同型半胱氨酸与冠心病发病机制及相关性研究进展

郭志霞，赵兴胜

(1.内蒙古医科大学研究生学院,呼和浩特 010107;2.内蒙古自治区人民医院心血管内科，呼和浩特 010017)

随着社会的发展和人们生活方式的改变，心血管疾病已成为我国居民死亡和疾病负担的首要病因。2016年，我国心血管病死亡434.4万例，冠心病死亡173.6万例[1]，提高对心血管疾病危险因素的认识，早期进行有效干预，可给冠心病的诊断及治疗提供很大帮助。自1969年McCully[2]首次提出血浆同型半胱氨酸(homocysteine，Hcy)可能与动脉粥样硬化有关以来，国内外众多研究提示，Hcy升高为冠心病的独立危险因素[3-5]。2011年美国心脏协会与脑卒中协会联合发布的脑卒中一级预防指南中指出，血浆Hcy升高将增加患动脉粥样硬化性血管疾病(包括脑卒中)的风险[6]。血浆Hcy升高与冠心病的发生发展及预后密切相关，现就Hcy与冠心病的发病机制及相关性进行综述，以期为冠心病的临床研究及防治提供参考。

1 Hcy的生理功能

1.1Hcy的来源及代谢 Hcy是甲硫氨酸代谢过程的中间产物。食物中的甲硫氨酸进入人体后在甲硫氨酸腺苷转移酶的催化下，生成S-腺苷甲硫氨酸，S-腺苷甲硫氨酸转甲基后可生成S-腺苷同型半胱氨酸，后者水解后释放腺苷生成Hcy。

Hcy主要通过再甲基化及转硫化两种途径代谢。①再甲基化途径：Hcy在甲硫氨酸合成酶的催化下结合甲基，以维生素B12为辅酶参与甲硫氨酸循环，生成甲硫氨酸，此过程的甲基是由N5-甲基四氢叶酸提供，亚甲基四氢叶酸还原酶(5，10-methylenetetrahydrofolate reductase，MTHFR)参与催化，此反应是在所有体细胞中进行的；另一条甲基化途径是由甜菜碱提供甲基，在甜菜碱同型半胱氨酸甲基转移酶催化下甲基转化为蛋氨酸，同时生成二甲基甘氨酸，此反应主要在肝脏和肾脏中进行。②转硫化途径：Hcy在胱硫醚-β-合成酶催化下，以维生素B6的衍生物吡哆醛-5-磷酸作为辅酶因子，与丝氨酸缩合为胱硫醚，并进一步在γ-胱硫醚裂解酶的作用下不可逆地裂解为半胱氨酸和α-酮丁酸。此外，少量Hcy在细胞内合成后直接释放入血浆中。

1.2高同型半胱氨酸血症(hyperhomocysteinemia，HHcy)的定义 健康人血浆中总Hcy的水平为5～15 μmol/L，中国高血压防治指南2018年修订版[7]将空腹血浆总Hcy≥15 μmol/L作为HHcy的诊断标准。根据Hcy升高的程度分轻度HHcy(Hcy 15～30 μmol/L)、中度HHcy(Hcy 31～100 μmol/L)以及重度HHcy(Hcy>100 μmol/L)。

2 影响Hcy的因素

2.1遗传因素 参与Hcy代谢过程的MTHFR、胱硫醚-β-合成酶、甲硫氨酸合成酶的遗传代谢障碍会导致血浆Hcy水平升高，主要包括基因突变、碱基替换、插入或缺失等。目前已发现的MTHFR基因的突变类型有10多种，较为常见的有MTHFRC667T、MTHFRA1296C、MTHFRT1317C，其中MTHFRC667T在中国人群中表现出较高的遗传突变率[8]。研究表明，当MTHFR677发生碱基C与T的置换会导致酶稳定性降低，影响Hcy的分解代谢，导致血浆Hcy的水平升高[9]。

2.2营养因素 叶酸、维生素B12、维生素B6作为重要的辅酶因子参与Hcy的代谢过程，当其摄入不足时会导致Hcy水平升高。蛋氨酸作为人体必需氨基酸需从食物中获取，当摄入大量含高动物蛋白和低植物蛋白的饮食会导致蛋氨酸的含量增高，从而升高Hcy的水平。

2.3疾病与药物因素 肾脏作为Hcy代谢的主要器官，肾功能减退也会影响Hcy的水平，肾功能衰竭早期Hcy水平升高，并随病情加重而明显升高，血液透析、肾移植均可引起Hcy升高[10]。糖尿病、严重贫血、甲状腺功能减退、阿尔茨海默病、癌症等疾病以及二甲双胍、降脂药物、部分免疫抑制剂(甲氨蝶呤)、抗癫痫药物(苯妥英钠、卡马西平及左旋多巴)等也可升高血浆Hcy的水平;而抗风湿药、青霉胺、黏液溶解药以及乙酰半胱氨酸则可降低血浆Hcy的水平[11-12]。

2.4其他因素 研究表明，Hcy的水平随年龄的增长而升高，这可能与肾脏代谢功能降低有关，且男性普遍高于女性[13]，而这一差距在女性绝经后缩小，原因可能与雌激素调节有关。不良的生活习惯如吸烟、饮酒、大量饮用咖啡、缺乏锻炼等也会导致较高的Hcy水平。

3 Hcy致冠心病相关机制

冠心病的病理基础是冠状动脉内膜损伤，内皮细胞屏障功能受损后脂质沉积，平滑肌增生，同时生长因子促进慢性炎症反应，最终形成粥样斑块。Hcy致冠心病的发病机制尚未完全阐明，可能机制如下。

3.1血管内皮细胞损伤及凋亡 血管内皮细胞不仅是平滑肌与血液之间的屏障，还可通过分泌缩血管和扩血管物质调节局部血管。一氧化氮(nitric oxide，NO)是内皮细胞分泌的重要扩血管物质，Hcy升高可促进过氧化氢产生，过氧化物积累抑制一氧化氮合酶的活性，使NO生成减少，舒张功能受损，从而引起内皮细胞功能损伤[14]。

Hcy通过抑制G蛋白偶联受体信号通路中的DNA甲基化启动和成纤维生长因子-2的表达，抑制内皮细胞增殖，促进内皮细胞凋亡[15]。李录等[16]发现，Hcy可致B细胞淋巴瘤-2(Bcl-2)基因表达下降，引起信使RNA和蛋白水平下降，内皮细胞凋亡增加，从而有利于吞噬了低密度脂蛋白的单核细胞在动脉内膜下浸润，加速动脉粥样硬化的发生和发展。Hcy也可通过下调瞬时受体电位通道香草醛类受体1型 (transient receptor potential vanilloid 1,TRPV1)蛋白的表达水平，抑制内皮细胞凋亡[17]。

内皮祖细胞为血管内皮细胞的前体细胞(能进一步增殖分化的幼稚内皮细胞)，其有助于新生血管的形成和血管损伤后的修复。有研究证明，Hcy通过促进细胞周期蛋白A的低甲基化，抑制细胞周期蛋白A的表达，从而抑制内皮祖细胞的增殖，导致内皮功能障碍，促进动脉粥样硬化形成[18]。

3.2平滑肌细胞(smooth muscle cell，SMC)增殖 SMC是构成血管壁组织结构及维持张力的主要细胞，SMC增殖致血管管壁增厚，结构管壁破坏，舒张功能减弱，其是构成动脉粥样硬化的病理基础。Hcy能促进内皮细胞去甲基化，上调血小板源性生长因子，影响内皮细胞与SMC间的通路，使内皮细胞活化，促进SMC增殖[19]。Hcy诱导SMC内cyclin信使RNA和LOS癌基因表达，诱导静止期细胞进入分裂期，实现SMC增殖[20]。Hcy可通过促进小凹蛋白-1的表达，抑制一氧化氮合酶的活性和NO释放，活化磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B信号通路[21]，从而诱导血管平滑肌细胞增殖和迁移，导致动脉粥样硬化。此外，Hcy能激活蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)信号途径，促进胶原蛋白合成，抑制弹性蛋白和胶原蛋白交联。

3.3脂代谢紊乱 脂代谢紊乱是动脉粥样硬化最重要的危险因素，其中低密度脂蛋白胆固醇(low density lipoprotein-cholesterol，LDL-C)升高是引起动脉粥样硬化的主要因素，目前认为氧化低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein，ox-LDL)是最重要的粥样硬化因子。高密度脂蛋白胆固醇(high density lipoprotein-cholesterol，HDL-C)对动脉粥样硬化有预防作用。

Hcy可促进内皮细胞产生活性氧类(reactive oxygen species，ROS)。LDL-C氧化修饰为ox-LDL后不能被正常LDL-C受体识别，但可被巨噬细胞清道夫受体识别并吞噬，后者进一步形成泡沫细胞，泡沫细胞是动脉粥样斑块的中心组成部分。杨帆等[22]发现，载脂蛋白E、胱硫醚-β-合成酶双基因敲除小鼠，Hcy水平的升高能改变肝脏的脂肪代谢，增加巨噬细胞对修饰的LDL-C的摄取，从而导致胆固醇脂和三酰甘油在血管壁的堆积，促进动脉粥样硬化的发生和发展。

HDL-C主要通过胆固醇逆向转运机制清除动脉壁的胆固醇，发挥抗氧化作用，防止动脉粥样硬化发生。动物研究发现，高蛋氨酸饮食可升高小鼠血浆Hcy的水平，同时血浆胆固醇水平升高、HDL-C降低，导致HDL-C逆向转运机制及抗LDL-C氧化机制受损，推动动脉粥样硬化进展[23]。

3.4凝血功能增强及纤溶系统紊乱 Hcy可直接激活凝血因子Ⅹ、Ⅻ、Ⅴ因子，导致蛋白C激活被抑制，从而引起凝血酶灭活减少，血栓素A2合成以及血小板的黏附性和聚集性增加[24-25]。实验表明，经Hcy及其硫代内酯预处理的血小板，对胶原蛋白和纤维蛋白的黏附增加，提高了血小板的黏附性[26]。血小板黏附后被激活，继而发生释放反应和黏集反应，加速血栓形成。Hcy通过抑制血小板L-精氨酸/NO途径，减少NO生成，导致花生四烯酸代谢改变，前列环素生成减少，诱导黏附分子表达增加，组织纤溶酶原激活物合成受到抑制[27]，促进血小板聚集，抑制纤溶系统，破坏机体凝血与纤溶的平衡。

3.5炎症反应 Hcy主要通过激活N-甲基-D-天冬氨酸受体-ROS-细胞外信号调节蛋白激酶1/2 p38-核因子κB通路，刺激高敏C反应蛋白产生[28]。C反应蛋白是导致动脉粥样硬化最主要的炎性介质之一，可通过介导炎症反应、刺激内皮细胞表达粘连分子、抑制NO生成等损伤内皮细胞。Hcy升高还可诱导白细胞介素-8和单核趋化蛋白-1分泌[29]，改变内皮细胞功能，促进白细胞聚集和巨噬细胞吞噬，引起动脉粥样硬化。ox-LDL刺激血管平滑肌增生钙化，激活单核巨噬细胞、中性粒细胞、内皮细胞等炎性细胞，促进白细胞介素-6表达[30]，增加炎性因子释放，推动动脉粥样硬化进展。高水平的Hcy可通过活化脾脏T细胞，增加促炎因子的分泌，减少抗炎细胞因子生成，促进早期动脉粥样硬化形成[25]。

3.6氧化应激 Hcy致氧化应激是Hcy引起冠状动脉粥样硬化的重要因素之一，主要是由机体氧化与抗氧化能力失衡导致的。体内常见的促进氧化应激的高活性分子有ROS和活性氮自由基。在体内，98%的Hcy以氧化型存在，Hcy自动氧化产生大量ROS，当ROS的氧化效应超过机体的抗氧化能力时就会导致中性粒细胞浸润，蛋白酶分泌增加，从而引起内皮细胞结构和功能损伤，加速动脉粥样硬化形成[31]。机体存在两类抗氧化系统，一类是酶抗氧化系统，包括超氧化物歧化酶、过氧化氢酶等；另一类是非酶抗氧化系统，包括维生素C、维生素E、谷胱甘肽、褪黑素等。谷胱甘肽的结构受到破坏，损伤了抗氧化系统，抑制了自由基清除，增加了氧化应激对内皮细胞的损伤。研究发现，Hcy升高还可引起线粒体内膜去极化、caspase-9激活、ROS产生增加，从而诱导内皮细胞凋亡[32]。此外，Hcy也可激活基质金属蛋白酶明胶酶、明胶酶B，引起细胞的细胞外基质重塑。目前猜测Hcy主要通过氧化应激参与动脉粥样硬化的形成。

4 Hcy与冠心病的临床相关性

4.1Hcy与冠心病的发生及严重程度的相关性 Hcy与冠心病的发生、冠状动脉狭窄的严重程度以及死亡呈正相关。Hcy的升高对冠心病的发生发展有重要预测价值。Humphrey等[3]的Meta分析显示，Hcy每增加5 μmol/L，冠心病的发生风险增加20%，且独立于传统危险因素。席新龙等[33]对535例行冠状动脉造影的患者进行研究发现，Hcy与狭窄冠状动脉支数以及狭窄冠状动脉分级呈正相关。与陆红苇和李旸[34]的研究结果相似，推测Hcy可能参与冠心病的进展。Hcy的升高还增加了冠心病的死亡风险，一项纳入12项研究23 623例受试者的Meta分析显示，Hcy每增加5 μmol/L，全因死亡风险增加27%，冠心病死亡风险增加32%[35]。

4.2Hcy与冠心病预后的关联 动物研究表明，HHcy能抑制干细胞因子诱导的心脏干细胞归巢，从而影响心肌梗死后心肌细胞的修复，进而影响冠心病的预后[36]。Hcy的水平可在一定程度上反映心肌损伤的程度，其对于冠心病患者的预后具有指导意义。Jih等[37]对1 307例因冠心病而行介入支架治疗的患者行前瞻性研究发现，Hcy水平升高(≥12 μmol/L)与冠状动脉支架置入术后患者长期心血管事件风险增加独立相关，推测Hcy是评估冠心病患者预后风险的标志物。另一项研究对850例急性心肌梗死患者的预后进行研究发现，伴有HHcy的患者术后30 d内心力衰竭、心脏破裂、死亡以及总体不良心血管事件的发生率均显著高于Hcy正常者[38]。Girelli等[39]对350例行冠状动脉旁路移植术的患者进行研究发现，在随访的58个月中，33例患者死亡，其中25例死于心血管事件，HHcy可能是冠状动脉旁移植术患者死亡的独立预测因子。综上，Hcy可作为冠心病预后、不良临床事件发生以及病死率的独立预测因子。

4.3降低Hcy对冠心病的干预效果 叶酸、维生素B6以及维生素B12参与Hcy的代谢过程，也是目前临床上较为常用的用于降低Hcy的药物。对于叶酸和B族维生素用于干预治疗Hcy升高的冠心病患者的疗效仍存在争议。国内有研究显示，补充叶酸(包括或不包括维生素B6、维生素B12)可以降低血Hcy的水平，有效改善冠状动脉硬化，降低心血管事件风险[40]。Jayedi和Zargar[41]的Meta分析发现，补充叶酸和维生素B6可有效降低冠心病的风险。

一项收集了近80年有效数据的Meta分析显示，补充叶酸可降低10%的卒中风险及4%的心血管疾病风险，但未发现对冠心病患者远期获益或损害有关[42]。Zhou等[43]在PubMed和网络科学数据库中搜索了19项相关研究，通过标准化提取数据，使用Stata软件将结果与固定效应模型合并，得出结论：B族维生素补充剂对卒中有显著的保护作用，但对包括冠心病在内的心血管死亡或全因死亡风险无明确影响。研究认为，在降低Hcy的同时并不存在心血管结局获益[44]。

阿托伐他汀在Hcy的作用下，通过影响内皮细胞Bcl-2启动子区甲基化的水平发挥抗动脉粥样硬化的作用[16]；甲钴胺为内源性辅酶B12，参与了Hcy合成蛋氨酸。上述药物可作为临床参考，但远期治疗效果仍有待于临床研究证实。

5 展 望

冠心病患者血浆Hcy的水平较健康人高，且水平与冠心病严重程度呈正相关。干预治疗可降低血浆Hcy的水平，却不能减少心血管事件的发生。说明Hcy可能是冠心病发生的危险因素却不是独立致病因素。有研究认为，Hcy很可能是急性事件的危险因素，其与传统危险因素相互作用，共同导致动脉粥样硬化的发生和进展。综上所述，在临床工作中将血浆Hcy与传统危险因素结合，对于预防冠心病的发生发展及预后评估有重要作用。

叶酸不仅可以降低Hcy的水平，而且还是影响冠状动脉硬化的独立因素，通过改善内皮功能等影响动脉粥样硬化的发展，有效预防和延缓动脉粥样硬化，降低心血管事件的发生。B族维生素(包括叶酸)在降低Hcy的同时也可能对动脉硬化有促炎效应。最新研究发现，血清叶酸水平升高，血浆Hcy降低，在MTHFR的不同基因型中，TT基因型相比于CC和CT基因型需要更高的叶酸水平(至少15 μg/L)以消除基因型所致的血浆Hcy差异[45]。据此提出根据个体MTHFR C677T基因型和叶酸状态制定叶酸治疗方案。叶酸、维生素B6、维生素B12用于降低Hcy水平以预防冠心病时，所需干预切点、服用剂量及时长仍然有待于大规模的临床前瞻性研究，尽量实现精准化、个体化治疗。