叶酸缺乏与出生缺陷相关性研究进展

云小云，欧凤荣

1.中国医科大学附属第一医院，沈阳 110001;2.海南国际旅行卫生保健中心，海口 570000



·综述·

叶酸缺乏与出生缺陷相关性研究进展

云小云1,2，欧凤荣1*

1.中国医科大学附属第一医院，沈阳 110001;2.海南国际旅行卫生保健中心，海口 570000

[摘要]叶酸缺乏可导致胎儿神经管畸形、先天性唇腭裂、高同型半胱氨酸血症，还和某些出生缺陷的发生、发展有密切关系。本文对叶酸的生理功能、代谢途径与出生缺陷的相关性及叶酸代谢酶基因多态性与出生缺陷相关性等方面进行综述。

[关键词]叶酸缺乏；出生缺陷；叶酸代谢酶；基因多态性

0引言

出生缺陷是指胚胎或胎儿在发育过程中发生的解剖学结构、功能或代谢异常。出生缺陷可由基因突变、染色体变异等遗传因素、环境因素、遗传-环境因素交互作用或不明原因引起，包括先天畸形、染色体异常、遗传代谢性疾病、功能异常如盲、聋和智力障碍等。据统计,全世界婴儿先天出生缺陷发病率为1%～6%[1]，我国出生缺陷总发生率约为5.6%[2]，且我国出生缺陷总发生率呈上升趋势，其中出生时有明显临床表现的出生缺陷约25万例[2]。出生缺陷不仅是造成儿童残疾的重要原因，也日渐成为儿童死亡的主要原因，在全国婴儿死因中的构成比顺位由2000年的第4位上升至2011年的第2位，达到19.1%[2]。

大量研究证实，叶酸缺乏可导致胎儿神经管畸形、先天性唇腭裂、高同型半胱氨酸血症，还和某些出生缺陷的发生、发展有密切关系[3-4]。近年来，叶酸代谢与出生缺陷的关系日益受到关注。目前对叶酸缺乏影响出生缺陷发生的机制并不清楚，很多学者将焦点集中在影响叶酸代谢、转运的基因上。

1叶酸及其生理功能

叶酸(Folic acid，FA)又称蝶酰谷氨酸，是一种水溶性B族维生素，由蝶啶、对氨基苯甲酸和谷氨酸结合而成，是胚胎发育、生长的必需物质。人体自身不能合成叶酸，只能通过外源性摄入叶酸。正常人体叶酸储存量为5～10 mg，成人日需400 μg DFE/d，为满足胎儿生长发育的需要，孕妇日需500～600 μg DFE/d。育龄妇女是叶酸缺乏的高危人群，叶酸缺乏可能导致早产、低出生体重、出生缺陷、生长迟缓及智力发育障碍等[5-6]。为预防出生缺陷，育龄妇女在计划妊娠时，建议应从孕前3个月开始补充叶酸400 μg DFE/d，并持续整个孕期[7]。

叶酸在机体内以四氢叶酸(Tetrahydrofolate，THF)的形式发挥生理作用，它的重要生理功能是作为一碳单位的载体，参与核酸、蛋白质和磷脂的代谢，携带一碳单位参与嘌呤、嘧啶的合成，直接影响DNA的合成，在细胞分裂和增殖中发挥重要作用；催化氨基酸之间的相互代谢转化,如丝氨酸与甘氨酸、组氨酸与谷氨酸、半胱氨酸与蛋氨酸的转化；参与血红蛋白和其他甲基化合物的合成,如肾上腺素、胆碱、肌酸等。叶酸缺乏对细胞分裂增殖、组织生长以及神经介质的合成均产生重要影响，尤其是细胞增殖速度较快的组织，如红细胞等。

2叶酸与出生缺陷

叶酸缺乏与出生缺陷：大量研究证实，补充叶酸可以显著降低神经管畸形的风险[8]。孕期补充叶酸还能降低唇裂(伴有或不伴有腭裂)发生的危险度[9]。流行病学研究证实，孕早期补充叶酸可以降低先天性心脏缺陷发生的风险，特别是圆锥动脉干畸形和室间隔缺损[10-11]。研究发现，唐氏综合征患儿及母亲的叶酸代谢多个关键酶基因多态性的联合影响导致编码的酶活性下降[12]，提示叶酸可能是唐氏综合征发病风险的保护因素。叶酸拮抗剂可能增加神经管畸形、心血管缺陷、唇裂(伴有或不伴有腭裂)及尿道生殖畸形的风险[13-14]，提示叶酸能降低这些出生缺陷的风险。

低叶酸水平可能使尿嘧啶错误掺入DNA，使DNA链断裂增加，并导致DNA复制过程中错误发生率增加[15]。叶酸缺乏引起5-甲基四氢叶酸水平下降，从而使SAM水平下降，最终导致DNA低甲基化[16]。体内叶酸水平由叶酸摄入量和叶酸代谢水平决定，正常的叶酸代谢水平对于正常胚胎生长和发育是必不可少的。

3叶酸代谢酶基因多态性与出生缺陷

叶酸进入机体后经过代谢转化发挥其生理功能，叶酸代谢通路上相关酶活性的改变均可影响叶酸生理学作用的发挥。叶酸代谢过程中涉及多种酶，其中关键酶主要包括5，10-亚甲基四氢叶酸还原酶(Methylenetetrahydrofolate reductase，MTHFR)、蛋氨酸合成酶(Methionine synthase，MTR)、蛋氨酸合成酶还原酶(Methionine synthase reductase，MTRR)和胱硫醚β合酶 (CBS)，其中MTHFR和MTR分别是参与叶酸活化和甲基供体生成的两个关键酶。这些酶的基因在人群中存在单核苷酸多态性，改变酶的活性，可引起叶酸在体内合成和代谢的异常，从而导致DNA合成障碍和DNA甲基化异常，可能导致出生缺陷的发生。近年来，叶酸代谢相关酶的基因多态性与出生缺陷的关系已成为研究热点。

3.15，10-亚甲基四氢叶酸还原酶(MTHFR)在叶酸代谢过程中，MTHFR是叶酸活化的核心酶，也是同型半胱氨酸代谢和蛋氨酸合成的关键酶。MTHFR不可逆地催化5，10-亚甲基四氢叶酸转化为5-甲基四氢叶酸。5-甲基四氢叶酸是血液中叶酸的主要活性形式，一方面，它作为甲基供体与同型半胱氨酸再次甲基化生成蛋氨酸，蛋氨酸进而生成SAM，后者在DNA甲基化中起重要作用。MTHFR缺乏导致同型半胱氨酸(HCY)向蛋氨酸的转化发生障碍，血中同型半胱氨酸堆积，导致高同型半胱氨酸血症。另一方面，5-甲基四氢叶酸作为细胞内一碳单位的载体，参与嘌呤和嘧啶的合成，因此MTHFR在DNA合成所必需的核苷酸供给中起重要作用。

MTHFR基因定位于染色体1p36.3，编码区长1 980 bp，研究发现，MTHFR具有单核苷酸多态性。至今共报道了近20种突变类型，而最为常见的多态性位点是第677位密码子发生C→T置换，导致缬氨酸代替丙氨酸，产生了一个Hinfl和Taql限制性酶切位点。C突变为T后使得形成的Hinfl酶切位点被切成3种基因型：即野生型CC、杂合突变型CT和纯合突变型TT，其中野生型CC最多见。这种突变可降低酶的耐热性，导致酶活性下降[17]。研究表明，TT型突变对酶的活性影响最大，而酶的活性越低则血浆同型半胱氨酸水平越高。TT突变型在37 ℃时的活性为CC的40%～50%，46 ℃时为35%，杂合子CT突变酶活性下降的程度介于CC型和TT型之间[18]。

MTHFR基因另一个常见突变位点是A1 298C，即第1 298位密码子发生A→C置换，点突变位于第7外显子C端调节区域，导致谷氨酸被丙氨酸取代，其基因多态性导致MTHFR编码的酶活性降低，正常野生型(1298AA)酶活性最高，杂合突变型(1298AC)较低，而纯合突变型(1298CC)最低[19]。其纯合子和杂合子个体血浆同型半胱氨酸升高和叶酸降低均不明显。然而，同时具有1298A→C和677C→T 复合突变的杂合子表现出血浆高同型半胱氨酸和叶酸降低[20]。

MTHFR基因突变是导致此酶缺乏或活性降低的主要机制[21]。MTHFR基因的缺陷可以引起DNA甲基化异常和DNA合成障碍，使血浆同型半胱氨酸浓度升高。近年来发现高同型半胱氨酸血症与出生缺陷密切相关[22]。高同型半胱氨酸血症有胚胎毒性，在胚胎形成期，影响胚胎DNA和蛋白质的合成，可能诱发出生缺陷。

大量研究证实，母亲MTHFR C677T可单独作为神经管畸形发病的遗传危险因子[23]。Van der Put等[19]发现，MTHFR基因上A1298C位点纯合突变能导致MTHFR活性降低,增加神经管畸形的发病危险性。目前，MTHFR C677T和A1298C与唇腭裂发病的相关性尚不确定。Pezzetti等[24]及Jagomagi等[25]发现在其研究人群中MTHFR A1298C可以降低罹患唇腭裂的风险。

3.2蛋氨酸合成酶(MTR)MTR的主要功能是催化同型半胱氨酸复甲基生成蛋氨酸，维持体内蛋氨酸与同型半胱氨酸水平的动态平衡。此过程依赖维生素B12(甲基钴胺素)，由5-甲基四氢叶酸提供甲基，MTR催化同型半胱氨酸复甲基化生成蛋氨酸。

MTR基因位于染色体1q43，共编码1 265个氨基酸。目前己发现MTR的8种突变，其中以D919突变多见，即2756 A→G错义突变，导致天冬氨酸转变为甘氨酸。有研究提示，这种取代会影响酶活性，从而使蛋氨酸代谢受影响，进而影响叶酸和同型半胱氨酸代谢[26]，导致同型半胱氨酸再甲基化途径受阻，体内同型半胱氨酸水平和蛋氨酸循环异常。

研究报道，MTR基因A2756G多态性显著影响体内同型半胱氨酸水平[27]。MTR基因突变与神经管畸形发生的关系存在很大争议。Christensen等[28]发现，MTR基因A2756G突变率在神经管畸形病例对照研究中，差异无统计学意义。MTR基因和MTHFR基因之间的相互作用使神经管畸形发生率增加[29]。研究认为，欧洲亲代MTR基因A2756G位点变异与子代先天性心脏病(CHD)的发生相关，其突变等位基因可影响子代先天性心脏病的危险性[30]。唐氏综合征患儿母亲的MTR基因A2756G多态性可能是其危险因素[31]。

3.3蛋氨酸合成酶还原酶(MTRR)MTRR是参与同型半胱氨酸代谢的另一关键酶，其通过催化还原维生素B12(甲基钴胺素)甲基化状态而维持MTR的活性。MTRR 催化还原MTR，MTR催化同型半胱氨酸再甲基化生成蛋氨酸，因此，MTRR是同型半胱氨酸水平的关键因素。

MTRR基因最常见的多态性位点是在第66位核苷酸发生A→G转换，从而导致MTRR编码的酶活性降低和减弱同型半胱氨酸再甲基化[32]。其基因A66G与胎儿发生神经管畸形显著相关[33]。 据文献报道，MTRR基因C524T位点多态性降低了唐氏综合征的发病风险[34]。MTRR基因 A66G和C524T位点多态性导致先天性心脏缺陷发生风险增加[35]。胎儿MTRR基因A66G位点的变异会增加其发生先天性心脏缺陷的风险，母亲MTRR基因A66G位点的变异也会显著增加其后代发生先天性心脏缺陷的风险，当母亲同时具有MTRR和MTR变异时，其子代发生先天性心脏缺陷的风险增高[36]。

3.4胱硫醚β合酶 (Cystathionine-β-synthase，CBS)CBS是1个血红素蛋白，属于磷酸吡哆醛(Pyridoxal phosphate，PLP)依赖酶，即维生素B6依赖酶，是体内同型半胱氨酸转硫途径代谢的关键酶。以维生素B6为辅酶，CBS催化β-置换反应，使同型半胱氨酸与丝氨酸缩合生成胱硫醚，胱硫醚在胱硫醚γ-酶作用下，进一步转变成半胱氨酸和α-丁酮酸，CBS活性下降可导致转硫途径发生障碍而引起同型半胱氨酸异常升高，发生高同型半胱氨酸血症。

CBS基因定位于21 号染色体21q22.3。CBS基因具有基因多态性，目前己发现，C699T、T833C、844ins68、C1080T和C1985T等多态性，其中CBS基因最常见的突变位点为844位点插入一个68 bp的多态性片段(844ins68)[37]。

Esse等[38]发现，被敲除CBS基因小鼠的体内Hcy及Hcy前体S-腺苷同型半胱氨酸(AdoHcy)严重积蓄，说明CBS活性降低是高同型半胱氨酸血症的危险因素。许多研究显示，844ins68 与母亲或胎儿神经管畸形(NTDs)的发生不相关[39]。当CBS 844ins68 单独存在时，不是神经管畸形发生的危险因素，但MTHFR 677 C→T 并存是NTDs发生的危险因素[40]。

4展望

近年来叶酸代谢酶基因多态性与出生缺陷的关系已引起关注，叶酸对出生缺陷的影响及其机制尚不明确，当前关于叶酸代谢酶基因多态性的研究已取得了许多有意义的结果，但结论尚不一致。随着研究的进一步深入，将为制定预防出生缺陷的对策提供科学依据。

参考文献：

[1]Dastgiri S,Imani S,Kalankesh L,et al.Congenital anomalies in Iran:a cross-sectional study on 1574 cases in the North-West of county[J].Child Care Health and Development,2007,33(3):257-261.

[2]中华人民共和国卫生部.中国出生缺陷防治报告 2012 [EB/OL].http://www.moh.gov.cn

[3]Salih MA,Murshid WR,Seidahmed MZ.Epidemiology,prenatal management,and prevention of neural tube defects[J].Saudimedical Journal,2014,35:s15-s28.

[4]Figueiredo RF,Figueiredo N,Feguri A.The role of the folic acid to the prevention of orofacial cleft:an epidemiological study[J].Oral Diseases，2015,21(2):240-247.

[5]Jessica A.Grieger,Vicki L.A review of the impact of dietary intakes in human pregnancy on infant birth weight[J].Nutrients,2015,7(1):153-178.

[6]Comes T,LiMner U，Tennekoon K,et al. Homoeysteine in small-for-gestational age and appropriale-for-gestationalage preterm neonates from mothers receiving folic acid supplementation[J].Clinical Chemistry and Laboratory Medicine,2010,48(8):1157-1161.

[7]中国营养学会妇幼营养分会.中国孕期、哺乳期妇女和0～6岁儿童膳食指南[M].北京：人民卫生出版社，2010.

[8]Fathe K,Person MD,Finnell RH.The application of a chemical determination of N-homocysteinylation levels in developing mouse embryos:implication for folate responsivebirth defects[J].Journal of Nutritional Biochemistry,2015,26(5):312-318.

[9]Bezerra JF,Oliveira GHM,Soares CD,et al.Genetic and non-genetic factors that increase the risk of non-syndromic cleft lip and/or palate development[J].Oral Dlseases,2015,21(3):393-399.

[10]Czeizel Andrew E.Periconceptional folic acid-containing multivitamin supplementation for the prevention of neural tube defects and cardiovascular malformations[J].Annals of Nutrition and Metabolism,2011,59(1):38-40.

[11]Botto LD,Mulinare J,Erickson JD.Occurrence of congenital heart defects in relation to maternal multivitamin use[J].American Journal of Epidemiology,2000,151(9):878-884.

[12]Brandalize APC,Bandinelli E,Dos Santos PA,et al.Maternal gene polymorphisms involved in folate metabolism as risk factors for Down syndrome offspring in Southern Brazil[J].Disease Markers,2010,29(2):95-101.

[13]Hyoun SC,Obican SG,Scialli AR,et al.Teratogen update:Methotrexate.Birth Defects[J]. Research Part A-Clinical and Molecular Teratology,2012,94(4):187-207.

[14]Salerno P,Bianchi F,Pierini A,et al.Folic acid and congenital malformation:scientific evidence and public health strategies[J].Ann Iq, 2008,20(6):519-530.

[15]Cravo ML,Pinto AG,Chaves P,et al.Effect of folate supplementation on DNA methylation of rectal mucosa in patients with colonic adenomas:correlation with nutrient intake[J].Clinical Nutrition,1998,17(2):45-49.

[16]Rampersaud GC,Kauwell GPA,Hutson AD,et al.Genomic DNA methylation decreases in response to moderate folate depletion in elderly wowem [J].American Journal of Clinical Nutrition,2000,72(4):998-1003.

[17]Nelen WLDM,Bulten J,Steegers EAP,et al.Maternal homocysteine and chorionic vascularization in recurrent early pregnancy loss[J].Human Reproduction,2000,15(4):954-960.

[18]Rozen R.Genetic predisposition to hyperhomocysteinemia:deficiency of methylenetetrahydro folate reductase (MTHFR) [J].Thrombosis and Haemostasis,1997, 78(1):523-526.

[19]Van der Put NM,Gabreels F,Stevens EM,et al.A second common mutation in the methylenetetrahydrofolate reductase gene:an additional risk factor for neural-tube defects[J].American Journal of Human genetics,1998,62(5):1044-1051.

[20]Slah O,Oliveira O,Raja M,et al. Methylenetetrahydrofolate reductase and methionine synthase polymorphisms and risk of bladder cancer in a Tunisian population[J].Cancer Genetics and Cytogenetics,2007,176(1):48-53.

[21]陈芳，郑红，许予明.亚甲基四氢叶酸还原酶基因多态性与缺血性卒中[J].国际脑血管杂志，2008，16(11):870-875.

[22]Farkas SA,Bottiger AK,Isaksson HS,et al.Epigenetic alterations in folate transport genes in placental tissue from fetuses with neural tube defects and in leukocytes from subjects with hyperhomocysteinemia[J].Epigenetics,2013,8(3):303-316.

[23]胡凡,姚学军,华杰.儿童5,10-亚甲基四氢叶酸还原酶C677T多态性与神经管畸形易感性关系的研究[J].江苏预防医学,2011,23(5):7-10.

[24]Zhu J,Ren A,Hao L,et al.Variable contribution of the MTHFR C677T polymorphism to non-syndromic cleft lip and palate risk in China[J].Am J Med Genet A,2006,140(6):551-557.

[25]Zhu J,Hao L,Li S,et al.MTHFR,TGFB3,and TGFA polymorphisms and their association with the risk of non-syndromic cleft lip and cleft palate in China[J].Am J Med Genet A,2010,152A(2):291-298.

[26]Kim OJ,Hong SP,Ahn JY,et al. Influence of combined methionine synthase (NITR 2756A>G) and methylenetetrahydrofolate reductase (MTHFR 677C>T) polymorphisms to plasma homocysteine levels in Korean patients with ischemic stroke[J].Yonsei Med J,2007,48(2):201-209.

[27]Laraqui A，Allami A，Carrie A，et a1.Influence of methionine synthase (A2756G) and methionine synthase reductase (A66G) polymorphisms on plasma homocysteine levels and relation to risk of coronary artery disease[J].Acta Cardiologica，2006,61(1)：51-61.

[28]Ouyang SR,Liu Z,Li YY,et al.Meta-analyses on the association of MTR A2756G and MTRR A66G polymorphisms with neural tube defect risks in Caucasian children[J].Journal of Maternal-fetal & Neonantal Medicine,2013,26(12):1166-1170.

[29]Liu ZZ,Zhang JT,Liu D,et al.Interaction between maternal 5,10 -methylenetetrahydrofolatereductase C677T and methionine synthase A2756G gene variants to increase the risk of fetal neural tube defects in a Shanxi Han population[J].Chinese Medical Journal,2013,126(5):865-869.

[30]Chen L,Liu L,Hong K,et al.Three genetic polymorphisms of homocysteine-metabolizing enzymes and risk of coronary heart disease:a meta-analysis based on 23 case-control studies[J].DNA and Cell Biology,2012,31(2):238-249.

[31]Biselli JM,Zampieri BL,Goloni-Bertollo EM,et al.Genetic polymorphisms modulate the folate metabolism of Brazilian individuals with Down syndrome[J].Molecular Biology Reports,2012,39(10):9277-9284.

[32]Weiner AS,Boyarskikh UA,Voronina EN,et al.Methylenetetrahydrofolate reductase C677T and methionine synthase A2756G polymorphisms influence on leukocyte genomic DNA methylation level[J].GENE,2014,533(1):168-172.

[33]Yada U,Kumar P,Yada SK,et al.“Polymorphisms in folate metabolism genes as maternal risk factor for neural tube defects:an updated meta-analysis”[J].Metabolic Brain Disease,2015,30(1):7-24.

[34]Wang SS,Qiao FY,Feng L,et al.Functional variant in methionine synthase reductase decreases the risk of Down syndrome in China[J].Journal of Obestetrics And Gynaecology Research,2013,39(2):511-515.

[35]Zeng W,Liu L,Tong Y,et al.A66G and C524T polymorphisms of the methionine synthase reductase gene are associated with congenital heart defects in the Chinese Han population[J].Chembiochem,2011,10(4):2597-2605.

[36]Huang H,Dong XY,Gong T，et al.Relationship of maternal and child polymorphism in methionine synthetase and methionine synthasereductase with congenital heart disease[J].Acta Academiae Medicinae Militaris Tertiae,2010,32(2):127-130.

[37]Lievers KJ,Kluijtmans LA,Heil SG,et al.Cystathionine β-synthase Polymorphisms and hyperhomocysteinemia:an association study[J].Hum Genet,2003,11(1):23-29.

[38]Esse,R,Imbard A,Florindo C,et al.Protein arginine hypomethylation in a mouse model of cystathionine beta-synthase deficiency[J].Faseb Journal,2014,28(6):2286-2695.

[39]Ouyang SR,Liu Z,Li YY,et al.Cystathionine beta-synthase 844ins68 polymorphism is unrelated to susceptibility to neural tube defects[J].Gene,2014,535(2):119-123.

[40]De Franchis R，Botto LD，Sebastio G，et al，Spina bifida and fola-telated genes:a study of gene-gene interactions[J].Genetics In Medicine,2002,4(3):126-130.

Research progress on the correlation between folic acid deficiency and birth defectsYUN Xiao-yun1,2，OU Feng-rong1*(1.The First Affiliated Hospital of China Medical University,Shenyang 110001，China;2.Hainan International Travel Health Care Center,Haikou 570000，China )

[Abstract]Folic acid deficiency can lead to fetal neural tube defects,congenital cleft lip and palate,hyperhomocysteinemia with a close relationship to the occurrence and development of certain birth defects.In this paper,the physiological function of folic acid,metabolic pathway,the correlation between birth defects and folic acid,and the correlation between birth defects and gene polymorphism of folate metabolism enzyme are summarized.

Key words：Folic acid deficiency;Birth defects;Folic acid metabolism enzyme;Gene polymorphism

DOI:10.14053/j.cnki.ppcr.201602030

*通信作者

基金项目：辽宁省自然科学基金项目(2013021018)

收稿日期：2015-10-28