高同型半胱氨酸血症引起的氧化应激对妊娠期高血压疾病的影响

徐晓红，张 丹，罗天华，滕 红*

(1.吉林大学第二医院 a.妇产科；b.肝胆外科， 吉林 长春130041;2.厦门市第二医院 妇产科)

高同型半胱氨酸血症引起的氧化应激对妊娠期高血压疾病的影响

徐晓红1a，张 丹1b，罗天华2，滕 红1a*

(1.吉林大学第二医院 a.妇产科；b.肝胆外科， 吉林 长春130041;2.厦门市第二医院 妇产科)

妊娠期高血压疾病(hypertensive disorders of pregnancy)是多因素发病的、表现为多种病理生理过程、可累及多个器官、出现多种并发症的妊娠期特有疾病，其严重后果可出现孕产妇肺水肿、子痫、血小板减少、肝肾功能衰竭，胎儿宫内生长受限等，是孕产妇及围产儿发病率和死亡率的主要原因之一，WHO报道，从2003年到2012年，有34.3万孕产妇死于妊娠期高血压疾病，仅次于产后出血(占27.1%)引起的孕产妇死亡，在孕产妇死因中第二位(占14%)[1]。HDCP主要表现为妊娠20周后出现血压升高、蛋白尿，病情进一步发展可发生母体器官功能受损或胎盘-胎儿并发症。但其病因及发病机制不明。最近，研究表明，氧化应激在妊高症发病过程中起到重要作用。血浆毒性含硫氨基酸——同型半胱氨酸(Hcy)水平升高引起的高同型半胱氨酸血症(HHcy)通过激活NO途径，激活多种细胞因子，导致机体氧化应激状态。本文综述了Hcy对代谢的影响，旨在为揭示妊高症的发生提供新的视点，为其治疗找到新的靶点。

1 Hcy代谢

1932年Butz和Du Vigneaud发现半胱氨酸和胱氨酸(后来被命名为同型半胱氨酸 Hcy)，并把此结构定义为含硫氨基酸。含硫氨基酸包括蛋氨酸(甲硫氨酸)、半胱氨酸和胱氨酸三种。蛋氨酸可以转变为半胱氨酸和胱氨酸，后两者也可以互相转变。但它们不能转变为蛋氨酸，所以蛋氨酸是必需氨基酸。蛋氨酸主要来源于食物，在高蛋白食物中广泛存在，也一部分来自内源性蛋白崩解。Hcy主要由蛋氨酸脱甲基而成，正常情况下血浆浓度一般为5-15 μmol/L。

Hcy主要通过三条途径代谢[2]:转硫途径、蛋氨酸循环和重甲基化途径。转硫途径是Hcy在胱硫醚B合酶(CBS)催化下，以维生素B6作辅助因子，与丝氨酸缩合成胱硫醚(cystathionine),进一步在胱硫醚酶催化下裂解为半胱氨酸和a-酮丁酸；a-酮丁酸进一步在a-酮酸脱氢酶催化下氧化脱羧生成丙酰CoA。半胱氨酸代谢产生牛磺酸、硫酸盐，一部分代谢产物从尿中排出；蛋氨酸循环途径是蛋氨酸与ATP反应，经腺苷转移酶(MAT)催化生成S-腺苷蛋氨酸(SAM)，SAM为甲基的供体，SAM提供甲基后转变为S-腺苷同型半

胱氨酸(SAH)，SAH进一步脱去腺苷转变成同型半胱氨酸，同型半胱氨酸在转甲基酶催化下，从N5-甲基四氢叶酸上再获得甲基后又生成了蛋氨酸，称为蛋氨酸循环；重甲基化途径是Hcy重甲基化生成蛋氨酸，此途径是由蛋氨酸合酶(MS，5-甲基四氢叶酸-同型半胱氨酸甲基化酶)催化，由维生素B12、叶酸为辅助因子。MS从5-MTHF转移一个甲基给Hcy，再生成蛋氨酸(图1)。

图1 蛋氨酸-同型半胱氨酸代谢示意图(SAM:S-腺苷蛋氨酸；SAH:S-腺苷同型半胱氨酸；Hcy:同型半胱氨酸)

2 高同型半胱氨酸血症

正常情况下，机体 Hcy 的生成及代谢维持平衡，多个基因、代谢、环境因素共同作用，保持平衡，维持Hcy处于低水平，任何一个因素的变化或其共同作用，都能严重影响tHcy的升高。如果 Hcy 生成大于代谢则可使机体 Hcy 水平升高。当血液中 Hcy 浓度大于等于 10 μmol/L 时，定义为高同型半胱氨酸血症。导致高同型半胱氨酸血症的原因主要有四种：①蛋氨酸摄入过多；②维生素(B12、B6及叶酸)缺乏；③基因异常(CBS、MS、MTHFR)；④肝、肾功能减退。此外，还有其他的遗传、生理、病理、营养等因素引起Hcy上升，包括但不限于高血压、糖尿病、素食者等。

2.1 蛋氨酸摄入过多 肉、鱼及奶制品都是蛋氨酸的来源。正常饮食中的蛋氨酸一般会转换为Hcy ,而摄入量过多时，如食肉过多，能够产生毒性作用，引起tHcy水平增高。蛋氨酸负荷是检测Hcy代谢途径紊乱的可靠的、敏感指标。研究显示，tHcy水平升高与正常禁食状态的tHcy水平一致，说明Hcy转硫途径在调节Hcy水平中起重要作用[3]。

2.2 遗传异常 Hcy代谢酶、MS、MTHFR、CBS基因异常，尽管比较少见，但却能够导致严重的tHcy水平升高，其严重性依赖于基因突变的位点。

亚甲基四氢叶酸还原酶(MTHFR) 存在于细胞质中，催化亚甲基四氢叶酸不可逆地还原为甲基四氢叶酸，在该反应中，需要辅酶黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)、磷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸和还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)的参与，并将一碳单位转运到甲基化循环中。因为MTHFR是5-甲基四氢叶酸的唯一制造者，MTHFR 基因变异会降低MTHF甲基供体含量而干扰蛋氨酸再生，导致细胞内Hcy增加和HHcy。MTHFR活性的减弱会导致同型半胱氨酸甲基化过程中的5-甲基四氢叶酸减少，从而引起同型半胱氨酸浓度升高。

MS在叶酸代谢中把5-MTHF转化为比较有用的形式，催化Hcy再生为蛋氨酸，遗传异常导致MS活性降低会削弱Hcy的再甲基化，通过SAM依赖机制增加细胞内Hcy水平，蛋氨酸再生障碍时，SAM浓度降低，导致SAM依赖调节的5-MTHF减少、SAM减少，5-MTF积聚、SAM变构调控CBS活性降低。SAM降低，激活MTHFR,导致5-MTHF积聚。细胞内叶酸水平降低和限制MTHF从血液到细胞中叶酸的结合生成的叶酸衍生物再分布，从而降低了核酸的生物合成。SAM降低也降低了CBS活性，使Hcy进入失活的再甲基化途径。

CBS缺陷是比较少见的可逆性常染色体疾病，是导致严重的遗传性HHcy可鉴定的原因。在转硫途径中，CBS通过使之与丝氨酸结合生成胱硫醚从而促进Hcy分解代谢。CBS抑制时Hcy转入再甲基化途径，增加蛋氨酸合成，导致细胞内SAM增加，最终反馈抑制MTHFR，抑制再甲基化途径。因此，两个途径均受损，Hcy明显升高。2.3 饮食缺乏 对营养缺乏尤为有趣，因为维生素衍生的辅助因子的促进作用及其有助于调控Hcy最佳代谢。饮食摄入和血浆中叶酸、维生素B12、及维生素B6水平与tHcy浓度负相关，任何一种缺乏都能够在一定程度上提高tHcy水平。许多研究认为HHcy患者中多数有一种或多种必须维生素辅助因子的不足。这些缺乏比较常见，因为饮食摄入不足，并且占中度HHcy病例的大多数。有趣的是，现在已经发现维生素治疗能够降低甚至使血清Hcy水平降至正常，不过这种治疗的远期疗效尚不清楚。

叶酸是水溶性维生素B9的一种形式，由于其饮食需要，因而它对Hcy代谢有最大影响。对于新细胞产生，尤其是快速细胞分裂期和增殖期，如妊娠时，叶酸是必要的。叶酸缺乏是轻度到中度HHcy最常见的原因，减低了MTHF合成和抑制甲基提供而破坏了再甲基化途径，进而削弱了叶酸辅酶系统。食物中叶酸摄入不足与出生缺陷关系密切。维生素B12对脑组织和神经系统的正常功能起重要作用。并且也与DNA和脂肪酸合成有关。B12缺乏导致MS失活，损害细胞的使细胞再甲基化Hcy能力降低，维生素B12缺乏也能导致5-MTHF积聚，细胞内叶酸消耗。维生素B12减低与阿尔茨海默病、临床减弱及双极性疾病相关。维生素B6是多种氨基酸代谢从糖异生为葡萄糖的辅酶。许多研究发现基础的tHcy水平关系不大，许多研究显示与CBS氨基酸相关的维生素B6缺陷，因此，抑制了Hcy分解代谢，维生素B6与帕金森及孤独证相关。Hcy代谢过程并不是孤立的,与叶酸代谢紧密相关。叶酸是蛋氨酸转化为S-腺苷蛋氨酸的一个辅助因子,当叶酸水平减低时,会引起S-腺苷蛋氨酸缺乏从而影响DNA的合成。Hcy水平的维持,是依赖叶酸和维生素B12转化为蛋氨酸的再甲基化过程实现的,因此持续叶酸缺乏最终会导致HHcy的形成。

叶酸是血浆HCY代谢途径中重要的甲基供体，VitB12 参与甲基供体转移，叶酸/VitB12 缺乏使HCY 不能甲基化为蛋氨酸，从而导致高HCY血症[4]。

2.4 肾功能受损 Hcy主要在肾脏代谢，三种代谢酶肾脏都有：MS、CBS、C-胱硫醚酶。肾功能紊乱与轻度HHcy相关，但机制不明。Guttormsen et al等研究表明，在肾病终末阶段，由于转硫途径受损，肝脏代谢清除Hcy负荷很大程度受损。HHcy可能与Hcy代谢酶相关的遗传因子、受损的维生素辅酶、尿毒症毒素有关[5]。

3 HHcy与氧化应激

氧化应激主要是由于机体受到有害刺激时，体内 ROS 产生过多，超出机体的清除能力，导致 ROS 过量聚集，从而对细胞、组织产生多种毒性作用的病理状态[6]。氧化应激是高同型半胱氨酸血症相关病理作用中最主要的生化机制，大量研究显示，高同型半胱氨酸水平诱导的 ROS 产生可导致血管内皮细胞凋亡、损伤血管内皮依赖性舒张功能，同时也可导致血管平滑肌细胞增殖、血管纤维化等，最终导致血管重构及内皮功能障碍[7]。 Hcy使细胞质发生氧化应激,导致诱导凋亡蛋白激酶调节失控,其机制包括[8]:

Hcy包含一系列活化的巯基，在氧和金属离子(铁和铜)存在的环境中能够快速氧化自身，产生ROS、超氧化物、过氧化氢。这个过程使保护性抗氧化系统受损、中间产物解毒能力下降、和/或ROS介导的损伤修复。氧化应激损伤蛋白质、脂类、DNA，导致细胞凋亡，疾病发生。研究发现，HHcy是冠心病、脑血管疾病、周围血管闭塞性疾病的独立的风险因素。氧化应激是Hcy介导的细胞损伤和功能失调、血管损伤的病理基础。2、高Hcy减少转录、翻译过程的进行,并使谷胱甘肽过氧化物酶、SOD等抗氧化酶活性减低,导致过氧化氧等Hcy氧化产物堆积。3、Hcy能够直接或间接的破坏NO的生物学功能。NO与巯基迅速反应生成亚硝基硫醇，从而稳定并转运NO。ECs在最初暴露时，有自我防御功能，并且通过增加NO的合成和释放去除Hcy氧化毒性，进而使同型半胱氨酸亚硝基——一种潜在的抗血管扩张剂发挥功能，不幸的是，这一防御功能是有限的，慢性暴漏在Hcy中最终会导致基底层产生NO功能受损，自由基生成，继而出现内皮受损。Hcy也能通过氧化降解NO生成ONOO-，降低NO的生物利用度和生物学活性[8,9]。取决于环境的氧化还原状态，NO的不成对电子成为高活性的自由基，可以迅速与氧离子反应。这能够解释观察到的现象，NO含量降低是生物利用度受限所致，而不是产物生成受限的结果。S-亚硝基同型半胱氨酸的形成和ONOO-的形成都减少了能够调节血管功能的活性NO含量。Vathsala[10]等的动物实验研究揭示 Hcy 可通过激活 NOX，介导过氧化物的产生，损害主动脉内皮依赖性的舒张功能。总之，NO动态平衡降低是血液动力学变化、炎症发生、血栓形成和细胞凋亡的中间过程。以前提到的Hcy介导NO消耗的机制和内皮功能下降在冠心病动粥、脑血管疾病和外周血管病变中有重要作用。尽管目前有证据表明补充叶酸和维生素治疗能够减少细胞内氧离子生成，改善Hcy介导的NO代谢损伤，其可能原因尚需要进一步研究。

Hcy自身氧化生成的ROS造成动脉粥样硬化前状态(fig.7)并改变了内皮细胞功能，导致内皮损伤，暴露子宫基层，介导平滑肌细胞增殖，促进血小板和白细胞激活。有趣的是，半胱氨酸，血浆中含量丰富的含巯基小分子物质，比Hcy浓度更高(-250 mM)，然而并不引起内皮损伤。

Hcy增加血管壁应激和氧化损伤也有助于过氧化氢酶、SOD等重要的抗氧化酶表达和活性降低，谷胱甘肽过氧化物酶、SOD和过氧化氢酶活性降低，促进氧化应激的产生。这些清除有害基团能力的降低，细胞和组织对氧化损伤的防御能力丧失。

NO的生物合成能够在转录和翻译后水平被调控。Hcy激活不同的转录因子很可能增加来自于NO的iNOS生成，这也增大了血管炎症反应。在VSMCs，Hcy激活NFjB依赖的转录活性和IL-1b-介导的mRNA增加，增加了iNOS表达，导致抗炎反应的内环境紊乱。在这个过程中，Hcy激活TNFa，进而促进NFjB从细胞浆到细胞核的转运，在细胞核中介导iNOS和其他可介导基因的表达[11]。VSMCs中iNOS介导的NO产物增加原因之一是由于eNO合成不足。然而，iNOS活性增加可能氧化产物，有助于动粥的发生。

4 同型半胱氨酸与妊娠

Manizheh Sayyah-Melli[12]等研究发现，与补充低于低剂量(0.5 mg/天)叶酸孕妇比较，孕期补充大量叶酸(5 mg/天)，分娩时孕妇血清同型半胱氨酸浓度明显降低、新生儿出生体重增高、早产率降低，但血压没有明显差异。提示整个孕期补充大剂量叶酸能够减少分娩时同型半胱氨酸浓度。

母亲叶酸制剂和VitB12 制剂的补充可以提高母亲血清叶酸水平和VitB12 水平从而预防高HCY血症出现，对子代CHD的发生起到间接预防作用[13]。

X.Xu a等[14]研究发现，DL-Hcy处理过的孕鼠会表现子痫前期样症状，包括孕晚期血压升高、蛋白尿。DL-Hcy处理过的孕鼠和子痫前期孕妇的胎盘组织中，NRP1和VEGF表达下降，导致内皮损伤。

羊水中蛋氨酸含量随孕周增加明显减少。SAM/SAH比例从孕25周开始增加。胆碱和总同型半胱氨酸负相关，同时，孕期胆碱与二甲基甘氨酸的比例恒定提示胆碱可能被用作胎儿的甲基供体[15]。

Hcy 具有细胞毒性，孕妇血Hcy水平升高可直接影响胎儿的发育[16]，导致胎儿宫内发育迟缓、胎儿畸形甚至胎死宫内。其可能机制为：(1)Hcy升高时过氧化物和氧自由基生成增加，引起细胞凋亡和DNA 损伤；(2)损伤血管内皮细胞，激活血小板，促进血栓形成，导致胎盘血管栓塞，抑制了胎盘向胎儿供给营养物质和排出代谢产物；(3)诱导神经干细胞死亡，干扰胎儿神经管闭合，造成神经管畸形和先天性心脏病；(4)SAM合成减少，导致DNA 低甲基化，引起染色体减数不分离。HHcy、叶酸或维生素B12缺乏都会引起SAM减少,甲基转移酶类竞争性抑制剂SAH升高。叶酸缺乏导致DNA甲基化的模式改变,主要与SAM有关。SAM是细胞内各种甲基化反应的通用供体,参与DNA合成及组蛋白甲基转移酶等转甲基反应,SAH是其产物,可与甲基转移酶紧密结合并抑制其活性,从而使染色体甲基化过程受抑制。当Hcy再甲基化为蛋氨酸过程受阻时,SAH浓度会不断升高。细胞内SAM/SAH的值通常作为甲基化潜能的评估指标,SAM、SAH均会影响腺苷蛋氨酸依赖性甲基转移酶活性。叶酸介导的一碳单位代谢通过SAM将细胞和表观遗传学相连,SAM/SAH值的改变,会影响到DNA甲基转移酶的活性[17]。

López-Alarcón M[18]等检测了19例子痫前期孕妇和57例同期正常孕妇血清中Hcy、ADMA(不对称二甲精氨酸)、FA、维生素B6、维生素B12水平，发现72%妇女有维生素B族缺乏，40%有B12缺乏，4%有FA缺乏。子痫前期风险与HHCY相关，而与维生素缺乏无明显相关性，L-精氨酸与ADMA比率会降低子痫前期风险。得出结论子痫前期患者血清Hcy和ADMA升高，与内皮功能障碍有关，与代谢中维生素缺乏无关。

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吉林省发改委资助项目(2016C050-1；3J112P573429)；厦门医学高等专科学校资助项目(2012-09)

1007-4287(2017)08-1477-04

2017-05-16)

*通讯作者