叶酸及其代谢通路对心血管疾病影响的研究进展

李卓妍，于 昱，陈 笋

（上海交通大学医学院附属新华医院小儿心血管内科，上海 200092）

提要：叶酸参与人体内多个重要代谢过程。成人缺乏叶酸可导致患心血管疾病、癌症的风险增加，而在胚胎发育过程中缺乏叶酸可导致胎儿神经管畸形、先天性心脏病等疾病。孕期补充叶酸不仅可以降低胎儿先天性畸形的风险，还可以逆转由于过度暴露于酒精、丙戊酸等物质导致的胎儿心脏发育异常。此外，叶酸还影响着细胞的增殖和迁移，在血管内皮中，叶酸抑制血管内皮细胞的增殖和迁移，揭露叶酸在抑制血管生成方面的作用。不同人群对叶酸的敏感性不同，部分人群过度使用叶酸可能引起严重副作用，这提示我们应正确认识叶酸在生理代谢过程中的作用。本文就叶酸及其代谢通路对心脏及血管系统的调节作用及正确使用叶酸进行一个系统的综述。

叶酸（folicacid，FA）在体内参与一碳单位转移、DNA甲基化、甲硫氨酸合成、嘌呤合成等多个代谢过程，对细胞分裂、细胞稳态、基因表达具有重要的调控作用。FA 缺乏导致成人患心血管疾病和癌症的风险增加［1］。补充FA使心血管疾病患者血浆同型半胱氨酸（homocysteine，Hcy）浓度降低25%，患者发生脑卒中的风险降低［2］。先天性心脏病（congenital heart defect，CHD）是婴幼儿最常见的先天性畸形，约占各种先天畸形的28%，我国每年新增CHD 患者15～20 万。多项研究报道，FA 缺乏是CHD 发生的重要因素［3］。应用含FA 的复合维生素补充剂可预防40%的CHD［4］。此外，FA 还存在抑制血管内皮细胞增殖与迁移的作用［5］，揭示其在抑制血管生成方面的作用。但过度使用FA，则可能导致部分人群产生副作用，如在维生素B12缺乏人群中过量使用FA［6］，其贫血、认知缺陷症状会加重，血浆甲基丙二酸和高半Hcy 浓度升高。这也提示我们在使用FA 预防、治疗疾病的过程中需要把握好剂量。本文就FA 在心血管疾病、CHD 及血管新生过程中的作用进行综述。

1 叶酸及其受体

FA 是1 种水溶性B 族维生素，由蝶啶、对氨基苯甲酸和谷氨酸3 种成分组成。人体不能合成FA，需从食物中获得。食物中FA 主要以多聚谷氨酸的形式存在，多聚谷氨酸在消化道内被叶酰γ谷氨酰羧肽酶（FGCP）分解为单谷氨酸，再还原至四氢FA（tetrahydrofolic acid，THF），才被小肠吸收。FA主要有3种受体：（1）还原FA载体（RFC）。还原FA 载体在人体整个发育过程中均表达，有组织特异性，对还原型FA有较高亲和力，是最主要的FA受体。（2）FA受体。FA 受体通过糖基化的磷脂酰肌醇与细胞表面连接，通过受体介导的内吞作用吸收FA。FA 受体有α、β和γ 3 种异构单体。FA 受体α是主要的转运载体，在母体-胎儿FA 传递过程中起重要作用。当孕妇体内含有异常的FA 受体抗体时，胚胎患神经管畸形（neural tube defect，NTD）、CHD 和颅面畸形的概率增加。（3）质子偶联FA 转运体（PCFT）。这一转运体与FA 具有较高的亲和性，是FA 在肠道吸收的主要转运体。

2 叶酸代谢通路

FA 以THF 的形式被小肠吸收，在亚甲基四氢FA 脱氢酶（MTHFD）催化下向5，10-亚甲基四氢FA（5，10-mTHF）转化。5，10-mTHF 入血后，即被细胞吸收利用。5，10-mTHF 向尿嘧啶脱氧核糖核苷酸（dUMP）提供一个亚甲基基团形成胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸（dTMP）和二氢FA（DHF），或在亚甲基四氢FA 还原酶（MTHFR）作用下进一步还原为5-甲基四氢FA（5-mTHF）。5-mTHF 作为甲基供体与Hcy 在甲硫氨酸合成酶（MTR）的作用下形成THF和甲硫氨酸（methionine）。后者在腺苷甲硫氨酸合成酶（MAT）的作用下形成S-腺苷甲硫氨酸（SAM）（图1）。SAM 在体内起着转甲基、转硫、转氨丙基的作用，在多数细胞的甲基化反应中，SAM 是唯一甲基供体。在肝脏和肾脏，Hcy 再甲基化可以通过甜菜碱-同型半胱氨酸甲基转移酶（BHMT）完成。

3 叶酸及其代谢产物与心血管疾病

研究证明，FA 摄入不足可导致成人患心血管疾病的风险增加［1］。FA 缺乏引起高Hcy 血症，而高Hcy 血症可导致活性氧过量产生、脂质及蛋白质氧化，同时改变增殖信号通路和基因转录，影响表观遗传［7］。而且Hcy 对血管内皮一氧化氮（nitric oxide，NO）合成有抑制作用［8］。在后肢缺血的大鼠模型中，Hcy 通过降低血浆NOx、组织NOx和cGMP 损伤缺血所诱导的血管生成过程，而这种损伤作用可被口服FA 逆转［9］。同时，Hcy 也与心力衰竭患者的左心室功能受损有关，在伴有高Hcy 血症的心力衰竭患者中联合应用阿托伐他汀和FA 被证实可以抑制左心室重构，改变心功能［10］。南方医科大学一项临床随机试验发现，联合应用FA 和依那普利，有效降低了高血压伴糖尿病患者蛋白尿的发生率［11］。

FA 本身具有增加NO 的活性、清除超氧化物自由基的功能［12］。5-mTHF 是FA 的活性形式，也是内皮型NO 合酶（eNOS）的辅助因子，5-mTHF 通过提高四氢生物蝶呤（BH4）的生成，促使BH4 与内皮型NO 合酶亲和力增加，提高内皮型NO 合酶活性［12］，改善内皮细胞损伤。天津医科大学的学者研究表示，FA 通过上调S-腺苷甲硫氨酸：S 腺苷高半胱氨酸：SAH 的比值，提高DNA 甲基转移酶活性，抑制单核细胞趋化蛋白（MCP）-1 和血管内皮生长因子（VEGF）的表达，对动脉粥样硬化病变有保护作用［13］。有学者［14］提倡在一般人群中应用低剂量FA 作为一级预防，而在已患心血管疾病患者中补充高剂量FA，作为二级预防减少并发症发生。另有学者提出［15］，为避免副作用，FA应用的上限为1 000 μg/d，尤其是在维生素B12 缺乏的人群中，过度使用FA 将掩盖恶性贫血的症状。而加拿大和爱尔兰临床实践指南中指出，临床上开具处方时，FA 使用量可达5 mg/d［16-17］。

近来有文献报道了FA 和Hcy 直接作用于血管内皮细胞，引起细胞增殖和迁移信号通路的改变，进而影响血管新生过程。Hcy 在诱导血管平滑肌细胞生长的同时抑制血管内皮细胞的生长［18］。而FA 可以通过notch 通路，促进大鼠胚胎神经干细胞的增殖［19］，或通过增加DNA 甲基化，抑制成胶质细胞瘤细胞的增殖［20］。这体现了FA 和Hcy 对细胞增殖和迁移的影响作用存在组织特异性。台北医学大学多项研究表明，在大鼠主动脉平滑肌细胞和人脐静脉内皮细胞中，FA 均有抑制细胞增殖和迁移的作用。在大鼠主动脉平滑肌细胞中，FA 通过Src/ERK 通路［21］，上调p21 和p27 蛋白，抑制细胞增殖，同时，FA 下调AKT1、FAK、paxillin 和p190RhoGAP 的活性，降低胞质 中p21 和p27 蛋白的水平，增加RhoA 的活性，抑制细胞迁移。在人脐静脉内皮细胞中，FA 与FA 受体结合，通过cSrc/ERK 2/NFjB/p53 信号通路，上调p21 和p27 蛋白的表达，使细胞周期停滞在GO/G1 阶段，抑制了内皮细胞的增殖［5］。另一方面，FA 通 过 激 活FR/cSrc/p190RhoGAP 通 路 抑 制RhoA 活性，对内皮细胞迁移产生抑制［22］。但FA 对内皮细胞增殖和迁移的抑制作用，在孕妇怀孕期间，被孕妇体内高水平的雌激素所拮抗。研究表明，雌激素既可以抑制FA 在体外的抗内皮细胞增殖、迁移的作用，也可以抑制FA 在体内抗血管形成的作用，且这种作用是通过受体与受体之间的相互作用完成的［23］。

4 叶酸代谢相关酶的多态性与先天性心脏病的关系

多项队列研究发现，FA 缺乏与CHD 的发生有明显相关性。Liu 等［24］在一个长达22 年的队列研究中发现，FA的补充可以降低圆锥动脉干畸形、主动脉缩窄、室间隔缺损、房间隔缺损（atrial septal defect，ASD）等CHD 的发病率，但不会降低其他严重非圆锥动脉干畸形心脏缺陷的发病率。我国毛宝宏等［25］在2010-2012 年的一个出生队列研究中发现，与中间四分位数相比，孕期FA 摄入量较低的孕妇所产的后代患动脉导管未闭（patent ductus arteriosus，PDA）的风险增加，但患ASD 的风险没有明显差异。

FA 代谢通路相关酶的基因突变也可导致先天性缺陷，包括NTD、CHD、唇裂、精神分裂症、智力发育障碍等。MTHFD 基因1958 位点G 被A 替代导致的单核苷酸变异，导致MTHFD 基因10-FTHFS 结构域653 位的谷氨酰胺取代精氨酸［26］，从而导致胎儿患CHD 的风险增加。MTR-186 T＞G 和+905 G＞A 突变也已被证实与患CHD 有关［27］。MTR A2756G 基因型影响了维生素B12 辅因子甲基化和激活的结构域，这种突变体与血浆Hcy 浓度、系统性红斑狼疮、双相情感障碍、精神分裂症、脊柱裂、非综合征性唇腭裂和唐氏综合征有关［26］。Elizabeth等［28］发现，MTRR A66 →G和MTHFR C677 →T 的突变导致儿童患CHD 的风险上升，而孕期补充FA 可作为一级预防。MTRR A66G 变异对心脏缺陷，特别是室间隔缺损和主动脉瓣狭窄存在影响［29］。MTHFR C677T 突变，导致酶的热活性降低，TT 基因型个体血浆Hcy 浓度明显升高。SNP 研究发现MTHFR C677T 与主动脉弓缩窄易感性相关，其TT 基因型明显增加了CHD发病风险［30］。此外，MTHFR 与法洛氏四联症之间也存在关系。若子代携带TT 基因型，则患法洛氏四联症的风险增加了4.856 倍，因此，认为MTHFR C677T 可能是法洛氏四联症的易感基因［31］。

我国学者发现某些FA 代谢通路之外的基因突变可以降低患CHD 的风险。王红艳团队研究发现［32］，FIGN 基因内含子的+94762G＞C 突变使FA 的跨膜转运和利用率增加，血清FA 浓度降低是CHD 保护因子［32］。与基因型GG相比，杂合子（GC）和纯合子（CC）患CHD 的风险分别降低44%和66%。

5 讨论

FA 缺乏是成人患心血管疾病的危险因素，补充FA 可以降低血浆Hcy 浓度，减少其对内皮细胞的损伤。FA 与其他药物联合使用治疗心力衰竭、原发性高血压（高血压），已经应用到临床，并证实有效。在胚胎发育过程中缺乏FA 可导致先天性出生缺陷如NTD、CHD、唇裂等畸形。同时，在丙戊酸诱导的心脏发育畸形斑马鱼模型中［33］，FA能够逆转丙戊酸诱导所致的心腔形成异常、心包积液、心动过缓等心脏发育异常。孕妇早期暴露于酒精可以导致脂质相关基因表达改变［34］，改变脂滴在心脏中的定位，影响胎盘和胎儿心脏功能，而补充FA 对此具有保护作用，促使胎儿心脏正常发育。建议育龄期女性在孕前至少6 个月每天补充0.4～1.0 mg FA，若孕早期有以下几种情况，则应提高FA 补充量，如吸烟、肥胖、应用抗FA 药、后代神经管缺陷风险高等［16］，FA 最高使用量可达4～5 mg/d。

尽管关于FA 缺乏与CHD 发生相关的报道已有很多，但其背后具体的细胞分子机制至今仍未阐明，如MTHFR、MTR 等基因的突变是如何影响心脏早期发育的及其影响的阶段，是否存在可以产前干预的可能性等问题仍未得到解决。近来FA 被发现存在抑制细胞增殖和迁移的作用，提示了FA 影响心血管系统疾病的新方向，但目前关于FA 抑制血管新生这方面的研究内容较少，且已有的各项研究所得结论并不一致。在不同的细胞系中，FA 对细胞增殖和迁移的影响存在差异，所涉及的细胞信号通路也不一致；而FA 抑制血管生成的作用在未来能否应用到临床，治疗血管性疾病或者癌症，也有待进一步研究。且在不同人群中FA 的保护作用存在差异，在中国和欧洲人群中，补充FA 具有CHD 保护作用，但在美国人群中未见这种作用［35］，这种差异是否会影响FA 的临床应用仍需探讨。加拿大临床实践指南中指出［16］，FA 最高量可达5 mg/d，然而，不同人群对FA 的敏感性不同，而过度使用FA 可能导致严重的副作用［36］，如超敏反应、甲状腺功能障碍、加重维生素B12 缺乏甚至癌症，这也提醒我们应当正确掌握FA 的剂量，临床上进行个体化治疗。因此，FA 对心血管病的具体影响机制有待进行更加深入的基础研究，FA 的应用仍需进行进一步更大规模的临床研究。