亚甲基四氢叶酸还原酶基因多态性分析的临床应用

朱娟娟 唐吉斌

5，10-亚甲基四氢叶酸还原酶（methylenetetrahydrofolate reductase，MTHFR）是叶酸代谢与同型半胱氨酸代谢中的关键酶［1］，催化 5，10-亚甲基四氢叶酸转化为5-甲基四氢叶酸。5-甲基四氢叶酸一方面可作为细胞内甲基的供体，在甲硫氨酸合酶和维生素B12的催化下，使血中同型半胱氨酸发生甲基化，生成甲硫氨酸，从而维持了血中同型半胱氨酸的水平；另一方面还可作为一碳单位的供体，参与体内嘌呤、嘧啶的合成及DNA、RNA、蛋白质的甲基化。MTHFR基因发生突变会导致MTHFR酶活性下降，引起高同型半胱氨酸血症、核酸合成和甲基化的异常，进而导致多种疾病的发生［2］。

单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）是指在基因组水平上由单个核苷酸的突变所引起的DNA序列多态性。SNP是人类可遗传的变异中最常见的一种，在人类基因组中广泛存在，其检测易于自动化和批量化，已被认为是近年来最有发展潜力的第三代分子标记［3］。研究SNP所揭示的人种、人群和个体之间DNA序列的差异以及这些差异所表现的意义将对疾病的诊断、治疗和预防具有重要的指导意义。

MTHFR基因位于1号染色体短臂末端（1p36.3），该基因有多种突变类型，至今已发现有近30个SNP位点，其中最具有临床意义的2个多态性位点分别是677位的C/T多态和1298位的A/C多态，这2个位点的多态性与酶活性及热稳定性密切相关，已有研究报道［4-6］这2个多态性位点的分布在世界不同种族及地区有明显不同，中国地区也有相关研究报道［7-9］。为了明确MTHFRC677T和A1298C基因多态性检测的临床价值，本文对这2个多态性位点在不同人群的分布情况及其相关疾病进行述评，以期为疾病的预防、诊断和治疗提供依据。

1 MTHFR C677T基因多态性在不同人群中的分布

MTHFRC677T基因多态性是第677位的点突变，是目前发现的最常见的突变位点，该位点的碱基胞嘧啶（C）被胸腺嘧啶（T）置换，从而使编码的丙氨酸被缬氨酸替代，这种功能性的突变直接影响MTHFR酶的活性和耐热性，表现为不同程度的酶活性和耐热性降低［1］。该位点的突变产生了3种基因型，野生型CC，杂合突变型CT，纯合突变型TT，其中CT型的酶活性是CC型的65%，TT型的活性仅为CC型的30%。加热5 min后，TT型酶活性为22%，CT型酶活性为56%，CC型作为对照组剩余酶活性为 67%［10］。

研究表明MTHFR基因C677T位点突变频率在不同国家、同一国家的不同地区和不同种族的分布是有显著差异的，在欧洲和北美MTHFRC677T等位基因的频率要比非洲和东亚高［11］；中国汉族人群C677T的突变频率为40%，高于大多数国家［8］。MTHFRC677T等位基因分布在中国呈现一定地理梯度：①突变频率随着纬度的增加先增加再减少，TT基因型频率在南方地区为6.6%，中部地区为为14.2%，北部地区为21.3%，最北部地区为15%；②突变频率随着经度的增加也是先增加再减少，TT基因型频率在西方地区为11.1%，中部地区为为20.5%，北部地区为14%［11］。在我国不同种族间，该突变位点的分布也有差异。在中国汉族中，C677T等位基因的频率在海南最低（24%），其次是湖北（40.3%）和江苏（43.5%），在山东（63.1%）观察到最高频率［12］。

2 MTHFR C677T基因多态性检测的临床意义

2.1 MTHFR C677T基因多态性与心血管疾病的关系

MTHFR酶活性的明显下降使血中同型半胱氨酸水平升高，同型半胱氨酸可损伤血管内皮细胞，刺激血管平滑肌细胞增生，破坏机体凝血和纤溶系统，导致早期动脉粥样硬化形成，增加了冠心病、脑梗死、高血压等心脑血管病的发生风险，目前高同型半胱氨酸血症已被认为是独立于高血脂症、高血压、糖尿病、吸烟和年龄之外，引发动脉硬化性血管疾病的一个独立的危险因素。已有全基因组关联研究（genome wide association study，GWASS）证实了健康人群中MTHFRC677T基因型与同型半胱氨酸水平之间具有相关性［13］，是引起高同型半胱氨酸的主要遗传因素［14］。

很多研究表明MTHFRC677T基因多态性与心脑血管疾病相关，Zhu等人［15］对2014年8月前关于中国人群MTHFRC677T多态性和缺血性脑卒中关系的20项研究进展进行了总结，认为TT型突变可能是缺血性脑梗死发病的风险因子；也有报道指出MTHFRC677T多态性与静脉血栓症（venous thromboembolism，VTE）有关，该报道对10篇文献进行了分析，内容包括VTE患者938例，正常人对照1 157例，结果显示MTHFR677突变基因T可使VTE发病风险增加［16］；一项涉及了从1997到2017年世界范围内的71项关于MTHFRC677T多态性和妊高症相关性的荟萃分析表明，MTHFRC677T的等位TT基因是妊高症的风险因子，空气污染和MTHFRC677T基因多态性相互作用可以提高女性对妊高症的易感性［17］。针对不同地区人群MTHFR相关位点基因进行筛查，对有基因突变的人群进行重点关注，有助于相关疾病的预防和治疗，针对存在高同型半胱氨酸血症的MTHFRC677T位点CT、TT基因型高血压患者，给予依那普利配合叶酸进行降压治疗，可显著降低首发脑卒中风险［18］。

2.2 MTHFR C677T基因多态性与糖尿病的关系

MTHFRC677T基因多态性与糖尿病的相关性也引起了人们的关注，但目前的研究还有不一致的情况，有研究比较了阿拉伯联合酋长国内169例Ⅱ型糖尿病患者和209例健康对照的MTHFRC677T基因多态性的差异，发现并无明显差异，但C677T多态性与脑血管意外病史、肾病史和LDL胆固醇水平有显著相关性［19］；我国有研究者选取黑龙江省佳木斯地区汉族人群血液样本350例，其中Ⅱ型糖尿病患者200例及健康体检者150例，应用直接测序法对C677T位点多态性进行检测，分析不同基因型与Ⅱ型糖尿病以及2种降糖药物疗效之间相关性，发现黑龙江省东部地区汉族Ⅱ型糖尿病人群MTHFRC677T基因突变频率显著增加，且携带T等位基因的CT/TT患者用二甲双胍后餐后2 h血糖、糖化血红蛋白等与治疗前比较显著下降，提示T等位基因与二甲双胍降糖疗效有显著相关性［20］。值得注意的是，更多的研究表明MTHFRC677T基因突变型的糖尿病患者发生血管并发症的可能性增大，如在中国进行了一项包括了13项关于中国人群MTHFRC677T多态性与糖尿病和糖尿病肾病关系的研究，得出结论是MTHFRC677T等位基因可能是糖尿病肾病而不是糖尿病的的风险因子［21］。

2.3 MTHFR C677T多态性与出生缺陷的关系

MTHFR基因相关位点的突变会导致MTHFR酶活力的下降，使同型半胱氨酸浓度升高，可能会导致妊娠女性血液呈高凝状态及妊高症，造成母胎循环不足，与此同时，该酶活性下降也影响叶酸代谢利用，导致了嘌呤、嘧啶和核酸的代谢及DNA的甲基化受影响，这些都是引起流产或使胎儿生长受限等的原因。

目前的研究也支持MTHFRC677T多态性与出生缺陷相关，韩国学者认为在韩国女性MTHFRC677T基因多态性与早产发生显著相关［5］；也有研究认为母亲MTHFR基因突变与生育人类神经管畸形患儿有相关性，一项对42篇文献（4 374例患者，7 232例对照）进行荟萃分析的研究表明MTH-FR基因第677位点中的C/C可能为先天神经管缺陷的保护基因［22］；Nauman 等人［23］的研究提供了进一步的证据表明，母体叶酸缺乏和MTHFRC677T基因多态性可能与后代的神经管缺陷（neural tube defects，NTD）风险增加有关；在中国也有相关报道，有研究采用病例对照研究的方法，以549例正常妇女（对照组）及300例有不良孕产史（观察组）妇女为对象，发现MTHFRC677TT基因型在观察组的分布频率较对照组明显升高［24］；对携带风险基因的育龄女性有针对性地实施叶酸增补，可降低因MTHFR基因突变带来的妊高症及出生缺陷风险［25］。

2.4 MTHFR C677T基因多态性与肿瘤的关系

近些年来，MTHFRC677T基因多态性与肿瘤发生及预后的关系逐渐引起人们的重视，有研究认为MTHFRC677T基因T的突变会增加食管癌、胃癌的风险，但会降低结肠癌的风险［26］；Sun等人［27］做了一个包括2 165个胃癌病人和3 279正常人对照的荟萃分析，认为胃癌发病与MTHFRC677T基因的T突变相关；也有学者针对13篇关于MTHFRC677T和乳腺癌相关性的文献进行了分析，内容包括乳腺癌3 273个，正常人对照4 419个，分析结果显示中国人群中MTHFRC677T与乳腺癌发生有关［28］；Liu 等人［29］应用 Meta分析了 11篇关于MTHFRC677T多态性与肺癌的研究论文（包含2 487例肺癌患者和3 228例正常人对照），发现MTHFRC677T多态性与中国人群肺癌发生没有显著相关性，但是进行亚组分析时发现MTHFRC677T的多态性与中国北部人群的肺癌发生相关；除了与肿瘤的发生风险相关，MTHFRC677T多态性还与肿瘤的疗效及预后相关，董翠梅等［30］通过检测92例进行培美曲塞联合卡铂化疗肺腺癌患者外周血中MTHFRC677T多态性，发现MTHFRC677T中CC型患者疾病进展时间（TTP）显著长于TT/TC基因型患者，指出CC型患者可能是使用培美曲塞联合卡铂化疗有效的人群。

2.5 MTHFR C677T基因多态性与其他疾病的关系

还有一些报道指出MTHFRC677T多态性与其他一些疾病相关，Xiao等人［31］用11篇文献（包括1 738急性淋巴细胞白血病患者和2 438健康对照）做了荟萃分析，认为在中国人群中该基因多态性与急性淋巴细胞白血病显著相关；有荟萃分析结果表明目前尚不能认为精神分裂症人群MTHFRC677T的T等位基因及TT基因型频率明显高于正常人群，但不同地域和种族间基因多态性分布差异有统计学意义［32］。

3 MTHFR A1298C基因多态性在不同人群中的分布

MTHFRA1298C多态性是由第1298位的点突变导致的，该位点的碱基腺嘌呤（A）被胞嘧啶（C）置换，可将MTHFR基因编码的谷氨酸变为丙氨酸，从而影响酶的活性。该位点的突变产生了3种基因型，野生型AA，杂合突变型AC，纯合突变型CC，与C677T突变相比，其纯合子和杂合子个体并未表现出血清同型半胱氨酸升高和叶酸降低，但同时具有MTHFRC677T和MTHFRA1298C复合突变的杂合子个体活性可降低40%，表现出高同型半胱氨酸和低叶酸血症［14，33］。从全球范围来说，A1298C等位基因频率在亚洲为17%～19%，西欧为27%～36%［34］，中国人群MTHFRA1298C等位基因频率约为 22.4%［11］，和MTHFRC677T 相比，MTHFRA1298C的突变分布呈现相反的地理趋势：①突变频率随着纬度的增加先减少再增加，CC基因型频率在南方地区为7.6%，中部地区为为3.7%，北部地区为3.0%，最北部地区为4.5%；②突变频率随着经度的增加也是先减少再增加，CC基因型频率在西方地区为6.5%，中部地区为为3.2%，东部地区为4.2%［11］。该基因多态性在不同种族间的分布是否具有一定的差异性［35］。

4 MTHFR A1298C基因多态性检测的临床意义

MTHFRA1298C基因多态性相关疾病的研究和MTHFRC677T相比较少，主要见于在以下几种情况。

4.1 MTHFR A1298C基因多态性与出生缺陷

虽然A1298C纯合子没有表现出明显升高的血同型半胱氨酸血症，但有研究显示C677T/A1298C的复合杂合子可能存在高同型半胱氨酸血症和低叶酸水平的风险，也能导致许多疾病：韩国学者认为MTHFRA1298C等位基因也可能与韩国女性早产发生有关［5］；如果母亲携有A1298C的突变基因，则后代发生唇裂的风险会增加2.93倍［11］，如果父母双方携带纯合子突变基因型则发生神经管缺陷的风险会增加3.5倍；但是也有研究指MTHFRA1298C多态性与神经管缺陷并不相关［22］；Callejon等人［36］的研究表明如果存在MTHFRC677T和A1298C的双重突变，胎儿存活的几率是很低的，会导致不明原因的流产；李茜西等［24］发现在有不良孕产史的妇女中，MTHFRA1298C的频率明显升高。

4.2 MTHFR A1298C基因多态性与心血管疾病

目前的研究显示MTHFRA1298C多态性与冠心病并不显著相关［11］，Yang等［37］人也对A1298C多态性与妊高症的关系做了研究，分析了21项研究，包括2 533例妊高症患者和2 976个正常对照，却发现无论是从整体还是亚群来说，MTHFRA1298C基因多态性与妊高症之间都没有显著相关性。

4.3 MTHFR A1298C基因多态性与肿瘤

MTHFRA1298C基因多态性与肿瘤显著相关的报道并不多，提示其可能与肿瘤发生及预后关系不大，有研究对13篇文献进行了荟萃分析，结果表明乳腺癌发生与MTHFRA1298C基因多态性无明显相关［28］；Sun 等人［27］的荟萃分析结果同样显示胃癌发病与MTHFRA1298C多态性并不相关；在肺腺癌患者采用培美曲塞联合卡铂化疗时，MTHFRA1298C不同基因型总有效率和疾病进展时间比较差异均无统计学意义［30］。

5 小结与展望

目前多数研究提示，MTHFR基因突变会引起关键代谢酶活性下降，从而导致高同型半胱氨酸血症和低叶酸水平，可能与心血管疾病、出生缺陷、肿瘤等多种疾病相关，其中尤其以MTHFRC677T基因多态性相关疾病研究的较为多见，单纯A1298C多态性相关疾病的研究较少。明确MTHFR基因的多态性与疾病的关系，可针对性地指导心血管疾病的一级预防和药物治疗，帮助孕妇制定个性化的叶酸补充方案，对肿瘤病人根据基因型不同进行个体性化疗，这样根据不同人群制定出的有效防治措施，可极大地减轻人们和社会的负担。

但同时我们也要注意到对于MTHFR基因相关疾病的研究尚存有争议，其原因可能是研究的设计和方法有差异，研究的样本量也有所不同，而且MTHFR基因多态性在世界范围内存在地理和种族分布差异，因此未来的研究应该在确定样本表型和基因突变频率的基础上，进行大样本、跨区域的调查，建立不同地区、不同人群MTHFR基因多态性数据库，完善基因诊断方法，以对疾病的有效预防和治疗提供重要指导意义。