葉酸缺乏與出生缺陷相關性研究進展

云小云，歐鳳榮

1.中國醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院，沈陽 110001;2.海南國際旅行衛(wèi)生保健中心，海口 570000

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·綜述·

葉酸缺乏與出生缺陷相關性研究進展

云小云1,2，歐鳳榮1*

1.中國醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院，沈陽 110001;2.海南國際旅行衛(wèi)生保健中心，?？?570000

[摘要]葉酸缺乏可導致胎兒神經(jīng)管畸形、先天性唇腭裂、高同型半胱氨酸血癥，還和某些出生缺陷的發(fā)生、發(fā)展有密切關系。本文對葉酸的生理功能、代謝途徑與出生缺陷的相關性及葉酸代謝酶基因多態(tài)性與出生缺陷相關性等方面進行綜述。

[關鍵詞]葉酸缺乏；出生缺陷；葉酸代謝酶；基因多態(tài)性

0引言

出生缺陷是指胚胎或胎兒在發(fā)育過程中發(fā)生的解剖學結構、功能或代謝異常。出生缺陷可由基因突變、染色體變異等遺傳因素、環(huán)境因素、遺傳-環(huán)境因素交互作用或不明原因引起，包括先天畸形、染色體異常、遺傳代謝性疾病、功能異常如盲、聾和智力障礙等。據(jù)統(tǒng)計,全世界嬰兒先天出生缺陷發(fā)病率為1%～6%[1]，我國出生缺陷總發(fā)生率約為5.6%[2]，且我國出生缺陷總發(fā)生率呈上升趨勢，其中出生時有明顯臨床表現(xiàn)的出生缺陷約25萬例[2]。出生缺陷不僅是造成兒童殘疾的重要原因，也日漸成為兒童死亡的主要原因，在全國嬰兒死因中的構成比順位由2000年的第4位上升至2011年的第2位，達到19.1%[2]。

大量研究證實，葉酸缺乏可導致胎兒神經(jīng)管畸形、先天性唇腭裂、高同型半胱氨酸血癥，還和某些出生缺陷的發(fā)生、發(fā)展有密切關系[3-4]。近年來，葉酸代謝與出生缺陷的關系日益受到關注。目前對葉酸缺乏影響出生缺陷發(fā)生的機制并不清楚，很多學者將焦點集中在影響葉酸代謝、轉運的基因上。

1葉酸及其生理功能

葉酸(Folic acid，F(xiàn)A)又稱蝶酰谷氨酸，是一種水溶性B族維生素，由蝶啶、對氨基苯甲酸和谷氨酸結合而成，是胚胎發(fā)育、生長的必需物質。人體自身不能合成葉酸，只能通過外源性攝入葉酸。正常人體葉酸儲存量為5～10 mg，成人日需400 μg DFE/d，為滿足胎兒生長發(fā)育的需要，孕婦日需500～600 μg DFE/d。育齡婦女是葉酸缺乏的高危人群，葉酸缺乏可能導致早產(chǎn)、低出生體重、出生缺陷、生長遲緩及智力發(fā)育障礙等[5-6]。為預防出生缺陷，育齡婦女在計劃妊娠時，建議應從孕前3個月開始補充葉酸400 μg DFE/d，并持續(xù)整個孕期[7]。

葉酸在機體內以四氫葉酸(Tetrahydrofolate，THF)的形式發(fā)揮生理作用，它的重要生理功能是作為一碳單位的載體，參與核酸、蛋白質和磷脂的代謝，攜帶一碳單位參與嘌呤、嘧啶的合成，直接影響DNA的合成，在細胞分裂和增殖中發(fā)揮重要作用；催化氨基酸之間的相互代謝轉化,如絲氨酸與甘氨酸、組氨酸與谷氨酸、半胱氨酸與蛋氨酸的轉化；參與血紅蛋白和其他甲基化合物的合成,如腎上腺素、膽堿、肌酸等。葉酸缺乏對細胞分裂增殖、組織生長以及神經(jīng)介質的合成均產(chǎn)生重要影響，尤其是細胞增殖速度較快的組織，如紅細胞等。

2葉酸與出生缺陷

葉酸缺乏與出生缺陷：大量研究證實，補充葉酸可以顯著降低神經(jīng)管畸形的風險[8]。孕期補充葉酸還能降低唇裂(伴有或不伴有腭裂)發(fā)生的危險度[9]。流行病學研究證實，孕早期補充葉酸可以降低先天性心臟缺陷發(fā)生的風險，特別是圓錐動脈干畸形和室間隔缺損[10-11]。研究發(fā)現(xiàn)，唐氏綜合征患兒及母親的葉酸代謝多個關鍵酶基因多態(tài)性的聯(lián)合影響導致編碼的酶活性下降[12]，提示葉酸可能是唐氏綜合征發(fā)病風險的保護因素。葉酸拮抗劑可能增加神經(jīng)管畸形、心血管缺陷、唇裂(伴有或不伴有腭裂)及尿道生殖畸形的風險[13-14]，提示葉酸能降低這些出生缺陷的風險。

低葉酸水平可能使尿嘧啶錯誤摻入DNA，使DNA鏈斷裂增加，并導致DNA復制過程中錯誤發(fā)生率增加[15]。葉酸缺乏引起5-甲基四氫葉酸水平下降，從而使SAM水平下降，最終導致DNA低甲基化[16]。體內葉酸水平由葉酸攝入量和葉酸代謝水平?jīng)Q定，正常的葉酸代謝水平對于正常胚胎生長和發(fā)育是必不可少的。

3葉酸代謝酶基因多態(tài)性與出生缺陷

葉酸進入機體后經(jīng)過代謝轉化發(fā)揮其生理功能，葉酸代謝通路上相關酶活性的改變均可影響葉酸生理學作用的發(fā)揮。葉酸代謝過程中涉及多種酶，其中關鍵酶主要包括5，10-亞甲基四氫葉酸還原酶(Methylenetetrahydrofolate reductase，MTHFR)、蛋氨酸合成酶(Methionine synthase，MTR)、蛋氨酸合成酶還原酶(Methionine synthase reductase，MTRR)和胱硫醚β合酶 (CBS)，其中MTHFR和MTR分別是參與葉酸活化和甲基供體生成的兩個關鍵酶。這些酶的基因在人群中存在單核苷酸多態(tài)性，改變酶的活性，可引起葉酸在體內合成和代謝的異常，從而導致DNA合成障礙和DNA甲基化異常，可能導致出生缺陷的發(fā)生。近年來，葉酸代謝相關酶的基因多態(tài)性與出生缺陷的關系已成為研究熱點。

3.15，10-亞甲基四氫葉酸還原酶(MTHFR)在葉酸代謝過程中，MTHFR是葉酸活化的核心酶，也是同型半胱氨酸代謝和蛋氨酸合成的關鍵酶。MTHFR不可逆地催化5，10-亞甲基四氫葉酸轉化為5-甲基四氫葉酸。5-甲基四氫葉酸是血液中葉酸的主要活性形式，一方面，它作為甲基供體與同型半胱氨酸再次甲基化生成蛋氨酸，蛋氨酸進而生成SAM，后者在DNA甲基化中起重要作用。MTHFR缺乏導致同型半胱氨酸(HCY)向蛋氨酸的轉化發(fā)生障礙，血中同型半胱氨酸堆積，導致高同型半胱氨酸血癥。另一方面，5-甲基四氫葉酸作為細胞內一碳單位的載體，參與嘌呤和嘧啶的合成，因此MTHFR在DNA合成所必需的核苷酸供給中起重要作用。

MTHFR基因定位于染色體1p36.3，編碼區(qū)長1 980 bp，研究發(fā)現(xiàn)，MTHFR具有單核苷酸多態(tài)性。至今共報道了近20種突變類型，而最為常見的多態(tài)性位點是第677位密碼子發(fā)生C→T置換，導致纈氨酸代替丙氨酸，產(chǎn)生了一個Hinfl和Taql限制性酶切位點。C突變?yōu)門后使得形成的Hinfl酶切位點被切成3種基因型：即野生型CC、雜合突變型CT和純合突變型TT，其中野生型CC最多見。這種突變可降低酶的耐熱性，導致酶活性下降[17]。研究表明，TT型突變對酶的活性影響最大，而酶的活性越低則血漿同型半胱氨酸水平越高。TT突變型在37 ℃時的活性為CC的40%～50%，46 ℃時為35%，雜合子CT突變酶活性下降的程度介于CC型和TT型之間[18]。

MTHFR基因另一個常見突變位點是A1 298C，即第1 298位密碼子發(fā)生A→C置換，點突變位于第7外顯子C端調節(jié)區(qū)域，導致谷氨酸被丙氨酸取代，其基因多態(tài)性導致MTHFR編碼的酶活性降低，正常野生型(1298AA)酶活性最高，雜合突變型(1298AC)較低，而純合突變型(1298CC)最低[19]。其純合子和雜合子個體血漿同型半胱氨酸升高和葉酸降低均不明顯。然而，同時具有1298A→C和677C→T 復合突變的雜合子表現(xiàn)出血漿高同型半胱氨酸和葉酸降低[20]。

MTHFR基因突變是導致此酶缺乏或活性降低的主要機制[21]。MTHFR基因的缺陷可以引起DNA甲基化異常和DNA合成障礙，使血漿同型半胱氨酸濃度升高。近年來發(fā)現(xiàn)高同型半胱氨酸血癥與出生缺陷密切相關[22]。高同型半胱氨酸血癥有胚胎毒性，在胚胎形成期，影響胚胎DNA和蛋白質的合成，可能誘發(fā)出生缺陷。

大量研究證實，母親MTHFR C677T可單獨作為神經(jīng)管畸形發(fā)病的遺傳危險因子[23]。Van der Put等[19]發(fā)現(xiàn)，MTHFR基因上A1298C位點純合突變能導致MTHFR活性降低,增加神經(jīng)管畸形的發(fā)病危險性。目前，MTHFR C677T和A1298C與唇腭裂發(fā)病的相關性尚不確定。Pezzetti等[24]及Jagomagi等[25]發(fā)現(xiàn)在其研究人群中MTHFR A1298C可以降低罹患唇腭裂的風險。

3.2蛋氨酸合成酶(MTR)MTR的主要功能是催化同型半胱氨酸復甲基生成蛋氨酸，維持體內蛋氨酸與同型半胱氨酸水平的動態(tài)平衡。此過程依賴維生素B12(甲基鈷胺素)，由5-甲基四氫葉酸提供甲基，MTR催化同型半胱氨酸復甲基化生成蛋氨酸。

MTR基因位于染色體1q43，共編碼1 265個氨基酸。目前己發(fā)現(xiàn)MTR的8種突變，其中以D919突變多見，即2756 A→G錯義突變，導致天冬氨酸轉變?yōu)楦拾彼?。有研究提示，這種取代會影響酶活性，從而使蛋氨酸代謝受影響，進而影響葉酸和同型半胱氨酸代謝[26]，導致同型半胱氨酸再甲基化途徑受阻，體內同型半胱氨酸水平和蛋氨酸循環(huán)異常。

研究報道，MTR基因A2756G多態(tài)性顯著影響體內同型半胱氨酸水平[27]。MTR基因突變與神經(jīng)管畸形發(fā)生的關系存在很大爭議。Christensen等[28]發(fā)現(xiàn)，MTR基因A2756G突變率在神經(jīng)管畸形病例對照研究中，差異無統(tǒng)計學意義。MTR基因和MTHFR基因之間的相互作用使神經(jīng)管畸形發(fā)生率增加[29]。研究認為，歐洲親代MTR基因A2756G位點變異與子代先天性心臟病(CHD)的發(fā)生相關，其突變等位基因可影響子代先天性心臟病的危險性[30]。唐氏綜合征患兒母親的MTR基因A2756G多態(tài)性可能是其危險因素[31]。

3.3蛋氨酸合成酶還原酶(MTRR)MTRR是參與同型半胱氨酸代謝的另一關鍵酶，其通過催化還原維生素B12(甲基鈷胺素)甲基化狀態(tài)而維持MTR的活性。MTRR 催化還原MTR，MTR催化同型半胱氨酸再甲基化生成蛋氨酸，因此，MTRR是同型半胱氨酸水平的關鍵因素。

MTRR基因最常見的多態(tài)性位點是在第66位核苷酸發(fā)生A→G轉換，從而導致MTRR編碼的酶活性降低和減弱同型半胱氨酸再甲基化[32]。其基因A66G與胎兒發(fā)生神經(jīng)管畸形顯著相關[33]。 據(jù)文獻報道，MTRR基因C524T位點多態(tài)性降低了唐氏綜合征的發(fā)病風險[34]。MTRR基因 A66G和C524T位點多態(tài)性導致先天性心臟缺陷發(fā)生風險增加[35]。胎兒MTRR基因A66G位點的變異會增加其發(fā)生先天性心臟缺陷的風險，母親MTRR基因A66G位點的變異也會顯著增加其后代發(fā)生先天性心臟缺陷的風險，當母親同時具有MTRR和MTR變異時，其子代發(fā)生先天性心臟缺陷的風險增高[36]。

3.4胱硫醚β合酶 (Cystathionine-β-synthase，CBS)CBS是1個血紅素蛋白，屬于磷酸吡哆醛(Pyridoxal phosphate，PLP)依賴酶，即維生素B6依賴酶，是體內同型半胱氨酸轉硫途徑代謝的關鍵酶。以維生素B6為輔酶，CBS催化β-置換反應，使同型半胱氨酸與絲氨酸縮合生成胱硫醚，胱硫醚在胱硫醚γ-酶作用下，進一步轉變成半胱氨酸和α-丁酮酸，CBS活性下降可導致轉硫途徑發(fā)生障礙而引起同型半胱氨酸異常升高，發(fā)生高同型半胱氨酸血癥。

CBS基因定位于21 號染色體21q22.3。CBS基因具有基因多態(tài)性，目前己發(fā)現(xiàn)，C699T、T833C、844ins68、C1080T和C1985T等多態(tài)性，其中CBS基因最常見的突變位點為844位點插入一個68 bp的多態(tài)性片段(844ins68)[37]。

Esse等[38]發(fā)現(xiàn)，被敲除CBS基因小鼠的體內Hcy及Hcy前體S-腺苷同型半胱氨酸(AdoHcy)嚴重積蓄，說明CBS活性降低是高同型半胱氨酸血癥的危險因素。許多研究顯示，844ins68 與母親或胎兒神經(jīng)管畸形(NTDs)的發(fā)生不相關[39]。當CBS 844ins68 單獨存在時，不是神經(jīng)管畸形發(fā)生的危險因素，但MTHFR 677 C→T 并存是NTDs發(fā)生的危險因素[40]。

4展望

近年來葉酸代謝酶基因多態(tài)性與出生缺陷的關系已引起關注，葉酸對出生缺陷的影響及其機制尚不明確，當前關于葉酸代謝酶基因多態(tài)性的研究已取得了許多有意義的結果，但結論尚不一致。隨著研究的進一步深入，將為制定預防出生缺陷的對策提供科學依據(jù)。

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Research progress on the correlation between folic acid deficiency and birth defectsYUN Xiao-yun1,2，OU Feng-rong1*(1.The First Affiliated Hospital of China Medical University,Shenyang 110001，China;2.Hainan International Travel Health Care Center,Haikou 570000，China )

[Abstract]Folic acid deficiency can lead to fetal neural tube defects,congenital cleft lip and palate,hyperhomocysteinemia with a close relationship to the occurrence and development of certain birth defects.In this paper,the physiological function of folic acid,metabolic pathway,the correlation between birth defects and folic acid,and the correlation between birth defects and gene polymorphism of folate metabolism enzyme are summarized.

Key words：Folic acid deficiency;Birth defects;Folic acid metabolism enzyme;Gene polymorphism

DOI:10.14053/j.cnki.ppcr.201602030

*通信作者

基金項目：遼寧省自然科學基金項目(2013021018)

收稿日期：2015-10-28