同型半胱氨酸与叶酸在恶性肿瘤中的研究进展Δ

杨 婧，俞 静

(1.首都医科大学附属北京潞河医院肿瘤中心，北京 101100； 2.首都医科大学附属北京友谊医院肿瘤中心，北京 100050)

自1969年当时美国哈佛大学的病理学家Kilmer McCully提出同型半胱氨酸(homocysteine，HCY)与动脉粥样硬化有关的假说以后，高同型半胱氨酸血症与相关疾病发生的关系日益受到人们的关注。越来越多的研究结果表明，高同型半胱氨酸血症不仅与心脑血管疾病、慢性肾脏病、糖尿病和肝脏疾病等疾病相关，在恶性肿瘤方面，其与乳腺癌、结直肠癌和肺癌等的发生也存在一定的关系[1-2]。

1 HCY的代谢途径

1.1 HCY的生成

HCY是一种含硫氨基酸，是营养必需氨基酸——甲硫氨酸代谢的中间产物。甲硫氨酸是体内甲基供体，通过转甲基作用参与各种生理过程。甲硫氨酸在甲硫氨酸腺苷转移酶催化下，通过ATP参与，生成S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosyl-methionine，SAM)，即活性甲硫氨酸。SAM在甲基转移酶的作用下，将甲基转移至另一种物质而变成S-腺苷同型半胱氨酸，进一步脱去腺苷，生成HCY。这目前被认为是脊椎动物体内HCY产生的唯一途径。

1.2 HCY的降解

HCY主要通过转甲基及转硫基途径进行分解代谢，这2种途径分别占体内HCY代谢的50%。(1)5-甲基四氢叶酸向HCY提供甲基，使其再甲基化生成甲硫氨酸。该反应需要甲硫氨酸合成酶(methionine synthetase，MS)的催化，其辅酶是维生素B12。维生素B12缺乏时，5-甲基四氢叶酸上的甲基不能转移，影响HCY向甲硫氨酸的转化。HCY的另一个甲基供体为甜菜碱，是在甜菜碱-同型半胱氨酸甲基转移酶(betaine-homocysteine methyltransferase，BHMT)的催化下，再甲基化为甲硫氨酸。BHMT只存在于哺乳动物的肝脏和灵长类动物的肾脏中。(2)HCY可通过胱硫脒β合成酶(cysteine beta synthase，CBS)催化，与丝氨酸缩合生成胱硫醚。胱硫醚被γ-胱硫醚酶水解为半胱氨酸和α酮丁酸。上述2个反应都需要维生素B12作为辅基，受丝氨酸和维生素B6水平影响，为不可逆反应，将HCY从甲硫氨酸循环中消除，使最终生成的谷胱甘肽或硫酸盐经尿液排出(见图1)。由于HCY代谢过程中各种酶及辅因子异常，使其释放到细胞外液，引起高同型半胱氨酸血症[3-4]。

MTHFR：5，10-亚甲基四氢叶酸还原酶；CBS：胱硫醚β合成酶； MS：甲硫氨酸合成酶；BHMT：甜菜碱同型半胱氨酸甲基转移酶； SHMT：丝氨酸羟甲基转移酶。图1 同型半胱氨酸代谢示意图

2 HCY与叶酸代谢

叶酸进入体内，在二氢叶酸还原酶的催化作用下，形成其活化型，即四氢叶酸。四氢叶酸是一碳单位的载体，一碳单位通常结合在四氢叶酸分子的N5’、N10位上，生成5-甲基四氢叶酸、5’，10-甲炔四氢叶酸和5’，10-甲烯四氢叶酸等物质。四氢叶酸相当于一碳单位代谢的辅酶，介导一碳单位参与到体内核酸及氨基酸的代谢。

叶酸进入体内，经一系列反应，生成5-甲基四氢叶酸，HCY可以接受5-甲基四氢叶酸提供的甲基，重新生成甲硫氨酸，形成一个循环。甲硫氨酸在体内通过转甲基作用进行分解代谢，产生SAM，SAM是体内最重要的甲基直接供给体，其进一步转变为HCY。实际上，5-甲基四氢叶酸向甲硫氨酸循环提供甲基，上述循环中生成的SAM再向体内各物质提供甲基，因此，5-甲基四氢叶酸可以看做是体内甲基的间接供体(见图1)。

除了叶酸水平对HCY浓度产生影响外，甲硫氨酸循环中还涉及其他辅助因子，对HCY的浓度也会产生一定影响。如CBS基因、MS基因等突变，维生素B6缺乏，肾功能减退，饮酒、吸烟及大量饮用咖啡、茶等因素，均会导致HCY浓度升高。研究结果表明，40岁以后血浆HCY水平随年龄增长而明显增高，男性高于女性，但女性绝经后平均HCY水平与男性的差异不显著，说明雌激素可能会影响HCY水平。另外，干扰或抑制叶酸代谢的药物，如甲氨蝶呤，也有升高HCY水平的作用[5]。

3 HCY、叶酸与肿瘤

恶性肿瘤的发生，被认为与不可逆的基因序列改变及可逆的表观遗传学修饰相关。表观遗传学研究非DNA序列改变所导致的可遗传的基因表达水平的变化，主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA调控、染色质重塑和基因沉默等。

叶酸在体内的主要生理作用，一方面是作为原料及辅助因子，参与核苷酸合成，另一方面是参与甲硫氨酸循环，成为体内甲基直接供体。叶酸缺乏，影响DNA合成及DNA稳定性，使基因序列改变；叶酸向HCY提供的5-甲基四氢叶酸减少，导致HCY不能向甲硫氨酸转化而蓄积于体内。

HCY水平升高，可导致体内DNA异常甲基化。在肿瘤形成过程中，DNA异常甲基化，包括整个基因组整体甲基化水平降低和部分区域(启动子区的CpG岛)甲基化水平异常升高，DNA甲基化这种修饰方式，能关闭某些基因的活性，去甲基化则可诱导基因的重新活化和表达。抑癌基因的超甲基化及癌基因的去甲基化，被认为参与肿瘤的发生[6-7]。近年来一些研究认为，多种恶性肿瘤如乳腺癌、结直肠癌及肺癌等患者均存在血HCY水平异常，提示HCY可能具有成为恶性肿瘤疾病监控、治疗及预后评价指标的潜在价值[8-10]。一项来自中国临床医师的研究，纳入了320例研究对象，该研究包括七个研究组，分别为正常对照组，低危、高危腺瘤组和Ⅰ—Ⅳ期直肠癌组，研究结果证明，血浆HCY水平与直肠癌的发生、发展具有显著的相关性，而血浆HCY、癌胚抗原水平的联合检测与直肠癌的发生、发展具有更显著的相关性[11]。另一项关于原发性肝癌与HCY相关性的研究得出结论，HCY、α-L-岩藻糖苷酶(alpha-L-fucosidase，AFU)与糖类抗原CAl9(CA19-9)联合诊断具有较高的灵敏度(83.5%)、特异度(92.5%)和准确度(93%)；Logistic回归分析以及受试者工作特征曲线分析结果提示，HCY+AFU+CAl9-9联合诊断优于单独指数诊断，具有很高的诊断效能[12]。研究结果发现，乳腺癌患者血浆HCY水平与乳腺癌的发生呈正相关，同时伴有叶酸水平的降低[13-14]；晚期恶性肿瘤患者血浆HCY浓度高于早期患者，认为HCY可能作为肿瘤标志性指标，提高肿瘤早期诊断率[15-16]。Pirouzpanah等[17]对伊朗患者进行的一项研究结果也显示，乳腺癌患者血浆HCY水平升高。我国学者在关于我国乳腺癌患者血浆HCY水平与叶酸代谢过程中涉及的基因多态性的研究中发现，血浆HCY浓度与乳腺癌发病风险呈正相关[18]。SHMT C1420T突变可能与乳腺癌易感性呈负相关，A2756G和MTRR A66G突变可能与乳腺癌风险呈正相关。Durda等[19]在肺癌患者中开展了关于叶酸水平及基因多态性的临床研究，入组了366例肺癌患者和366例对照受试者，检测了两组患者血叶酸水平和亚甲基四氢叶酸还原酶、蛋氨酸合成酶及蛋氨酸合酶还原酶等基因水平。该研究结果显示，肺癌患者平均血清叶酸水平明显低于对照组，差异有统计学意义(P=0.002)；而且随着血清叶酸水平的升高，肺癌的发病率降低；低血清叶酸水平与肺癌发病风险增加呈负相关，提示血清叶酸水平可能成为预测肺癌风险的一个指标。提高叶酸摄入量可能会降低肺癌风险。Chiang等[20]的研究结果发现，血浆HCY水平升高，作为一个独立危险因素，可显著增加结直肠癌的患病风险。然而，在不同类型恶性肿瘤的临床研究中，也有人持相反意见，如Nakao等[21]在日本受试者中进行了一项关于叶酸代谢基因与胰腺癌发病风险之间的关系研究，发现叶酸代谢的基因多态性与胰腺癌之间的关系证据并不确定，该项研究结果并不支持亚甲基四氢叶酸还原酶多态性与胰腺癌患病风险相关。

综上所述，5-甲基四氢叶酸作为叶酸的代谢产物，参与甲硫氨酸循环，导致血浆HCY水平随叶酸缺乏而升高。同时，HCY水平升高，可以反映出叶酸、维生素等营养物质可能缺乏。叶酸作为核苷酸及蛋白质代谢过程中的重要物质，在肿瘤发生过程中起到很重要的作用，在一定程度上可以作为早期肿瘤筛查及检测肿瘤复发的指标，如果与其他敏感指标如HCY水平联合检测，可以提高诊断的准确率。目前一些临床研究结果显示，血浆HCY水平与肿瘤的发生及分期有关，有可能作为监测早期肿瘤发生和肿瘤复发的敏感标志物，但也有一些研究结果并不支持该观点，这可能与研究样本量小，研究对象的遗传背景、生活环境及生活方式差异大和实验设计方案不足等因素有关。针对HCY代谢与肿瘤疾病的相关性，进一步进行大规模、多中心临床研究，可能有助于发现新的肿瘤标志物，指导某些肿瘤的早期诊断。正常的甲基化水平是体内正常生理运转的基础，可保证叶酸、维生素B6和维生素B12等营养物质摄入量，对肿瘤及多种疾病的预防起到一定作用。同时，改善不良的生活方式也不可忽视。目前已知，当HCY积累时，体内DNA甲基化水平降低，导致原癌基因的激活，会增加某些肿瘤风险；在药物治疗方面，新的甲基化逆转剂有进一步研究空间。