD有关。1969年，McCully[2]首先描述了高胱氨酸尿症患者的血管病变，包括平滑肌增殖、动脉狭窄以及血流动力学改变，由此指出同型半胱氨酸(homocysteine，Hcy)可能是代谢异常疾病的独立危险因素。目前Hcy已经成为众多疾病的病理生理机制，包括胰岛素抵抗的糖尿病、帕金森病、阿尔茨海默病、精神分裂症和唐氏综合征。HHcy是由遗传性和非遗传性缺陷所致，而其中胱硫醚β合成酶(cystathione beta synthase，CBS)是由哈佛大学病理学教授在研究先天性CBS缺乏症患儿时提出的。患儿以HHcy、血管损伤及反复发生的重要器官栓塞为特征，多死于心肌梗死、脑卒中和肾衰竭。这一发现提示CBS缺乏引起HHcy与CVD有密切关系[3]。

1 CBS结构和功能

人类的CBS是合成半胱氨酸、胱氨酸的限速酶，是一个多域四聚体酶，它通过催化吡哆醛5′磷酸和S-腺苷甲硫氨酸来调节活性[4]。CBS的活性中心可结合Hcy和丝氨酸两种底物，以及3个配基，即5′-磷酸吡哆醇、S-腺苷-甲硫氨酸和亚铁血红素，CBS的错义突变是高胱氨酸尿症的主要原因[5]。

CBS参与Hcy代谢，Hcy是蛋氨酸循环的中间产物，蛋氨酸甲基化形成Hcy,Hcy在叶酸和维生素B12的辅助下重新合成蛋氨酸。Hcy代谢有转硫、甲基化两条途径。CBS是转硫途径的关键酶，在CBS的催化下Hcy与丝氨酸结合生成胱硫醚，后者在胱硫醚γ酶作用下分解为半胱氨酸和α酮丁酸，体内约53%的Hcy被CBS和胱硫醚γ酶不可逆转化为半胱氨酸。CBS活性下降可导致转硫途径发生障碍，从而引起HHcy[6]。相关研究表明，补充叶酸、维生素B12可降低血浆Hcy水平[7]。

2 HHcy致CVD的机制

HHcy作为CVD的独立危险因素已被广泛认同，正常成人空腹血浆总同型半胱氨酸(total homocysteine，tHcy)为5～10 μmol/L，当tHcy水平≥10 μmol/L时，属于HHcy，同时伴有HHcy的高血压，称为“H型高血压”。tHcy水平>100 μmol/L被认为是严重的HHcy。由于Hcy在肾脏代谢，tHcy水平随年龄的增加而增加。绝经前女性较男性tHcy水平低，这可能与雌激素、孕激素以及月经有关。国外研究发现[8]，农村居民较城市居民tHcy高，这可能与农村居民B族维生素摄入不足有关。生活方式，如吸烟、饮酒、缺乏锻炼、摄入较多咖啡也会引起较高的tHcy。Kriebitzsch等[9]研究发现，骨质疏松也可引起HHcy，同时血浆Hcy水平影响骨吸收，从而进一步加剧骨质疏松。遗传因素包括CBS和亚甲基四氢叶酸基因缺陷，与严重的HHcy相关。此外，有研究表明，治疗糖尿病的药物二甲双胍可降低叶酸和维生素B12的水平，从而引起HHcy[10]。抗惊厥和降脂药物也已报道能够增加tHcy水平，而抗风湿药物、青霉素类药物、乙酰半胱氨酸则降低tHcy水平[11]。目前HHcy致CVD的机制仍存在争议，可能机制如下。

2.1对血管内皮的影响 通过自身氧化产生羟自由基、过氧化氢自由基,从而导致蛋白质损伤,进而引起内皮损伤和细胞毒作用。另外，由于一氧化氮合酶活性受到抑制，内皮依赖性血管舒张因子减少,进而严重影响血管扩张作用。此外，通过改变内皮细胞基因表达,最终诱导细胞凋亡[7]。

2.2致血栓作用 相关研究发现，Hcy及其衍生物有致血栓作用，它们能够抑制组织纤溶酶活性物的活性,抑制抗凝和纤溶物质，降低黏血栓形成因子Ⅲ和Ⅶ的活性,具体是通过增加血小板凝血恶烷剂以及启动凝血因子Ⅴ，促进血小板聚集实现的[12]。

2.3金属蛋白酶对血管重构的作用 HHcy产生活性氧、活性氮以及无功能的硫醇，从而降低一氧化氮生物利用度，上述进程可触发基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)的活化，在动物模型中可观察到，HHcy导致高血压部分是由于增加MMP-2、MMP-9活性[13]。

2.4引起慢性炎症 Sen等[14]发现，Hcy通过诱导磷酸化，上调炎性反应分子单核细胞趋化蛋白1和巨噬细胞炎性蛋白2，同时减少内源性硫化氢，而硫化氢是一种强效的抗炎因子，通过硫化氢治疗，可减弱Hcy诱导的磷酸化过程。

2.5对动脉粥样硬化的影响 血管内平滑肌细胞的增殖是形成动脉粥样硬化的基础，Hcy增加平滑肌细胞内fos癌基因和周期蛋白mRNA的表达，诱导平滑肌细胞Ⅰ期合成,使平滑肌细胞从静止期进入分裂期，加速细胞增殖。另外，Hcy还能加强低密度脂蛋白的自身氧化,影响一氧化氮的合成，使动脉管壁泡沫细胞增加，脂质沉淀、钙化，最终导致动脉粥样硬化病变[15]。

3 CBS基因多态性

人类CBS基因位于21q22.3，在1998年完成对CBS基因的克隆和测序，目前多个实验证明，CBS基因多态性存在着明显的地域和种族差异。已发现的CBS基因多态性位点至少有153个，它们绝大多数分布在第3位和第8位外显子中，如C341→T、G374→A、C43→T、C699→T、T1080→C、833→C和G919→A等，其中以G9191A、T833C、844ins68最为常见[4]。突变位点不同，对CBS活性的影响也不尽相同。

Nienaber等[8]的研究表明，在南非黑人中，CBS基因位于G9276A、T833C、844ins68，并没有显著影响Hcy水平，而且他强调建立基因-基因、基因-环境相互作用的模式。Dutta等[16]对印度280例智力低下患者及健康者的病例-对照研究发现，CBS T833C、CBS844ins68杂合突变基因型血浆Hcy水平低于野生纯合基因型血浆Hcy水平。宋玉强等[17]对570例缺血性脑血管病患者及健康者的病例-对照研究发现，CBS T833C不同基因型之间血浆Hcy水平不同，CBS 833TC、CBS 833CC基因型血浆Hcy水平显著高于CBS 833TT基因型血浆Hcy水平，CBS 833TC、CBS 833CC基因型两组间血浆Hcy水平差异无统计学意义。Lievers等[18]发现，位于第13外显子与第13内含子结合区域的variable number of tandem repeat(VNTR)酶活性与重复次数有关，重复次数增加，酶活性降低，尤其是16、17、18、19或21位重复可使酶活性降低显著。与Lievers等[18]的结果不一致的是Yang等[19]的研究，即第16、18位的重复可能上调了CBS基因的转录水平，从而影响酶的活性。第5外显子第699位存在C→T的同义突变(C699T)，同样的第10外显子第1080位也存在C→T的同义突变(C1080T)。Sarov等[6]的研究表明，C699T和C1080T与Hcy水平无关。而Aras等[20]则认为，这两个突变可降低血浆Hcy水平。Lievers等[18]认为，C699T和C1080T可使Hcy水平显著升高。C572T位点位于编码区第5外显子，第572位C被T替代，造成HHcy。

4 CBS基因多态性与CVD

4.1CBS基因多态性与冠状动脉粥样硬化性心脏病(冠心病) 国外报道CBS G919A突变多引起重度的HHcy，其基因突变多分布于凯尔特人同型半胱氨酸尿症患者中，已发现在爱尔兰患者A等位基因频率高达71%，且多为严重的HHcy，引起冠心病等疾病[21]。国内关于G919A突变与冠心病的相关报道结果不一致，李丽帆等[22]认为CBS G919A突变与冠心病有关，而许海燕等[23]认为无关。Bermudez等[24]报道，在哥伦比亚高同型半胱氨酸尿症患者中CBS C572T突变高达70%，而李丽帆等[22]认为该位点突变与广西籍冠心病患者无关，唐芳玫等[25]认为CBSC770T基因突变与冠心病无明显相关性。

4.2CBS基因多态性与原发性高血压 关于Hcy与高血压之间关系的报道近年逐渐增多，但仍存在分歧。Sutton-Tyrrell等[26]在1997年报道，HHcy是单纯收缩性高血压的独立危险因素；Nabipour等[27]发现绝大多数的高血压患者伴有血浆Hcy水平的升高，Sengwayo等[13]通过对382例参与者的横断面研究发现，血浆Hcy水平和高血压有相关性。而Vayá等[28]发现HHcy与高血压之间无关。欧洲11个国家共同完成的研究表明，Hcy水平的变化与血压水平密切相关[29]；而朱慧萍等[30]报道，北方少数民族，如回族、朝鲜族、维吾尔族CBS基因T833C的C等位基因频率分别为38%、43%、41%，而美国非洲裔黑人为46.8%；呼日勒等[31]研究报道，T833C蒙古族正常人群和高血压人群CBS rs11700748(T833C)位点均为TT纯合子，无多态性改变；来自北方汉族人群的研究报道T833C的C等位基因与高血压相关[32]。张春军等[33]发现，在新疆哈萨克族人群中存在CBS基因rs719038、rs719037、rs11700748多态性，rs719038、rs719037基因型及等位基因在高血压组和健康对照组分布差异无统计学意义，而rs11700748基因型和等位基因在高血压组和健康对照组存在差异，rs11700748CC基因型可能与新疆哈萨克族高血压相关，而rs719038、rs719037基因型可能与新疆哈萨克族高血压无关。从以上结果可以看出，CBS基因多态性具有种族差异，不同种族之间存在明显遗传异质性，这可能也是目前多基因研究结果在不同人群和种族之间存在明显差异的原因之一。

5 小 结

现在多个试验证据表明，Hcy对CVD的发生、发展有重要影响，而作为Hcy代谢的关键酶，CBS的基因存在着基因多态性，且存在地域、民族、性别间差异，通过影响CBS基因的转录和表达，进而影响相关酶的活性，最终影响相关疾病的发生、发展和转归。CVD是多基因、多因素的复杂性疾病，单个基因位点突变对疾病的影响是单一的，需要多个基因的协同作用，同时环境因素对疾病的影响也不能小觑。未来旨在确定遗传因素和疾病风险之间因果关系的研究，应考虑采取基因-基因、基因-环境相互作用的模式。这样才能为CVD的一级预防奠定基础。

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