同型半胱氨酸與阿爾茨海默病相關(guān)性的研究進(jìn)展

李英杰，王冰潔，王秋芬

(陸軍第八十一集團(tuán)軍醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，河北 張家口 075000)

衰老似乎是必然的，有許多關(guān)于衰老的理論。年齡相關(guān)性細(xì)胞功能低下引起神經(jīng)變性和認(rèn)知功能減退，從而影響生活質(zhì)量。人的一生中，積累性損傷、基因突變、代謝變化、細(xì)胞能量衰竭、變異蛋白質(zhì)清除障礙、高同型半胱氨酸血癥(hyperhomocysteinemia，HHcy)最終引起組織變性。隨著年齡增長，腎功能減退、營養(yǎng)缺乏、同型半胱氨酸 (homocysteine,Hcy)再甲基化和轉(zhuǎn)硫輔因子缺乏引起Hcy水平升高，因而HHcy是機(jī)體老化的一個顯著特點[1-2]。阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)是65歲以上老年人中最常見的一種癡呆，75歲以上人群中25%～50%發(fā)生癡呆[3-4]。針對AD，目前尚無明確或特效的治療，只能干預(yù)可控的危險因素[5]。Hcy被認(rèn)為是AD的獨立危險因素，其借助于葉酸、維生素B12和三甲基甘氨酸再循環(huán)為蛋氨酸，或通過維生素B6作為輔助因子轉(zhuǎn)化為半胱氨酸。因此，簡單的藥物干預(yù)可降低Hcy水平。然而，B族維生素治療AD的效果仍存在爭議。有臨床研究顯示，AD患者可從降低Hcy水平干預(yù)治療中獲益[6]，而有些研究認(rèn)為無效?？紤]到AD給家庭和社會造成的沉重負(fù)擔(dān)，對于阻止或延緩AD進(jìn)展的任何治療，即使是輕微的改善，也應(yīng)被考慮?，F(xiàn)就Hcy與AD相關(guān)性的研究進(jìn)展予以綜述。

1 Hcy的合成與代謝途徑

人體不能從食物中獲取Hcy，Hcy由蛋氨酸通過多個步驟生物合成[7]：蛋氨酸在S-腺苷蛋氨酸(S-adenosyl methionine，SAM)合成酶(亦稱蛋氨酸腺苷轉(zhuǎn)移酶)的作用下，來自ATP的腺苷轉(zhuǎn)移到蛋氨酸生成SAM；SAM在甲基轉(zhuǎn)移酶的作用下，提供甲基給受體分子(如DNA、RNA、神經(jīng)遞質(zhì))，產(chǎn)生S-腺苷同型半胱氨酸(S-adenosyl homocysteine，SAH)；SAH通過SAH水解酶產(chǎn)生腺苷和Hcy。Hcy主要通過轉(zhuǎn)甲基和轉(zhuǎn)硫基途徑最終分別生成蛋氨酸和半胱氨酸，Hcy亦可通過甲硫氨酰tRNA合成酶轉(zhuǎn)化為同型半胱氨酸硫內(nèi)酯(homocysteine thiolactone，HTL)。Hcy的代謝依賴蛋氨酸合成酶、亞甲基四氫葉酸還原酶(methylenetetrahydrofolate reductase，MTHFR)、亞甲基四氫葉酸-同型半胱氨酸甲基轉(zhuǎn)移還原酶、胱硫醚-β-合成酶(cystathionine-β-synthase，CBS)、 甜菜堿-同型半胱氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶、甘氨酸-N-甲基轉(zhuǎn)移酶的功能及輔助因子(包括葉酸、維生素B12、維生素B6等)的參與。

2 影響Hcy代謝的因素

酶基因遺傳錯誤或酶缺乏與Hcy水平直接相關(guān)[2]。CBS在人體肝、腎、肌肉、腦和卵巢表達(dá)，CBS缺乏是Hcy水平升高的最常見原因，不同種族中CBST833C基因多態(tài)性可引起輕度HHcy，然而并不是所有CBS基因多態(tài)性均導(dǎo)致HHcy，C699T和T1080C基因多態(tài)性可增強(qiáng)葉酸降低Hcy的作用。MTHFR和蛋氨酸腺苷轉(zhuǎn)移酶基因缺陷可分別造成MTHFR C677T和甲硫氨酸合成酶A2756G基因多態(tài)性，在葉酸和維生素B12水平降低及高血鉛濃度情況下，MTHFR C677T基因型的個體有較高的HHcy發(fā)生風(fēng)險。與正?；蛐偷膫€體相比，缺乏葉酸和維生素B12MTHFR C677T基因型HHcy的發(fā)生率可分別增加2.5和2.6倍[8]。葉酸和維生素B12、維生素B6、維生素B2等B族維生素缺乏可引起HHcy，B族維生素為水溶性，很容易通過排尿丟失，其缺乏常見于老年人。老年人常發(fā)生腎臟的結(jié)構(gòu)和功能變化，腎功能下降影響Hcy排泄，進(jìn)而引起HHcy[9]。很多藥物可干擾Hcy代謝，如考來烯胺散和二甲雙胍干擾胃腸維生素類藥物吸收；用于降脂治療的貝特類藥物和煙酸類衍生物直接干擾葉酸和Hcy代謝；甲氨蝶呤和抗驚厥藥物(如卡馬西平、丙戊酸鈉)破壞葉酸代謝?？诜茉兴?個月后，血清Hcy水平明顯升高。研究認(rèn)為，口服避孕藥中甾類化合物可被轉(zhuǎn)化為機(jī)體內(nèi)過氧化物或其他自由基，從而刺激Hcy合成；且口服避孕藥降低了降解Hcy的輔因子的生物利用度[10]。因此，不合理用藥可能會抵消藥物的治療作用。蛋氨酸是哺乳動物中一種主要的氨基酸，是食物中獲取Hcy的唯一來源，故高蛋氨酸飲食可引起HHcy。另外，不良生活方式(吸煙、飲酒等)也與Hcy水平升高有關(guān)[11]。

3 Hcy與AD的相關(guān)性

Hcy水平與年齡具有顯著相關(guān)性，隨著年齡增加，HHcy的發(fā)病率顯著升高，因而HHcy是衰老的一個顯著特征[1]。HHcy可能導(dǎo)致多種年齡相關(guān)性疾病：高血壓、心腦血管病、聽力下降、慢性腎病、神經(jīng)變性病。Hcy水平升高是形成AD的危險因素之一，在80歲以上非癡呆健康人群中，高Hcy水平與執(zhí)行功能/言語表達(dá)下降有關(guān)[12]。據(jù)報道，Hcy水平超過14 μmol/L的老年人在10年中發(fā)生癡呆的風(fēng)險是低Hcy水平者的2倍，Hcy水平每增加5 μmol/L，癡呆發(fā)生風(fēng)險相應(yīng)增加40%[13]。此外，與健康對照者相比，癡呆人群存在輕至中度HHcy，然而在確診AD的人群中Hcy對認(rèn)知功能損害特異性作用的研究有限[14]。

AD患者在磁共振成像上表現(xiàn)為腦萎縮和白質(zhì)高密度，老年人的Hcy高于基線水平與AD患者內(nèi)側(cè)顳葉和輕度認(rèn)知障礙患者全腦快速萎縮以及腦室擴(kuò)大進(jìn)展有關(guān)[15]，Hcy積累加劇了高血壓對認(rèn)知功能，尤其是對白質(zhì)損害的影響[16-17]。在瑞典進(jìn)行的一項群體研究對60歲以上老年人進(jìn)行為期6年的觀察發(fā)現(xiàn)，Hcy水平升高與全腦容積缺損增加率有關(guān)，與高血壓患者的白質(zhì)損害進(jìn)展有關(guān)[18]。N-乙酰天冬氨酸與認(rèn)知功能有關(guān)，老年女性Hcy水平升高與左側(cè)海馬N-乙酰天冬氨酸水平降低相關(guān)[19]；氫質(zhì)子磁共振波譜臨床研究顯示，與認(rèn)知功能正常的健康老年人相比，AD患者腦組織內(nèi)的N-乙酰天冬氨酸水平降低[20]。據(jù)AD神經(jīng)影像學(xué)計劃數(shù)據(jù)集，在血漿Hcy水平升高的老年受試者中，3D皮質(zhì)灰質(zhì)表面分布圖(厚度、體積、表面積)顯示兩側(cè)額葉、頂葉、枕葉及右側(cè)顳葉區(qū)域皮質(zhì)厚度減小[21]。有研究顯示，Hcy水平升高直接影響幾乎所有白質(zhì)的完整性[22]。

4 Hcy引起神經(jīng)變性的機(jī)制

4.1介導(dǎo)炎癥反應(yīng) Hcy介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)與腦萎縮和神經(jīng)變性疾病(包括AD)有關(guān)，其通過抑制多種酶(包括Na+,K+-ATP酶、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶)的活性和減少谷胱甘肽含量產(chǎn)生神經(jīng)毒性[23]。還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase，Nox)是一個多亞基復(fù)合體，作為活性氧類(reactive oxygen species，ROS)的主要來源，在氧化應(yīng)激中扮演重要角色，Hcy及其代謝產(chǎn)物通過激活Nox異構(gòu)體Nox2和Nox4的功能亞基gp91phox，產(chǎn)生ROS，從而激活膠質(zhì)細(xì)胞[24]。在小膠質(zhì)細(xì)胞中，Hcy通過調(diào)節(jié)亞基p47phox磷酸化，激活Nox2，導(dǎo)致小膠質(zhì)細(xì)胞增殖和活化，氧化還原平衡破壞和ROS產(chǎn)生過量促進(jìn)大腦皮質(zhì)神經(jīng)細(xì)胞死亡。ROS激活核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3，NLRP3)炎癥小體。同樣，HHcy也可激活NLRP3炎癥小體[25]。先天性免疫傳感器NLRP3炎癥小體控制半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1和ROS介導(dǎo)的白細(xì)胞介素(interleukin，IL) -1β和IL-18，從而觸發(fā)炎癥反應(yīng)[26-27]。NLRP3炎癥小體激活，促進(jìn)年齡相關(guān)性認(rèn)知損害[28]。

在HHcy Cbs+/-小鼠模型中，基質(zhì)金屬蛋白酶2、基質(zhì)金屬蛋白酶9、基質(zhì)金屬蛋白酶13的激活可增加腦血管通透性，從而促進(jìn)Nox激活和氧化應(yīng)激[29]。腦血管通透性增加促進(jìn)纖維蛋白原-β淀粉樣蛋白(amyloid β-protein，Aβ)復(fù)合體生成，引發(fā)神經(jīng)炎癥，導(dǎo)致記憶喪失。

4.2促進(jìn)炎癥因子釋放 HHcy與海馬腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、IL-1β、IL-6和單核細(xì)胞趨化蛋白水平升高有關(guān)；同樣，大腦皮質(zhì)IL-1β和IL-6水平升高，TNF-α、IL-1β和IL-6過度釋放也與老年相關(guān)性神經(jīng)變性疾病有關(guān)[30-31]。在大鼠中，慢性HHcy可引起海馬和血清中的促炎癥因子(TNF-α、IL-1β、IL-6)及趨化因子表達(dá)增加[32],而IL-1和IL-6過度釋放與神經(jīng)受損、記憶喪失有關(guān)[33]。盡管HHcy可直接或間接引起腦組織損害，但臨床關(guān)于外周血中上述炎癥標(biāo)志物與AD及HHcy的關(guān)系尚不確定，尚不能預(yù)測AD的發(fā)生[34]，這些炎癥標(biāo)志物的實用性有待進(jìn)一步闡明。

4.3損害一氧化氮合酶 Hcy損害一氧化氮合酶活性，引起內(nèi)皮功能障礙，從而增加心腦血管事件發(fā)生風(fēng)險。其中，腦小血管病的特點為腦小動脈肥大和適應(yīng)性血管舒張功能喪失[35]。嚙齒動物研究表明，Nox2激活導(dǎo)致腦小動脈結(jié)構(gòu)和功能障礙部分是由于內(nèi)皮型一氧化氮合酶失活[36]?？梢姡琋ox2激活和內(nèi)皮型一氧化氮合酶失活是腦小動脈病的關(guān)鍵驅(qū)動因素，而腦老化的共性特征為腔隙性腦梗死、微出血、腦白質(zhì)疏松和血腦屏障滲漏。在敲除CBS的小鼠模型中，血漿Hcy水平升高引起腦微循結(jié)構(gòu)性改變是因為Nox激活和ROS生成[37]。

4.4激活興奮性氨基酸受體 Hcy引起的神經(jīng)元細(xì)胞死亡也可由N-甲基-D-天門冬氨酸(N-methyl-D-aspartate，NMDA)受體過度激活、氧化應(yīng)激和細(xì)胞色素C釋放引起。Hcy及其自身性氧化產(chǎn)物是內(nèi)源性代謝型谷氨酸受體激動劑，它們通過與NMDA受體的谷氨酸位點結(jié)合而發(fā)揮作用。Hcy對NMDA受體的谷氨酸N1/2A具有高度親和力，持續(xù)性NMDA受體通道激活誘導(dǎo)突觸傳遞興奮性增強(qiáng)，Ca2+過度激活，觸發(fā)神經(jīng)變性級聯(lián)反應(yīng)[38]。突觸外NMDA受體激活，促進(jìn)淀粉樣前體蛋白表達(dá)和Aβ生成[39]。

4.5干預(yù)血紅素加氧酶-1表達(dá) Hcy以量效方式減少大腦皮質(zhì)星形膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)血紅素加氧酶-1[40]。生理條件下，血紅素加氧酶-1表達(dá)水平較低。然而，在AD患者腦組織神經(jīng)原纖維纏結(jié)、老年斑、神經(jīng)纖維網(wǎng)和顆?？张葑冃詢?nèi)血紅素加氧酶-1表達(dá)顯著增加[41]。與同齡非癡呆對照者相比，在癡呆患者的海馬和大腦皮質(zhì)表達(dá)血紅素加氧酶-1的膠質(zhì)纖維酸性蛋白陽性的星形膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量顯著增多[42-43]。正常腦內(nèi)血紅素加氧酶-1低水平表達(dá)，在AD中其表達(dá)顯著增加，可能提示受累處遭受氧化損傷、細(xì)胞正在試圖保持氧化還原狀態(tài)。

4.6增強(qiáng)5-脂氧合酶(5-lipoxygenase，5-LO)活性 高水平Hcy增加5-LO活性，促進(jìn)AD淀粉樣變性基因表達(dá)[44-45]。Hcy降低DNA甲基轉(zhuǎn)移酶水平，導(dǎo)致5-LO基因低甲基化。SAH水解酶過表達(dá)可阻止Hcy誘導(dǎo)的5-LO激活和Aβ寡聚體生成。有學(xué)者對CBS缺陷小鼠進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，5-LO蛋白及其信使RNA水平明顯升高[46]。Hcy通過5-LO基因啟動子的低甲基化直接影響5-LO表達(dá)，Hcy對5-LO酶通路的作用是繼發(fā)于5-LO 轉(zhuǎn)錄上調(diào)。體外實驗證實，Hcy誘導(dǎo)的5-LO激活及Aβ形成的機(jī)制為DNA的低甲基化，其繼發(fā)于SAH水平升高[3]?？梢?，5-LO激活促進(jìn)炎癥反應(yīng)，而5-LO及其下游因子白三烯代謝產(chǎn)物是氧化和炎癥反應(yīng)的重要調(diào)節(jié)劑。

4.7介導(dǎo)HTL神經(jīng)毒性 Hcy的神經(jīng)毒性可由其代謝產(chǎn)物HTL介導(dǎo)，HTL影響蛋白翻譯后修飾，HTL修飾后的細(xì)胞色素C發(fā)生構(gòu)象改變，六聚體變成五聚體，從而影響非極性組裝，使得血紅素成分減少，細(xì)胞色素C的過氧化物酶樣功能激活[47]。Hcy和HTL累積意味著異常蛋白質(zhì)折疊及蛋白聚體沉積，即所謂的“淀粉樣變性”。雖然血漿中HTL濃度相對較低，但其化學(xué)反應(yīng)活躍，HTL通過非酶促反應(yīng)與多種蛋白結(jié)合，導(dǎo)致靶向蛋白功能異常。HHcy的AD患者，血管及腦實質(zhì)Aβ沉積水平升高，Hcy和HTL共同促進(jìn)纖維蛋白原與Aβ之間的反應(yīng)，促進(jìn)緊密纖維蛋白凝塊形成[48]。

另外，Hcy累積通過誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜蛋白發(fā)狀分裂相關(guān)增強(qiáng)子，激活胱天蛋白酶3，導(dǎo)致Aβ1～40肽積聚而發(fā)生淀粉樣沉積[49]。

5 干預(yù)Hcy對AD的療效

AD是世界范圍內(nèi)的常見病，隨著人口老齡化其患病率逐漸上升。在對AD缺乏治愈的情況下，越來越需要明確哪些治療能夠減緩AD的認(rèn)知障礙進(jìn)展，使得這些患者保留持久適當(dāng)?shù)纳钅芰?。然而，一些可供選擇的藥物效果有限。觀察性研究結(jié)果表明，HHcy和AD存在一定的因果關(guān)系[3]，因此降低Hcy水平能否延緩AD進(jìn)展引起學(xué)者們的關(guān)注。葉酸和維生素B12作為輔助因子參與Hcy甲基化轉(zhuǎn)化為蛋氨酸，一項基于人群的隊列研究顯示，約65%的HHcy病例是由于缺乏葉酸、維生素B12或維生素B6不足[14]。維生素B12或葉酸水平降低引起腦結(jié)構(gòu)變化，腦萎縮比例增加，故缺乏葉酸和B族維生素飲食可引起神經(jīng)元功能障礙、近期記憶喪失[50]。補(bǔ)充葉酸能夠預(yù)防老年人腦卒中和延緩癡呆[51]，針對維生素B12缺乏的心房顫動老年患者服用甲鈷胺可降低腦卒中和晚發(fā)型癡呆風(fēng)險[52]，但這種保護(hù)作用仍存在爭議。一項來自11個大型臨床試驗共納入22 000例受試者的Meta分析顯示，服用B族維生素降低Hcy水平不能改善認(rèn)知功能或認(rèn)知老化[53]。在AD早期(即輕度認(rèn)知障礙期)，服用B族維生素能夠降低腦萎縮比例、認(rèn)知損害程度和癡呆的轉(zhuǎn)換率；然而在病程晚期(即已確立AD)，增加維生素攝取能夠阻止認(rèn)知損害的證據(jù)有限[14]。一項針對AD患者的隨機(jī)對照試驗顯示，相關(guān)維生素治療總體上不能減緩認(rèn)知損害進(jìn)展[3]。Kwok等[54]發(fā)現(xiàn)，與安慰劑組相比，Hcy≥13 μmol/L組受試者接受B族維生素Mattis癡呆評定量表中結(jié)構(gòu)域部分評分輕度下降。另一項研究報道，B族維生素對于正常Hcy水平受試者的認(rèn)知功能沒有改善[55]。這表明，只有在Hcy水平異常升高的情況下補(bǔ)充B族維生素才可能減輕認(rèn)知損害。

有數(shù)據(jù)顯示，維生素B12和維生素B6可減緩AD和認(rèn)知功能下降相關(guān)區(qū)域的灰質(zhì)萎縮[56]。AD患者HHcy與25-羥維生素D和葉酸缺乏有關(guān)，在維生素D缺乏患者中，血清25-羥維生素D水平與葉酸水平降低有關(guān)，提示低維生素D水平和高Hcy水平共存，其共同參與了炎癥反應(yīng)，從而誘發(fā)微血管損傷，因此維生素D聯(lián)合葉酸能改善老年人認(rèn)知功能、防止 AD[57]。

MTHFR基因多態(tài)性見于5%～20%的北美和歐洲人群，MTHFR基因突變導(dǎo)致酶活性降低，繼而引起Hcy累積。研究顯示，MTHFR功能缺陷純合子突變小鼠的Hcy水平升高[58]。MTHFR多態(tài)性可能促進(jìn)晚發(fā)型AD，MTHFR多態(tài)性與后扣帶回灰質(zhì)形態(tài)變化有關(guān)[59]。MTFHFR缺陷導(dǎo)致小腦、海馬和丘腦DNA甲基化、谷氨酸及γ氨基丁酸水平明顯降低，且還能影響海馬功能，從而導(dǎo)致認(rèn)知和運動功能障礙。

6 小 結(jié)

Hcy水平升高是機(jī)體老化的標(biāo)志之一，目前Hcy的神經(jīng)毒性作用及其對腦萎縮的直接影響已經(jīng)明確。因為HHcy只是AD進(jìn)展過程中許多危險因素之一，雖然糾正HHcy能否防治AD還存在爭議，但B族維生素和抗氧化治療對于降低腦血管病或炎癥風(fēng)險有益，臨床上觀察到的AD患者Hcy水平升高不能僅用 B族維生素水平來解釋，其他的非飲食因素，如Hcy代謝過程中的酶缺陷也可以造成AD患HHcy及其神經(jīng)毒性作用。就作為AD患者病情進(jìn)展的HHcy這一危險因素而言，個體化治療及優(yōu)化干預(yù)策略仍有待進(jìn)一步研究。未來，可考慮開發(fā)新藥以恢復(fù)參與Hcy再甲基化和轉(zhuǎn)硫途徑酶的功能。