同型半胱氨酸在心脑血管疾病发展中的作用

李立青，陈春彦，赵春海，韩冰，米运强，顾克胜，张海谱，王秀丽

1.解放军第九八四医院，北京 100094；2.解放军第九八〇医院，河北石家庄 050000

同型半胱氨酸（homocysteine, Hcy）是一种含硫氨基酸，于1932年发现以来，一直备受争议，因其化学性质与半胱氨酸相似，因此称为同型半胱氨酸，是蛋氨酸代谢的中间产物，其本身并不参与蛋白质的合成，体内不能合成同型半胱氨酸，只能由蛋氨酸转变而来；人体内也不能合成蛋氨酸，必须由食物供给。同型半胱氨酸是一种在动物蛋白中富含的含有巯基的氨基酸，是蛋氨酸和半胱氨酸生物合成过程中的中间产物，是蛋氨酸去甲基化产生的氨基酸，也是蛋氨酸与半胱氨酸生物合成中的重要中间产物[1-3]。血浆中同型半胱氨酸的存在形式包括还原型和氧化型两种。还原型含有硫基，分为同型半胱氨酸和半胱氨酸；氧化型含有二巯基，分为同型胱氨酸和胱氨酸。正常机体中同型半胱氨酸含量很少，以氧化型为主，占据总量的98%。

1 高同型半胱氨酸血症产生的原因

高同型半胱氨酸血症的定义目前仍有争议[1]。有研究认为同型半胱氨酸浓度＞15 µmol/L 为高同型半胱氨酸血症。当水平在16～30 µmol/L 之间时，为轻度升高；31～100 µmol/L为中等升高；＞100 µmol/L时，为严重高同型半胱氨酸血症[2]。发生高同型半胱氨酸血症的原因有两种：①遗传因素导致同型半胱氨酸相关酶的基因突变；②环境因素和营养缺乏。

由于遗传因素导致同型半胱氨酸代谢相关的酶缺乏可能是高同型半胱氨酸血症的形成原因。涉及的酶可以是5，10-亚甲基四氢叶酸还原酶、蛋氨酸合成酶和胱硫醚-β-合成酶[3]。全世界最常见的、在不同人群中发病率都较高的是5，10-亚甲基四氢叶酸还原酶的单核苷酸多态性，导致轻度（13～24 µM）的单核苷酸多态性和中度（25～60 µM）高同型半胱氨酸血症。部分研究表明，亚甲基四氢叶酸还原酶（5,10-Methylenetetrahydrofolate, MTHFR）基因的一个点突变（核苷酸677 处的替换C-T）与中度高同型半胱氨酸血症密切相关，是最常见蛋白酶缺陷[2]。最严重且典型的高同型半胱氨酸血症最常见的遗传原因是胱硫醚-β-合成酶（cystathionine β-Synthase, CβS）纯合缺陷，导致空腹总同型半胱氨酸升高40 倍。其他导致同型半胱氨酸严重升高的原因还包括MTHFR 纯合缺陷，维生素B12 代谢障碍引起的甲硫氨酸合酶缺乏和甲硫氨酸合酶活性受损[2]。

高同型半胱氨酸血症也可由叶酸、维生素B6和维生素B12 缺乏引起。维生素B6、维生素B12 和叶酸的缺乏可能是高同型半胱氨酸血症形成的另一个重要原因。已有研究表明，血浆中总同型半胱氨酸的水平与维生素B6、维生素B12 和叶酸水平呈负相关[1]。因此，上述营养物质缺乏的人高同型半胱氨酸血症的风险增加[2-3]。同时，中度高同型半胱氨酸血症可能是由于药物、烟酒、咖啡等的不当服用，肾脏和甲状腺功能障碍，肿瘤，糖尿病，更年期和衰老等导致的[1]。血清肌酐升高也会导致空腹总同型半胱氨酸升高[2]。血浆中同型半胱氨酸的清除需要通过肾脏，而同型半胱氨酸升高也是由肾脏的代谢缺陷造成的[4]。因此慢性肾脏病患者的高同型半胱氨酸发病率明显高于其他动脉粥样硬化性血管病患者，这也是慢性肾衰患者血管并发症事件高的原因。各种药物和影响叶酸、维生素B6 和B12代谢的各种疾病可升高血浆同型半胱氨酸浓度，因此检测同型半胱氨酸浓度可以用于作某些疾病的诊断辅助工具[2]。

有证据显示高同型半胱氨酸血症与心血管疾病及其并发症存在显著相关性。高同型半胱氨酸血症可导致内皮细胞损伤，血管柔韧性降低，并改变止血过程。高同型半胱氨酸血症可能加重高血压、吸烟、血脂和脂蛋白代谢等危险因素的不良影响，并促进炎症的发展。高同型半胱氨酸血症的患病率在人群之间可能存在显著差异，并且很可能取决于年龄、饮食和遗传因素[1]。一方面，衰老、男性、吸烟、喝咖啡、高血压、不良的血脂状况、高肌酐水平和不良饮食习惯等都是同型半胱氨酸增高的可能因素；另一方面，体力活动、良好的叶酸和维生素B12 水平与较低的同型半胱氨酸水平相关。素食者由于血浆B12 水平较低，可能有较高的高同型半胱氨酸血症风险，但这种差异可能并不显著[4]。

2 同型半胱氨酸对神经系统的影响

流行病学观察表明，高同型半胱氨酸血症与中枢神经系统退行性疾病之间可能存在关联。一些细胞培养或动物模型的研究表明，同型半胱氨酸能够通过氧化应激、DNA 损伤和促凋亡因子的激活触发神经元损伤。暴露于同型半胱氨酸中的细胞活力与同型半胱氨酸的浓度和暴露时间相关。

2.1 对大脑的影响

大脑对同型半胱氨酸代谢的能力有限。成年后，人体中参与嘌呤和嘧啶合成的叶酸相关酶几乎下降了10 倍。叶酸在大脑中起着重要作用，因此保护大脑免受叶酸缺乏症的影响是一个关键的机制。脑脊液中5-四氢叶酸的水平是血浆水平的3倍，存在一个活跃的反应过程来维持5-四氢叶酸的水平。蛋氨酸合成酶是大脑中唯一能够将同型半胱氨酸转化为蛋氨酸的酶。钴胺素是必不可少的一种辅助因子[5]。

脑组织利用3 种机制来维持低水平的同型半胱氨酸：①通过钴胺素依赖性蛋氨酸合成酶高效再循环；②通过胱硫醚β 合成酶将同型半胱氨酸分解代谢为无毒产物胱硫酮醚；③运送同型半胱氨酸到体液循环。

在大脑和其他地方，同型半胱氨酸代谢的紊乱可能是由于营养失衡、基因缺陷或药物治疗所致。

2.2 对神经系统的直接影响

同型半胱氨酸可以作为神经递质，同型半胱氨酸和相关化合物可以作为激动剂作用并调节谷氨酸受体N- 甲基-D- 天冬氨酸（N-methyl-Daspartate, NMDA）亚型。研究表明，同型半胱氨酸除了作为谷氨酸受体的部分激动剂外，还作为NMDA受体甘氨酸协同兴奋剂位点的部分拮抗剂。在甘氨酸水平正常和生理条件正常的情况下，同型半胱氨酸在1 mmol 浓度以下不会引起毒性。然而，在头部创伤或中风的情况下，甘氨酸水平会升高，在这种情况下，同型半胱氨酸作为兴奋剂的神经毒性作用大于其神经保护拮抗剂的作用，可能会通过钙离子内流或生成自由基导致神经元损伤[5]。

还有研究表明，同型半胱氨酸似乎对神经元有兴奋作用，这一发现可能解释了与氨基酸代谢紊乱相关的神经症状[6]。另外，阿尔茨海默病、帕金森等神经退行性疾病也可能与同型半胱氨酸水平升高有关。

3 同型半胱氨酸与心血管疾病

心血管疾病（cardiovascular diseases, CVD）占全世界死亡人数的三分之一，包括心脏和血管疾病，而且发病率仍在上升[7-8]。心血管疾病是一种具有多种致病因素的疾病，因此很难单独确定某一特定因素。本研究主要关注同型半胱氨酸。冠状动脉疾病是指为心脏提供氧气和营养的冠状动脉狭窄或堵塞。冠状动脉疾病的严重程度一般通过Gensini 评分系统分为单支血管、双支血管和三支血管疾病[4]。早在20 世纪90年代就有研究表明，血液高凝状态和动脉粥样硬化性血管病与同型半胱氨酸水平的升高密不可分。一项分组研究也表明，在慢性肾功能不全的患者中，高同型半胱氨酸与更高的冠状动脉疾病风险相关[9]。

研究人员长期以来一直争论同型半胱氨酸应视为心血管疾病的危险因素的临界值，因为一些研究显示，只有50%的CVD 可以用“经典”危险因素来解释，同型半胱氨酸作为“新”危险因素可以显著提高CVD 的预测能力。但这一说法受到了广泛的争议，还有其他作者表明，多达四分之三的冠心病（coronary heart disease, CHD）事件，可以归因于“经典”风险因素[1]。危险因素作为筛查工具，其应与目标疾病有很强的因果关系，目前关于同型半胱氨酸和CVD 之间是否存在这种关系尚存争议。

Framingham（FRS）风险评分认为是预测具有传统风险因素（如血脂异常、高血压、糖尿病和吸烟）患者发生冠状动脉疾病的风险重要工具，但似乎低估了高同型半胱氨酸血浆水平患者的冠状动脉疾病发生风险[10]。研究表明，适度升高的同型半胱氨酸水平与CVD(冠状动脉、心脏、脑血管和外周动脉疾病)风险之间存在关系。

Cs 的纯合突变可导致严重的高同型半胱氨酸血症，其中同型半胱氨酸浓度高达正常水平的40倍，这种疾病大约在每100 000 名新生儿中就有一个，如果不进行治疗，这些患者中大约一半会在30岁之前发生血管事件(中风、心肌梗塞、其他血栓栓塞并发症)。因此，遗传因素导致的严重高同型半胱氨酸血症的另一个原因是MTHFR 的纯合突变，具有这些突变的人会过早的患上心血管疾病。但一项大型荟萃分析显示，除了中东和日本以外，MTHFR 突变和冠心病之间没有显示出统计学差异[1]。

同型半胱氨酸作为动脉粥样硬化的独立危险因素已经得到了广泛的认可[11]。动脉粥样硬化为动脉内膜的持续炎性损伤，伴有血浆渗透性增加、斑块中的血浆脂质沉积以及斑块的纤维化和钙化[10]。高同型半胱氨酸血症和动脉粥样硬化之间的相关性在50 多年前被首次提出，由麦卡利在1969年首次发现。动脉粥样硬化是导致心血管疾病，如心肌梗死（myocardial infarction, MI）、心力衰竭、中风和跛行最常见的病理原因[7]。几项横断面和病例对照研究表明，动脉粥样硬化性血管病的发生与总血清同型半胱氨酸的水平存在明显相关性。相反，对47 429 名受试者进行了12 项随机对照试验，以观察降低同型半胱氨酸是否对心脑血管疾病有效。不幸的是，与安慰剂相比，降低同型半胱氨酸的干预措施对心肌梗死、中风或任何原因引起的死亡没有显示出显著的影响。同型半胱氨酸可通过几种不同的机制介导心血管疾病的形成，如其可能加重血管内皮功能障碍和氧化应激损伤，促进血管平滑肌细胞的增殖、胶原合成的增加和动脉壁弹性材料的恶化，进而引起动脉结构和功能的改变[12]。通过研究同型半胱氨酸对血管平滑肌细胞（vascular smooth muscle cells, VSMCs）中C 反应蛋白（C-reactive protein, CRP）表达的影响和相关机制，发现无论在体内还是体外，VSMCs 中CRP 的mRNA和蛋白表达都显著受到同型半胱氨酸的影响[11]，而地佐环平（dizocilpine, MK-801）可以减少这种影响。同型半胱氨酸可以作用于NMDA 受体NR1 亚单位（NMDAr）。研究表明，同型半胱氨酸可以通过NMDAr/ERK/p38/NF-κB 信号通路启动血管平滑肌细胞的炎症反应。这些研究进一步证明了在动脉粥样硬化性血管病的发生发展过程中，同型半胱氨酸发挥了重要的作用[12]。

Shenov V 等[4]通过分析70 例参与者（在马尼帕尔大学Kasturba 医院接受冠状动脉造影的70 例患者）的数据表明，冠心病患者与无冠心病患者相比，其空腹血清中的同型半胱氨酸水平明显升高(P＜0.001)，这证明了同型半胱氨酸可以促进早期动脉粥样硬化。同型半胱氨酸水平也与冠状动脉疾病的严重程度显著相关(P＜0.001)[10]。根据这篇论文，冠心病风险增加的最常见和最合理的机制是内皮功能障碍，内皮功能障碍主要来自血管内皮顺应性的变化和促进心血管疾病的血小板凝血变化。在各种体外研究中，证明同型半胱氨酸能引发血管平滑肌细胞的增殖。胆固醇水平的升高会加速动脉粥样硬化的发展，属于冠心病的危险因素之一。同型半胱氨酸可以增加3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A 还原酶（3-hydroxy-3-methyl glutaryl coenzyme A reductase, HMG-CoA）的活性，促进胆固醇合成。众所周知，颈动脉内膜中层厚度（intima-media thickness, IMT）可以作为动脉粥样硬化亚临床进展的非侵入性标志[13]。高半胱氨酸在内皮功能障碍中的作用是由氧化应激、核因子-κB（nuclear factork-gene binding, NF-κB）激活、炎症和内皮氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase, eNOS）抑制等机制介导的。虽然一些观察性研究报告了非糖尿病人群中总同型半胱氨酸浓度和颈动脉IMT 之间的弱正相关，但很少有横断面研究在糖尿病背景下探讨这种相关性。与普通人群相比，来自DCCT/EDIC队列的599 名1 型糖尿病患者的血浆总同型半胱氨酸水平相似，并且与许多人口统计学和临床参数相关，主要包括年龄、舒张压和肾功能等指标。此外，血浆总同型半胱氨酸水平还与颈总动脉和颈内动脉IMT 测量值相关，但与这两种测量值之间的差异（即IMT 进展）无关[14]。

研究人员报告了血清同型半胱氨酸浓度与不同动脉僵硬度指数（如脉压和主动脉僵硬度）的显著相关性，这些指数通过普通人群的颈动脉-股动脉脉搏波速度（pulse wave velocity, PWV）进行评估[13]。发现高同型半胱氨酸组的颈动脉-股动脉PWV 显著高于正常同型半胱氨酸组（P=0.01），然而高同型半胱氨酸组和正常同型半胱氨酸组之间的颈动脉-桡动脉PWV 比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。线性回归分析显示，同型半胱氨酸水平与颈动脉-股动脉PWV 显著相关（P＜0.001），而与颈动脉-桡动脉PWV 无相关性[13]。解释高同型半胱氨酸血症和主动脉僵硬之间关系的机制尚未完全确定。基于这项研究的主要假设是同型半胱氨酸在导致血管损伤的动脉壁重塑中起着潜在的作用。这项研究以及之前的一项研究还表明，高半胱氨酸水平可能会增强血管内皮细胞的氧化应激和炎症，并减少内皮细胞一氧化氮（一种强舒张因子）的产生和生物利用度[13]。也有强有力的证据表明，氧化是导致高半胱氨酸和动脉粥样硬化增加的机制的一部分[4]。在一项小型猪的实验中，研究者发现高同型半胱氨酸血症与金属蛋白酶介导的弹性溶解相关，并最终导致动脉弹性结构退化[13]。

高同型半胱氨酸血症也证明与静脉血栓形成的高风险相关。高半胱氨酸水平的增加显示出促进血小板粘附于内皮细胞的倾向，也与较高水平的促凝血因子有关，如凝血因子VIIc、组织纤溶酶原激活剂和β-血栓球蛋白等，这些促凝血因子会增加血栓形成的风险[14]。此外，高同型半胱氨酸血症中动脉僵硬度的增加可能归因于同型半胱氨酸相关的低密度脂蛋白动脉粥样化，如低密度脂蛋白的小颗粒大小及其氧化修饰[14]。同型半胱氨酸浓度为800 µmol/L 时还促进促凝剂红细胞衍生微粒的形成[15]。体外研究证明，同型半胱氨酸可以加速凝血并促进平滑肌细胞的增殖，进一步介导对内皮细胞的毒副作用。然而，在许多体外研究中给予的同型半胱氨酸剂量远远超过人类的病理同型半胱氨酸水平。这一点必须在该领域的所有未来研究中被充分注意，适当的调整是获得适当和可比结果的迫切需要。

一项涉及≥65 岁男性的独立研究分析结果显示，颈动脉阻力指数与高同型半胱氨酸显著相关。该研究将大脑外周动脉阻力用颈动脉阻力指数进行替代，并表明同型半胱氨酸在老年男性原发性高血压患者的水平与该指数有强相关性。研究表明，尤其在有更大脑卒中风险的老年患者中，血清同型半胱氨酸水平的增加可以作为颈动脉阻力指数增加的标志。尽管有这些证据，但该研究的受试者年龄在65 岁及以上，在推测年龄相关因素时应予以考虑。

如果把遗传因素和营养因素都考虑进去，可能还有另一个影响因素，即，心血管发育的表观遗传方向和心血管干细胞生物学可能与心血管疾病的易患性有关。胚胎期或食物缺乏饥荒期或生命中任何此类关键时期的营养和环境暴露，可导致基因表达的表观遗传改变，从而增加以后生活中动脉粥样硬化、高血压等疾病的风险[5]。这种结果在某种程度上可能由于叶酸、维生素B12 在饮食中缺乏，因为这些是甲基化反应必需的，甲基化反应可能在表观遗传学上指导基因表达[5]。但是有鉴于此，确实需要认识到补充叶酸是目前孕妇的普遍做法，尤其是在发达国家，而心血管疾病在发达国家比在发展中国家更常见。

一些维生素的作用也不容忽视，维生素除了作为抗氧化防御系统的一部分，还能作为酶辅助因子发挥作用。维生素B6、B12 和叶酸是同型半胱氨酸-蛋氨酸代谢的必需辅因子。因此，低维生素B（B6、B12 和叶酸）可通过抑制同型半胱氨酸甲基化为甲硫氨酸，导致同型半胱氨酸聚集。研究发现高半胱氨酸水平升高与老年人动脉硬化结果和中风风险相关，并被认为是心血管疾病的独立风险标志。然而许多研究结果表明，补充B 族维生素虽然可以降低血清同型半胱氨酸水平，但对心血管疾病的发生发展暂无获益[6,8]。此外，B 族维生素已证明可以降低同型半胱氨酸，而不会改善内皮功能障碍或高凝状态。最近的数据似乎也表明，同型半胱氨酸积累继发于与免疫激活相关的氧化应激。心血管疾病和同型半胱氨酸之间的联系可能是由于缺乏B 族维生素，或者只有在叶酸水平同时较低时才会改变血管反应性。相反，叶酸与血管反应性的改变有关，而同型半胱氨酸的浓度没有变化[1]。

众所周知，高血压会导致心血管疾病。许多因素会影响高血压的发生发展，其中同型半胱氨酸可能介导高血压引起的部分心脏毒性。许多体外实验和动物实验均表明高血压和同型半胱氨酸之间存在因果关系，即诱导高同型半胱氨酸血症模型可以导致血压升高。这种因果关系可能由多种机制导致，如影响血管内皮的完整性。如前所述，高半胱氨酸给药已显示出在体外和动物体内导致直接内皮细胞损伤。在细胞培养研究中，同型半胱氨酸诱导内皮氧化应激，并减少可用的一氧化氮(一种有效的血管扩张剂)。对人类的观察表明，在暂时性或慢性高同型半胱氨酸血症中，内皮依赖性血管舒张功能受损[16]。同型半胱氨酸与收缩压和舒张压呈正相关。若同型半胱氨酸浓度增加5 µmol/L，男性人群的收缩压和舒张压分别增加0.7、0.5 mmHg。女性人群中同型半胱氨酸和血压有更强的相关性，收缩压和舒张压分别增加1.2、0.7 mmHg[16]。

考虑到非线性因素，同型半胱氨酸分为5 个五分位数：随着同型半胱氨酸五分位数增加，高血压风险的趋势仅在女性中显著（P=0.0001）。将同型半胱氨酸的最高和最低五分位数进行比较时，高血压的风险在女性和男性中分别增加了3 倍和2 倍。在调整和不调整血压的情况下，同型半胱氨酸与常见心血管疾病的关系已经得到了检验，在忽略血压的情况下，这种联系在女性中略有加强，但在男性中变化很小或没有变化[16]。

最初发表在波兰的一篇关于原发性高血压和高同型半胱氨酸血症患者内皮功能障碍的文章有一些重要内容。表明内皮功能障碍恰好是包括高血压在内的心血管疾病发展的基础这一事实已广泛接受。血管扩张受损形式的内皮功能障碍是高血压的主要问题。除了之前提到的高同型半胱氨酸血症的影响，这项研究还表明，高水平的同型半胱氨酸可以抑制细胞外基质成分的产生，并对血管壁中血管舒张因子的生物合成和功能产生不利影响，进而导致内皮细胞分裂抑制和强烈的肌细胞增殖和迁移[17]。

同上，高水平的同型半胱氨酸及其衍生物增加了低密度脂蛋白和高密度脂蛋白颗粒的修饰、炎症、凝血障碍以及纤维蛋白溶解。高同型半胱氨酸血症可能会对内皮产生生化影响，并由于其对血管壁重塑的影响而导致内皮细胞损伤、血管舒张功能障碍和柔韧性降低。这些机制可能会导致血压升高，加快高血压的进展[17]。

因此，关于同型半胱氨酸是生物标志物还是危险因素的问题，目前的指南没有将同型半胱氨酸归类为心血管疾病危险分层。Veeranna V 等[10]的分析前瞻性地验证并显示了同型半胱氨酸水平在预测FRS 以外的不良心血管疾病事件中的增量价值。因此，该研究指出，同型半胱氨酸符合将其归类为“新型”标志物的标准。尽管降低已有心血管疾病患者的同型半胱氨酸水平并没有显示出任何益处，但作为一级预防策略的一部分，药物治疗需要进一步评估来确认。虽然降低血浆同型半胱氨酸水平的干预措施在降低心血管疾病发病风险中的效果不佳，但是不能因此低估甚至否定心血管疾病风险预测中同型半胱氨酸的作用[10]。然而，为了证实同型半胱氨酸是一个危险因素，总有更多的研究空间，这是绝对必要的，因为有确凿的证据。

另一方面，近期研究表明，心血管疾病或动脉粥样硬化可能会增加同型半胱氨酸的水平[2]。肾功能损伤的患者表现出同型半胱氨酸水平升高，这表明血管疾患可能通过损害肾功能导致高同型半胱氨酸血症的发生。然而其他研究表明，高同型半胱氨酸血症是肾衰竭患者和慢性稳定肾移植受者心血管疾病的独立危险因素[18-20]，这与肾功能损伤导致高同型半胱氨酸血症的假设相矛盾。

虽然目前显示正相关的研究发现存在问题，但由于缺乏方法或统计能力或随机误差，阴性研究也可能是假阴性。对相同类型的患者和对照以及相同方法和结果事件的研究进行系统综述，可能有助于更准确地估计同型半胱氨酸和血管风险之间的关系。此外，如前所述，回顾性研究的大量阳性结果可能存在偏差，因为同型半胱氨酸水平通常是在急性血管事件后测量的，这可能是高水平同型半胱氨酸背后的原因，已经有很多文章表达过这种推测。

4 结论

综上所述，已发表的很多文献表明，高同型半胱氨酸是一个独立的心血管疾病危险因素，值得关注。应该通过降低同型半胱氨酸水平，来减弱高同型半胱氨酸血症带来的不利影响，降低其对疾病发展过程的作用。许多专家认为可通过加强营养和运动来改变血清中同型半胱氨酸水平，然而仅通过食物维持并非最佳策略。一些研究发现了降低同型半胱氨酸水平的新策略，为预防心血管疾病提供新的可能性。也有研究不能证实高同型半胱氨酸的不良作用，随着更多研究结果的出现，一定会越辩越明，一定会有确切的证据来消除对同型半胱氨酸和心血管疾病之间相关性的任何怀疑。