MTHFR基因多态性与PSCI的相关性

梁 娜综述，王 珊，刘亚玲审校

MTHFR(metbrlenetetrahydrofolate reduetase，MTHFR)即亚甲基四氢叶酸还原酶，将5,10-亚甲基四氢叶酸还原为5-甲基四氢叶酸，为同型半胱氨酸(homocysteine，Hcy)代谢、体内嘌呤、嘧啶合成以及DNA、RNA和蛋白质的甲基化修饰过程中提供甲基。MTHFR基因较常见的突变为第四外显子上的C677T位点。MTHFR基因突变的致病机制主要是影响了甲硫氨酸-叶酸的代谢过程，进一步导致各种神经系统疾病如血管性疾病、卒中后认知障碍(poststroke cognitive impairment，PSCI)、帕金森病(Parkinson disease，PD)、阿尔兹海默病(Alzheimer disease，AD)、偏头痛等的发生。而随着卒中及其相关认知障碍研究结果的陆续发表，卒中后认知障碍(post-stroke cognitive impairment，PSCI) 已成为当前国际卒中研究和干预的热点，因此研究其相关的致病机制及其重要。本文主要综述MTHFR与PSCI的相关性及其可能的机制，为PSCI的预防提供依据，为进一步临床研究提供更多思路。

1 MTHFR基因

MTHFR基因cDNA全长2.2 kb，定位于染色体1p36.3，包括11个外显子和10个内含子。MTHFR基因被确定有14个罕见的与严重的酶缺乏症相关的变异，和1个常见的与轻度酶缺乏症相关的第四外显子的C677T位点变异[1]。C677T位点突变导致胞嘧啶(C)被胸腺嘧啶(T)置换，使编码的氨基酸由缬氨酸变成丙氨酸，产生C/C、C/T、T/T 3种基因型，降低了MTHFR的热稳定性，导致该酶在37 ℃或更高温度下活性降低，C/T酶活性(中度风险)为正常的65%左右;T/T酶活性(高度风险)活性只是正常的30%左右[2]。MTHFR为甲硫氨酸-叶酸代谢过程中的关键酶，将5,10-亚甲基四氢叶酸还原为5-甲基四氢叶酸，以维生素B12为辅因子，为Hcy转换为甲硫氨酸提供甲基。因此，C677T位点突变，使MTHFR活性降低，导致高同型半胱氨酸血症(hyperhomocysteinemia，HHcy)、低甲硫氨酸血症、低S-腺苷甲硫氨酸血症(s-adenosy-L-methionine，SAM)、高5,10-亚甲基四氢叶酸血症、低5-甲基四氢叶酸血症等。

2 Hcy

Hcy是一种含硫醇的非必需氨基酸，在所有细胞中产生，正常成年人空腹Hcy血浆浓度为5～15 μmol/L，超过15 μmol/L称为HHcy，根据Hcy升高的程度人为分为轻度(16～30 μmol/L)、中度(31～100 μmol/L)、重度(>100 μmol/L)[3]。MTHFR基因C677T突变主要产生轻中度的HHcy。据报道，轻中度HHcy主要影响血管，包括肌细胞增殖、血管壁纤维化、一氧化氮信号受损、过氧化物生成和促凝血反应[4]，主要与成年人的闭塞性血管疾病相关[5]。胱硫醚β合成酶(cystathionine b-synthase,CBS)缺乏主要产生重度HHcy，又称为高胱氨酸尿，导致儿童和青少年血栓栓塞和血管损害[5,6]。HHcy是脑卒中和认知障碍的一个强大而独立的危险因素，并与病理证实的AD相关。

3 PSCI

脑卒中发病率高、 死亡率高、 致残率高，PSCI更是严重影响患者生活质量及生存时间，PSCI已成为当前国际卒中研究和干预的热点。PSCI指在卒中这一临床事件后6个月内出现达到认知障碍诊断标准的一系列综合征， 强调了卒中与认知障碍之间潜在的因果关系以及两者之间临床管理的相关性。它包括了从卒中后认知障碍非痴呆(post-stroke cognitive impairment no dementia，PSCIND)至卒中后痴呆(post-stroke dementia，PSD) 的不同程度的认知障碍[7]。

卒中后认知障碍的病因是多因素的，包括血管因素、基因和环境因素。其中可干预的危险因素有HCY、HP、DM、高血脂、肥胖、血管硬化、心肌梗死、心衰、房颤及生活方式如吸烟、饮酒、饮食结构、体力活动等。不可干预的危险因素有年龄、教育水平、性别与种族、遗传因素等。PSCI相关危险因素多，发生率高，危害严重。PSCI在一定范围内可以被预防，因此研究其可干预的危险因素及针对性的预防，早治疗是对亟待解决的问题。

4 MTHFR基因突变致PSCI的可能机制

4.1 MTHFR基因多态性与脑卒中 脑卒中危险因素明确。遗传因素可能在不同程度上影响卒中的发生发展。Hcy是脑卒中的独立危险因素，而MTHFR基因突变主要的代谢异常是HHcy，Hcy对血管功能的影响主要有：(1) 损害内皮功能，减少可诱导的NO合成酶；(2)NO介导的脑血管内皮功能障碍；(3)导致血脑屏障渗漏；(4)诱发血栓形成；(5)脑血管缺血导致神经元死亡和tau蛋白缠结沉积；(6)影响脂质代谢，增加胆固醇合成；(7)减少载脂蛋白1的合成；(8)导致大脑淀粉样血管病[8]。国内外关于677C/T多态性在缺血性卒中的潜在作用的研究报道了不同的结果，对这些结果的解释目前尚不清楚。既往一些Meta分析表明，MTHFR C677T变异与缺血性脑卒中之间存在一定的相关性，且呈分级、剂量依赖关系[9]。也有一些Meta分析表明，二者之间无显著相关性。可能与Hcy由除了受MTHFR影响外，还受其他基因及叶酸、维生素B12等物质有关。

4.2 脑卒中与认知障碍 卒中类型、 病变部位、 病灶特点及卒中次数等是PSCI的相关因素。PSCI与卒中病灶大小和部位相关，大致可以分为以下几种类型：(1)多发梗死型；(2)关键部位梗死型；(3)脑小动脉闭塞型(脑小血管病)；(4)脑出血；(5)混合型。卒中部位在左半球，病灶为多部位/大面积及再发/复发/多发患者，其PSCI的发生率则显著更高(P<0.01)[7]。因此，脑卒中与认知障碍相关，而不同类型的脑卒中认知域也不同，与卒中病变部位有关。

4.3 Hcy与认知障碍 MTHFR基因突变主要的代谢异常是HHcy。HHcy是认知功能损害的一个强大而独立的危险因素，对认知功能的有害影响主要有：(1)NMDA受体的直接激活导致兴奋性毒性神经元死亡；(2)同型半胱氨酸和半胱氨酸亚磺酸激活NMDA受体，通过兴奋性毒性导致神经元死亡；(3)产生超氧化物和活性氧，引起氧化应激；(4)抗氧化酶活性降低；(5)β-淀粉样蛋白的形成和沉积；(6)加强β-淀粉样蛋白神经毒性反应；(7)激活tau蛋白激酶，如Cdk5，导致tau蛋白缠结沉积；(8)触发神经元的细胞周期，导致缠结形成和细胞死亡；(9)引起DNA损伤，限制DNA修复，导致细胞凋亡；(10)增加SAH抑制甲基化反应，如淀粉样蛋白基因启动子中的DNA胞嘧啶甲基化，引起表观遗传效应；(11)抑制PP2A活性导致tau蛋白缠结沉积；(12)抑制磷脂酰乙醇胺的甲基化；(13)刺激内质网应激反应，导致淀粉样蛋白形成；(14)激活免疫系统；(15)降低儿茶酚胺和其他神经递质的SAM依赖合成[8]。在病例对照研究中，HHcy与脑小血管病(cerebral small vessel disease，SVD)严重程度呈正相关，血浆总Hcy浓度最高患者核磁共振扫描显示融合的白质疏松，表明更严重的SVD[4]，而SVD与认知障碍相关。总之， Hcy能够通过多种机制导致认知功能障碍，表现为视空间技能、记忆、非文字记忆、信息处理速度等认知领域。

4.4 MTHFR基因多态性与其他代谢产物异常 MTHFR基因突变主要影响甲硫氨酸-叶酸的代谢过程，导致HHcy、低甲硫氨酸血症、低SAM、高5,10-亚甲基四氢叶酸血症、低5-甲基四氢叶酸血症等。重度MTHFR缺乏症的患者较重度CBS缺乏症患者平均Hcy低，但神经和血管表现更为明显，提示Hcy代谢过程中其他代谢物的异常参与临床表现。轻度MTHFR缺乏与各种非血管性疾病呈正相关，如非血管性心脏病、神经管缺陷、大肠癌和精神分裂症/抑郁症。严重的MTHFR缺乏症的患者的大脑脱髓鞘与高Hcy、低甲硫氨酸血症、低SAM或其他代谢物异常有关[5]。MTHFR缺乏而导致的5,10-甲基四氢叶酸的积累可能与认知异常的发展有关[5]。

根据Dayon等人的研究，血浆中单碳代谢物的水平预示着认知能力的下降[8]。Jun-Hyun Yoo等人研究结果，在正常Hcy组患者中，TT基因型与PSCI不相关；在高Hcy组患者中，TT基因型与PSCI显著相关；表明Hcy联合TT基因型导致PSCI，进一步暗示了TT基因型突变时，除了高Hcy，其他代谢物的异常参与了PSCI的发生[5]。 综上，MTHFR导致PSCI不仅仅局限于Hcy，因此临床上检验其他代谢物质及进行相关研究非常必要。

4.5 MTHFR基因多态性与AD 痴呆已经成为老年人群致死和致残的主要疾病之一，而阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)是痴呆的首要病因。DNA甲基化在晚发性阿尔茨海默病的发病机制中起重要作用。MTHFR是SAM代谢过程的关键酶，而SAM是主要的甲基供体，AD患者脑脊液中SAM水平较低，低SAM水平导致DNA去甲基化，导致AD病理相关基因的过表达，如早老素 (PSEN1)和β分泌酶(BACE1)、β-淀粉样前体蛋白(APP)裂开酶,增加低甲基化和Aβ1-42沉积[8]。此外，MTHFR基因突变导致HHcy，而Hcy升高被认为是老年人痴呆和认知能力下降的危险因素。

5 MTHFR基因多态性与PSCI

关于MTHFR基因C677T位点突变与PSCI的相关性的研究相对较少。Pengpeng Jin等人发现T等位基因的频率在血管性痴呆组明显高于对照组，提示T等位基因频率升高可能与血管性痴呆发病率有关[10]。Chapman等人发现MTHFR基因与血管性痴呆缺乏显著的相关性，可能是样本量不足的原因[5]。Jun-Hyun Yoo等人研究结果表明MTHFR TT基因型可能与高Hcy共同作用导致血管性痴呆[5]。总之，MTHFR基因C677T位点突变与PSCI的相关性结果未有权威的统一结论。

综上所述， MTHFR基因突变导致PSCI的机制主要为MTHFR基因突变导致HHcy，从而通过一系列机制导致脑卒中的发生及认知障碍，除此之外，MTHFR基因突变影响蛋氨酸及叶酸代谢通路上其他物质的代谢，导致除Hcy之外其他代谢物的异常，进一步影响PSCI的发生发展。因此，未来MTHFR可能是一个强大和独立的预测PSCI的因素。

MTHFR基因突变是否是独立致病或是联合其他危险因素共同致病，尚不清楚。未来的研究应该严格制定研究方案、加大研究对象、完善研究资料、及分层分组研究等。医疗相关机构应该有化验包括同型半胱氨酸、甲硫氨酸、S-腺苷甲硫氨酸、5,10-甲基四氢叶酸、5-甲基四氢叶酸等各种代谢物的能力。 除此之外，还可研究MTHFR基因及其他基因之间的联合致PSCI的机制，及MTHFR基因突变与其他危险因素是否有联合致病的可能。未来的研究显然需要充分描述和识别连接MTHFR和PSCI的关键分子通路。