亚甲基四氢叶酸还原酶基因多态性与2型糖尿病肾病相关性研究进展

刘康海综述,曾麒燕审校

(1、广西玉林市第一人民医院,广西玉林537000;2、广西医科大学生物化学与分子生物学教研室,广西南宁530021)

亚甲基四氢叶酸还原酶基因多态性与2型糖尿病肾病相关性研究进展

刘康海1综述,曾麒燕2审校

(1、广西玉林市第一人民医院,广西玉林537000;2、广西医科大学生物化学与分子生物学教研室,广西南宁530021)

2型糖尿病;糖尿病肾病;基因多态性;亚甲基四氢叶酸还原酶

随着经济的发展和生活水平的提高,以及生活习惯的改变,人类健康面临糖尿病威胁越来越大,目前糖尿病及其并发症给人类健康和社会发展带来了严重的负担[1].

据国际糖尿病联盟(IDF)的统计,在2000年全球糖尿病患者超过1.5亿,目前已超2.8亿,按此增速,估计到2030年全球糖尿病患者将近5亿人.值得关注的是,糖尿病类的"富贵病"已不限于发达国家,而在包括中国在内的发展中国家也快速增长.2008年中华医学会糖尿病学分会(CDS)组织流行病学调查,其结果显示,20岁以上年龄标化的糖尿病患病率为9.7%.由于中国人口众多,糖尿病患者人数占全球糖尿病患者总数的1/3,因此,中国已成为世界上糖尿病患者最多的国家.同时研究表明,中国糖尿病患者以2型糖尿病为主,据推算占糖尿病的95%以上[2].

糖尿病肾病(DN)是糖尿病常见的慢性并发症之一,是终末期肾病的首要原因.DN发生率约为20~40%,其病因及发病机制十分复杂,涉及到遗传、代谢、生长因子、细胞因子、血液动力学改变、环境等多种因素.随着研究的深入,遗传因素的作用越来越受到重视,现就亚甲基四氢叶酸还原酶(MTHFR)基因多态性与DN相关性研究进展综述如下.

1 MTHFR概述

MTHFR相对分子质量约70kDa,催化N5, N10-亚甲基四氢叶酸转化为N5-亚甲基四氢叶酸,后者作为同型半胱氨酸(Hcy)转变为甲硫氨酸的甲基供体.

编码人类MTHFR的基因位于1号染色体(1p36.3),基因全长为17kb,包含有11个外显子和10个内含子.外显子大小为102~432bp,内含子大小为250bp~4.2kb.其cDNA长度为2.2kb.

MHHFR基因具有多态性.MTHFR基因多态性常见且主要类型为C677T,即MTHFR基因的677位碱基点突变,碱基C突变为碱基T,其编码的氨基酸也由丙氨酸变为缬氨酸.MTHFR基因经C677T方式突变后,产生一个限制性内切酶HinfⅠ酶切位点,经酶切后可产生三种基因型,即野生型(CC型)、杂合子型(CT型)、纯合子型(TT型).

MTHFR基因另一常见突变位点是A1298C突变,在调节区的第7外显子上,即MTHFR基因的1298位碱基点突变,碱基A突变为碱基C,其编码的氨基酸也由谷氨酰胺变为丙氨酸.MTHFR基因经A1298C方式突变后,产生一个限制性内切酶MboII酶切位点,经酶切后可产生三种基因型,即野生型(AA)、杂合突变型(AC)、纯合突变型(CC)).

目前发现MTHFR基因突变还有其它类型,如A83G(N324S)、T1025C(M338T)、T1027G(W339G)、C471G(I153M)、G1274A(W421X)、C148T(R46 W)、C1084T、C 1711T、T 1317C、1553delAG(2-bp缺失)等.

2 MTHFR基因多态性与DN相关性

对MTHFR基因多态性与DN相关性,目前研究较多的是C677T多态性.孙家忠[3]等研究糖尿病肾病患者与糖尿病无肾病并发症的患者分别与正常人群进行比较,发现其MTHFR基因型频率及等位基因频率有显著性差异,有53.85%DN患者携带有T等位基因,而仅有33.70%的不伴肾病患者及31.58%的正常人携带有该突变基因,携带T等位基因的2型DM患者发生DN的危险性更大(OR= 2.30,95%CI:1.24~2.46),表明在中国汉族2型DM人群中,MTHFR基因的T等位基因是其伴发肾损害的危险因素之一.岳红等[4]研究结果也得出同样的结论.国内徐金升等[5]发现DN患者T等位基因频率(54.35%)明显高于非DN组,表明MTHFR基因C677T突变可能为河北地区汉族人T2DM患者发生DN的一个遗传易感因素.杨国庆等[6]对中国北方汉族人群的这一研究结果和胡胜等[7]对中国南方人群的研究结果一致.国外Mtiraoui N[8]等研究结果表明突尼斯人DN与非DN组间C677T纯合子TT基因频率间的比较有显著性差异(OR= 9.799;95%CI=1.625~59.075),表明MTHFR基因C677T是突尼斯人DN危险因子.另外对伊朗西部[9]、黎巴嫩[10]、部分土耳其[11]等人群的研究也得出了相同的结论.基于以上研究结果,考虑MTHFR基因C677T突变可能是加重糖尿病肾微血管损伤,加速DN发展的遗传因素,MTHFR基因T等位基因可能是DN发生的易感基因.相反,也不少研究结果表明,MTHFR基因C677T的T等位基因与DN无关.Maeda M等[12]对日本人的研究,结果表明MTHFR基因C677T的T等位基因与DN无关,只是对DN的发展恶化起一定的作用.Eroglu Z[13]通过对土耳其人糖尿病肾病与非糖尿病肾病进行比较,得出MTHFR基因多态性与土耳其人的2型糖尿病肾病无关的结论.另有学者对巴林[10]、印度[14]等人群研究也认为C677T与DN的发生发展没有联系.对MTHFR基因A1298C多态性与DN相关性的研究,报道较少.Rahimi M[9]对伊朗西部人群的研究结果表明MTHFR基因A1298C是伊朗人DN的危险因子.但也有结果显示MTHFR基因A1298C多态性与DN不相关[8].上述研究结果揭示MTHFR基因多态性与DN的关系,与地区、民族、人种等有关.但是多数人认为,T2DM患者MTHFR基因C677T多态性是DN的危险因素.而MTHFR基因C677T单核苷酸多态性作为DN的危险因子,是通过提高血中的Hcy水平来起作用的.

3 MTHFR基因多态性与DN致病机理

3.1 生理情况下同型半胱氨酸代谢人体自身不能合成同型半胱氨酸,只能由甲硫氨酸去甲基化生成,即蛋氨酸在三磷酸腺苷的参与下先形成S-腺苷蛋氨酸,S-腺苷蛋氨酸在甲基转移酶的作用下变成S-腺苷同型半胱氨酸,后者脱去腺苷即变成同型半胱氨酸.

在血循环中Hcy存在多种形式,包括同型胱氨酸、同型半胱氨酸、胱氨酸二硫化物等总称为总同型半胱氨酸(total Homocysteine,tHcy),以结合态与游离态两种方式存在,游离态Hcy占1%,与二硫化物结合形式存在的Hcy占20~30%,与血浆蛋白结合形式存在的Hcy占70~80%.人体内同型半胱氨酸代谢有三条主途径:(1)再甲基化途径:由蛋氨酸合成酶(MS)催化,以VitB12作为辅酶,使5-甲基四氢叶酸转变为四氢叶酸,所供出的甲基由Hcy获得形成蛋氨酸.5-甲基四氢叶酸是由MTHFR催化N5,N10-亚甲基四氢叶酸而来的.(2)转硫化途径:Hcy在胱硫醚β合成酶及以辅酶VitB6的参与下,与丝氨酸缩合成胱硫醚,胱硫醚进一步断裂成胱氨酸和α-酮丁酸,(3)Hcy在细胞内形成后排出至血浆参加循环.正常人体内,Hcy的生成和代谢保持平衡,健康的肾脏能完成90%的Hcy代谢清除任务.任何参与Hcy代谢的酶的异常都会影响其血浆浓度水平,所以,遗传因素、基因突变因素、机体的健康状态、营养因素、药物都可能影响Hcy的血浆浓度值.

3.2 MTHFR基因突变对同型半胱氨酸代谢的影响导致血Hcy水平升高的因素有饮食和遗传两方面,饮食因素主要是由于膳食中叶酸和VitB12的缺乏,而遗传因素与MTHFR基因突变导致酶活性降低有关.MTHFR基因突变,其结构发生改变致其功能受到影响,从而影响同型半胱氨酸的代谢.研究表明[15],MTHFR基因C677T多态性使酶对热敏感导致酶活性降低,MTHFR杂合子酶活性为野生型的65%,而纯合子酶活性仅为野生型的30-50%,因而纯合子酶活性低导致Hcy浓度较杂合子及野生型明显升高.

3.3 高同型半胱氨酸在糖尿病肾病发病中的作用DN的基本病理改变是肾微血管的损伤.MTHFR C677T基因突变引起血Hcy水平升高,目前大量研究表明,高Hcy血症是糖尿病微血管并发症的危险因素,高Hcy血症造成肾血管的损伤而导致肾病临床进展加速.其致病机理可能为:Hcy能诱导过氧化氢产生,自由基活性增加,具有直接的细胞毒作用.直接损伤血管内皮功能;还可促进二磷酸腺苷增多,血小板存活时间缩短,促进血小板凝聚和黏附,增加血小板聚合能力[16,17];增加凝血因子Ⅴ、Ⅹ活性,抑制组织纤溶酶及抗血栓形成因子Ⅲ、Ⅶ活性[18]并促进平滑肌细胞生长因子的合成,促进平滑肌细胞增殖[19].血浆Hcy水平升高可能通过这些环节使糖尿病肾病血管内皮损伤、血栓形成、微循环障碍、组织缺氧而形成和加速肾脏病变的发生发展[20,21].

3.4 叶酸、VitB12对同型半胱氨酸代谢的影响MTHFR基因多态性与血中同型半胱氨酸水平的关系,与血清叶酸和VitB12水平有关.曹宏等[22]等研究发现,当叶酸浓度>6.92nmol/L时,DN组和对照组的比较,OR=0.73,缺乏统计学意义,但当叶酸浓度<6.92nmol/L时,OR=8.5,具有统计学差异,证实了MTHFR基因C667T突变的纯合子型或杂合子型的DN发生率增加,合并低血清叶酸和VitB12,更容易导致血浆同型半胱氨酸的升高,而补充叶酸和VitB12,则可预防或延缓糖尿病肾病的发生,中风的发生率和复发率降低[23].Hackam DC[24]等对101例血管病患者用每日叶酸50mg、VitB625mg、VitB12250μg进行治疗,以血浆Hcy浓度14μmol/L为界分为高、低两组,结果显示维生素治疗不论对血浆Hcy浓度高与不高的两组血管病患者均可使颈动脉斑块缩小,并且建议对血浆高Hcy血症的治疗度以Hcy血浆浓度低于9μmol/L为宜.应用叶酸、VitB6、VitB12治疗可以降低血浆Hcy水平,这是因为MTHFR突变基因的677位核苷酸编码区处于MTHFR与叶酸的结合区,其结合可增加酶稳定性和活性,弥补了MTHFR基因C677T突变造成的MTHFR活力下降,进而降低血浆tHcy水平[19].

综上所述,尽管MTHFR基因多态性与DN相关性的研究结果存在分歧,但多数研究认为MTHFR基因多态性与DN的发生发展有关,MTHFR基因发生突变后,酶活性降低,影响Hcy的代谢,造成高Hcy血症,促进DN的发生、发展.此外, MTHFR基因多态性还存在地区、民族、人种等差异,在后续的研究中应更深入考虑其它因素对DN发生发展的影响.

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2013-09-06;

2014-03-07)

刘康海,男,1968年出生,硕士学位,副主任技师,主要研究方向为分子生物学基础与临床.

曾麒燕:女,1968年出生,博士学位,教授,研究方向为生物化学与分子生物学.