時間: 2009-06-01 09:52:00 作者:
同型半胱氨酸(Hcy)又稱高半胱氨酸,爲含硫氨基酸;人類不能從食物中直接獲得Hcy,其唯一來源是蛋氨酸在體內代謝後形成的。國外Wilchen於1976年通過流行病學調查最先提出了同型半胱氨酸是心血管疾病的獨立危險因素後，許多研究也相繼證實了同型半胱氨酸與急性心肌梗死、腦卒中、冠狀動脈病變和糖尿病血管病變的關係，認爲高同型半胱氨酸血癥是導致血管內皮功能紊亂、脂質代謝紊亂致心腦血管疾病發病的新的獨立危險因素之一。
1、高同型半胱氨酸血癥的病因
高同型半胱氨酸血癥(HH)受環境、飲食和遺傳因素及基因的影響,涉及Hcy的合成和代謝途徑及相關的酶系統。如葉酸、維生素B12和維生素B6缺乏,參與N5,N10甲基四氫葉酸合成酶(MTHFR)、蛋氨酸合成酶(MS)、胱硫醚β合成酶(CBS)、甜菜鹼同型半胱氨酸轉移酶、甘氨酸Ｎ甲基轉移酶等合成的基因缺陷均可導致血液和尿液中的Hcy升高。
1.1 遺傳因素
編碼MTHFR的基因或參與維生素B12甲基化合成酶及CBS合成的基因缺陷均可引起HH。純合子Hcy代謝酶基因編碼錯誤引起的HH最爲嚴重,其中由CBS基因編碼錯誤的純合子引起的病理改變和症狀最爲典型。在這種情況下,血漿Hcy濃度可高達400μμmol/L。通過大量多態性和突變位點的分析,證明MTHFR基因突變C677T是引起MTHFR基因缺陷的最常見原因,該突變用丙氨酸替代纈氨酸,並因此分爲TT(純合子)、CT(雜合型)、CC(野生型)。TT突變對MTHFR活性影響最大,引起的HH最嚴重。此類病人血漿蛋氨酸輕微降低,而CBS功能正常,與CBS基因缺陷病人相比,其Hcy水平升高程度較輕,但由於對任何治療均無效,故其預後較差。2年前,發現異常的MTHFR活力較低且不耐熱。隨後的實驗進一步發現MTHFR不耐熱性是退行性變,一般人羣發病率約5%,冠狀動脈疾病人羣爲17%。HH伴發血管性疾病患者中約28%的人MTHFR因不耐熱而活性受損。MTHFR不耐熱對血漿Hcy的影響至今尚不清楚。
咖啡是心血管疾病的危險因素,過濾與未過濾咖啡對Hcy的影響不同。有人對61位健康志願者進行爲期2周的實驗,每天飲用1000ml含39ｇ未過濾的咖啡,發現實驗組血漿Hcy升高,而挪威的研究則表明過濾的咖啡對血清Hcy含量沒有影響。此外,高乙醇飼料和高蛋氨酸飼料均可導致HH。分別給大鼠喂飼乙醇佔總能量36%的飼料,給猴子喂飼含1%蛋氨酸的飼料4周後,其血漿Hcy均顯著升高。
2、ＨＨ致血管性疾病機制
動脈粥樣硬化與高脂血症的相關性早已確定。然而1996年有實驗顯示,喂飼高脂飼料大鼠血漿Hcy首先增高,其次纔出現高血脂和高膽固醇血癥。首次對動脈粥樣硬化與血脂和膽固醇升高的相關性提出疑義,並提出動脈粥樣硬化形成可能首先是內皮損傷造成。因動脈粥樣硬化發生與血管舒張功能受損密切相關,在動脈粥樣硬化早期,即可發生依賴內皮細胞的血管舒張功能損害,而在恢復期,也是依賴內皮細胞的血管舒張功能首先恢復。
Stalmer等用猴作爲動物模型研究了輕度HH可能的作用機制。給予高蛋氨酸無葉酸無膽鹼飼料,4周後猴血漿Hcy爲10.6 μmol/L對照組爲4.0μmol/L。注射膠原後,實驗組腿部血流量降低43%,對照組僅降低14%。HH猴血管對依賴內皮細胞血管舒張劑、乙酰膽鹼的反應明顯降低,說明對膠原的血管收縮反應增加是由於對血小板產生舒張反應降低所致,且HH猴血栓調節素抗凝活力下降34%。實驗中猴血管內皮細胞受損程度與重度動脈粥樣硬化大鼠血管內皮細胞的受損程度非常相似。
先天性基因突變患者,在青少年甚至兒童時期即發生嚴重的動脈粥樣硬化病理改變,而此時患兒的血漿甘油三酯和膽固醇濃度均正常。對近1000例經冠狀動脈造影證實的心腦血管病患者和正常人進行血漿Hcy檢測,發現動脈粥樣硬化、心肌梗死和腦卒中患者Hcy水平顯著升高。血漿Hcy水平與心腦血管病變程度呈正相關,而與血漿膽固醇和甘油三酯濃度無明顯相關。國外對15000位內科醫生的調查發現,血漿Hcy升高者動脈粥樣硬化發生率是正常者的3倍。因此,HH是動脈粥樣硬化的危險因素,但其誘發機制還不十分清楚,目前認爲可能是因爲Hcy的細胞毒性和基因毒性作用。
2.1細胞毒性
早期實驗結果顯示,HH對內皮細胞有細胞毒性作用,其毒性作用在體內和體外實驗的結果有一定差異。體外細胞培養顯示Hcy影響細胞週期素,誘導靜止期的平滑肌細胞進入細胞循環,促進平滑肌細胞DNA合成、細胞增殖;抑制內皮細胞增殖,對內皮細胞毒性作用可影響細胞活力和功能,Hcy對CBS雜合子內皮細胞的損傷更嚴重。
2.1.1對內皮細損傷
Hcy可直接損傷血管內皮細胞,而體內實驗則認爲HH與體內氧化與抗氧化狀態失衡無關。1996年即有實驗證實,血漿Hcy升高後,檢測血漿蛋白氧化狀態,發現既無巰基基團丟失,也無羰基形成。牛食用鈷缺乏飼料43周,血漿Hcy濃度升高2倍,代表體內蛋白氧化標誌的巰基基團與組織脂質過氧化標誌硫巴比妥酸反應底物均無明顯改變,故其體內氧化與抗氧化狀態不受血漿Hcy濃度升高影響。
Hcy對內皮細胞損害機制至今尚不清楚。以前體外實驗認爲Hcy對內皮細胞功能影響主要是依賴巰基,此基團可降低血栓調節素、抑制Ｃ蛋白激活和內皮細胞的二硫鍵。內皮細胞對Hcy比對其他含巰基的氨基酸如半胱氨酸、蛋氨酸等敏感,代謝能力低。推測體內HH對血管功能損害可能是通過其他機制如引起氧化應激,產生氧自由基引起損傷,但對這一觀點目前有一定爭論。在氧化應激狀態下,內皮細胞通過增加分泌和合成熱休克蛋白(HSPs),特別是HSP70,以預防細胞內蛋白聚集及隨後的細胞損傷。氧化應激時,自然殺傷提高因子B(NKEFB)、谷胱甘肽S轉移酶、血紅素氧化酶等抗氧化酶活性及表達均明顯提高,以降低過氧化損害。
2.1.2提高內皮細胞促凝血活性
Hcy除對內皮細胞造成直接傷害外,還可以提高內皮細胞的促凝血活力,包括誘導組織因子(TF),抑制硫酸乙酰肝素釋放;抑制C蛋白活性;引起異常的血栓調節素加工和分泌;釋放激活Ⅱ因子的蛋白;減少細胞與纖維蛋白溶酶原結合位點;導致血小板粘連素增多,損害內皮細胞誘導的舒張因子和相關NO的調節活動。因Hcy參與二硫鍵交換反應,所以進入循環系統Hcy改變血漿蛋白,據報道Hcy濃度爲8 μmol/L時,即可提高血漿LP(a),改變纖維蛋白表面親和力,從而抑制纖維蛋白溶酶原活化。HH還可刺激LDL氧化。高Hcy尿症未併發血管疾患者,服用維生素治療後,凝血酶原片段F12、凝血酶抗凝血酶複合物、活化的C蛋白均有所增高。高Hcy尿症患者體內Ｃ蛋白水平與HH程度密切相關,而與Ⅶ因子和Ⅱ因子則不甚明顯。
2.1.3抑制內質網功能
將內皮細胞放在含5m mol LHcy的培養液中培養髮現,其GRP78分泌增多,而HSPs無明顯改變,同時抑制過氧化氫所誘導HSPs分泌增加。純合子CBS缺陷大鼠肝內GRP78mRNA表達明顯增加,而HSP70mRNA無顯著變化。GRP78是內質網伴隨因子,屬於70KD熱應激蛋白家族,可抑制內質網功能,結合錯誤摺疊的第Ⅷ因子(vWF),阻止其從內質網分泌,並使得摺疊正確的vWF降解,GRP78與內質網錯誤摺疊,不完全糖基化和聚合蛋白結合導致細胞自身降解或生長停滯。Hcy對GRP78m RNA誘導在GRP78蛋白之前,且GRP78m RNA與GRP78蛋白水平與內質網腔內遊離GRP78有關,內皮細胞在5m mol LHcy培養液中培養4h,即可見GRP78m RNA升高,18h後恢復正常;GRP78蛋白則在8h起升高,在18h時達到2倍。Hcy對HSPs表達無影響,提示Hcy不能誘導氧化應激反應。
2.1.4抑制抗氧化酶活性
動脈內皮細胞在含50μmol L的Hcy培養液中培養4h,可導致谷胱甘肽過氧化酶水平下降64%,此酶是增強NO作用的關鍵酶。這些觀察提示Hcy通過促進過氧化物形成,抑制其代謝滅活導致內皮細胞受損。Hcy抑制其他抗氧化酶,如束因子(clus terin)和PAG基因表達,束因子是異二聚體糖蛋白,溶解細胞的潛在抑制劑,有廣泛的生理功能,有運輸脂類、修復組織、保護細胞膜、促進細胞相互作用。在動脈粥樣硬化中束因子出現是粥樣硬化形成過程中氧化應激狀態的保護性反應,Hcy抑制其基因表達能加重血管壁損傷。PAG爲抗氧化蛋白,通過降低CALB酪氨酸激酶活力,促進細胞生長分化。Hcy抑制其表達,不僅提高氧化物的細胞毒性作用,且抑制內皮細胞的生長和分化。Hcy不能誘發氧化應激反應,降低體內抗氧化酶谷胱甘肽過氧化酶和NKEFB的活力,與過氧化氫協同增強對線粒體的損傷,均提示Hcy是通過增強引起氧化應激因子的細胞毒性作用,損害內皮細胞的狀態和功能。
2.2基因毒性
體內Hcy升高促進引起內質網應激的各種基因表達,如P53基因下游作用劑GADD45、轉錄因子C EBP基因家族成員GADD153、YY4、YY1、ID1基因、過量的GADDｓ家族基因表達,均可抑制多個細胞系的生長。ATF4是AIFCREB家族成員,細胞內Ca 2+濃度增加、缺氧及其他可改變內質網功能的情況均可誘導YY4表達。YY1爲GLI家族成員,在各種內質網應激情況下,能特異性提高GRP78促進劑的轉錄反應,如排空內質網內Ca 2+儲存、抑制蛋白糖基化、錯誤摺疊蛋白。因此Hcy促進YY1的表達不僅提高了GRP78表達,而且潛在調節了內質網到細胞核的應激信號。YY1作爲細胞轉錄抑制劑,可影響細胞生長,Hcy對其的誘導對調節內皮細胞生長起重要作用。ID1爲雙螺旋轉錄調節因子,過分表達可抑制哺乳動物上皮細胞生長,致鼠紅白血病細胞分化。
3、結語
目前已清楚同型半胱氨酸的體內代謝途徑，高同型半胱氨酸血癥可由遺傳性或非遺傳性缺陷所致。胱硫醚β-合成酶，γ-胱硫醚酶，5-10甲基四氫葉酸還原酶（MTHRF）是同型半胱氨酸代謝途徑中較重要的關鍵酶。葉酸，維生素B6，維生素B12參與蛋氨酸的正常代謝，三種維生素絕對或相對缺乏以及腎功能衰竭是引起同型半胱氨酸值升高的主要後天因素，可能也與環境、飲食、生活習慣等因素有關。目前國內外普遍認同高同型半胱氨酸血癥通過以下幾個方面導致動脈粥樣硬化的學說：1、內皮功能紊亂；2、平滑肌細胞增生；3、血小板功能紊亂；4、脂質代謝紊亂；5、破壞凝血和纖溶平衡；6、氧化機制增高。
Hcy可從多方面影響機體健康,是動脈粥樣硬化及其他血管性疾病的危險因素。它可能通過增加機體氧化應激因子的細胞毒性作用而引起內皮細胞損害,但其機制至今不完全清楚。