孕期锌缺乏与胎儿心脏畸形的关系

雷金菊(综述), 洪新如， 刘超斌(审校)

先天性心脏病(congenital heart disease, CHD)是胚胎或胎儿时期因特定致病因素影响导致的心脏及大血管的结构异常和(或)功能障碍，为最常见的一类新生儿出生缺陷[1]。全球新生儿CHD发生率约为0.94%[2]，我国为0.89%[3]。由于病例绝对数的增加和超声心动图等检测技术的推广应用提高了检出率，我国CHD的发生率在过去40 a呈持续上升趋势[4]。母体孕期营养素摄入不足与胎儿CHD的发生密切相关[5]。必需微量元素对孕期胎儿的正常发育十分重要，其缺乏可导致胎儿的发育异常和器官功能障碍。在众多微量元素中，锌是胎儿心脏正常发育所必需的微量元素。锌缺乏症是全球范围内一个突出的营养健康问题。孕妇和哺乳期妇女对锌的需求量增加，因此，锌缺乏的风险也增加[6]。本研究拟探讨孕期母体锌缺乏与胎儿CHD检测模式的发生的关系、其可能的作用机制以及预防方面的研究进展。

1 锌的生理作用与稳态调节

1.1人体锌的生理作用及稳态调节 锌是人体细胞及组织正常代谢所必需的微量元素[7]，维持人体许多重要的生理功能，促进机体生长发育，增强免疫力以及促进伤口愈合。人体内的锌参与细胞代谢、抗氧化和抗炎等许多过程，并参与基因表达的调节和蛋白质、糖类、脂肪的代谢[8-9]。锌还可影响酶的活性，据统计，其参与人体内至少300种酶的代谢过程[10]。锌结合蛋白和锌转运蛋白共同参与机体内锌的分布和转运，二者通过多种机制调节和维持体内的锌稳态[11-12]。目前已经鉴定出的锌转运蛋白有24种，这些定位于细胞膜上的锌转运蛋白通过蛋白磷酸化等机制参与细胞中锌离子的转运和体内游离锌离子的调节[13]。DNA甲基化是影响锌结合蛋白和锌转运蛋白分布调节和转运功能的重要表观遗传机制，主要调节髓细胞内的锌稳态[14]。一些含锌蛋白质如三结构域蛋白等有助于某些疾病如胶质瘤及其预后的判定[15]。鉴于锌具有广泛的生物学功能及对人体健康的重要性，世界卫生组织建议在一般饮食难以保证足量锌摄入时可选择富含锌的食物来补充。

1.2孕期锌水平的变化及影响机制 “中国居民膳食营养素参考摄入量(2013版)”建议我国女性孕期锌的推荐摄入量为9.5 mg/d[16]。由于种族、生活环境及饮食习惯、经济状况等的不同，我国孕妇孕期锌缺乏的情况具有地域差异性[4]。尽管如此，孕期锌缺乏状况仍较为普遍。一项具有全国代表性的横断面研究表明，妇女孕期血清锌浓度显著降低[17]；另有调查发现，郑州某医院孕妇孕早期锌缺乏率为13.95%[18]。国外相关调查也显示，妇女孕期锌缺乏较为普遍：一项研究表明土耳其孕妇血清锌水平降低，提示存在锌缺乏状况[19]；越南胡志明市孕妇孕期锌缺乏的发生率为29%[20]；而韩国的一项前瞻性调查显示，高达76.3%的孕妇孕期血锌浓度偏低[21]。

近年来一些调查研究显示，中孕期孕妇锌缺乏的发生率较高。龚家红等[22]检测了张家港地区882例孕妇的全血锌元素水平，发现孕期锌缺乏的发生率为3.36%，且中孕期发生率高于早孕期。赵海卫等[23]调查了西安孕妇全血微量元素的水平，结果显示，该地区孕妇锌缺乏的发生率为8.84%，且中孕期明显高于早孕期和晚孕期。国内另几项观察均显示，孕妇中孕期血清锌水平低于早孕期[24-25]。Iqbal等[26]的研究结果显示，孕期血清锌浓度降低、母婴并发症的风险增加，认为孕妇在早孕期即需开始补锌，以降低锌缺乏相关的母胎并发症的风险，减少并发症的发生。

孕期锌缺乏的发生率较高与因胎儿生长发育等对锌的需求量较非孕期妇女增多、部分孕妇锌摄入不足等因素有关[27-28]。孕期特殊的生理性改变，包括激素的变化、血浆蛋白对锌的亲和力改变以及血容量增加而导致的生理性稀释等均可使孕期血锌水平降低。另外，胎儿脐血的血清锌水平高于母体血清，原因与锌通过胎盘向胎儿主动运输以满足胎儿生长发育对锌的高需求有关[29]。

2 孕期锌缺乏导致先天性心血管畸形

CHD包括多种心血管畸形，按表型异常发生的部位可分为右侧病变、左侧病变、圆锥动脉缺损、侧方缺损和孤立性隔缺损等[30]。常见的临床类型包括房间隔缺损、室间隔缺损、法洛四联症、动脉导管未闭、肺动脉瓣狭窄、主动脉狭窄、完全性大动脉转位等。锌参与胚胎的发育过程，在胚胎心脏的正常发育中起重要作用[31]。孕期锌缺乏可影响组织和器官的最终表型[32]，与心血管畸形的发生密切相关。早孕期(尤其孕2～8周)是胎心发育的关键时期[33]，孕早期锌缺乏对胎心发育有显著的不良效应[34]。动物研究表明，孕鼠锌缺乏可引起胎鼠的心肌细胞发生形态学的异常改变，从而导致心脏畸形的发生[35-36]。补锌可减少大鼠妊娠期糖尿病诱导的胎鼠心肌细胞损伤，减轻糖尿病性心脏损伤[37]。国内有研究认为，孕鼠中度或重度锌缺乏，可出现胎鼠心脏畸形等发育异常[38]。在人群流行病调查方面，一项针对江苏与安徽两省室间隔缺损患儿的调查显示，CHD患儿的血清锌浓度低于同龄正常儿[39]。特定类型CHD胎儿的母亲存在锌缺乏状况[40]。Moghimi等[41]的研究表明，在血清锌水平降低的母亲，其子代先天畸形的发生风险是血清锌正常母亲的7倍多。鞠叶兰等[42]分析了410例妊娠CHD胎儿的母亲妊娠期全血微量元素水平的变化，结果提示孕妇锌缺乏可能是胎儿发生CHD的原因之一。姜迪等[43]对我国CHD人群发病的母体因素进行Meta分析，结果显示，补充包括锌在内的微量元素是预防CHD发生的保护性因素。

3 孕期锌缺乏致先天性心脏畸形可能的机制

胎心发育是一个精细而复杂的过程。除遗传因素外，CHD的发生与环境因素密切相关。母体孕期锌缺乏导致胎体先天性心脏畸形的具体作用机制目前仍未完全阐明，研究集中在以下几个方面并取得一定进展。

3.1锌影响心脏发育相关转录因子表达 在胚胎发育的第13天，心脏原始细胞形成条索状细胞带，第16天时形成原肠胚，第23～28天心脏开始环化[44]。GATA结合因子4(GATA4)与Nk2型同源盒转录因子5(Nkx2.5)是胚胎心脏发育过程中的不可或缺的转录因子[45-46]，其在孕期锌缺乏影响胚胎心脏发育中的作用与机制中受到了重视。GATA家族参与原始细胞形成条索状细胞带的过程，并参与调控原肠胚形成的过程。研究证实，GATA4水平低于正常阈值将导致某些特定类型的心脏畸形的发生[47]。心脏环化过程需要Nkx 2家族的参与。许耘红等[48]的研究证实，GATA4和Nkx 2.5在心脏发育过程中存在相互协同作用，其中任何一个发生突变均可影响胎儿心脏的发育。GATA4的功能性突变主要导致心脏室间隔缺损，而房间隔缺损与Nkx 2.5突变的关系最为紧密[49]。动物实验证实，孕期母体锌缺乏使得胎鼠心脏GATA4与Nkx 2.5基因发生表观遗传学修饰的改变，导致心肌GATA4和Nkx 2.5的mRNA的表达下降、心肌组织氧化应激增强，干扰胎心的正常发育[50-51]。

3.2锌具有抗氧化作用 氧化应激是多种心血管疾病的常见病因之一[52]。锌通过急性与慢性两种机制发挥其抗氧化的作用，长期锌缺乏会使机体对某些应激原更加敏感。在慢性抗氧化过程中，锌可通过抗氧化剂的生成拮抗胚胎期心脏在发育过程中由外部干扰因素引起的细胞损伤。

超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)是一类具有抗氧化作用的金属蛋白酶，能够消除机体代谢过程中产生的自由基，是机体抗氧化防御系统的重要成员。锌是构成Cu-Zn SOD的必要元素，并可稳定酶的活性中心。研究表明，机体锌缺乏可导致Cu-Zn SOD活性下降[53]，降低其抗氧化能力。补锌则可使Cu-Zn SOD的活性增高[54]。金属硫蛋白(metallothionein，MT)是一类具有生物活性的金属结合蛋白，通过抗氧化作用清除对心肌有损伤作用的自由基[55]。锌在生理条件下是MT结合的主要金属。张雪娟等[56]的研究显示，与正常胎儿的孕妇比较，CHD胎儿的孕妇全血锌浓度、MT和Cu-Zn SOD活力均显著降低，胎心畸形的发生率增高，后者可能与母体锌缺乏时MT和Cu-Zn SOD 抗氧化作用减弱有关。MT1是MT家族的重要成员，孕妇体内缺锌环境使MT1生成减少，降低了机体对抗氧化应激的能力，削弱了胎心正常发育的保护效能，使胎心畸形的发生率增加[40,57]。高同型半胱氨酸血症是CHD的危险因素[58]。研究表明，机体锌缺乏可导致血清同型半胱氨酸水平增高，其机制与缺锌时锌依赖性的蛋氨酸合成酶表达降低有关[59]。He等[60]的研究发现，大鼠孕期补锌可降低同型半胱氨酸对胎鼠心脏的致畸作用。Yang等[61]的研究发现，锌缺乏可选择性诱导与流出道发育密切相关的心脏神经嵴细胞数量减少、活性降低，导致心脏畸形的发生，其机理可能与缺锌导致心脏神经嵴细胞产生氧化应激反应、使其代谢活性下降有关。

3.3锌可拮抗有害重金属的毒效应 孕期重金属暴露可增加胎儿CHD的发病风险[62]。有研究发现，孕妇血清和羊水中镉(Cd)浓度升高与胎儿CHD有关[63]。Cd可破坏机体氧化-抗氧化系统的平衡，损伤心脏组织[64]。胎盘Cd浓度与脐带血锌浓度呈负相关，妊娠期Cd暴露减少胎盘的锌转运[65]。Kippler等[66]的研究表明，锌可通过诱导MT合成，后者可将游离Cd结合成为Cd-MT，降低其心脏毒性。Mimouna等[67]也认为适量摄入锌能够降低镉的毒性。汞暴露可增加自由基的生成，导致机体氧化应激增强，诱导心脏畸形的发生[68]。朱泓等[69]的研究表明，孕期补锌可拮抗汞对孕妇及胎儿的毒性作用，其作用与对抗氧化损伤效应有关，Cu-Zn SOD可清除汞诱导机体生成的自由基，从而减轻汞的毒性作用。

总之，锌是人体细胞及组织正常代谢不可缺少的微量元素之一，在胎心的正常发育中起着重要作用。母体孕期锌缺乏可通过多种机制导致胎儿先天性心脏畸形。机体锌缺乏在发展中国家仍然较为多见，孕妇孕期因胎儿生长发育的需要对锌的需求量增加、部分孕妇锌摄入不足等而更容易发生锌缺乏，故其锌摄入量应多于非孕期妇女。通过动态监测血锌水平、指导科学、合理的锌摄入以满足孕期母体及胎儿的营养需求，有助于预防CHD的发生。