亞甲基四氫葉酸還原酶基因多態性與2型糖尿病腎病相關性研究進展

劉康海綜述,曾麒燕審校

(1、廣西玉林市第一人民醫院,廣西玉林537000;2、廣西醫科大學生物化學與分子生物學教研室,廣西南寧530021)

亞甲基四氫葉酸還原酶基因多態性與2型糖尿病腎病相關性研究進展

劉康海1綜述,曾麒燕2審校

(1、廣西玉林市第一人民醫院,廣西玉林537000;2、廣西醫科大學生物化學與分子生物學教研室,廣西南寧530021)

2型糖尿病;糖尿病腎病;基因多態性;亞甲基四氫葉酸還原酶

隨著經濟的發展和生活水平的提高,以及生活習慣的改變,人類健康面臨糖尿病威脅越來越大,目前糖尿病及其并發癥給人類健康和社會發展帶來了嚴重的負擔[1].

據國際糖尿病聯盟(IDF)的統計,在2000年全球糖尿病患者超過1.5億,目前已超2.8億,按此增速,估計到2030年全球糖尿病患者將近5億人.值得關注的是,糖尿病類的"富貴病"已不限于發達國家,而在包括中國在內的發展中國家也快速增長.2008年中華醫學會糖尿病學分會(CDS)組織流行病學調查,其結果顯示,20歲以上年齡標化的糖尿病患病率為9.7%.由于中國人口眾多,糖尿病患者人數占全球糖尿病患者總數的1/3,因此,中國已成為世界上糖尿病患者最多的國家.同時研究表明,中國糖尿病患者以2型糖尿病為主,據推算占糖尿病的95%以上[2].

糖尿病腎病(DN)是糖尿病常見的慢性并發癥之一,是終末期腎病的首要原因.DN發生率約為20~40%,其病因及發病機制十分復雜,涉及到遺傳、代謝、生長因子、細胞因子、血液動力學改變、環境等多種因素.隨著研究的深入,遺傳因素的作用越來越受到重視,現就亞甲基四氫葉酸還原酶(MTHFR)基因多態性與DN相關性研究進展綜述如下.

1 MTHFR概述

MTHFR相對分子質量約70kDa,催化N5, N10-亞甲基四氫葉酸轉化為N5-亞甲基四氫葉酸,后者作為同型半胱氨酸(Hcy)轉變為甲硫氨酸的甲基供體.

編碼人類MTHFR的基因位于1號染色體(1p36.3),基因全長為17kb,包含有11個外顯子和10個內含子.外顯子大小為102~432bp,內含子大小為250bp~4.2kb.其cDNA長度為2.2kb.

MHHFR基因具有多態性.MTHFR基因多態性常見且主要類型為C677T,即MTHFR基因的677位堿基點突變,堿基C突變為堿基T,其編碼的氨基酸也由丙氨酸變為纈氨酸.MTHFR基因經C677T方式突變后,產生一個限制性內切酶HinfⅠ酶切位點,經酶切后可產生三種基因型,即野生型(CC型)、雜合子型(CT型)、純合子型(TT型).

MTHFR基因另一常見突變位點是A1298C突變,在調節區的第7外顯子上,即MTHFR基因的1298位堿基點突變,堿基A突變為堿基C,其編碼的氨基酸也由谷氨酰胺變為丙氨酸.MTHFR基因經A1298C方式突變后,產生一個限制性內切酶MboII酶切位點,經酶切后可產生三種基因型,即野生型(AA)、雜合突變型(AC)、純合突變型(CC)).

目前發現MTHFR基因突變還有其它類型,如A83G(N324S)、T1025C(M338T)、T1027G(W339G)、C471G(I153M)、G1274A(W421X)、C148T(R46 W)、C1084T、C 1711T、T 1317C、1553delAG(2-bp缺失)等.

2 MTHFR基因多態性與DN相關性

對MTHFR基因多態性與DN相關性,目前研究較多的是C677T多態性.孫家忠[3]等研究糖尿病腎病患者與糖尿病無腎病并發癥的患者分別與正常人群進行比較,發現其MTHFR基因型頻率及等位基因頻率有顯著性差異,有53.85%DN患者攜帶有T等位基因,而僅有33.70%的不伴腎病患者及31.58%的正常人攜帶有該突變基因,攜帶T等位基因的2型DM患者發生DN的危險性更大(OR= 2.30,95%CI:1.24~2.46),表明在中國漢族2型DM人群中,MTHFR基因的T等位基因是其伴發腎損害的危險因素之一.岳紅等[4]研究結果也得出同樣的結論.國內徐金升等[5]發現DN患者T等位基因頻率(54.35%)明顯高于非DN組,表明MTHFR基因C677T突變可能為河北地區漢族人T2DM患者發生DN的一個遺傳易感因素.楊國慶等[6]對中國北方漢族人群的這一研究結果和胡勝等[7]對中國南方人群的研究結果一致.國外Mtiraoui N[8]等研究結果表明突尼斯人DN與非DN組間C677T純合子TT基因頻率間的比較有顯著性差異(OR= 9.799;95%CI=1.625~59.075),表明MTHFR基因C677T是突尼斯人DN危險因子.另外對伊朗西部[9]、黎巴嫩[10]、部分土耳其[11]等人群的研究也得出了相同的結論.基于以上研究結果,考慮MTHFR基因C677T突變可能是加重糖尿病腎微血管損傷,加速DN發展的遺傳因素,MTHFR基因T等位基因可能是DN發生的易感基因.相反,也不少研究結果表明,MTHFR基因C677T的T等位基因與DN無關.Maeda M等[12]對日本人的研究,結果表明MTHFR基因C677T的T等位基因與DN無關,只是對DN的發展惡化起一定的作用.Eroglu Z[13]通過對土耳其人糖尿病腎病與非糖尿病腎病進行比較,得出MTHFR基因多態性與土耳其人的2型糖尿病腎病無關的結論.另有學者對巴林[10]、印度[14]等人群研究也認為C677T與DN的發生發展沒有聯系.對MTHFR基因A1298C多態性與DN相關性的研究,報道較少.Rahimi M[9]對伊朗西部人群的研究結果表明MTHFR基因A1298C是伊朗人DN的危險因子.但也有結果顯示MTHFR基因A1298C多態性與DN不相關[8].上述研究結果揭示MTHFR基因多態性與DN的關系,與地區、民族、人種等有關.但是多數人認為,T2DM患者MTHFR基因C677T多態性是DN的危險因素.而MTHFR基因C677T單核苷酸多態性作為DN的危險因子,是通過提高血中的Hcy水平來起作用的.

3 MTHFR基因多態性與DN致病機理

3.1 生理情況下同型半胱氨酸代謝人體自身不能合成同型半胱氨酸,只能由甲硫氨酸去甲基化生成,即蛋氨酸在三磷酸腺苷的參與下先形成S-腺苷蛋氨酸,S-腺苷蛋氨酸在甲基轉移酶的作用下變成S-腺苷同型半胱氨酸,后者脫去腺苷即變成同型半胱氨酸.

在血循環中Hcy存在多種形式,包括同型胱氨酸、同型半胱氨酸、胱氨酸二硫化物等總稱為總同型半胱氨酸(total Homocysteine,tHcy),以結合態與游離態兩種方式存在,游離態Hcy占1%,與二硫化物結合形式存在的Hcy占20~30%,與血漿蛋白結合形式存在的Hcy占70~80%.人體內同型半胱氨酸代謝有三條主途徑:(1)再甲基化途徑:由蛋氨酸合成酶(MS)催化,以VitB12作為輔酶,使5-甲基四氫葉酸轉變為四氫葉酸,所供出的甲基由Hcy獲得形成蛋氨酸.5-甲基四氫葉酸是由MTHFR催化N5,N10-亞甲基四氫葉酸而來的.(2)轉硫化途徑:Hcy在胱硫醚β合成酶及以輔酶VitB6的參與下,與絲氨酸縮合成胱硫醚,胱硫醚進一步斷裂成胱氨酸和α-酮丁酸,(3)Hcy在細胞內形成后排出至血漿參加循環.正常人體內,Hcy的生成和代謝保持平衡,健康的腎臟能完成90%的Hcy代謝清除任務.任何參與Hcy代謝的酶的異常都會影響其血漿濃度水平,所以,遺傳因素、基因突變因素、機體的健康狀態、營養因素、藥物都可能影響Hcy的血漿濃度值.

3.2 MTHFR基因突變對同型半胱氨酸代謝的影響導致血Hcy水平升高的因素有飲食和遺傳兩方面,飲食因素主要是由于膳食中葉酸和VitB12的缺乏,而遺傳因素與MTHFR基因突變導致酶活性降低有關.MTHFR基因突變,其結構發生改變致其功能受到影響,從而影響同型半胱氨酸的代謝.研究表明[15],MTHFR基因C677T多態性使酶對熱敏感導致酶活性降低,MTHFR雜合子酶活性為野生型的65%,而純合子酶活性僅為野生型的30-50%,因而純合子酶活性低導致Hcy濃度較雜合子及野生型明顯升高.

3.3 高同型半胱氨酸在糖尿病腎病發病中的作用DN的基本病理改變是腎微血管的損傷.MTHFR C677T基因突變引起血Hcy水平升高,目前大量研究表明,高Hcy血癥是糖尿病微血管并發癥的危險因素,高Hcy血癥造成腎血管的損傷而導致腎病臨床進展加速.其致病機理可能為:Hcy能誘導過氧化氫產生,自由基活性增加,具有直接的細胞毒作用.直接損傷血管內皮功能;還可促進二磷酸腺苷增多,血小板存活時間縮短,促進血小板凝聚和黏附,增加血小板聚合能力[16,17];增加凝血因子Ⅴ、Ⅹ活性,抑制組織纖溶酶及抗血栓形成因子Ⅲ、Ⅶ活性[18]并促進平滑肌細胞生長因子的合成,促進平滑肌細胞增殖[19].血漿Hcy水平升高可能通過這些環節使糖尿病腎病血管內皮損傷、血栓形成、微循環障礙、組織缺氧而形成和加速腎臟病變的發生發展[20,21].

3.4 葉酸、VitB12對同型半胱氨酸代謝的影響MTHFR基因多態性與血中同型半胱氨酸水平的關系,與血清葉酸和VitB12水平有關.曹宏等[22]等研究發現,當葉酸濃度>6.92nmol/L時,DN組和對照組的比較,OR=0.73,缺乏統計學意義,但當葉酸濃度<6.92nmol/L時,OR=8.5,具有統計學差異,證實了MTHFR基因C667T突變的純合子型或雜合子型的DN發生率增加,合并低血清葉酸和VitB12,更容易導致血漿同型半胱氨酸的升高,而補充葉酸和VitB12,則可預防或延緩糖尿病腎病的發生,中風的發生率和復發率降低[23].Hackam DC[24]等對101例血管病患者用每日葉酸50mg、VitB625mg、VitB12250μg進行治療,以血漿Hcy濃度14μmol/L為界分為高、低兩組,結果顯示維生素治療不論對血漿Hcy濃度高與不高的兩組血管病患者均可使頸動脈斑塊縮小,并且建議對血漿高Hcy血癥的治療度以Hcy血漿濃度低于9μmol/L為宜.應用葉酸、VitB6、VitB12治療可以降低血漿Hcy水平,這是因為MTHFR突變基因的677位核苷酸編碼區處于MTHFR與葉酸的結合區,其結合可增加酶穩定性和活性,彌補了MTHFR基因C677T突變造成的MTHFR活力下降,進而降低血漿tHcy水平[19].

綜上所述,盡管MTHFR基因多態性與DN相關性的研究結果存在分歧,但多數研究認為MTHFR基因多態性與DN的發生發展有關,MTHFR基因發生突變后,酶活性降低,影響Hcy的代謝,造成高Hcy血癥,促進DN的發生、發展.此外, MTHFR基因多態性還存在地區、民族、人種等差異,在后續的研究中應更深入考慮其它因素對DN發生發展的影響.

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A

1674-1129(2014)03-0276-03

10.3969/j.issn.1674-1129.2014.03.014

2013-09-06;

2014-03-07)

劉康海,男,1968年出生,碩士學位,副主任技師,主要研究方向為分子生物學基礎與臨床.

曾麒燕:女,1968年出生,博士學位,教授,研究方向為生物化學與分子生物學.