潘征　潘興壽

【關(guān)鍵詞】 同型半胱氨酸;甲硫氨酸合成酶;亞甲基四氫葉酸還原酶;胱硫醚β合成酶;基因

中圖分類號(hào)：R589.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2019.11.015

同型半胱氨酸（HCY）主要參與甲基（-CH3）供體循環(huán)中的甲基化與去甲基化過程，體內(nèi)HCY水平升高與動(dòng)脈粥樣硬化關(guān)系密切，備受研究者關(guān)注[1]。研究表明HCY的代謝途徑主要有四個(gè)方面[2]：（1）在亞甲基四氫葉酸還原酶（MTHFR）、S-腺苷同型半胱氨酸水解酶（SAHH）和甲硫氨酸腺苷轉(zhuǎn)移酶（MAT）的參與下，與5-甲基四氫葉酸（MTHF）合成甲硫氨酸（MET）和四氫葉酸（THF）。（2）在甜菜堿同型半胱氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶（BHMT）參與下，HCY、膽堿、甜菜堿合成MET和二甲基甘氨酸。（3）在胱硫醚β合成酶（CBS）的參與下，HCY與絲氨酸縮合成胱硫醚，胱硫醚進(jìn)一步斷裂成半胱氨酸。（4）在絲氨酸羥甲基四氫葉酸還原酶（SHMT）的參與下，HCY與甲基四氫葉酸合成甘氨酸、絲氨酸?；蛭稽c(diǎn)的堿基變異，導(dǎo)致其編碼的氨基酸序列或結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而改變酶的活性，造成機(jī)體代謝物質(zhì)紊亂[3]。機(jī)體HCY水平病理性變化與基因位點(diǎn)變異有關(guān)，近年來影響HCY代謝過程中相關(guān)代謝酶的研究取得許多進(jìn)展，現(xiàn)綜述如下。

1 甲硫氨酸腺苷轉(zhuǎn)移酶

MAT又稱為S-腺苷甲硫氨酸合成酶（SAMS），是甲基供體循環(huán)及其HCY代謝的重要限速酶，除了寄生蟲外幾乎生物體都有MAT[4]。在MAT的催化下，MET從ATP中獲取腺苷變成SAM，獲得S-腺苷的SAM帶有一個(gè)活化的甲基，成為活性MET，是生物活動(dòng)中甲基、氨丙基和硫基轉(zhuǎn)移反應(yīng)的輔酶，其通過各種轉(zhuǎn)甲基作用生成多種含甲基的生理活性物質(zhì)，如腎上腺素、肉堿、磷脂、膽堿及肌酸等多種含甲基的生理活性物質(zhì)，在細(xì)胞代謝過程中成為重要的甲基供體[5]。SAM將甲基轉(zhuǎn)移到DNA、RNA或蛋白質(zhì)上使其產(chǎn)生甲基化，影響基因的表達(dá)、調(diào)控和功能。因此，SAM又被稱為控制基因表達(dá)的重要開關(guān)[6]。人類的MAT有MAT1A、MAT2A和MAT2B三種亞型[7]。MAT1A位于染色體的10p22.3，基因全長(zhǎng)17 865 bp，含9個(gè)外顯子，編碼396個(gè)氨基酸殘基的酶蛋白。從53份組織和570份器官捐贈(zèng)標(biāo)本（donors）中，用基因型-組織表達(dá)（GTEx）和表達(dá)定量性狀遺傳位點(diǎn)（eQTL）測(cè)序顯示，93.8%的MAT1A在肝組織表達(dá)[8]。至今已有rs1143694[C/T]等2671個(gè)位點(diǎn)可以改變MAT1A酶氨基酸序列的研究報(bào)道[9]。MAT2A基因位于2p11.2，基因全長(zhǎng)6116 bp，含9個(gè)外顯子，編碼395個(gè)氨基酸殘基。用GTEx和eQTL測(cè)序顯示，MAT2A在組織中表達(dá)呈現(xiàn)多樣性，表達(dá)量較高是甲狀腺組織，占總表達(dá)量5.3%。至今已有rs72940560[C/T]等2671個(gè)位點(diǎn)可以改變MAT2A氨基酸序列的研究報(bào)道[10]。MAT2B基因位于5p11.2，基因全長(zhǎng)13 775 bp，含7個(gè)外顯子，編碼361個(gè)氨基酸殘基。用GTEx和eQTL測(cè)序顯示，MAT2B在多種組織均有表達(dá)，表達(dá)量較高是EB病毒轉(zhuǎn)化淋巴細(xì)胞，占總表達(dá)量的3.8%。至今已有rs299299[C/T]等4789個(gè)位點(diǎn)可以改變MAT2B酶氨基酸序列的研究報(bào)道[11]。MAT基因變異造成MAT酶的活性變化，從而影響HCY代謝循環(huán)，導(dǎo)致血漿中HCY處在高水平狀態(tài)[12]。目前認(rèn)為MAT基因位點(diǎn)的變異，參與基因轉(zhuǎn)錄、細(xì)胞增殖等并產(chǎn)生一些異常的中間代謝物質(zhì)，成為動(dòng)脈硬化、肝病、癌癥、抑郁癥、阿爾茨海默病、空泡性脊髓病和骨關(guān)節(jié)炎的診斷標(biāo)識(shí)、療效觀察和藥物靶標(biāo)。在MAT活性區(qū)域的密碼子突變，或有多個(gè)基因發(fā)生變異的患者，其臨床表現(xiàn)更加突出[13]。

2 甲硫氨酸合成酶（MS）

MS又稱為鈷胺素依賴甲硫氨酸合成酶（METH）或解聚素樣金屬蛋白酶（ADAMTS1），是葉酸和HCY代謝的關(guān)鍵酶，MS催化甲基從MTHF轉(zhuǎn)移到HCY，產(chǎn)生THF和MET。對(duì)于維持HCY水平有重要作用，抑制MS的活性，MTHF和HCY的水平升高，THF水平降低，導(dǎo)致嘌呤和嘧啶的合成受阻，進(jìn)而抑制DNA的合成，從而抑制細(xì)胞的分裂和生長(zhǎng)[14]。MS基因位于q21.3，基因全長(zhǎng)9663 bp，含9個(gè)外顯子，編碼947個(gè)氨基酸殘基。用GTEx和eQTL測(cè)序顯示，MS基因在組織中表達(dá)呈現(xiàn)多樣性，表達(dá)量較高是卵巢組織，占總表達(dá)量1.2%。至今已有rs2738[A/C]等3287個(gè)位點(diǎn)可以改變MS酶氨基酸序列的研究報(bào)道[15]。MS有望成為治療疾病藥物的新靶點(diǎn)。目前正在研發(fā)的MS抑制劑根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，可分為使鈷胺素失活的含氮化合物、乙醇及其類似物，與鈷胺素競(jìng)爭(zhēng)性的鈷胺素類似物，與MTHF競(jìng)爭(zhēng)性的MTHF結(jié)構(gòu)類似物和使鈷胺素失活的N5位具有正電中心的葉酸類似物等。早就有人提出MS抗腫瘤化療藥靶點(diǎn)的設(shè)想，但迄今各種蛋氨酸合成酶抑制劑仍處于前期研究階段[16]。

3 S-腺苷同型半胱氨酸水解酶

SAHH又稱為腺苷同型半胱氨酸酶（AHCY），是甲基供體循環(huán)重要的限速酶，其主要催化SAH水解生成腺苷和HCY。SAHH有SAHH（AHCY）、SAHH2（AHCYL2）、SAHH3（AHCYL3） 三個(gè)亞型。SAHH基因位于20p11.2，基因全長(zhǎng)23 081 bp，含10個(gè)外顯子，編碼425個(gè)氨基酸殘基。用GTEx和eQTL測(cè)序顯示，SAHH基因在組織中表達(dá)呈現(xiàn)多樣性，表達(dá)量較高是睪丸組織組織，占總表達(dá)量4.4%。至今已有rs819146[C/T]等18 225個(gè)可以改變SAHH酶氨基酸序列的研究報(bào)道。SAHH2基因位于q11.2，基因全長(zhǎng)39 050 bp，含17個(gè)外顯子，編碼24個(gè)氨基酸殘基，用GTEx和eQTL測(cè)序顯示，SAHH2在組織中表達(dá)呈現(xiàn)多樣性，表達(dá)量較高是腦核組織，占總表達(dá)量4.7%。至今已有rs12987[A/T]等8452個(gè)可以改變SAHH2酶氨基酸序列的研究報(bào)道。SAHH3位于7p32.1，基因全長(zhǎng)2 051 891 bp，含17個(gè)外顯子，編碼509個(gè)氨基酸殘基，用GTEx和eQTL測(cè)序顯示，SAHH3在組織中表達(dá)呈現(xiàn)多樣性，表達(dá)量較高是橫結(jié)腸組織，占總表達(dá)量8.4%。至今已有rs721691[A/G]等43 639個(gè)位點(diǎn)可以改變SAHH3酶氨基酸序列的研究報(bào)道。SAHH酶的活性直接關(guān)系到HCY在體內(nèi)的水平，在SAHH缺乏者中，血漿肌酸激酶、MET、SAM和SAH含量會(huì)升高。抑制SAHH將導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)SAH的堆積，從而對(duì)轉(zhuǎn)甲基反應(yīng)產(chǎn)生反饋性抑制作用。SAHH在調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)SAH和HCY過程中扮演重要角色，可以作為藥物設(shè)計(jì)的靶位點(diǎn)，作為抗寄生物，抗風(fēng)濕，提高免疫力和腫瘤的增殖等作用的藥物[17]。

4 亞甲基四氫葉酸還原酶

MTHFR是甲基供體循環(huán)及其HCY代謝的重要限速酶，在甲基傳遞和HCY代謝過程中起關(guān)鍵作用。人類的MTHFR位于1q36.22，基因全長(zhǎng)20 318 bp，含12個(gè)外顯子，編碼704個(gè)氨基酸殘基。用GTEx和eQTL測(cè)序顯示，MTHFR基因在組織中表達(dá)呈現(xiàn)多樣性，表達(dá)量較高是卵巢組織，占總表達(dá)量4.5%。至今已有rs868014[C/T]等6235個(gè)位點(diǎn)可以改變MTHFR酶氨基酸序列的研究報(bào)道。MTHFR基因變異造成MTHFR酶的活性變化，從而影響HCY代謝循環(huán)，導(dǎo)致血漿中HCY處在高水平狀態(tài)。目前認(rèn)為MTHFR基因變異可引起代謝途徑障礙，血漿HCY升高，直接或間接導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷，促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞增殖，影響低密度脂蛋白的氧化，增強(qiáng)血小板功能，促進(jìn)血栓形成等動(dòng)脈粥樣病變。研究最多的是rs1801131（A1298C）和rs1801133（C667T），這兩個(gè)位點(diǎn)與人類疾病的關(guān)聯(lián)更為緊密，其變異會(huì)直接影響酶的活性，酶活性降低會(huì)影響甲基化和去甲基化的整個(gè)代謝過程，導(dǎo)致疾病發(fā)生，從而影響HCY的代謝過程，繼而在人體內(nèi)引起一系列與疾病相關(guān)的反應(yīng)[18]。

5 絲氨酸羥甲基四氫葉酸還原酶

SHMT是葉酸代謝的關(guān)鍵酶之一，具有可逆性地催化絲氨酸及THF轉(zhuǎn)化為甘氨酸和5，10-亞甲基四氫葉酸，為嘌呤、胸苷酸、MET等合成提供甲基。SHMT有SHMT1和SHMT2兩個(gè)亞基。SHMT1基因位于17q11.2，基因全長(zhǎng)35 615 bp，含12個(gè)外顯子，編碼484個(gè)氨基酸殘基。用GTEx和eQTL測(cè)序顯示，SHMT1基因總的表達(dá)量較高是肝組織，占總表達(dá)量22.4%。至今已有rs1979277[A/G]等10 320個(gè)位點(diǎn)可以改變SHMT1酶氨基酸序列的研究報(bào)道[19]。SHMT2基因位于12p13.3，基因全長(zhǎng)5605 bp，含12個(gè)外顯子，編碼484個(gè)氨基酸殘基。用GTEx和eQTL測(cè)序顯示，SHMT2在EB病毒轉(zhuǎn)化的淋巴細(xì)胞的表達(dá)量較高，占總表達(dá)量11.2%。至今已有rs2229716[A/G]等2072個(gè)位點(diǎn)可以改變SHMT2酶氨基酸序列的研究報(bào)道。當(dāng)體內(nèi)葉酸缺乏或MTHFR活性降低時(shí)，5-甲基四氫葉酸生成減少，導(dǎo)致血漿HCY轉(zhuǎn)化率降低，HCY在體內(nèi)堆積，損傷管壁內(nèi)皮細(xì)胞，影響凝血與抗凝之間的平衡，并促進(jìn)脂質(zhì)沉積導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化，引起血管管壁結(jié)構(gòu)和功能紊亂。同時(shí)葉酸缺乏也可導(dǎo)致DNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)甲基化不足，染色體不穩(wěn)定，影響機(jī)體合成代謝，共同促進(jìn)血管疾病的發(fā)生和進(jìn)展[20]。

6 胱硫醚β合成酶

CBS是同型半胱氨酸代謝過程中的關(guān)鍵酶，約有50%的HCY通過CBS和胱硫醚γ裂解酶生成半胱氨酸進(jìn)入排硫循環(huán)。另外50%的HCY則通過再甲基化形成MET。CBS基因位于21p22.3，基因全長(zhǎng)23 188 bp，含17個(gè)外顯子，編碼551個(gè)氨基酸殘基。用GTEx和eQTL測(cè)序顯示，CBS表達(dá)量較高是肝組織，占總表達(dá)量14.0%。至今已有rs12613[A/G]等5558個(gè)位點(diǎn)可以改變CBS酶氨基酸序列的研究報(bào)道。CBS基因變異可以影響CBS活性，例如CBS T833C位點(diǎn)的突變使其編碼的異亮氨酸代替了蘇氨酸，導(dǎo)致酶蛋白分子中磷酸吡哆醛（PLP）結(jié)合位點(diǎn)的構(gòu)象變化，從而影響CBS與PLP結(jié)合。G919A突變使甘氨酸代替了絲氨酸，影響CBS的活性;第4外顯子中的堿基丟失引起CBS活性完全喪失。CBS基因研究或許成為高調(diào)節(jié)HCY 血癥及相關(guān)的血管疾病的藥物治療提供靶向[21]。

7 甜菜堿同型半胱氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶

BHMT也被稱為甜菜堿同型半胱氨酸S-甲基轉(zhuǎn)移酶（Betaine-homocysteine S-methyltransferase），是催化將甲基從甜菜堿轉(zhuǎn)移到HCY的反應(yīng)，分別產(chǎn)生二甲基甘氨酸、 HCY和MET。BHMT基因有兩個(gè)亞型BHMT和BHMT2。BHMT基因位于5p14.1，基因全長(zhǎng)20 512 bp，含8個(gè)外顯子，編碼406個(gè)氨基酸殘基。用GTEx和eQTL測(cè)序顯示，BHMT基因總的表達(dá)量較高是肝組織，占總表達(dá)量72.6%。至今已有rs492842[A/G]等5131個(gè)位點(diǎn)可以改變BHMT酶氨基酸序列的研究報(bào)道。BHMT2位于5p14.1，基因全長(zhǎng)19 750 bp，含8個(gè)外顯子，編碼363個(gè)氨基酸殘基。用GTEx和eQTL測(cè)序顯示，BHMT2基因表達(dá)量較高是肝組織，占總表達(dá)量27.2%。至今已有rs56774046[A/G]等4968個(gè)位點(diǎn)可以改變BHMT2酶氨基酸序列的研究報(bào)道。BHMT是催化HCY重新甲基化的代謝酶，其對(duì)HCY的轉(zhuǎn)化能力與MS相當(dāng)，無特殊輔酶依賴性，且反應(yīng)產(chǎn)物可促進(jìn)MS甲基化途徑的進(jìn)行，這些特性將成為研究治療HCY水平異常增高的新靶點(diǎn)[22]。

甲基化反應(yīng)是在細(xì)胞代謝過程中氫原子被甲基（-CH3）基團(tuán)取代的過程。甲基不能在生物體內(nèi)以游離形式存在，必須以四氫葉酸為載體，甲基與氮原子或硫原子結(jié)合生成甲基供體，為滿足磷脂、腎上腺素、RNA和DNA等生物合成需要提供甲基;膽堿、MET、甜菜堿等合成活性甲基基團(tuán)為細(xì)胞代謝提供甲基。外源性葉酸進(jìn)入甲基供需循環(huán)過程，必須經(jīng)過HCY代謝。HCY水平的相對(duì)穩(wěn)定是維持生命代謝的重要保障，影響HCY途徑相關(guān)的代謝酶的基因變異，可影響HCY合成與消耗，深入甲基循環(huán)相關(guān)基因研究，對(duì)一些疾病的發(fā)生和發(fā)展機(jī)制的認(rèn)識(shí)及控制靶點(diǎn)的切入等都有重要意義。

綜上所述，導(dǎo)致HCY水平變異機(jī)制比想象中還要復(fù)雜得多，HCY水平只能作為疾病的觀察指標(biāo)，而不宜作為控制疾病的靶指標(biāo)。

參 考 文 獻(xiàn)

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（收稿日期：2019-08-03 修回日期：2019-08-22）

（編輯：潘明志）

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（81060028）;廣西科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目重大專項(xiàng)基金（桂科重1598005-9）;廣西衛(wèi)生廳自籌經(jīng)費(fèi)科研課題（Z2014607）;廣西中青年教師基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目（2018KY0450）

作者簡(jiǎn)介：潘征，男，副主任醫(yī)師，醫(yī)學(xué)學(xué)士，研究方向：高血壓與動(dòng)脈硬化。E-mail：13977685871@139.com

通信作者：潘興壽。E-mail：1491857657@qq.com

[本文引用格式]潘征，潘興壽.酶基因變異與同型半胱氨酸代謝異常研究進(jìn)展[J].右江醫(yī)學(xué)，2019，47（11）：867-870.